ALCOHOLES Y TIOLES.             Los alcoholes son compuestos que tienen grupos hidroxilo unidos a átomos de carbono saturado, con hibridación  sp3. Esta definición excluye deliberadamente a los fenoles (grupo hidroxilo unidos a anillos aromáticos) y a los enoles (grupo hidroxilo unidos a un carbono vinílico), debido a que la química de estos tres tipos de compuestos es muy diferente. Los alcoholes pueden considerarse los derivados orgánicos del agua, donde uno de los hidrógenos es sustituido por un grupo orgánico: H-O-H pasa a ser R-O-H.

             Los alcoholes están ampliamente distribuidos en la naturaleza y tienen muchas aplicaciones industriales y farmacéuticas. El etanol, por ejemplo, es una de las sustancias orgánicas más simples y mejor conocidas, y se usa como aditivo de combustibles, como disolvente industrial y en las bebidas; el mentol, un alcohol aislado de la menta, se usa mucho como saborizante y en perfumería; y el colesterol, un alcohol esteroide cuya fórmula tiene aspecto complicado, se considera un agente que causa enfermedades del corazón. PROPIEDADES DE LOS ALCOHOLES: PUENTE DE HIDRÓGENO             Como ya se comentó, los alcoholes se pueden considerar derivados del agua, en el sentido de que uno de los hidrógenos ha sido reemplazado por un grupo orgánico. De este modo los alcoholes tienen casi la misma configuración geométrica del agua. El ángulo de enlace R-O-H tiene aproximadamente el valor tetraédrico (109º en el metanol, por ejemplo), y el átomo de oxígeno presenta hibridación sp3.             Los alcoholes son muy distintos de los hidrocarburos y de los halogenuros de alquilo. No sólo su química es mucho más rica, sino que sus propiedades físicas son también diferentes. En la Tabla 12.1, se comparan los puntos de ebullición de algunos alcoholes, alcanos y cloroalcanos simples, se ve que los alcoholes tienen puntos de ebullición mucho mayores

 TABLA 12.1.-

 Puntos de ebullición de alcanos, cloroalcanos y alcoholes (ºC)

 

Grupo alquilo, R Alcano, R-H Cloroalcano, R-Cl Alcohol. R-OH CH3-

 -162

 -24

 64.5

CH3CH2- -88.5 12.5 78.3

CH3CH2CH2- -42 46.6 97(CH3)2CH- -42 36.5 82.5CH3CH2CH2CH2- -0.5 83.5 117(CH3)3C- -12 51 83

       La causa de sus puntos de ebullición altos es que los alcoholes, al igual que el agua, están muy asociados en solución debido a la formación de los llamados puentes de hidrógeno. El átomo de hidrógeno de un grupo -OH en una molécula está polarizado positivamente, y forma un enlace débil (“puente de hidrógeno”) con el átomo de oxígeno polarizado negativamente de otra molécula. Aunque los puentes de hidrógeno tienen una energía de sólo 5 kcal/mol, en contraste con las 103 kcal/mol de un enlace O-H típico, la presencia de muchos puentes de hidrógeno significa que se debe agregar energía extra para romperlos durante la ebullición. 

 Puentes de hidrógeno en los Alcoholes.

 PROPIEDAD DE LOS ALCOHOLES: ACIDEZ Y BASICIDAD             Como el agua los alcoholes son débilmente ácidos y débilmente básicos. Como bases de Lewis débiles, los alcoholes son protonados reversiblemente por los ácidos para formar iones oxonio, R-OH2

+. Como podría esperarse, los alcoholes protonados son mucho más reactivos que los alcoholes neutros hacia los nucleófilos, debido a que portan carga positiva.

             Como ácido débiles, los alcoholes actúan como donadores de protones. En solución acuosa diluida, se disocian ligeramente donando un protón al agua. 

 

            Los efectos inductivos también son importantes para determinar la acidez de los alcoholes. Por ejemplo, los sustituyentes halógeno, atrayentes de electrones, estabilizan un anión alcóxido ayudando a dispersar la carga en una área grande, y haciendo así más ácido al alcohol. Este efecto inductivo puede observarse comparando la acidez del etanol (pKa = 16) con la del 2,2,2-trifluoroetanol (pKa = 12.43), o la del terc-butílico (pKa = 18) con la del perfluoro-2-metil-2-propanol (pKa = 5.4). (véase Tabla 12.2) 

 TABLA 12.2.-

Constantes de acidez de algunos alcoholes 

Alcohol pKa 

(CH3)3COHCH3CH2OHHOH (agua)

CH3OHCF3CH2OH(CF3)3COH

HCl

 18.00                          Ácido débil

                16.00                15.74                15.54                                                12.43                  5.4

      -7.00                        Ácido fuerte 

  

Los grupos atrayentes de electrones estabilizan el alcóxido y reducen el pKa.

           pKa = 5.4                                  pKa = 18             Puesto que los alcoholes son mucho más débiles que los ácidos carboxílicos o los ácidos minerales, no reaccionan con bases débiles como aminas, ion bicarbonato o hidróxido metálico. Sin embargo, reaccionan con metales alcalinos y con bases fuertes como hidruro de sodio (NaH), aminas de sodio (NaNH2), reactivos de alquil-litio (RLi) y reactivos de Grignard (RMgX). Las sales metálicas de los alcoholes son por sí mismas bases fuertes, por lo que a menudo se usan como reactivos en química orgánica. Ejemplos: 

 RESUMEN DE LAS REACCIONES DE LOS ALCOHOLES:

I.- SÍNTESIS DE ALCOHOLES

REACCIÓN EJEMPLOa.- Reducción de compuestos carbonílicos (1) Aldehídos 

                                            Un alcohol primario 

   

(2) Cetonas

                                        Un alcohol secundario 

(3) Ésteres

                                           Un alcohol primario 

  

(4) Ácidos carboxílicos

                                                 Un alcohol primario 

   

b.- Adición de reactivos de Grignard a compuestos carbonílicos. (1) Formaldehí  do 

                                                     Un alcohol primario 

  

 

(2) Aldehídos

                                                  Un alcohol secundario 

  

(3) Cetonas

                                                     Un alcohol terciario 

  

(4) Ésteres

                                                      Un alcohol terciario

  

                                                                           II.- REACCIONES DE LOS ALCOHOLES 

a.- Acidez                 ROH  +  NaH    RO-Na+  +  H2

                                ROH  +  Na      RO-Na+  +  H2

                                                                         Alcóxidos 

 

b.- Deshidratación (1) Alcoholes terciarios

  

 (2) Alcoholes secundarios y terciarios

c.- Oxidación (1) Alcohol primario

                                    Aldehído

   

                                        Un ácido carboxílico 

 

(2) Alcohol secundario

                                                      Una cetona

 

 III.-     SÍNTESIS DE LOS TIOLES 

 

 

 

 IV.-      REACCIONES DE LOS TIOLES 

a.- Oxidación de tioles a disulfuros 

 

  

b.- Otras homologas a la de los alcoholes  

  

OBTENCIÓN DE ALCOHOLES POR REDUCCIÓN DE GRUPOS CARBONILOS.             El método más generalizado para producir alcoholes es la reducción de compuestos carbonilicos: 

 Donde  H es una agente reductor generalizado

             Una reducción orgánica es una reacción en la cual se incrementa el contenido de hidrógeno o disminuye el de oxígeno, nitrógeno o halógeno de una molécula. A la inversa, una oxidación orgánica es una reacción en la cual disminuye el contenido de hidrógeno o se incrementa el de oxígeno, nitrógeno o halógeno de una molécula.             Se dispone de muchos reactivos para reducir cetonas y aldehídos a alcoholes, pero usualmente se elige el borohidruro de sodio, NaBH4, debido a la seguridad y la facilidad de su manejo. Este compuesto es un sólido cristalino blanco que se puede manipular y pesar sin peligro en atmósfera abierta y usar en agua o en solución alcohólica. Suelen obtenerse altos rendimientos de alcohol.  El hidruro de aluminio y litio, LiAlH4, es un polvo blanco soluble en éter y tetrahidrofurano, es otro agente reductor que se usa algunas veces para reducción de cetonas y Aldehídos. Si bien es más potente y reactivo que el NaBH4, el LiAlH4 es también peligroso, y debe ser manejado por personas experimentadas. Reacciona violentamente con el agua, se descompone cuando se calienta a más de 125ºC. No obstante estos inconvenientes, el LiAlH4 es un reactivo en extremo valioso y usa adiario en cientos de laboratorios.             Los ésteres y los ácidos carboxílicos pueden reducirse para formar alcoholes primarios. Estas reacciones son más difíciles que las reducciones correspondientes de Aldehídos y cetonas. Por ejemplo, el borohidruro de sodio reduce lentamente los ésteres y no reduce los ácidos. Así, las reducciones de los ésteres y los ácidos carboxílicos usualmente se realizan con hidruro de litio y aluminio. Todos los grupos carbonilos, incluyendo ésteres, ácidos, cetonas y aldehidos, se reducen por medio de LiAlH4 con alto rendimiento, como lo indican los siguientes ejemplos: 

 

 Mecanismo de la reducción con NaBH4 : 

 Mecanismo de la reducción con LiAlH4: 

 OBTENCIÓN DE ALCOHOLES POR ADICIÓN DE REACTIVOS DE GRIGNARD A GRUPOS CARBONILOS. 

