Cap 30- Compuestos orgánicos con azufre

CAPÍTULO 30

Compuestos orgánicos con azufre

30.1 Introducción

El azufre se encuentra inmediatamente debajo del oxígeno en el grupo VI de latabla periódica . El azufre, como los demás elementos de la segunda fila, presentauna reaccionabilidad más diversificada que la de sus compañeros de la primerafila . El oxígeno actúa generalmente en los compuestos oxigenados (alcoholes, éte-res, y compuestos carbonílicos), modificando la química del átomo de carbono alque está unido . En los compuestos con azufre se observa también un efecto similar,pero una abrumadora mayoría de sus reacciones ocurre directamente sobre el átomode azufre a causa de su elevada reactividad frente a reactivos electrófilos, nucleó-filos e incluso radicales . El azufre, al revés que el oxígeno, interviene en enlacesn p-p con dificultad . El silicio y el fósforo (capítulo 31) todavía son más reaciosque el azufre a formar enlaces it p-p .

El interés de la química orgánica del azufre, al igual que la del silicio y fós-foro, ha aumentado mucho en los últimos años . Los compuestos de azufre sonde primera importancia en muchas operaciones industriales, en la industria far-macéutica, y en la investigación fundamental de laboratorio . Participan, además,en todos los procesos metabólicos . Deben repasarse los aspectos estructurales dela química de los compuestos de azufre en las secciones 4 .13 y 10 .6 .

30.2 Tioles (Mercaptanos )

Los tioles, RSH, son los elementos fundamentales en la síntesis de otros compues-tos organoazufrados . Son más ácidos y más volátiles que los alcoholes correspon-dientes y se reconocen bien por sus desagradables olores . Existen varios tioles enla secreción defensiva de la mofeta . Las cebollas recién cortadas desprenden pro-pilmercaptano; el olor y el sabor del ajo se debe en parte al alilmercaptanc y al

1151

1152


disulf uro de alilo Los tioles son sustancias muy reactivas que intervienen en can-tidades ínfimas en los procesos biológicos . Una fracción pequeña, aunque signi-ficativa, del petróleo está constituida por tioles junto con otros compuestos orga-noazufrados .

Los tioles reaccionan como el sulfuro de hidrógeno con los iones de ciertos me-tales pesados . La formación de derivados insolubles del mercurio es una de suscaracterísticas más sorprendentes y de ella deriva el nombre común mercaptano(mercurium captans, captador de mercurio) . El ditiol HSCHZCHSH-CH2OH,más conocido como BAL (Británica, anti-Lewisita), fue concebido como agenteprotector contra los gases de guerra arsenicales (la Lewisita es uno de ellos) y esun antídoto eficaz en los envenenamientos por arsénico, mercurio y otros metalespesados .

Los tioles y sus aniones son más nucleófilos que los alcoholes y alcóxidos res-pectivamente. Los tioles muestran menos basicidad que los alcoholes frente aprotones ácidos. El sulfuro de hidrógeno no es un grupo saliente tan efectivo comoel agua, y los tioles no reaccionan con reactivos como el bromuro de hidrógeno paradar bromuros de alquilo . Sin embargo gran número de reacciones de los tioles re-cuerdan a las de los alcoholes .

O

OCH3SH +

C\ -~\o

C\Cl

SCH3O

CH 3\ /SCHZCH3CH3CH2SH + CH3CCH3 H

C/ \

CH3

SCH 2CH3

(0j_CH2SHNaOHi

CHI S - CHI, i

EJERCICIO 30.1

CHZ -S-CH3

Sugerir mecanismos específicos para las tres reacciones precedentes .

La diferencia más significativa entre la química de los alcoholes y la de lostioles es la facilidad de oxidación de estos últimos . Por acción de diversos agentesoxidantes suaves como 121 HOCI, 02 (en presencia de cobre o hierro como cata-lizador), o H202, se convierten en disulfuros . Los agentes oxidantes fuertes comoel HN03 provocan la posterior oxidación del disulfuro a ácido sulfónico . La oxi-

Tioles (Mercaptanos)

1153

dación de un alcohol aumenta el estado de oxidación del átomo de carbono, mien-tras que la oxidación de un tíol atañe sólo al átomo de azufre .

RCH2OH -+ RCHO -+ RCOOH

RCH2SH -* RCH 2SSCH2R ---i RCH2SO,H

La oxidación monoelectrónica de un alcohol provoca la ruptura homolítica deun enlace C-H ( ~ 85 kcal .) en vez de la del enlace O-H ( ~ 110 kcal), mientrasque idéntica oxidación de un tiol origina la homolisis de un enlace S-H(-80 kcal) .

