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HOCH 2 CH 2 OH + O + H 2 O H 2 C CH 2 O O C (78%) C 6 H 5 CH 2 CCH 3 CH 3 C 6 H 5 CH 2 Ejemplo Ácido p-toluensulfónico benceno
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HOCH2CH2OH +
O
+ H2O
H2C CH2
O O
C (78%)
C6H5CH2CCH3
CH3 C6H5CH2
Ejemplo
Ácido p-toluensulfónico
benceno
El primer paso es análogo a la hidratación y da lugar a la formación del hemiacetal
consiste en la adición nucleofílica catalizada con ácido de un alcohol al grupo C=O
Mecanismo para la formación de acetales
Mecanismo
C O ••
• •
H
H
R
+ O • •
C O ••
H
R
O • •
H
+ • •
Mecanismo
C O ••
H
+
R
H
O • • • •
Mecanismo
C O ••
O • •
H +
•• R
H
O R H
••
••
Mecanismo
+
H
O R H ••
C O ••
O • •
H
•• R
••
Mecanismo
El segundo paso es la conversión del hemiacetal a un acetal
involucra la química de los carbocationes
Mecanismo de la formación de Acetales
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
O • •
H
•• R
••
H
H
R
+ O • •
H
R
O • • • • C O ••
O
H
•• R
••
H
+
Paso del hemiacetales a acetales
O ••
O
H
•• R
•• +
H
C
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• + O
••
H
H
• •
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• +
El carbocatión es estabilizado por medio de la deslocalización del par de electrones del átomo de oxígeno
C O
R
••
+
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• + O
••
H
R
• •
Paso del hemiacetales a acetales
C O ••
R
•• + O
••
H
R
O ••
H
R
• •
Paso del hemiacetales a acetales
+ H O
••
H
R C O ••
R
•• O ••
R
••
Paso del hemiacetales a acetales
C R R'
O
2 R"OH +
OR"
R R' C
OR"
+ H2O
mecanismo:
Es el inverso de la formación de los acetales; el intermediario es el hemiacetal
aplicación:
Los aldehídos y las cetonas se pueden "proteger" como acetales.
Hidrólisis de Acetales
Acetales como grupos protectores
La siguiente conversión no se puede llevar a
cabo directamente
CH CH3CCH2CH2C
O
CCH3 CH3CCH2CH2C
O
1. NaNH2
2. CH3I
Ejemplo
Debido a que el grupo carbonilo y el carbanión son grupos funcionales imcompatibles.
C: CH3CCH2CH2C
O –
1) proteger al C=O
2) alquilar
3) restaurar al C=O
Estrategia
HOCH2CH2OH +
H2C CH2
O O
C
CH3
CH3CCH2CH2C
O
CH
CH2CH2C CH
Ejemplo: Protección
Ácido p-toluensulfónico
benceno
H2C CH2
O O
C
CH3 CH2CH2C CH
H2C CH2
O O
C
CH3 CH2CH2C CCH3
Ejemplo: Alquilación
1. NaNH2
2. CH3I
H2C CH2
O O
C
CH3 CH2CH2C CCH3
H2O
HCl
HOCH2CH2OH
(96%)
CCH3 CH3CCH2CH2C
O
+
Ejemplo: Desprotección
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Adición nucleofílica seguida de una eliminación
Reacción con
aminas primarias: Formación de iminas
H2N
R
C O ••
+ • • • • H
una carbinolamina
C O HN
R
••
••
••
N
R
C + H2O (imina) ••
Formación de Iminas (Bases de Schiff‘s)
CH3NH2 CH
O
+
CH=NCH3 + H2O
N-Bencilidénmetilamina (70%)
Ejemplo
CH3NH2 CH
O
+
CH=NCH3 + H2O
N-Bencilidénmetilamina (70%)
CH
OH
NHCH3
Ejemplo
(CH3)2CHCH2NH2 O +
+ H2O
N-Ciclohexilidénisobutilamina (79%)
NCH2CH(CH3)2
Ejemplo
(CH3)2CHCH2NH2 O +
+ H2O
N-Ciclohexilidénisobutilamina (79%)
NCH2CH(CH3)2
OH
NHCH2CH(CH3)2
Ejemplo
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Adición nucleofílica seguida de una eliminación
Reacción con derivados del amoniaco
H2N G + R2C O R2C NG + H2O
H2N OH R2C NOH
hidroxilamina oxima
CH3(CH2)5CH + H2NOH
O
CH3(CH2)5CH + H2O
NOH
(81-93%)
Ejemplo
Reacción con derivados del amoniaco
H2N G + R2C O R2C NG + H2O
H2N OH R2C NOH
hidroxilamina oxima
H2N NH2 R2C NNH2
hidrazina hidrazona
etc.