            Los reactivos de Grignard, RMgX, reaccionan con los compuestos carbonílicos para producir alcoholes de manera semejante a como lo hacen con los hidruros. El resultado es un método muy útil y general de síntesis de alcoholes. 

 La reacción consiste en un ataque nucleofílico del R al carbono electrofílico del grupo carbonilo.

             El carácter nucleofílico del grupo alquilo en los reactivos organometálicos de litio y magnesio puede utilizarse para la síntesis de alcoholes por adición a compuestos carbonílicos y apertura nucleófila de anillos de oxaciclopropano. Mecanismo: 

             Por reacciones de Grignard es posible obtener un gran número de alcoholes, dependiendo de los reactivos usados, obsérvese los siguientes ejemplos: 

Bromuro de ciclohexil         Formaldehído               Ciclohexilmetanolmagnesio                                                                           (65%)

3-Metilbutanal         Bromuro de                                3-Metil-1-fenil-1-butanol                                  fenilmagnesio                                        (73%)

 

Ciclohexanona                                                          1-Etilciclohexanol (89%)

Pentanoato de etilo              Bromuro de               2-Metil-2-hexanol (85%)                                              metilmagnesio

 REACCIONES DE LOS ALCOHOLES.             Las reacciones de los alcoholes pueden dividirse en dos grupos. Las que ocurren en el enlace C-O y las que ocurren en el enlace O-H.

 

            En el resumen de las reacciones están representadas casi todas ellas, a continuación realizaremos algún comentario de las más significativas. DESHIDRATACIÓN DE ALCOHOLES PARA PRODUCIR ALQUENOS.             Una de las reacciones más importantes del enlace C-O de los alcoholes es la deshidratación para formar alquenos. Se rompe el enlace carbono-oxígeno, se rompe el enlace C-H vecino y se forma un enlace pi () de alqueno. (véase capítulo de eliminación).             Debido a la importancia de la reacción, se ha desarrollado un gran número de formas alternativas de realizar las deshidrataciones. Uno de los métodos más comunes y que funciona particularmente bien para los alcoholes terciarios es el método catalizado por ácido. Las deshidrataciones catalizadas por ácido normalmente siguen la regla de Zaitsev . En la práctica normal de laboratorio, sólo los alcoholes terciarios se deshidratan con ácido. Puede hacerse que los alcoholes secundarios reaccionen, pero las condiciones son más severas (H2SO4 al 75%, 100ºC) y las moléculas sensibles no las resisten. Los alcoholes primarios son menos reactivos aún que los secundarios, y se requieren condiciones todavía más severas para la deshidratación (H2SO4 al 95%, 150ºC) . Dos electrones del átomo  de oxígeno se unen al H+, produciendo un alcohol protonado intermediario, el cual a su vez es un buen grupo saliente.    Se rompe el enlace carbono-oxígeno y los dos electrones del enlace quedan en el oxígeno, dejando el carbocatión intermediario.  Dos electrones de un enlace carbono-hidrógeno vecino forman el enlace pi del alqueno, y se elimina un H+ (un protón).   

             Una vez que se ha reconocido que la deshidratación catalizada por ácido es una reacción E1, se esclarece la causa por la cual los alcoholes terciarios reaccionan más rápido. Los sustratos terciarios siempre reaccionan con más rapidez en las reacciones E1 debido a que conducen a carbocationes intermedios muy estabilizados.             Para evitar la necesidad de ácidos fuertes y poder deshidratar alcoholes secundarios de un modo más suave, se han desarrollado otros reactivos que son eficaces

en condiciones básicas suaves. Uno de tales reactivos, el oxicloruro de fósforo (POCl3), a menudo es capaz de provocar la deshidratación de alcoholes secundarios y terciarios a 0ºC en piridina (una amina básica) como disolvente. 

      1-Metilciclohexanol                  1-Metilciclohexeno                                                                 (96%)

         Ciclohexanol                  Ciclohexeno (97%)

 

Mecanismo: 

             El grupo hidroxilo del alcohol reacciona con POCl3 para formar un diclorofosfato intermedio. La eliminación E2 procede por el mecanismo usual de un paso, la piridina, una amina básica, sustrae un protón del carbono vecino al mismo tiempo que el grupo diclorofoafato está saliendo. CONVERSIÓN DE ALCOHOLES EN HALOGENUROS DE ALQUILO.             Una segunda reacción del enlace C-O de los alcoholes es su conversión en halogenuros de alquilo. Los alcoholes terciarios se convierten con facilidad en halogenuros de alquilo por tratamiento con HCl o HBr a 0ºC. Sin embargo, los alcoholes primarios y secundarios son mucho más resistentes a los ácidos, y se transforman mejor en halogenuros por tratamiento ya sea con SOCl2 o con PBr3. Obtención de cloruros de alquilo con SOCl2. 

 

 Mecanismo:

Obtención de bromuros de alquilo con PBr3: 

 

Mecanismo: 

A continuación, el HOPBr2 reaccionará con dos o más moléculas del alcohol por mecanismos análogos al de la primera etapa. CONVERSIÓN DE ALCOHOLES EN TOSILATOS CON CLORURO DE P-TOLUENSULFONILO, (P-TOSCL):

            Los alcoholes reaccionan con cloruro de p-toluensulfonilo en solución de piridina para formar tosilatos de alquilo, R-OTs. En esta reacción sólo se rompe el enlace O-H del alcohol; el enlace C-O queda intacto, y no ocurre cambio en la configuración si el alcohol es quiral. El tosilato de alquilo resultante tiene comportamiento químico muy similar al de los halogenuros de alquilo, y como estos sufre reacciones de sustitución SN1 y SN2 con facilidad. Ejemplo: 

OXIDACIÓN DE ALCOHOLES:             La reacción más importante de los alcoholes es su oxidación para producir compuestos carbonílicos. Los alcoholes primarios forman aldehídos o ácidos carboxílicos; los alcoholes secundarios generan cetonas, y los alcoholes terciarios no reaccionan con la mayoría de los agentes oxidantes, excepto en condiciones más vigorosas. 

            La oxidación de los alcoholes primarios y secundarios puede efectuarse con un gran número de reactivos, como KMnO4, CrO3 y Na2Cr2O7 ó K2Cr2O7.  Los alcoholes primarios se oxidan a aldehídos o ácidos carboxílicos, dependiendo de los reactivos seleccionados y de las condiciones de reacción. Probablemente el mejor método para elaborar aldehídos a partir de alcoholes primarios es por medio del clorocromato de piridinio (PCC), en diclorometano como disolvente.             Todas estas oxidaciones ocurren por rutas estrechamente relacionadas con la reacción E2. El primer paso implica la reacción entre el alcohol y un reactivo de Cromo VI para formar un cromato intermedio. Una eliminación bimolecular posterior forma el producto carbonilo. 