R 2C-OH xi RZC-OH1H

R2C-SH X -# R 2C-S.1

1H

H

La formación de RS a partir de tioles es fácil, y la adición de radicales libresde tioles o alquenos es una reacción suave y útil . Los tioles son agentes de trans-ferencia de cadena muy eficientes, y las polimerizaciones en estas reacciones sonnulas o muy pequeñas . La orientación es anti-Markovnikov (sección 14 .7) .

Generadorde radicales libres

SH ± CH 2 =CH-R SCH2CH2R

Parece a primera vista que el camino más directo para preparar un tiol es lareacción del sulfuro de hidrógeno y sodio (bisulfuro sódico) con un halogenurode alquilo .

R-X + NaSH --i R-SH + NaXPero este método puede conducir también a cantidades apreciables de sulfuro, amenos que se emplee un gran exceso del sulfuro ácido o se haga pasar sulfuro dehidrógeno en la mezcla de reacción .

RSH + NaSH = RS - Na+ + H2SRS -Na+ + RX ; RSR + NaX

La alquilación de la tiourea, que es muy nucleófila, constituye la base de un método

1154


de laboratorio apropiado para la preparación de tioles sin el inconveniente de laformación de sulfuro .

/NHZ

/NHzNaOH+ S=C

\

--> RS=C\X-H,O `

RSH + (NH2CN)„NH2

NHZ

(polímero)

Sal de S-alquilisotiouronio

Las sales de S-alquilisotiouronio son estables, cristalinas casi siempre, y se puedenaislar y purificar .

Los tioles se preparan también con buen rendimiento por acción del azufre so-bre los reactivos de Grignard, o por hidrólisis de los esteres tiólicos .

ArMgBréter ArSMgBr H---W> ArSH

O11

(t)OH -RSCCH3 ~2 H;o • RSH

30.3 Sulfuros y disulfuros

La reactividad de los sulfuros depende en gran parte de la accesibilidad de lospares sin compartir del azufre . Los sulfuros son bases de Lewis débiles, altamentenucleófilas y fácilmente oxidables a sulfóxidos y sulfonas (sección 30 .4) . Una re-acción característica de los sulfuros es la formación de complejos cristalinos inso-lubles al tratarlos con cloruro mercúrico .

R2S + HgC1 2 --* R2S-HgC1 2

La alquilación de un sulfuro para dar una sal de sulfonio es una reacción tí-tipa Sx2 . Con los sulfuros de dialquilo la reacción es rápida en condicionessuaves .

R 2S + RX --i R 3S+ X -

Los sulfuros de arilo y los de alquilo se obtienen fácilmente mediante reaccionesnucleófilas o por radicales .

RS - + CH 3Br -- RSCH3

Sulfuros y disul f uros

1155

RSH +

Aunque los halogenuros de arilo no den normalmente reacciones directas de des-plazamiento nucleófilo (sección 16 .12), la siguiente reacción se efectúa con faci-lidad .

RSCu +

Br ~-'

SRDMF

MATERIA OPTATIVA

Episulfuros. Como sus análogos los epóxidos, los episulfuros (türanos) sufren confacilidad, y bajo muy variadas condiciones, reacciones de apertura de ciclo .

/S\ + NH2C6H5 --* HSCH2CH2NHC6H5

En cambio, no pueden obtenerse por «sulfuración» directa de los alquenos . Se dis-pone de varios métodos para su obtención, pero el más general e interesante es la re-acción de tiocianato con un oxirano .

peróxidos

)

RS

/\ KSCNO

/1111 .

S + OCN--,

'---'OCN ~~El camino más adecuado para obtener disul f uros es la oxidación suave de los

tioles (pág . 1152); como agente oxidante suele emplearse yodo .

2 R-SH I-+ R-S-S-R

EJERCICIO 30.2

Sugerir un mecanismo válido para la oxidación anterior .

La reacción más importante de los disulfuros es quizás su reducción a tioles .

R-S-S-R[Hi

2 RSHio]

1156


Para efectuarla pueden utilizarse diversos reactivos como el sulfito de hidrógeno ysodio, sodio en éter, e hidruro de aluminio y litio . La formación y la reducción delos enlaces disulfuro es un proceso biológico de gran importancia .

ÁCIDO LIPOICO . El ácido lipoico es un cofactor importante en numerosas oxida-ciones y reducciones biológicas tales como la conversión de piruvato en acetatoy dióxido de carbono . El aislamiento de tan importante material biológico en formapura data de 1953; por hidrólisis y extracción de 10 toneladas de hígado de vacase obtuvieron 30 mg de ácido lipoico cristalino .

Cisteína

S-S

(CHZ)4000H10-1

H H1 1S S

(CH 2 )4000H

Ácido lipoico

Ácido dihidrolipoico

Las proteínas son polímeros biológicos muy complejos (biopolímeros) esencia-les para las funciones de todos los sistemas vivos (capítulo 26) . Son poliamidasformadas a partir de a-aminoácidos, RCH(NH 2)000H . La cisteína es un amino-ácido que entra en la composición de todas las proteínas .