+ H2NNH2
+ H2O
(73%)
O
C
NNH2
C
Ejemplo
CCH3
O
+ H2NNH
fenilhidrazina
+ H2O
CCH3
NNH
una fenilhidrazona (87-91%)
Ejemplo
CH3(CH2)9CCH3
O
H2NNHCNH2
O
+
H2O CH3(CH2)9CCH3
NNHCNH2
O
+
semicarbazida
semicarbazona (93%)
Ejemplo
ZBHNMP = N –methylpyrrolidine, zinc borohydride
http://dx.doi.org/10.1080/00397910903249606
Reacción de aminación reductiva
Formación de la Base de Schiff
Reducción de la imina
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Adición nucleofílica seguida de una eliminación
Reacción con aminas secundarias:
Enaminas
R2NH ••
+ H2O
(enamina)
C ••
R2N
C
Formación de Enaminas
C •• O R2N H
H C
•• •• C O
••
H C
• • +
+
calor
O
N H
(80-90%)
N
Ejemplo
benceno
Formación de Acetales
Formación de Iminas
Compuestos relacionados con las iminas
Formación de Enaminas
La reacción de Wittig
Adición nucleofílica seguida de una eliminación
La reacción de Wittig
16 June 1897, Berlin, Germany 26 August 1987, Heidelberg, West Germany (now Germany)
Georg Wittig
La reacción de Wittig
Es un método sintético para preparar alquenos.
Uno de los reactivos es un aldehído o una cetona.
El otro de los reactivos es un iluro de fósforo
(C6H5)3P C +
A
B
• •
– (C6H5)3P C
A
B
Una propiedad clave de los iluros es que ellos
tienen un átomo de carbono con carga negativa
y en consecuencia pueden actuar como nucleofilos
Distribución de la carga en un iluro
(C6H5)3P C +
A
B
• •
– +
+ C C
R
R'
A
B
(C6H5)3P O +
• •
– ••
••
C O
R
R'
••
•
•
La reacción de Wittig
+
+ (C6H5)3P O +
• •
– ••
••
(C6H5)3P CH2
+ –
•• O ••
••
CH2
DMSO
(86%)
El dimetil sulfóxido (DMSO) o el tetrahidrofurano (THF) son los disolventes más utilizados
Ejemplo
Mecanismo
C O
R
R'
••
••
P(C6H5)3
+ C
A
B –
••
O C
C P(C6H5)3
R
R'
B
A
•• • •
Paso 1
Mecanismo
O C
C P(C6H5)3
R
R'
B
A
•• • •
Paso 2
P(C6H5)3 +
– O ••
• • • • R' R
A B
C
C
+
Planeando la síntesis de un alqueno a través de la
síntesis de Wittig
Análisis retrosintético
Siempre hay dos rutas posibles para obtener un alqueno por
medio de la síntesis de Wittig.
Se debe analizar la estructura por retrosíntesis.
Se desconectan los carbonos del doble enlace:
Uno de ellos se convertirá en el aldehído o la cetona;
el otro en el iluro
C C
R
R'
A
B
C6H5CH CH2
HCH
O
+ (C6H5)3P CHC6H5
+ –
••
C6H5CH
O
+ (C6H5)3P CH2
+ –
••
Ambas rutas son aceptables.
Análisis retrosintético para el estireno
Preparación de los iluros
Los iluros se preparan a partir de halogenuros de alquilo a través
de un proceso en dos pasos.
El primer paso consiste en una sustitución nucleofílica.
La trifenilfosfina es el nucleófilo.
(C6H5)3P • • + CH
A
B
X
+ (C6H5)3P CH
A
B
+ X–
En el segundo paso, la sal de fosfonio se trata con una
base fuerte para eliminar un protón del carbono
directamente unido al fósforo
(C6H5)3P C
A
B
+ • •
–
H base
Preparación de los iluros
(C6H5)3P C
A
B
+ H
base • •
– + +
(C6H5)3P C
A
B
+ • •
–
H base
Preparación de los iluros
La bases fuertes más usadas incluyen a reactivos
organolitiados (RLi), y a la base conjugada del
dimetilsulfóxido como su sal de sodio [NaCH2S(O)CH3].