 Ejemplos: 

       1-Decanol                                               Ácido decanoico (93%)

                                                                                      (85%)

  

 4-tercButilciclohexanol                              4-tercButilciclohexanona                                                                                     (91%)

            Citronelol                                               Citronelal (82%)                                          

 4-metilpentanol                                                  4-metilpentanal

 

 

TIOLES             Los tioles, R-SH, son análogos azufrados de los alcoholes. Los tioles se nombran por medio del sistema que se usa para los alcoholes, con el sufijo -tiol en lugar de -ol. El grupo -SH mismo se conoce como grupo mercapto.             La característica física más notable de los tioles es su olor en extremo desagradable. Por ejemplo, el olor del zorrillo o mofeta se debe principalmente a los tioles simples 3-Metil-1-butanotiol y 2-Buteno-1-tiol. Al gas natural se le agregan pequeñas cantidades de tioles con bajo peso molecular que sirven como advertencia fácil de detectar en caso de fugas.             Los tioles suelen elaborarse a partir de los correspondientes halogenuros de alquilo por desplazamiento SN2 con un nucleófilo de azufre, como el anión sulfhidrilo, -SH. 

                                                                 1-Bromooctano                                                              1-Octanotiol                         Los tioles pueden ser oxidados por reactivos suaves, como bromo o yodo, para formar disulfuros, R-SS-R. La reacción es fácilmente reversible; los disulfuros se pueden reducir a tioles por tratamiento con cinc y ácido.

Grupo funcionalDe Wikipedia, la enciclopedia libre

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En química orgánica, los grupos funcionales son estructuras submoleculares, caracterizadas por una conectividad y composición elemental específica que confiere reactividad a la molécula que los contiene. Estas estructuras reemplazan a los átomos de hidrógeno perdidos por las cadenas hidrocarbonadas saturadas. Los grupos alifáticos, o de cadena abierta, suelen ser representados genéricamente por R (radicales alquílicos), mientras que los aromáticos, o derivados del benceno, son representados por Ar (radicales arílicos).

Contenido

[ocultar] 1 Grupos funcionales más comunes

o 1.1 Funciones hidrogenadas

o 1.2 Funciones oxigenadas

o 1.3 Funciones nitrogenadas

o 1.4 Funciones halogenadas

o 1.5 Grupos que contienen Azufre

o 1.6 Grupos que contienen Fósforo

Grupos funcionales más comunes [editar]

Los grupos funcionales listados a continuación son los más comunes. En las tablas, los símbolos R, R', o similares, pueden referirse a una cadena hidrocarbonada, a un átomo de hidrógeno, o incluso a cualquier conjunto de átomos.

Funciones hidrogenadas [editar]

También llamados hidrocarburos, son aquellos grupos funcionales compuestos únicamente por carbono e hidrógeno.

Grupo funcional Tipo de compuesto Fórmula Estructura Prefijo Sufijo

Grupo alquilo Alcano o Saturado R-CH2-CH2-R' -il- -ano

Grupo alquenilo Alqueno o Etilénico R-CH=CH-R' -enil- -eno

Grupo alquinilo Alquino o Acetilénico R-C≡C-R' -inil- -ino

Grupo fenilo Aromático Ar-R fenil- -benceno

Grupo bencilo Tolueno Ar-CH2-R bencil- -tolueno

Estos son los principales grupos hidrogenados, sin embargo, existen más grupos, tanto alifácticos como aromáticos, con nombres específicos como tert-butil (tert-butilo), bornil (borneol), ciclohexil (ciclohexano), etc. También hay múltiples derivados del benceno (grupo arilo), los mostrados en la tabla son simplemente los dos más sencillos.

Funciones oxigenadas [editar]

Presencia de uniones C-O

Grupo funcional Tipo de compuestoFórmula delcompuesto

Prefijo

Grupo hidroxilo Alcohol R-OH hidroxi-

Grupo alcoxi (o ariloxi) Éter R-O-R' -oxi-

Grupo carboniloAldehído R-C(=O)H carbaldehido-

Cetona R-C(=O)-R' oxa-

Grupo carboxilo Ácido carboxílico R-COOH carboxi-

Grupo acilo Éster R-COO-R' -iloxicarbonil- R

Funciones nitrogenadas [editar]

Amidas, aminas, nitrocompuestos, nitrilos. Presencia de uniones C-N

Grupo funcional Tipo de compuestoFórmula delcompuesto

Prefijo

Grupo amino Amina R-NH2 amino-

Grupo acilo Amida R-C(=O)N(-H)-R' amido-Según la amina y

ácido de procedencia:alquil

Grupo acilo Anhídrido de ácido (RCO)2O Anhídrido -ico

_ Hidracina R2N-NR2 _

_ Hidroxilamina -NOH _

Grupo nitro Nitrocompuesto R-NO2 nitro-

Grupo nitrilo Nitrilo o cianuro R-CN ciano-

_ Isonitrilo R-NC alquil isonitrilo

_ Isocianato R-NCO alquil isocianato

_ Isotiocianato R-NCS alquil isotiocianato

Grupo azo Azoderivado R-N=N-R' _

_ Diazoderivado R=N=N _

_ Sal de diazonio -N≡N _

_ Azida -N=N=N azido-

Funciones halogenadas [editar]

Compuestos por carbono, hidrógeno y halógenos.

Grupo funcional Tipo de compuestoFórmula delcompuesto

Prefijo

Grupo haluro Haluro R-X halo-

Grupo acilo Haluro de ácido R-COX Haloformil- Haluro de -oílo

Grupos que contienen Azufre [editar]

Grupo funcional Tipo de compuestoFórmula delcompuesto

Prefijo

Grupo sulfuro R-S-R' Tioéter o sulfuro alquil tio-

R-SH Tiol tiol mercapto-

R-SO-R' Sulfóxido _ _

R-SO2-R' Sulfona _ _

_ RSO3H Ácido sulfónico sulfo- ácido -sulfónico

Grupos que contienen Fósforo [editar]

Grupo funcional Tipo de compuestoFórmula delcompuesto

Prefijo

Fosfodiéster R-OP(=O)2O-R' _ _

Piridilio R-C5H4N piridil- _

La combinación de los nombres de los grupos funcionales con los nombres de los alcanos de los que proceden genera una nomenclatura sistemática poderosa para denominar a los compuestos orgánicos.

Los átomos que no contienen hidrógeno en los grupos funcionales se asocian siempre con enlaces covalentes, así como el resto de la molécula. Cuando el grupo de átomos se asocia con el resto de la molécula primeramente mediante fuerzas iónicas, se denomina más apropiadamente al grupo como un ion poliatómico o ion complejo. Todos los anteriores se denominan radicales, utilizando el término radical con el significado que precede a radical libre.

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_funcional"

 DERIVADOS DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

             Los ácidos carboxílicos y los derivados de ácidos carboxílicos son una clase de compuestos que se denominan en general Derivados de Acilo, R-CO-Y, donde el grupo acilo está unido a un sustituyente electronegativo -Y, que puede actuar como grupo saliente en diversas reacciones de sustitución. 

Ácido carboxílico Halogenuro de ácido( X = F,Cl, Br, I)

Anhídrido de ácido 

Éster Amida

 

Nitrilo

             La reacciones químicas de los distintos derivados de ácidos carboxílicos están representadas por un tipo de reacción general: la reacción de sustitución nucleofílica en el acilo. Mecanísticamente, estas reacciones se realizan por medio de la adición de un nucleófilo al grupo carbonilo polar del derivado de ácido, seguida de la expulsión de un grupo saliente del intermediario tetraédrico: 

 donde Y = Cl, Br, I (halogenuro de ácido); OR’ (éster); OCOR’ (anhídrido) o NHR’ (amida).             La reactividad de un derivado de ácido hacia la sustitución nucleofílica depende tanto del entorno estérico alrededor del grupo carbonilo como de la naturaleza electrónica del sustituyente, Y. De este modo, se he encontrado el siguiente orden de reactividad: 

Halogenuro de ácido > Anhídrido > Éster > Amida. 

            Todos ellos pueden ser obtenidos de los respectivos ácidos carboxílicos, los cloruros de ácidos a su vez se pueden transformar en cualquier otro derivado de ácido y así con cada uno de ellos tal como se muestra a continuación en forma de esquema incluidos los nitrilos. Sus respectivas reacciones se mostraran en forma de resumen con un ejemplo, siguiendo la metodología expuesta para los otros grupos funcionales ya estudiados. 