HSCH2CH000H

HOOCCH-CHZ-S-S-CHZ -CHCOOH1

1

1NHZ

NHZ

NH2Cistina

S

Sf

fS

S

SfS

1COOH

(a)

(b)

Figura 30.1Ilustraciones esquemáticas de la utilidad de los enlaces disulfuro de la cistina (a)como determinantes del tamaño de la molécula de proteína, y (b) como enlacescruzados entre cadenas de proteína .

Sul f óxidos y sul f onas

1157

A partir de la cisteína se forma el disulfuro cistina, importante unidad estructuralde las proteínas, que determina el tamaño de la molécula y sirve de unión entrelas cadenas de proteína (fig . 30 .1). La proteína insulina, por ejemplo, consiste endos largas cadenas poliamídicas unidas entre sí por cistina. Las proteínas constitu-tivas del cabello y la piel tienen un contenido especialmente alto en cistina ; lasondas o rizos «permanentes» del cabello se consiguen reduciendo los puentesdisulfuro de la proteína y rehaciéndolos cuando el cabello ha adoptado la formadeseada .

30 .4 Sulfóxidos y sulfonas

El dimetilsulfóxido (DMSO) es un disolvente excepcionalmente potente tanto decompuestos polares como apolares . Como medio de reacción es particularmenteútil en las reacciones nucleófilas bimoleculares en las que el nucleófilo atacanteporta una carga negativa . Es un disolvente muy polar pero no forma enlaces dehidrógeno con pares electrónicos incompartidos, por lo que se asemeja a la dimetil-formamida ; estos disolventes se llaman apróticos dipolares . El DMSO tiene unapropiedad intrigante : la piel lo absorbe rápidamente ; una gota colocada en lapalma de la mano, denota casi inmediatamente un ligero sabor a ajo . El dimetil-sulfóxido tiene interés en medicina no sólo por su poder de penetración en lostejidos sino también por su efecto calmante de dolores, pero su empleo no ha sidoaprobado debido a indeseables efectos secundarios .

MATERIA OPTATIVA

Algunas reacciones de los sulfóxidos . Los sulfóxidos con pares electrónicos incomparti-dos en el oxígeno y en el azufre, actúan como nucleófilos ambidentados (sección 18.13) .

O11

CH3 -S-CH3 + CH3 I

lentoO

CHZ-S-CH 3 1 -

CH3

OCH3rápido

1CH3 -S-CH3 I -

AgBF,

OCH 3

CH3-S-CH3 BF4-

La alquilación del oxígeno de los sulfóxidos es fácil de realizar, pero si el anión esnucleófilo, como en el caso del ion yoduro, la reacción es reversible . El fluoboratode dimetilmetoxisulfonio se forma rápidamente por reacción del dimetilsulfóxido conyoduro de metilo y fluorborato de plata (el anión BF 4- es un nucleófilo muy débil) . Eldimetilsulfóxido y el yoduro de metilo forman al cabo de bastante tiempo yoduro de

1158


trimetiloxosulfonio . Los sulfóxidos se oxidan fácilmente a sulfonas, pero también sereducen a sulfuros por acción de muy diversos reactivos .

•

\S=O + RSH -i S + RSSR + H 20

•

/

•

\S=O+HI -> S+1z +H20

•

/

•

\/S=O +R3P -> /S +R3P=O

Las sulfonas son mucho menos reactivas frente a ataques directos sobre elazufre o el oxígeno . En bastantes casos, sin embargo, se reducen a sulfuros poracción del hidruro de aluminio y litio .

RzS0z LiAIH` > R2S-

Otras reacciones de las sulfonas son las que ocurren principalmente sobre el car-bono en a (sección 30 .6) .

Los sulfóxidos y las sulfonas se preparan por oxidación de los correspondientessulfuros . En el caso de las sulfonas no existen prácticamente dificultades de pre-paración ; los sulfuros o los sulfóxidos se convierten cuantitativamente en sulfonaspor tratamiento con permanganato o con un exceso de peróxido de hidrógeno .

O

OKMnO,

11

KMnO,

11

HzOzR-S-R - o > R-S-R 4 o R-S-R ' o R-S-RCH,000OH

~

H,O,

NalO,

Sulfuro

Sulfona

Sulfóxido

Sulfuro

Los sulfóxidos son un poco más difíciles de obtener puesto que muchos reactivosque oxidan los sulfuros también son capaces de oxidar los sulfóxidos a sulfonas .Reactivos apropiados para el trabajo de laboratorio son el peróxido de hidrógeno(un equivalente en acetona) o el metaperyodato sódico . Este último reactivo a bajastemperaturas no produce nada de sulfona . Dado que los sulfóxidos son configura-

Sales de sul f onio

cionalmente estables, al oxidar sulfuros apropiados se pueden obtener isómerosgeométricos .