(C6H5)3P C
A
B
+ H
base • •
–
Control de la estereoquímica del alqueno:
Modificación de Schlosser
Schlosser, M.; Christmann, K. F. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1966, 5, 126.
Reacción Horner–Wadsworth–Emmons
Wadsworth, W. Org. React. 1977, 25, 73. doi:10.1002/0471264180.or025.02 Leopold Horner; Hoffmann, H. M. R.; Wippel, H. G.; Ber. 1958, 91, 61–63. Horner, L.; Hoffmann, H. M. R.; Wippel, H. G.; Klahre, G. Ber. 1959, 92, 2499–2505. Wadsworth, W. S., Jr.; Emmons, W. D. J. Am. Chem. Soc. 1961, 83, 1733. (doi:10.1021/ja01468a042)
R1 R2 Proporción de alquenos (
E : Z )
Metilo Metilo 5 : 95
Metilo Etilo 10 : 90
Etilo Etilo 40 : 60
Isopropilo Etilo 90 : 10
Isopropilo Isopropilo 95 : 5
D.-J. Dong, H.-H. Li, S.-K. Tian, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 5018-5020.
A Highly Tunable Stereoselective Olefination of Semistabilized Triphenylphosphonium Ylides with N-Sulfonyl Imines
A Three-Step Route to a Tricyclic Steroid Precursor
D. F. Taber, R. B. Sheth, J. Org. Chem., 2008, 73, 8030-8032.
Reducción de C=O a CH2
Reducción de Clemmensen
Reducción de Wolff-Kishner
Reducción de C=O a CHOH
adición de reactivos de Grignard y de organolitio
adición de hidruros metálicos
Reacciones de los aldehídos y las cetonas
Clemmensen, E. Ber. 1913, 46, 1837.
Clemmensen, E. Ber. 1914, 47, 51.
Clemmensen, E. Ber. 1914, 47, 681.
Erik Christian Clemmensen
Reducción de Clemmensen
Amalgamated zinc is prepared by shaking for five minutes a mixture of 120 g. of mossy zinc, 12 g. of mercuric chloride, 200 cc. of water, and 5–6 cc. of concentrated hydrochloric acid contained in a 1-l. beaker
-PHENYLBUTYRIC ACID E. L. Martin Org. Synth. 1935, 15, 64 DOI: 10.15227/orgsyn.015.006
MECANISMO A TRAVÉS DE UN CARBENO
MECANISMO A TRAVÉS DE UN CARBANIÓN
Nicolai Kishner J. Russ. Chem. Soc. 1911, 43, 582.
Ludwig Wolff (1912). "Chemischen Institut der Universität Jena: Methode zum Ersatz des
Sauerstoffatoms der Ketone und Aldehyde durch Wasserstoff". Justus Liebigs Annalen der
Chemie 394 (1): 86–108.
Reducción de Wolff-Kishner
Plato poroso platinizado
KOH, CALOR (-N2)
Tubo sellado
Nicolai Kishner
Ludwig Wolff (1912).
Huang Minlon (chino tradicional: 黃鳴龍; chino smplificado: 黄鸣龙;
aka Huang Minglong, Huang Ming Long, Huang Min-lon) (03 julio
1898 - 01 julio 1979), fue un reconocido químico orgánico chino y un
científico farmaceútico. Huang es considerado como el pionero y
fundador de la industria farmacéutica moderna en China
Etilénglicol, calor
1) Se elimina el exceso de hidrazina y agua por destilación
2) 180-200 C, - N2
Adición estereoselectiva a compuestos carbonílicos
La adición nucleofílica a compuestos carbonílicos en algunas ocasiones de lugar a una mezcla
de productos estereoisomericos
20 %
Ejemplo CH3 H3C
O
80 %
OH
H
CH3 H3C
OH
H
CH3 H3C
NaBH4
H3B—H –
Hay impedimento estérico hacia la
aproximación del reactivo
La dirección preferida de la aproximación es por la cara menos impedida (inferior) del grupo carbonilo
Este grupo metilo impide la aproximación del nucleófilo por arriba
Las reducciones biológicas presentan una
estereoselectividad alta
ácido pirúvico ácido S-(+)-lactico
O
CH3CCO2H NADH
H+
La enzima es la lactato deshidrogenasa
CO2H
HO H
CH3
Interacción sustrato-receptor
Una de las caras del
sustrato se puede unir a la
enzima (receptor) de una
mejor manera que la otra
cara
El cambio en la geometría de
trigonal a tetragonal es
estereoselectiva. La formación
del enlace se lleva a cabo
preferentemente más en un
lado que en el otro.