  ALGUNAS DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA EN EL ACILO DE LOS

CLORUROS DE ÁCIDO 

 

 ALGUNAS DE LAS REACCIONES DE LOS ANHÍDRIDOS DE ÁCIDO

 ALGUNAS REACCIONES DE LOS ÉSTERES

  

  

ALGUNAS REACCIONES DE LAS AMIDAS  

ALGUNAS REACCIONES DE LOS NITRILOS 

RESUMEN GENERAL DE LAS REACCIONES 

 Reacciones de los haluros de ácido

 Ejemplo

1.-Hidrólisis  

 2.- Sales carboxílicas  

 

 3.- Alcohólisis  

 4.- Aminólisis

 

  

 

 5.- Reacción de Grignard  

 

 6.- Reacción con diorganocupratos  

 

 

 7.- Reducción parcial

       Reducción total

 

  

 Reacciones de anhídrido de ácido

 Ejemplo

1.- Hidrólisis  

 2.- Alcohólisis  

3.- Aminólisis

 

  

 

 4.- Reducción a alcoholes 1º  

  

Reacciones de los ésteres 

Ejemplo1.- Hidrólisis  

2.- Aminólisis  

3.- Alcohólisis (Transesterificación)

 

  

 4.- Pirolisis de ésteres

 

 

 

5.-  Reactivos organometálicos

 

 

6.- Reducción parcial hacia aldehído

 

 

7.- Reducción total hacia alcoholes 1º

 

 

 8.- Formación de enolatos con posterior tratamiento con un electrófilo 

 

 9.- Condensación de Claisen 

  

Reacciones de las amidas 

Ejemplo1.- Hidrólisis

 

 

2.- Reducción parcial hacia aldehído

 

 

3.- Reducción total hacia aminas 1º

 

 

4.- Transposición de Hofmann 

  

 

  

Reacciones de los nitrilos 

Ejemplo1.- Hidrólisis  

 

 2.- Con reactivos organometálicos  

 

 3.- Reducción parcial hacia aldehídos  

 

 4.- Reducción totall hacia aminas 1º  

 5.- Hidrogenación catalitica  

 6.- Desprotonación y alquilación en el C.

 

  

 

             La mayoría de las reacciones de sustitución nucleofílica en los derivados de los ácidos carboxílicos aquí mencionadas ocurren en dos pasos: adición del nucleófilo y eliminación del grupo saliente. Aunque algunas veces ambos pasos pueden afectar la velocidad global de la reacción, suele ser el primero paso el limitante de la velocidad.

 Ocurre la adición de un nucleófilo al grupo carbonilo, lo que produce un intermedio tetraédrico

Un par de electrones del oxígeno desplaza al grupo saliente Y, lo cual genera un compuesto carbonílico como producto

El nucleófilo puede ser del tipo :Nu- o bien :Nu-H. Y es un grupo saliente:  -OR, -NR2, _-Cl, -OCOR’.

             El orden de reactividad es  Halogenuro de ácido > Anhídrido > Éster > Amida. Una consecuencia importante de las diferencias de reactividad observadas es que suele ser posible transformar un derivado más reactivo en uno menos reactivo. 

  

            Casi la mayoría de las reacciones de los halogenuros de ácido ocurren por sustitución nucleofílica en el carbonilo. Por lo que no daremos grandes detalles de cada una de ellas, veamos el caso de la hidrólisis: 

    Un haluro                                                                                     Un ácido    de ácido                                                                                      carboxílico 

            Dado que durante la hidrólisis se genera HCl, a menudo la reacción se realiza en presencia de piridina o de NaOH como base para secuestrar el HCl e impedir que éste cause reacciones laterles. La alcohólisis presenta un mecanismo casi idéntico con la diferencia que el grupo atacante es el alcohol e igual cosa la aminólisis.             La reducción de los halogenuros de ácido, termina convirtiéndolos el alcoholes primarios cuando se emplean reductores fuertes (LiAlH4) y en aldehídos cuando se utilizan reductores suaves como por ejemplo el DIDAL , la reducción ocurre por un mecanismo típico de sustitución nucleofílica en el carbonilo en el cual el ion hidruro  (H-) ataca al grupo carbonilo produciendo un intermediario tetraédrico que expulsa al ion cloruro, para formar un aldehído, el cual es rápidamente reducido por el LiAlH4 en un segundo paso para generar el alcohol primario.             Los halogenuros de ácido con reactivos de Grignard suelen producir alcoholes terciarios en los cuales los dos sustituyentes son idénticos, el mecanismo es igual a la reducción con LiAlH4, pasándose por una cetona intermedia, la cual reacciona rápidamente con el segundo equivalente de organometálico, para producir el alcohol, ejemplo:

                                    Mecanismo:

             La obtención de cetonas apartir de halogenuros de ácido, es posible empleando como agente organometálico un reactivo del tipo diorganocuprato, ejemplo: 

             La reacciones químicas de los anhídridos de ácido son muy similares a las de los halogenuros de ácido, con la única diferencia que sus reacciones son más lentas. Los ésteres sin embargo, son talvez los derivados de ácidos más importantes. Los ésteres pueden ser obtenidos partiendo de ácidos o anhídridos, aunque el método más amplio es partiendo de los cloruros de ácido.

             Los ésteres presentan un comportamiento químico similar al descrito para los halogenuros de ácido y anhídridos, pero son menos reactivos hacia los nucleófilos que los anteriores; de ahí que las reacciones requieran de un catalizador que suele ser ácido o básico.             La hidrólisis de ésteres por ejemplo es realizada en medio ácido o básico para producir un ácido carboxílico más alcohol. La hidrólisis de ésteres en solución básica se llama saponificación (del latín sapo, saponis, jabón).  Analicemos un ejemplo: Mecanismo de hidrólisis mediante base 

            Al contrario de lo que ocurre con la hidrólisis catalizada por ácidos, esta reacción en sus últimas etapas no es de equilibrio, la etapa en la que el ácido se convierte en la sal del carboxilato, es esencialmente irreversible. Por lo tanto, se necesita al menos una cantidad estequiométrica de hidróxido (aunque frecuentemente se emplea un exceso).  Reacción de los ésteres con alcoholes: transesterificación             Esta reacción permite la conversión de un éster en otro sin necesidad de obtener el ácido libre. La transesterificación es una reacción de equilibrio. Para desplazar el equilibrio se utiliza normalmente un gran exceso de alcohol, muchas veces como disolvente. La reacción tiene utilidad dado que las lactonas (ésteres cíclicos) se abren mediante transesterificación a hidroxiésteres.

Ejemplo:

                        Amidas a partir de ésteres:             Los ésteres reaccionan con las aminas por un método típico de sustitución nucleofílica en el acilo para producir amidas. La reacción en si no necesita catalizador dado que las aminas, son buenos nucleófilos. Sin embargo, la reacción no tiene mucho uso  debido a que se obtienen mayores rendimientos por la aminolisis de los cloruros de ácido. Ejemplos:

Benzoato de metilo                       Benzamida

 

3-Metilbutanoato de metilo        3-Metil-N-etilbutanoamida

  Reactivos de Grignard con ésteres producen alcoholes terciarios:             La reacción de los ésteres con dos equivalentes de un reactivo de Grignard, los transforma en alcoholes terciarios, mientras que los ésteres del ácido metanoico (fórmico) conducen a alcoholes secundarios. La reacción en si es una adición nucleofílica del organometálico a la función carbonílica para dar la sal de magnesio de un hemiacetal y formación de una cetona intermedia, a continuación tiene lugar otra adición de un segundo equivalente de reactivo de Grignard sobre el grupo carbonílico formado. Por ultimo, se obtiene el alcohol al añadir agua a la mezcla de reacción.             Ejemplo:

 

Mecanismo: 

 Reducción de ésteres a alcoholes:             Los ésteres se reducen fácilmente por tratamiento con hidruro de litio y aluminio (LiAlH4) para producir alcoholes primarios, el mecanismo consiste en la unión de un hidruro al grupo carbonilo, a lo cual sigue la eliminación del ion alcóxido para producir un aldehído como intermedio. La posterior adición de un hidruro al aldehído forma el alcohol primario. Mecanismo: 

   Éster                                                                 Aldehído                                                        Alcohol primario             Si en vez de LiAlH4 se usa DIBAL (hidruro de diisobutilaluminio) como agente reductor, es posible aislar el aldehído. Debe tenerse gran cuidado (usar un equivalente exacto de hidruro, y efectuar la reacción a -78ºC). Ejemplo:

 Formación de enolatos con posterior tratamiento con un electrófilo:             La acidez de los hidrógenos en de los ésteres es suficiente para que se formen los enolatos de éster, cuando un éster reacciona con una base fuerte a baja temperatura. Los enolatos de éster reaccionan como enolatos de cetonas, dando lugar a alquilaciones, apertura de oxaciclopropanos y reacciones aldólicas. 