30.5 Sales de sulfonlo

MATERIA OPTATIVA

Las sales de sulfonio son configuracionalmente estables y pueden obtenerseficaciones diastereómeras .

'S+ CH3 Br

S

B F,-

NalO,H,O, O°C

---r +S

3C CH3H',C

CH370

)/_

/ I , C H3

30

en modi-

+ H3CNS~S-CH3

ICH3

2Br-

2Br -

Las sales de sulfonio, como las de amonio y fosfonio, sufren ataques por reactivosnucleófilos . En muchos casos el ataque ocurre sobre el carbono en a y se regenerael sulfuro . Un ejemplo lo constituye la pirólisis del bromuro de trimetilsulfonio .

(CH3) 3S+ Br - - CH 3Br + CH 3SCH3

Pero cuando sobre el azufre de la sal de sulfonio existe un buen grupo saliente (casode las sales de alcoxisulfonio), el ataque ocurre directamente sobre el azufre .

OCH 31

+S-CH3 oH

S-CH3 -H'

S-CH3+

1

11

OH

O

1159

En este caso, como en muchos otros ejemplos estudiados hasta ahora, la sustitución nu-cleófila en el azufre trivalente ocurre con inversión de configuración del azufre . Nose sabe si las reacciones de desplazamiento sobre el azufre ocurren directamente o através de un intermedio .

1160

Compuestos orgánicos con azu re

30.6 Carbaniones estabilizados por azufre

Los carbaniones adyacentes a un átomo de azufre están estabilizados por enlacespor retroceso del átomo de azufre . La situación de los enlaces es similar a la dis-

cutida en la sección 10.6 en el caso de los sulfóxidos. Como el azufre es máselectropositivo en los estados de coordinación más altos, la estabilidad del carba-nión está favorecida tanto por participación de los orbitales d como por inter-acciones culombianas . La estabilidad de un carbanión adyacente a un átomo deazufre aumenta en el orden

\+-S-CH2- < -SO-CH2- < -SO2CH2 < S-CH2

MATERIA OPTATIVA

Más sobre los carbaniones estabilizados por azufre. El tioanisol reacciona con n-butil-litio dando el feniltiometil-litio, lo que contrasta con la conducta del anisol que enlas mismas condiciones origina el o-metoxifenil-litio .

OCH

n-BuLi ,3 tetrahidrofurano

Li

n-BuLiSCH 3 tetrahidrofurano

Los derivados de litio estabilizados por azufre tienen muchas propiedades químicasidénticas a las de los reactivos órgano-metálicos corrientes .

El anión metilsulfinilmetilo, que se genera al calentar dimetilsulfóxido con hidrurosódico o al tratarlo con n-butil-litio, es a la vez una base fuerte y un potente nucleó-iilo .

CH3SOCH3NaH1

CH3SOCH2Na+

Se adiciona a las cetonas no enolizables dando hidroxisulfóxidos ; con las cetonas enoli-zables se forma exclusivamente el enolato . También son corrientes casos intermedios .

O

OH O11

después

1

11(C6H5 ) 2CO + CH3SCH2 Na' ó (C6H5)2CCH2SCH 3

O

O-Na +11

1C6H 5CH20006H5 + CH3SCH2 Na+ -- C6H5CH=C-C6H5

OCH3

SCH2 Li

Carbaniones estabilizados por azufre

1161

Los esteres que no sufren eliminación protónica fácilmente, reaccionan con dos equivalentes del anión metilsulfinilmetilo dando aniones de cetosulfóxidos . El grupo metil-sulfinilo de tales cetonas se reemplaza por hidrógeno utilizando amalgama de aluminio ;el proceso total constituye un método de síntesis de cetonas a partir de esteres, muyútil .

O

O

O

OII

II

II

_

IIR-C-OCH3 + 2 CH3SCH2 Na+ -> R-C-CH-SCH3 Na+

1 . H,O2 . AI(Hg)/H,O

R'X

O Al(He)0 0

0R-C-CH2R' 4 H,O R-C-CH-SCH3

R-C-CH31

R'

El anión metilsulfinilmetilo en dimetilsulfóxido es un excelente reactivo para la gene-ración de reactivos de Witting y otros iluros .

Las reacciones de las sulfonas a-halogenadas son nuevas . A diferencia de los com-puestos carbonílicos a-halogenados, dichos productos no experimentan fácilmente re-acciones de sustitución nucleófila sobre el carbono . En muchos casos, el ataque nu-cleófilo ocurre sobre el halógeno, actuando el carbanión estabilizado por la sulfonacomo grupo saliente .

CH3SO2CH2Br + RMgX -, CH3SO2CH2MgX + RBr

Las sulfonas a-halogenadas dialquiladas reaccionan con las bases dando una episul-fona que por pérdida de dióxido de azufre conduce a un alqueno .