Interacción sustrato-receptor
en solución acuosa
RCH RCH RCOH
O OH
OH
H2O O
Oxidación de aldehídos
K2Cr2O7
H2SO4
H2O
O
O
CH
O
O
COH
(75%)
A través de
O
OH
CH
OH
Ejemplo
Oxidación de Baeyer-Villiger
de cetonas
La oxidación de cetonas con peroxiácidos da lugar a ésteres por medio de un reordenamiento
Victor Villiger Químico suizo (1868–1934)
Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer
Químico alemán (1835–1917)
Laboratorio Químico, Bavarian Academy of Sciences Munuch (Ludwig-Maximilians-Universität München, Organic Chemistry)
Victor Villiger
Walter Dieckmann
Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer
Johannes
Thiele
R"COOH
O
RCR'
O
+ R"COH
O
+
Cetona Éster
ROCR'
O
En general
C6H5COOH
O
(67%)
La inserción del oxígeno se lleva a cabo entre el carbono del grupo carbonilo y el grupo más grande. Las metilcetonas dan ésteres acetato
CHCl3
Ejemplo
CCH3
O
OCCH3
O
C6H5COOH
O
(66%)
La reacción es estereoespecífica. La inserción del oxígeno se lleva a cabo con retención de la configuración.
CHCl3
Estereoquímica
O
CCH3 H3C
H H
OCCH3
O
H3C
H H
Ejemplos
R"COOH
O
RCR'
O
+ ROCR'
O
R"COH
O
+
El primer paso es la adición nucleofílica del
peroxiácido al grupo carbonilo de la cetona
O
O
C
O H
R R'
OCR"
Mecanismo
adición
R"COOH
O
RCR'
O
+ ROCR'
O
R"COH
O
+
O
O
C
O H
R R'
OCR"
Mecanismo
El segundo paso es la transposición de un grupo
alquilo para comper la unión O-O
adición transposición
Baeyer-Villiger
Aptitud migratoria de diferentes sustituyentes
(orden decreciente)
Baeyer-Villiger
Ciertas bacterias usan a los hidrocarburos como una fuente de carbon. La oxidación procede a través de cetonas, las cuales experimentan una oxidación tipo Baeyer-Villiger.
Oxidación biológica tipo Baeyer-Villliger
O Oxidación
bacterial
O
O
O2.
coenzimas
ciclohexanona
monooxigenasa
Análisis espectroscópico de
Aldehídos y cetonas
La presencia de un grupo C=O se identifica con facilidad en el espectro de infrarrojo
El alargamiento del enlace C=O da lugar a una absorción intensa en el intervalo 1710-1750 cm-1
Además de la señal del grupo C=O, los aldehídos dan lugar a dos señales débiles cercanas a 2720 y a 2820 nm para el enlace H—C=O
Espectroscopía de Infrarrojo
2000 3500 3000 2500 1000 1500 500
Número de onda, cm-1
Espectro de Infrarrojo del Butanal
C=O
CH3CH2CH2CH=O
H—C=O
2720 cm-1
2820 cm-1
1720 cm-1
Aldehídos: El protón del H—C=O esta muy desprotegido y se encuentra a campo muy bajo ( 9 a 10 ppm).
Metil cetonas: CH3 aparece como un singulete cercano a 2 ppm.
RMN 1H
0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
Desplazamiento químico (, ppm)
H C
O
CH(CH3)2
Espectro de RMN 1H del 2-metilpropanal
0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
CH3 C
O
CH3CH2
Desplazamiento químico (, ppm)
Espectro de RMN 1H
de la 2-butanona
El carbono del grupo carbonilo se encuentra a campo muy bajo, cercano a 200 ppm
La intensidada de la señal del carbono del grupo carbonilo es usualmente débil (carbono ipso)
RMN 13C
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
CH3CH2CCH2CH2CH2CH3
O
Desplazamiento químico (, ppm)
Espectro de RMN 13C de la 3-heptanona
Los aldehídos y las cetonas tienen dos bandas en la región
de UV:
* y n*
*: excitación de un electrón de enlace hacia un
orbital de antienlace *
*: excitación de un electrón de no enlace en el
oxígeno hacia un orbital de antienlace *
UV-VIS
H3C
H3C
C O ••
• •
* max 187 nm
n* max 270 nm
UV-VIS
El ion molecular se fragmenta para dar un catión acilo
m/z 86
+
m/z 57
CH2CH3 •
CH3CH2CCH2CH3
•+ O •
•
CH3CH2C O • •
+
Espectrometría de Masas