Ejemplo:

Condensación de Claisen[1]:             Cuando los enolatos de éster atacan a otra molécula de éster se forma un producto de condensación de Claisen, dando lugar a un producto conocido como     -ceto-éster. Esto se debe a que los enolatos no deben estar presentes en cantidades estequiométricas, sino que pueden existir en concentraciones de equilibrio, como ee la reacción aldólica, Tanto el alcóxido (base) como el éster empleado deben ser derivados del mismo alcohol para evitar la una transesterificación. Ejemplo: 

 Mecanismo: 1) Formación del enolato del éster 

2) Adición nucleófila 

3) Eliminación

 

             La condensación de Claisen es esencialmente análoga a la aldólica, pero con un éster en lugar de un aldehído. En de estar presente ésteres de distinta naturaleza química se produce una condensación de Claisen cruzada, dando lugar a mezclas de productos, y en el caso de que una misma molécula posea dos grupos ésteres da lugar a una condensación de Claisen intramolecular, conocida con el nombre de condensación de Dieckmann[2]. Ejemplos: a) Condensación de Claisen mixta 

b) Condensación de Claisen intramolecular (Dieckmann) 

  

REACCIONES DE LAS AMIDAS:             Las amidas son mucho menos reactivas que cloruros de ácido, anhídridos de ácido o ésteres. Por tanto, el enlace amida sirve como la unidad básica a partir de la cual se forman todas las proteínas.             Las amidas sufren hidrólisis para formar ácidos carbixílicos más aminas cuando se calientan con ácidos o bases en solución acuosa. Las condiciones que se requieren para la hidrólisis de amidas son más drasticas que para la hidrólisis de cloruros de ácido o ésteres, pero los mecamismos son similares. Ejemplos: (a) Hidrólisis ácida

(b) Hidólisis básica 

             Al igual que otros derivados de ácidos carboxílicos, las amidas pueden reducirse con LiAlH4 o bien LiAl(OR)3H, para obtener alcoholes o aldehídos respectivamente. El efecto neto de la reducción de una amida es la conversión del grupo carbonilo de la amida en un grupo metileno (C=O CH2). Este tipo de reacción es específico de las amidas y no ocurre con otros derivados de ácidos carboxílicos. 

Ejemplos:

             La reducción con hidruro de litio y aluminio es igualmente eficaz tanto para las amidas acíclicas como para las cíclicas (lactamas). La reducción de lactamas produce aminas cíclicas con buenos rendimientos, y constituye un método de síntesis valioso. Ejemplo:

                                                Una lactama                           Una amina cíclica             Las amidas se pueden transformar en aminas con un carbono menos respecto a las amida original mediante la transposición de Hofmann, la que será estudiada en el capítulo 27, dedicado a las aminas. REACCIONES DE LOS NITRILOS:             La química de los nitrilos es similar en muchos aspectos a la química de los compuestos carbonílicos. Al igual que éstos, los nitrilos están fuertemente polarizados, lo que  hace que el átomo de carbono sea electrófilo. Por tanto los nitrilos son atacados por nucleófilos para producir aniones imina con hibridación sp2 como intermedio, en una reacción análoga a la formación del ion alcóxido intermedio por adición nicleofílica a un grupo carbonilo.             Las dos reacciones más importantes de los nitrilos son la hidrólisis y la reducción. Además, los nitrilos pueden ser parcialmente reducidos e hidrolizados para producir aldehídos, y se pueden tratar con reactivos de Grignard para producir cetonas.             Los nitrilos pueden hidrolizarse en medio acuoso ácido o básico para dar los correspondientes ácidos carboxílicos. El mecanismo de estas reacciones procede a través de una amida intermedia e incluye etapas de adición-eliminación. 

Mecanismo de la hidrólisis de nitrilos catalizada por ácidos: 

 Mecanismo de la hidrólisis de nitrilos catalizada por bases:                       

             Las condiciones para la hidrólisis de nitrilos son normalmente drásticas, requiriendo altas concentraciones de ácido o base a elevadas temperaturas.  Los reactivos organometálicos reaccionan con los nitrilos para dar cetonas:             Los nucleófilos fuertes, como por ejemplo los reactivos organometálicos, se adicionan a los nitrilos para dar sales de aniones de imina. El tratamiento coc ácido acuoso conduce a la imina neutra, que se hidroliza rápidamente a cetona.

 Ejemplo:

[1] Ludwig Claisen, (185-1930), Profesor de la Universidad de Berlin.[2] Walter Dieckmann, (1869-1925), Profesor de la Universidad de Munich.

HalogenuroDe Wikipedia, la enciclopedia libre

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Los halogenuros (derivado del nombre griego halos = sal) son los compuestos que contienen los elementos del grupo VII (flúor, cloro, bromo yodo y astato) en estado de oxidación -1. Sus características químicas y físicas se suelen parecer para el cloruro hasta el yoduro siendo una excepción el fluoruro.

Pueden ser formados directamente desde los elementos o a partir del ácido HX (X = F, Cl, Br, I) correspondiente con una base.

Contenido

[ocultar] 1 Los halogenuros inorgánicos 2 Los halogenuros orgánicos

3 Los pseudohaluros

4 Véase también

Los halogenuros inorgánicos [editar]

Los halogenuros inorgánicos son sales que contienen los iones F-, Cl-, Br- o I-. Con iones plata forman un precipitado (excepto el fluoruro, que es soluble). La solubilidad de la sal de plata decae con el peso del halogenuro. Al mismo tiempo aumenta el color que va de blanco para el cloruro AgCl a amarillo en el AgI.

También existen complejos metálicos de los halogenuros. Así, el yoduro de mercurio se disuelve en presencia de un exceso de yoduro para formar aniones de tetrayodomercurato HgI4

2-. (Este ion se encuentra por ejemplo en el reactivo de Nessler utilizado en la determinación cualitativa del amoníaco).

Los halogenuros orgánicos [editar]

Los halogenuros orgánicos cuentan con un halógeno en estado de oxidación,unido directamente a un átomo de carbono. Según la naturaleza del halógeno y del resto orgánico tienen una amplia variedad de aplicaciones y se han desarrollado diversas formas de síntesis. Las más importantes reacciones de obtención son:

Intercambio del grupo OH de un alcohol por el halogenuro aplicando disoluciones acuosas de HX. Con un hidrógeno en posición "beta" hay peligro de eliminaciones como reacción secundaria.

Intercambio de grupos OH no fenílicos con halogenuro de fósforo (III) (PX3, o halogenuro de tienilo (SOX2). Este método también se aplica para la obtención de halogenuros de ácidos carboxílicos. Con sustancias delicadas se puede llevar a cabo en presencia de una base (p.ej. piridina).

Adición de HX a enlaces múltiples. Según las condiciones (polares o radicalarias) se forma el producto Markownikoff o anti-Markownikoff.

Descomposición del diazonio (R-N2+)en presencia de halogenuro de cobre para

sintetizar halogenuros sobre carbonos aromáticos (Reacción de Sandmeyer)

Sustitución radicalaria de uno o varios hidrógenos en un grupo alcano. Un ejemplo es la síntesis de bromuro de bencilo a partir de tolueno con bromo elemental en condiciones fotoquímicas:

Br2 + H3CC6H5 -> HBr + BrH2CC6H5

La selectividad de esta reacción puede ser mejorada en algunos casos partiendo del halogenuro de la succinimida en vez del halógeno elemental.

Sustitución de un hidrógeno aromático por un halogenuro mediante en presencia de un catalizador (generalmente un ácido de Lewis, como FeBr3):

Br2 + C6H5Me -[FeBr3]-> HBr + C6H4BrMe

Intercambio de halógenos. Esta reacción se utiliza sobre todo para los fluoruros que son difíciles de conseguir por otros métodos.