S02RCH2SO2CHCIR'

RCH

HCIR' --+ RCH \CHR' --> RCH=CHR' + SO 2

Las sales de sulfonio portadoras de protones en a reaccionan con bases produciendoiluros .

1

/-s-C\ +H, / s-C~ H /S=c~

H

Ciertos iluros de azufre de estabilidad intermedia son excelentes reactivos de trans-ferencia de metileno o metilenos sustituidos a compuestos carbonílicos (sección 18 .9)

1162

o a olefinas y acetilenos electrófilos . El que los iluros de azufre se condensen con lascetonas a-a-insaturadas dando oxiranos o ciclopropanos parece estar principalmenteen función de la naturaleza del iluro. En general los metiluros de dimetilsulfonio ori-ginan oxiranos, mientras que los metiluros de dimetiloxulfonio dan ciclopropilcetonas,

+ (CH 3 ) 2S-CH2

+ (CH3)2S-CH2 -

o

O-CH2RI

CH3-S-CH3

+ (CH 3 ) 2 S

+ CH3 -S-CH3I IO

CHRO -> H

H3C-S-

CH3000-C=C-COOCH3 + 2 (C6H5)2S-C(CH3) 2 -, CH300C


Algunos iluros de azufre, especialmente los que poseen buenos grupos salientessobre el azufre, son totalmente inestables y se descomponen o se transponen al gene.rarse. Un método de oxidación muy útil se basa en la fácil descomposición de losiluros derivados de las sales de alcoxisulfonio .

/O

- CH3SCH3 + RCCH2 _

\H

CH3

COOCH 3

CH3

Los halogenuros y tosilatos pueden convertirse en compuestos carbonílicos a travésde las sales de alcoxisulfonio .

CH,SOCH,RCH2Xó'' RCHO

X = Br-, I-, o p-CH 3C6H4SO3-

Los alcoholes sufren una reacción análoga oxidándose a aldehídos o cetonas por acción

Ácidos sulfónicos y derivados

del dimetilsulfóxido en presencia de agentes condensantes como el pentóxido de fós-foro, el trióxido de azufre, el anhídrido acético, y la N,N'-diciclohexilcarbodiimida .

R2CHOH+ C

}-N=C=N-(

/ + CH3SOCH3 H

O11

R2C=O+ C

NHCNH~

/ + CH3SCH3

30.7 Ácidos sulfónicos y derivados

Los ácidos sulfónicos (RSO3H) son ácidos muy fuertes comparables a los ácidossulfúrico y perclórico, pero como agentes oxidantes son mucho más débiles . Poresta razón los ácidos sulfónicos, especialmente el p-toluensulfónico, son muy útilescomo catalizadores ácidos. Los ácidos sulfónicos aromáticos se preparan casi siem-pre por sulfonación de los correspondientes hidrocarburos .

H3C + H2SO4 --> H3C

SO3 H

1163

Los ácidos alcanosulfónicos se preparan a partir de toles, halogenuros de alquilo,o alquenos .

RSH HNO 3 ,o

RSO3H

RX + Na2SO3(S-"2) 1

RSO3Na

RCH=CH2 + NaHSO3 (reaco~ción RCHZCH2SO3Naa través

de radicales)

La sulfonación de los hidrocarburos aromáticos es reversible; la hidrólisis serealiza con facilidad por ebullición con ácidos minerales fuertes como el clorhí-drico (sección 15 .4) .

ArSO3H H ArH + H2SO4

1164


La fusión de ácidos sulfónicos con hidróxido sódico fundido constituye un impor .tante método de producción de fenoles (sección 15 .8) .

ArSO3H SN

ArONa -H- 0̀ .> ArOH

Las amidas y los esteres de los ácidos sulfónicos no se obtienen directamente apartir de los ácidos, pero se preparan con buen rendimiento partiendo de los clo-ruros de sulfonilo .

RSO 3H ó°C1'r RSOZCI R-° RSO ZOR'

R = alquilo o arilo

1 R'NH,

0-C OH + H3C

S02CI P o-ridinac

RSO 2NHR'

Los alcoholes y las aminas reaccionan con los cloruros de sulfonilo más rápida .mente que el agua, por lo que los esteres y las amidas se preparan frecuentementeen presencia de álcali acuoso, que elimina el cloruro de hidrógeno formado . Enla formación de esteres se utiliza a menudo la piridina que actúa a la vez comodisolvente y como catalizador básico (sección' 20 .1) .

OH -s<

CSCH3

O11

O-S11O

Los grupos sulfonato sobre un carbono son grupos salientes excepcionalmente aptospara las reacciones de sustitución nucleófila, por lo que la conversión de un alcoholen su sulfonato es un buen método de «activar» un alcohol y favorecer su despla-zamiento por buen número de nucleófilos . Los esteres sulfónicos más empleadosson los metansulfonatos, los p-toluei : :ulfonatos (tosilatos) y los p-bromobenceno-sulfonatos (llamados también brosilatos) .