Los pseudohaluros [editar]

Como pseudohaluros se conocen los iones que por su tamaño y carga pueden sustituir los haluros en sus compuestos formando sustancias con características parecidas a los haluros. Ejemplos son el cianuro (CN-, el cianato (OCN-)o el tiocianato (SCN-). Algunos de ellos forman con medios oxidantes dímeros (como el dician del cianuro).

Véase también [editar]

Halógeno Haluro

Halogenuros de alquilo

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Halogenuro"Categoría: Halogenuros

PROPIEDADES FÍSICAS

             Las aminas son compuestos altamente polares. Las aminas primarias y secundarias pueden formar puentes de hidrógeno intramoleculares en el estado líquido y por tanto tienen puntos de ebullición mayores que los alcanos de peso molecular equivalente. Una característica de las aminas de bajo peso molecular es su olor a pescado, que en cierta medida es distintivo. 

   METILAMINA, FORMANDO PUENTES DE HIDRÓGENO EN EL ESTADO LÍQUIDO

 BASICIDAD DE LAS AMINAS:             La basicidad y la nucleofilicidad de las aminas está dominada por el par de electrones no compartido del nitrógeno, debido a este par, las aminas son compuestos que se comportan como bases y nucleófilos, reaccionan con ácido para formar sales ácido/base, y reaccionan con electrófilos en muchas de las reacciones polares que se han estudiado anteriormente (Ej. Sustituciones Nucleófilicas).  

                            Amina                 Un ácido                             Una sal (ion amonio)  

BASICIDAD DE ALGUNAS ALQUILAMINAS 

NOMBRE ESTRUCTURA pK DEL ION AMONIO

- AMONIACO :NH3 10.64AMINAS PRIMARIAS- METILAMINA- ETILAMINA

 CH3-NH2

CH3CH2-NH2

 16.6410.75

AMINAS SECUNDARIAS- DIMETILAMINA- DIETILAMINA - PIRROLIDINA

 (CH3)2NH

(CH3CH2)2NH

 10.7310.94

 11.27

AMINAS TERCIARIAS- TRIMETILAMINAS- TRIETILAMINA

 (CH3)3N:

(CH3CH2)3N:

 9.7910.75

 Sales de aminas: (sales de amonio)             La basicidad de las aminas permite su protonación o alquilación, lo que da  lugar a las sales de amonio. Dependiendo del número de sustituyentes que tenga el nitrógeno, las sales pueden ser primarias, secundarias o cuaternarias. 

             

            La diferencia en el comportamiento de las aminas y sus sales, en cuanto a solubilidad, puede utilizarse tanto para detectar aminas, como para separarlas de sustancias no básicas. Un compuesto orgánico insoluble en agua que se disuelve en ácido clorhídrico acuoso, diluido, debe ser apreciablemente básico, lo que significa que, de seguro, se trata de una amina. Esta puede separarse de compuestos no básicos por su solubilidad en ácidos; una vez separada, puede regenerarse alcalinizando la solución acuosa.

 Esteroquímica del Nitrógeno:                        El nitrógeno utiliza orbitales sp3, que se dirigen hacia los vértices de un tetraedro. En consecuencia, las aminas son piramidales como el amoniaco y tienen casi los mismos ángulos de valencia (180º en la trimetilamina, por ejemplo).             La distribución tetraédrica alrededor del nitrógeno de una amina sugiere que debería ser quiral si los tres sustituyentes fueran diferentes, puesto que el par solitario actuaría como el cuarto. Un comportamiento así y su imagen especular, por analogía con los centros quirales basados en el carbono no son superponibles. Esto se puede ilustrar con la N-metiletilamina, que es una alcanoamina quiral. 

Imágenes especulares de la N-metiletilamina 

            Sin embargo, dichos enantiómeros no han podido aislarse. Estudios espectroscópicos demostraron que la barrera energética entre los dos arreglos piramidales en torno al nitrógeno, por lo común es tan baja que ambos se interconvierten rápidamente. La molécula se puede visualizar como un equilibrio entre las dos formas. PREPARACIÓN DE LAS AMINAS (SÍNTESIS):             Los diferentes métodos utilizados en el laboratorio para la preparación de aminas se ilustraran en la siguiente tabla, siguiendo los estilos anteriores (reacción - ejemplo). 

SÍNTESIS DE AMINAS EJEMPLO 1.- Alquilación SN2 con halogenuros de alquilo (a) Amoniaco

(b) Primaria

 

   Por desgracia, estas reacciones no se obtienen limpiamente después de que ha ocurrido una sola alquilación. Puesto que las aminas primarias, secundarias y aun las terciarias tienen reactividad similar, los productos monoalquilados que se forman inicialmente experimentan una reacción posterior para formar una mezcla de productos, como se ilustra para el 1-bromooctano con un exceso al doble de amoniaco, se puede tener mayor

(c) Secundaria

(d) Terciaria

 

rendimiento del primero empleando un gran exceso de amina inicial, por lo que este método no es del todo bueno sintéticamente hablando.

2.- Aminas primarias a partir de nitrilos 

 

3.- Aminas primarias a partir de azidas 

 

4.- Aminas primarias a partir de nitrocompuestos (a) Nitroalcanos:

(b) Nitroarenos (Nitrobenceno)

  

 

5.- Síntesis de Gabriel[1],  para aminas primarias  

6.- Aminas por reducción de amidas (a) Primarias

(b) Secundarias

 

(c) Terciarias

 7-  Aminación reductiva de cetonas/aldehídos (a) Primarias

(b) Secundarias

(c) Terciarias

(d) Vía oxima

Oxima

 

 

 

 

8.- Transposición de Hofmann[2]

 

 

 

9.- Transposición de Curtius[3]

 

 

  

10.- Transposición de Schmidt[4]

  

             A continuación se realizaran algunos comentarios relacionados con los mecanismos de las reacciones específicas de aminas como lo son la Síntesis de Gabriel y las Transposiciones de Hofmann, entre otras. 

  SÍNTESIS DE GABRIEL:             En la síntesis de aminas de Gabriel, informada en 1887, se hace uso de la alquilación de imidas, lo que constituye un medio alternativo para producir aminas a partir de halogenuros de alquilo. En la síntesis de Gabriel se emplea el anión de la imida cíclica del ácido 1,2-bencenodicarboxílico (ftalimida) como nucleólfilo, analicemos el proceso completo para la síntesis de la bencilamina: 

 AMINACIÓN REDUCTIVA DE CETONAS/ALDEHÍDOS:             La aminación reductiva ocurre vía la formación de una imina (Capítulo 17, página 303-304) como intermediario por una reacción de adición nucleófilica, y a

continuación se reduce la imina.  En la reacción de aminación reductiva es posible usar amoniaco, una amina primaria o una amina secundaria, para producir aminas primarias, secundarias o terciarias, respectivamente. 

                        Cetona/aldehído                                 Imina                                     Amina                 La reacción es posible a la selectividad de los reductores: hidrógeno activado catalíticamente o cianoborohidruro de sodio, NaBH3CN. Ambos reaccionan más rápidamente que el doble enlace de imina que con el del grupo carbonilo.  El procedimiento habitual consiste en dejar equilibrar el compuesto carbonílico y la amina con la imina y el agua en presencia del reductor. 

            Ciclopentanona                                  Imina de ciclopentanona                                 Ciclopentanoamina                                                                                     (NO SE AÍSLA) TRANSPOSICIÓN DE HOFMANN, CURTIUS  Y  SCHMIDT:             Los ácidos carboxílicos y los derivados de los ácidos carboxílicos pueden convertirse en aminas primarias con la pérdida de un átomo de carbono, tanto en la Transposición de Hofmann y en la Curtius, participa un derivado de ácido, amida y cloruro de ácido respectivamente, en la de Schmidt, participa un ácido carboxílico, pero en general proceden por mecanismos similares: Analicemos el de Hofmann 

 

 Mecanismo de la transposición de Curtius, vía una azida de acilo: 

            Cloruro de ácido          Azida de acilo                             Isocianato                   Amina

             La transposición de Schmidt tiene lugar a través de la misma secuencia, pero se inicia con un ácido carboxílico y conduce directamente a la amina. La adición-eliminación inicial que produce la azida de alcanoilo está catalizada por ácido sulfúrico, que se neutraliza una vez terminada la reacción. Reacciones de las Aminas (Reactividad):             Las reacciones de aminas están controladas por el potencial nucleofílico del átomo de nitrógeno, la tendencia del nitrógeno a compartir el par de electrones libre, hace que estás sean buenos nucleófilos, buenas bases y una reactividad excepcional de los anillos aromáticos con grupos o amino sustituidos (véase Arilaminas, Capítulo 25).

 

REACCIONES DE LAS AMINAS EJEMPLO1.- Alquilación de halogenuros de alquilo     Véase la reacción Nº 1 de las Síntesis de aminas

 

2.- Eliminación de Hofmann 

 Se favorese la producción del alqueno menos sustituido.

                      Propeno (70%)

  

3.- Sustitución nucleofílica en cloruro de ácidos (Obtención de amidas)(a) Primarias

(b) Secundarias

(c) Terciarias

 

  

 

  

4.- Sulfoamidas (a) Formación de una Sulfoamida N-sustituida

(b) Formación de una Sulfoamida N,N-disustituida 

   

  

5.- Reacción de Mannich 

 

 6.- Síntesis de óxidos de aminas 

 

7.- Eliminación de Cope 

 

 ELIMINACIÓN DE HOFMANN:             La eliminación de Hofmann consiste en la completa metilación de una amina con un exceso de yodometano para producir un yoduro de amonio cuaternario, el cual por calentamiento con óxido de plata sufre una reacción de eliminación para formar un alqueno. En esta reacción se favorece la formación del alqueno menos sustituido, las razones de esta selectividad no se comprenden del todo, pero es probable que sean de origen estérico. Debido al gran tamaño de la trialquilamina como grupo saliente, el ion hidróxido debe sustraer un hidrógeno de la posición menos impedida, o sea la posición estéricamente más accesible. 

 Ejemplo: 

 Posibles intermedios de reacción: 

El intermedio que se forma para dar lugar al 1-penteno, es energéticamente más estable, tiene menor impedimento estérico, y a la base le es fácil sustraer el hidrógeno, dando mayoritariamente éste producto. En el caso de la formación del 2-penteno, el intermedio es energéticamente menos estable, con un mayor impedimento estérico, el hidrógeno a sustraer esta más bloqueado estéricamente por la presencia del grupo metilo.

             La eliminación de Hofmann es útil para la apertura de aminas cíclicas, dando lugar a dienos,  como ejemplo veamos la apertura de la piperidina: 

  REACCIÓN DE MANNICH:             La reacción de Mannich es una condensación del metanal (formaldehído) con amoniaco, aminas primarias o secundarias, para formar iones iminio, los cuales son suficientemente electrófilos para reaccionar con aldehídos y cetonas enolizables mediante un proceso similar al de la reacción aldólica, con la formación de compuestos  -N-alquilaminocarbonílicos. Ejemplo de la reacción de Mannich: 

 Mecanismo: 1) Formación del ion iminio

2) Enolización

            3) Formación del enlace carbono-carbono

 ÓXIDOS DE AMINAS Y ELIMINACIÓN DE COPE[5]:             Las aminas son sensibles a los oxidantes; en presencia de estos, las aminas primarias y secundarias dan lugar a mezclas complejas. Las aminas terciarias, sin embargo, se oxidan mediante peróxido de hidrógeno acuoso o ácidos peroxicarboxílicos a los correspondientes óxidos de aminas, con muy buenos rendimientos. Si un óxido de amina, posee en el carbono hidrógenos, puede ocurrir una -eliminación por calentamiento sobre 100ºC, dando lugar a alquenos y N,N-dialquilhidroxilamina. Ejemplos de formación de óxidos de aminas: 

 

Ejemplo de eliminación de Cope: 

 Mecanismo:                            El mecanismo es similar a la pirólisis de los ésteres, pero tiene lugar a temperaturas inferiores y es más útil sintéticamente para la obtención de alquenos. Su mecanismo es una eliminación sin que transcurre a través de un estado de transición cíclico de cinco miembros. Aminas de Origen  Natural (Alcaloides):             Las aminas de origen natural se conocen con el nombre de Alcaloides. El estudio de los alcaloides dio gran auge a la química orgánica en el siglo XIX, y todavía es un área de investigación fascinante. Entre los alcaloides de origen natural se encuentran la Morfina (analgésico), La Heroína (no natural, pero se sintetiza desde la Morfina), al igual que la Codeína. Siendo estos compuestos agentes farmacéuticos claves. 

Morfína Codeína Heroína             A nivel industrial tiene gran importancia la 1,6-hexanodiamina, la cual es necesaria en la manufacturación del nylon.  

 

[1] Siegmund Gabriel (1851-1924); n. Berlin; Ph.D. Universidad de Berlín (1874), Profesor en la Universidad de Berlín, fue ayudante del profesor W. von Hofmann.[2] August W. von Hofmann, (1818-1892),  Profesor de la Universidad de Berlín[3] Theodor Curtius, (1857-1928); Profesor de la Universidad de Heidelberg, Alemania[4] Karl F. Schmidt, (1887-1971), Knoll AG, Ludwigshafen, Alemania

[5] Arthur C. Cope, (1909-1966), Profesor del Massachusetts Institute of  Technology.

Momento Dipolar

Muchas moléculas eléctricamente neutras, esto es, sin carga neta, poseen una distribución de

cargas no homogénea. Esto se debe a que los átomos que las forman  tienen diferente

electronegatividad, de tal forma que cuando se crea un enlace covalente, los dos electrones del

enlace son atraídos con distinta fuerza por los átomos que los comparten. En resumen, el orbital

molecular pierde su simetría, y la probabilidad de encontrar los electrones se hace mayor en las

proximidades del átomo más electronegativo. Se sigue conservando la neutralidad eléctrica

global, pero sobre el átomo más electronegativo hay un predominio de carga negativa mientras

que sobre el átomo menos electronegativo hay un predominio de carga positiva: se ha formado

un dipolo. La magnitud de ese dipolo viene definida por lo que se conoce como momento

dipolar, y es el producto de la carga fraccional presente sobre cada átomo por la distancia que

las separa. La unidad de momento dipolar es el debye; 1 D = 3,34 x 10-30 Culombio x m.

Molécula diatómica sin momento dipolar

Distorsión de la nube electrónica entre dos átomos con diferente electronegatividad

El orden relativo de electronegatividad de varios elementos es el siguiente (en rojo se muestran

los presentes en las biomoléculas):

F (4,0) > O (3,5) > N, Cl (3,0) > C, S, (2,5) ~ H (2,2), P (2,1)

El número entre paréntesis corresponde a la cuantificación de la electronegatividad según Pauling.

La separación de cargas en un enlace covalente es tanto mayor cuanto mayor

sea la diferencia de electronegatividades entre los átomos que lo forman. Esto

quiere decir que un enlace entre dos átomos de C, o entre un C y un H tiene

una distribución prácticamente homogénea de los electrones, esto es, de la

carga, mientras que un enlace C-O tiene la nube electrónica más desplazada

hacia el oxígeno, al ser este elemento más electronegativo que el carbono. Así,

en un enlace sencillo C-O el oxígeno tiene aproximadamente un 0,2 de carga

negativa  (y el C un 0,2 de carga positiva), mientras que en un enlace H-O la

carga sobre cada átomo es del orden de 0,4; evidentemente, también en este

caso el exceso de carga negativa corresponde al átomo de oxígeno. Se estima

que una diferencia de electronegatividades del orden de 2 unidades supone

una carga fraccional de 0,5 o, lo que es lo mismo, que el enlace tiene un 50%

de carácter iónico. 

Puede ocurrir que una molécula no tenga momento dipolar neto, aunque sus

enlaces individualmente considerados sí lo posean; tal es el caso del CO2, en el

que cada doble enlace C=O está polarizado, pero la molécula, al ser totalmente

lineal, no lo está: O=C=O. Por último, para moléculas con varios grupos

cargados (aunque globalmente sean eléctricamente neutras) el momento

dipolar es mucho mayor, como cabría esperar, que el de moléculas neutras sin

carga.

Note el elevado momento dipolar de la acetona. Se debe a que el enlace entre el carbono

carbonílico y el oxígeno se encuentra mucho más polarizado que los enlaces formados entre

el oxígeno y el carbono o el hidrógeno.