EJERCICIO 30.3

Sugerir un esquema de síntesis apropiado para la siguiente transforma-ción :

Ácidos sulfónicos y derivados

1165

MATERIA OPTATIVA

Sulfenos . Los cloruros de sulfonilo con hidrógenos en a reaccionan con las basesproduciendo unos intermedios muy reactivos denominados sulfenos . La reactividad delos sulfenos es muy parecida a la de las cetenas . Adicionan alcoholes y aminas pro-duciendo sulfonatos, sulfonamidas, etc .

CH 3SOZC1 E`'N CHZ=SOZ R9 CH3SO3RSulfeno

Los sulfenos sufren reacciones de cicloadición con olefinas ricas en electrones .OR

E'̀NICH 3SO2C1 + CHZ=C(OR2)

> RO-C-CH Z1

1H2C-SO 2

Varias sulfonamidas se utilizan como agentes terapéuticos. Los importantesagentes bactericidas conocidos como sulfanilamidas o sulfas son derivados de lasulfonamida. La unidad estructural clave en todas las sulfas es el grupo «sulfa-nilamido» .

O11

H N

S-NH-11O

Grupo sulfanilamido

H2NO

I IC- OH

Ácido p-aminobenzoico

Se cree que estas drogas compiten en funciones microbiológicas normales con elácido p-aminobenzoico, actuando por lo tanto contra dichos organismos como bac-teriostáticos . El hombre y los animales superiores no necesitan ácido p-amino-benzoico, y las sulfanilamidas no actúan sobre el paciente . Se han sintetizado yensayado como bactericidas más de 3 000 sulfonamidas . Las dos siguientes repre-sentan algunas de las más utilizadas .

H2N

SO2NH I 0,N

H N

SO2 NH '

OCH3

~ --k

N - NH3C

CH33,4-Dimetil-5-sulfanilamidoisoxazol 2-Sulfanilamidopirimidina

Casi todos estos compuestos se sintetizan por un esquema de reacciones común .

1166


HOSO,CIAcNH

o AcNH

SO 2CI

DROGAS RELACIONADAS . Apoyándose principalmente en los extensos estudios so-bre las sullas, se han descubierto otros materiales de actividad terapéutica, comopor ejemplo,

H,C

El mayor consumo de ácidos sulfónicos es, en forma de sales sódicas, comodetergentes (secciones 8 .12 y 36 .16) . La ventaja principal que tienen los deter-gentes sobre los jabones ordinarios es que no producen depósitos, incluso en aguasduras ya que sus sales de calcio y magnesio son solubles . El método general desíntesis empleado en la fabricación de casi todos los detergentes es el siguiente :

R-CH=CH2 +C

R = n-C sH 17- a n-C 12H25

MATERIA OPTATIVA

RNH'r AcNH

Tolbutamidaagente antidiabético

SO NHR(1) NaOH

> H N

SO 2NHRz

(2) H2) ,O'

z

O~ w;_O0

NH2SO2

'NHSO 2NHCNH(CH 2 ) 3CH 3

CI

Hc+AICI, O

H

Hidroclorotiazidaagente antihipertensor

1 . H,SO,zz . Iva,c0

RCH~O SO3Na

CH3

Otros ácidos con azufre. Los ácidos sulfínicos (RSOH), pueden prepararse por accióndel dióxido de azufre sobre reactivos de Grignard, o por reducción de los cloruros desulfonilo .

Compuestos tiocarbonílicos

1167

RMgX + SO2 1 .Éter

RSO2H22.

RSO2CI + Zn H'á RSOZH

Los ácidos sulfínicos no son particularmente estables, pero sus sales, amidas, esteresy cloruros sí lo son . Las amidas y los esteres pueden obtenerse en formas ópticamenteactivas .

Los ácidos sulfénicos (RSOH) son inestables y normalmente no se aislan . El áci-do 2-metil-2-propanosulfénico, que se obtiene por pirólisis del di-t-butilsulfóxido, cons-tituye una excepción .

OJ H11

(CH3)3C-S7 CH. calor

CH3C~ ~CH3

Los derivados de los ácidos sulfénicos como los esteres (RSOR), las amidas (RSNH 2 ),y los halogenuros (RSCI) son sustancias relativamente estables . Los cloruros de sulfe-nilo se preparan por adición de un mol de cloro a un disulfuro .

RSSR + C1 2 --' 2 RSCI

30.8 Compuestos tiocarbonílicos

A diferencia del fósforo y del silicio, el azufre es capaz de formar compuestos enlos que esté implicado en enlaces n p-p . Este tipo de enlace se encuentra preferen-temente en los compuestos tiocarbonílicos . Tales compuestos, en general, no sonmuy estables, y su química tiene una importancia limitada, por lo que sólo pre-sentaremos aquí algunos ejemplos ilustrativos .

El ácido tioacético, que existe casi exclusivamente en la forma tiol, es másreactivo que el acético .

S

O

CH3-C\

CH3-C\

OH

SH

Como tiol que es, se adiciona con facilidad a compuestos insaturados ; la reacciónocurre normalmente de forma espontánea y completa,

1168


//O

OCH3C~ + CH2=CHC6H5 - CH3CSCH2CH2C6H5

SH

EJERCICIO 30.4

Sugerir esquemas de síntesis útiles para efectuar la siguiente transfor-mación :

(CH3)3C-CH=CH2 - [(CH3)3C-CH2CH2-S±2CH2

El ácido tioacético acetila rápidamente las aminas aromáticas, incluso en disolu-ción acuosa y a temperatura ambiente .

O

OII

CH3C~ + NH2C6H 5 -- CH3CNHC6H5 + H2S

SH

Las tiocetonas y los tioaldehídos son generalmente inestables por su tenden-cia a dimerizarse y polimerizarse . Es excepcional el caso de la tiobenzofenona,de hermoso color azul, que se prepara y manipula con relativa facilidad .

O

SII IIC

C/\ H4

HCI

LN 1-Ir1,O

CH3

Paso_DMF i

Tiobenzofenona

Pocos compuestos orgánicos azufrados tienen olores agradables ; se dice que elolor de la tioacetona es «el más malo de todos» .

MATERIA OPTATIVA

Algunas reacciones especiales de los compuestos de azufre . Las tioamidas se prepa-ran a partir de las amidas por acción del pentasulfuro de fósforo .

CH3

Sul f uranos

1169

La hidrólisis catalizada por ácido de la tioacetamida suministra sulfuro de hidrógenode tal forma que se utiliza como adecuada fuente «in situ» de él, en análisis cualita-tivo inorgánico .

S

CH3C\

HH CH3COOH + NH4CI + H2SNH2

Los alcóxidos se adicionan al sulfuro de carbono produciendo xantatos (ditiocar-bonatos), que se convierten en xantatos de metilo por reacción con yoduro de metilo .

S

SRCH2CH2O-Na' + CS 2 -+ RCH2CH2OC\

-' RCH2 CH2OC\

S-Na+

SCH3

Por pirólisis de los xantatos de metilo (eliminación de Tschugaev) se obtienen alque-nos (sección 19 .13) .

30.9 Sulfuranos

MATERIA OPTATIVA

Se conocen muchos compuestos de azufre cuya estructura está de acuerdo con la ex-pansión del octeto del no metal. Estos compuestos de azufre «hipervalente» se sue-len denominar sulfuranos. Teóricamente puede tener lugar la expansión del octete poradición de un enlace a o 7c . Las estructuras con retro-enlace de un iluro (sección 10 .6)y el SF4 son ejemplos clásicos de ambas clases de sulfuranos .

F+

F-CHz < jS=CHz

/ 1F F

t-Sulfurano

a-Sulfurano

Los a sulfuranos han sido propuestos como posibles intermedios de numerosas reac-ciones que tienen lugar en los átomos de azufre . Numerosos sulfuranos son suficiente-mente estables para ser aislados ; las ecuaciones líneas abajo ilustran varios ejem-plos. Se ha hallado que estos compuestos tienen una forma geométrica de bipirámidetrigonal con los ligandos más electronegativos en las posiciones correspondientes alos vértices .

1170


PhSCH 3 + t-BuOCI

Cl

SCl

Cl c ~

C1

PhSPh + 2 RFOK c--Ph ORF\S~ R F = PhC(CF3)z

Ph ORF

Entre los sulfuranos de los que está probada su existencia en solución figuran :

CH3 O-t-BU

0calor

11

PhSCH3Ph Cl

4 C6F 5Li + SF4

80 c (C6F5)4S

o c

C6F5SC6F5 + C6F5C6F5

C6F5 = pentafluorfenil

El último sulfurano presenta el interés de ser el primer compuesto observado concuatro enlaces carbono-azufre .

EJERCICIO 30 .5

Cuando se trató el compuesto A con hipoclorito de t-butilo se obtuvo el com-puesto B, con la composición indicada y cuyo espectro infrarrojo no muestralas absorciones debidas al S = O o al O-H . Sugiera una estructura para B .

t-BuOCISPh

C15H15C10S

/OHC

CH 3\CH3

(A)

(B)

Problemas

PROBLEMAS

II(a) CH 3S-CH 2CH 2-C 6H 5

(b) C6H 5SCH 2CH 3

(c) C6H 5SSC 6H 5

(e) C6H 5CH2SH

(g) C6H 5CH 2CH 2SO 3Na

(h)

CH 3

3 . Escribir las fórmulas de proyección para los posibles estereoisómeros de lossiguientes compuestos .