Estos dipolos, aunque globalmente neutros, pueden interaccionar exactamente

igual que las moléculas con carga neta, aunque la energía de esa interacción

será comparativamente menor dado que la carga presente también lo es.

Interacciones hidrofóbicas

Por definición, una  sustancia es hidrofóbica si no es miscible con el agua. Básicamente la

hidrofobicidad ocurre cuando la molécula en cuestión no es capaz de interaccionar con las

moléculas de agua ni por interacciones ión-dipolo ni mediante puentes de hidrógeno. Tal es  el

caso de los hidrocarburos saturados. En esta situación las moléculas de agua en la vecindad del

hidrocarburo se orientan y se asocian formando una estructura parecida al hielo, creándose una

especie de jaula de moléculas de agua alrededor de la molécula hidrofóbica. Esta estructura se

conoce como clatrato.

Clatrato

Modelo de una molécula de ciclohexano (en amarillo; no se muestran sus hidrógenos) rodeada de moléculas de agua. en la imagen de la derecha se han eliminado las moléculas delanteras para poder apreciar la estructura de la "jaula" y la falta de enlaces entre el ciclohexano y el agua. Compare con el modelo inositol-agua, en el que sí que hay puentes de hidrógeno. Note además que alguno de los hidrógenos del agua (en azul) no puede formar puentes de hidrógeno en el clatrato.

En resumen, una molécula que no pueda interaccionar con el agua incrementa el

orden del agua a su alrededor, es decir, disminuye la entropía del agua.

Supongamos que tenemos dos moléculas de un hidrocarburo. El sistema agua +

hidrocarburo puede estar en dos estados diferentes: 

Estado 1

Las dos moléculas de hidrocarburo están separadas, y cada una tiene su propia "jaula" de moléculas de agua ordenadas alrededor

Estado 2

Las dos moléculas de hidrocarburo están juntas, compartiendo una "jaula" de moléculas de agua común. El número total de moléculas de agua que forman el clatrato es menor, por lo que parte de las moléculas que estaban fijas está libres en la disolución (cuente las moléculas)

El estado más estable de estos dos posibles será el de menor energía libre G:

STHG

En este caso el estado más estable será el de mayor entropía, o, lo que es lo mismo,

el que tenga menos moléculas de agua ordenadas, ya que la variación de entalpía en

este caso es prácticamente nula 1. Por consiguiente, el sistema se dispone

espontáneamente en el estado 2, en el que las dos moléculas de hidrocarburo están

juntas, simplemente porque el desorden del agua es mayor en ese estado.

¡No es que el ciclohexano “huya” del agua!. Es que el agua “expulsa” al ciclohexano de

su interior. Ciertamente, las moléculas de ciclohexano se van a unir entre sí por

fuerzas de dispersión, pero como estas interacciones se forman entre cualesquiera

moléculas, la contribución neta de estas interacciones a la energía del efecto

hidrofóbico se puede considerar pequeña. De hecho, las moléculas de ciclohexano

disueltas en decano, por ejemplo, no muestran ninguna tendencia a unirse entre sí.

Las interacciones hidrofóbicas dependen exclusivamente de la estructura del agua, y

aparecen siempre que se mezclen agua y otra sustancia que no interaccione con ella.

Es muy importante destacar que la energía de las interacciones hidrofóbicas aumenta

al aumentar la temperatura, ya que el término exergónico en la variación de energía

libre es -TS; además, el desorden del agua también aumenta con la temperatura, por

lo que la fuerza responsable de las interacciones hidrofóbicas (S)  es mayor a

temperaturas más elevadas. No es de extrañar, por consiguiente, que las proteínas de

los organismos termófilos e hipertermófilos dependan de interacciones hidrofóbicas en

mayor medida que las de otros organismos para el mantenimiento de su conformación

nativa.

El mejor ejemplo de estructura celular dependiente exclusivamente de las

interacciones hidrofóbicas lo son las membranas:

El agua como disolvente

El elevado momento dipolar del agua y su facilidad para formar puentes de hidrógeno

hacen que el agua sea un excelente disolvente. Una molécula o ión es soluble en agua

si puede interaccionar con las moléculas de la misma mediante puentes de hidrógeno

o interacciones del tipo ión-dipolo.

Solubilidad de iones en agua

Con aniones que tengan átomos de oxígeno (CO32-, SO4

2-, NO -) pueden formar

puentes de hidrógeno, dado que el oxígeno actúa como aceptor de los mismos.

Además, hay que tener en cuenta la atracción del anión sobre el dipolo del agua. Lo

mismo ocurre con Cl- o F-, que tienen pares de electrones solitarios y que pueden

actuar como aceptores de puentes de hidrógeno. Por su parte, los cationes como el

Na+, el K+, el Ca++ o el Mg++ se rodean de moléculas de agua a las que unen mediante

interacciones del tipo ión dipolo; los átomos de oxígeno se orientan hacia el catión.  

El cloruro tiene 4 pares de electrones solitarios, que actúan como aceptores de 4 puentes de hidrógeno. Las 4 moléculas unidas directamente al anión (en rojo) forman la primera capa de solvatación, difícil de separar del cloruro. Estas 4 moléculas están, a su vez, unidas a una segunda capa de moléculas de agua, de las que se muestras sólo 5 (en azul)    

El ión Na+ (dibujado a escala en la imagen) puede unir hasta un máximo de 6 moléculas de agua, 4 en un plano y dos más en las caras inferior y superior (representada como una elipse) del mismo. A estas moléculas de agua se unen otras, hasta un total de unas 16 moléculas de agua asociadas al Na+

En cualquier caso el ión se rodea de una capa de moléculas de agua (atmósfera de

solvatación). Estas moléculas, a su vez, orientan a las moléculas de agua vecinas, y

así sucesivamente; las moléculas más externas se intercambian continuamente con

las moléculas de agua del medio. En principio, cuanto más pequeño y más cargado el

ión, es decir, cuanto mayor sea su densidad de carga, más fuertemente une a las

moléculas de agua, aunque hay discusión sobre el número de moléculas de agua que

se pueden considerar como fuertemente unidas a un catión (4 o 6 para el Na+. por

ejemplo). Por otra parte, este número puede depender de la presencia de otros iones

en el medio. Los cationes metálicos como el Fe3+ se unen a 6 moléculas de agua por

enlaces dativos (de coordinación) muy fuertes. Las moléculas de agua se llegar a

ionizar al aumentar el pH -hidrólisis de los cationes-; las propiedades específicas de

estos complejos no serán tratadas en este tema.

Solubilidad en agua de moléculas neutras.

Las moléculas neutras son solubles -miscibles- en agua si pueden formar puentes de

hidrógeno, como aceptoras (acetona), donadoras (mercaptoetanol) o ambas ( etanol).

La solubilidad de moléculas más grandes y complejas depende del número de grupos

(iónicos, polares) que tenga y de la geometría de la molécula.

Modelo de hidratación del escilo-inositol.

Cada uno de los seis grupos -OH une a 2 moléculas de agua, una como donador y otra como aceptor (arriba). En total, 12 moléculas de agua que, a su vez, se unen por puentes de hidrógeno a moléculas de agua vecinas (arriba-derecha). Note que los hidrógenos unidos al carbono no forman puentes de hidrógeno

(oxígeno e hidrógeno del agua en púrpura y cian, respectivamente)

El isómero mas frecuente no es éste, sino el meso-inositol

Simulación de una bicapa lipídica de

fosfatidilcolina en estado fluído.

 

Las moléculas de agua, muy desorganizadas pero unidas entre sí por puentes de hidrógeno, se encuentran en las dos caras de la bicapa. No atraviesan el interior de la membrana, altamente hidrofóbico. En este interior las cadenas de ácidos grasos están estrechamente unidas. La estructura es muy dinámica -el interior es prácticamente un fluido bidimensional- pero resulta muy estable debido al intenso efecto hidrofóbico.

 

1 Es posible que haya una variación de entalpía negativa en la transición 1->2 si el número de

puentes de hidrógeno que forman las moléculas de agua en el clatrato es menor del que

formarían en agua líquida, como ocurre en la figura. Este efecto se sumaría a la variación de

entropía, e incrementaría la energía de la interacción hidrofóbica