/CH3(a) H 3C

S=O

(b) H3C

SO N=S~

O

C6H.5

(c) CH 3SCH 2SCH 3

O11

(d) C6H 5SCH 3

O

(f) C 6 H 5 SO 3CH 3

1171

1 . Los tioles pueden obtenerse por una gran variedad de métodos . Sugerir sín-tesis adecuadas de cada uno de los siguientes tioles utilizando en cada casométodos diferentes .

(a) CH 3CH 2CH 2SH

(b)C

>-SH

SH

(c) (CH 3 ) 3CSH

(d) O

2. Diseñar métodos de síntesis apropiados para los siguientes compuestos .

O

1172

4 . (a) Sugerir un mecanismo para la siguiente reacción .

IICH3S-O-CH2CH=CH2 --' CH3-S-CH2CH=CH2

11

O

OII

11S-CH3

D,O-1•KOD

calor

u

(b) Sugerir un experimento adicional que corrobore la interpretación mecaanística propuesta .

(c) La mayoría de los sulfóxidos ópticamente activos no sufren racemizacióntérmica . Sin embargo, el alil metil sulfóxido ópticamente activo se race-miza por calefacción . Explicar por qué .

5 . Ordenar según su acidez creciente :

O

OII

IICH3SCH3 , CH3SCH3 , CH3SH, CH 3SCH3, (CH3)3S+ Cl-

IIO

6 . Diseñar un esquema de síntesis de la «sulfadiazina», partiendo del bencenoy de la 2- aminopirimidina .

N

NH2N

H2N

SO2NH_<OON

N2-Aminopirimidina

Sulfadiazina

7 . (a) ¿Puede esperarse que la siguiente reacción ocurra sin racemización en elazufre? Explicar por qué .

O


(b) La acetona y la dimetilsulfona tienen aproximadamente la misma acidez .¿Qué se puede pensar de las acideces relativas de los siguientes com-puestos?

S02

~~b

Problemas

1173

8 . Sugiera un método para convertir el (S)-2-octanol puro en (R)-2-octanotiolpuro .

PROBLEMAS OPTATIVOS

15 . ALLINGER

9 . La metilación del dimetilsulfóxido puede ocurrir en el azufre o en el oxí-geno. Sugerir un método físico que permita decidir cuándo una reacción con-creta produce una sal S-metilada o una sal O-metilada del dimetilsulfóxido .

10 . (a) Cuando el sulfuro de metilo y etilo se trata con yoduro de etilo a tempe-ratura elevada se forma una mezcla de sales entre las que se encuentranlos yoduros de trimetil- y trietilsulfonio . Explicar por qué .

(b) Sugerir un método para preparar una sal de dietilmetilsulfonio exentade otras sales contaminantes .

(c) El aminoácido metionina actúa en muchas reacciones biológicas comodador de grupos metilo . Las reacciones de transmetilación en las queinterviene la metionina requieren la presencia de trifosfato de adenosina(ver pág. 1034) . Considerar la respuesta al apartado (a) y sugerir un me-canismo similar para explicar cómo la combinación de ATP y metioninalleva a cabo la metilación de un sustrato nucleófilo .

CH3SCH2CH2CH-000H1NH2

Metionina

11 . El reactivo de Kharasch, cloruro de 2,4-dinitrobencensulfenilo, es un valiosoreactivo para preparar derivados cristalinos de numerosas clases de compues-tos como aminas, alquenos y alquinos . Al adicionar dicho reactivo a cis y atrans-2-buteno se obtienen productos diferentes . Explicar por qué .

12 . Sugerir un mecanismo para la siguiente reacción :

O

OCH3SCH3 + (CH3CO)20 --+ CH 3SCH2OCH3 + CH3COOH

13 . Diseñar métodos de síntesis en los que intervengan reactivos con azufre paralas siguientes transformaciones :

(a)(

>.-CH2OH --i C

(b) C6H 5 CH=CHCO2CH3 -a HC6H 5

CH2

CO2 CH3H

1174

(c) C6H5COCH3 --> C 6H 5 CCH 3

14 . Indicar la secuencia de pasos necesarios para convertir un alcohol en unaolefina (R-CH 2CH2OH _ R-CH = CHZ ) por medio de la reacción deeliminación de Tschugaev . ¿Qué ventajas presenta este método con relaciónal tratamiento de un alcohol con un ácido fuerte?

15 . Sugerir una explicación para la siguiente observación .

CH 3SO 2C1 + CH3OD --i CH 2DSO 3CH 3

16 . Esquematice métodos convenientes para sintetizar los compuestos

/S\(a) C6H 5CH-CH 2

SO

S

(b) CH3CN(CH3 ) 2

siguientes :

Cap 30- Compuestos orgánicos con azufre

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