alcoholes, fenoles y éteres

110
Unidad I. Alcoholes, fenoles y éteres. Dr. Edgar García-Hernández División de Estudios de Posgrado e Investigación/Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica e-mail: [email protected] 2016 ITZ TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de Zacatepec

Upload: edgar-garcia-hernandez

Post on 12-Apr-2017

430 views

Category:

Education


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Alcoholes, fenoles y éteres

Unidad I. Alcoholes, fenoles y éteres.

Dr. Edgar García-HernándezDivisión de Estudios de Posgrado e Investigación/Departamento

de Ingeniería Química y Bioquímicae-mail: [email protected]

2016 ITZ

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICOInstituto Tecnológico de Zacatepec

   

Page 2: Alcoholes, fenoles y éteres

Competencia específicaIdentifica, compara y analiza las características estructurales y las propiedades de alcoholes,

fenoles y éteres, esto permite aplicar los mecanismos de reacción y los métodos de síntesis de estos compuestos de importancia en la industria

y el ambiente.

2

Page 3: Alcoholes, fenoles y éteres

Contenido1.1. Características estructurales y nomenclatura.1.2. Acidez de alcoholes y fenoles.1.3. Obtención de alcoholes, fenoles y éteres.1.4. Reacciones de alcoholes, fenoles y éteres

3

Page 4: Alcoholes, fenoles y éteres

1.1. Características estructurales y nomenclatura.

4

Alcoholes y Fenoles

Page 5: Alcoholes, fenoles y éteres

5

Estructura de Alcoholes

• Grupo funcional Hidroxilo (OH).• El Oxígeno tiene hibridación sp3.• El carbono del -OH se llama carbinol.

Page 6: Alcoholes, fenoles y éteres

6

Clasificación de alcoholes.• Primario: carbono con –OH unido a un solo

carbono.• Secundario: carbono con –OH unido a dos

carbonos.• Terciario: carbono con –OH unido a tres carbonos.• Aromático (fenol): -OH unido a un anillo de

benceno.

Page 7: Alcoholes, fenoles y éteres

7

Page 8: Alcoholes, fenoles y éteres

8

Clasifique estos:

CH3 CH

CH3

CH2OHCH3 C

CH3

CH3

OH

OH

CH3 CH

OH

CH2CH3

Page 9: Alcoholes, fenoles y éteres

9

Nomenclatura IUPAC• Encuentre la cadena de carbonos más larga que

contenga al carbono con el grupo -OH.• Adicione una “l” al nombre del alcano.• Numere la cadena, comenzando por el extremo

más cercano al grupo -OH.• Numere y nombre todos los sustituyentes.

Page 10: Alcoholes, fenoles y éteres

10

Nombre estos:

CH3 CH

CH3

CH2OH

CH3 C

CH3

CH3

OH

CH3 CH

OH

CH2CH3

2-metilpropan-1-ol

2-metilpropan-2-ol

Butan-2-ol

OH

Br CH3

3-bromo-3-metilciclohexanol

Page 11: Alcoholes, fenoles y éteres

11

Alcoholes insaturados• El grupo hidroxilo tiene preferencia, por lo que se le

asigna al carbono al que está unido el número más bajo.• Utilice al nombre del alqueno o alquino.

Page 12: Alcoholes, fenoles y éteres

12

Nombrando por Prioridades1. Ácidos2. Esteres3. Aldehídos4. Cetonas5. Alcoholes6. Aminas

7. Alquenos8. Alquinos9. Alcanos10.Éteres11.Haluros.

Page 13: Alcoholes, fenoles y éteres

13

Hidroxilos como sustituyentes• Cuando el -OH es parte de un compuesto de

mayor prioridad, este se nombra como hidroxi.

Page 14: Alcoholes, fenoles y éteres

14

Nombres comunes

CH3 CH

CH3

CH2OH CH3 CH

OH

CH2CH3

Page 15: Alcoholes, fenoles y éteres

15

Nombrando Dioles

Page 16: Alcoholes, fenoles y éteres

16

Glicoles

Page 17: Alcoholes, fenoles y éteres

17

Nombrando Fenoles• Se asume que el grupo -OH está en el carbono 1.• Para los nombres comunes de fenoles disustituidos, utilice

orto- para 1,2; meta- para 1,3; y para- para 1,4.• Los fenoles metilados son cresoles.

OH

Cl3-clorofenolmeta-clorofenol

OH

H3C

4-metilfenol

para-cresol

Page 18: Alcoholes, fenoles y éteres

18

Propiedades Físicas• Puntos de ebullición inusualmente altos debido a

los puentes de hidrógeno entre las moléculas.

Page 19: Alcoholes, fenoles y éteres

19

Propiedades Físicas• Los alcoholes pequeños son miscibles en agua,

pero la solubilidad decrece a medida que el tamaño del grupo alquilo se incrementa.

Page 20: Alcoholes, fenoles y éteres

20

Puntos de Ebullición

Page 21: Alcoholes, fenoles y éteres

Propiedades Físicas

21

Page 22: Alcoholes, fenoles y éteres

22

Solubilidad en agua a 25ºC

La solubilidad decrece a medidaque el tamaño del grupo alquilose incrementa.

Page 23: Alcoholes, fenoles y éteres

1.1. Características estructurales y nomenclatura.

Éteres

23

Page 24: Alcoholes, fenoles y éteres

24

Estructura de éteres• Su fórmula es R-O-R, donde R es alquil o aril.• Simétrico o asimétrico.

Page 25: Alcoholes, fenoles y éteres

25

Estructura y Polaridad• Geometría molecular flexionada.• El Oxígeno está hibridizado sp3.

Page 26: Alcoholes, fenoles y éteres

26

Puntos de ebullición

Page 27: Alcoholes, fenoles y éteres

27

Page 28: Alcoholes, fenoles y éteres

Aceptor de Puentes de Hidrógeno• Los éteres no pueden formar puentes de H entre ellos.• En presencia de -OH o -NH (donadores), el par de

electrones libres del éter forma puentes de H con -OH o -NH.

Page 29: Alcoholes, fenoles y éteres

29

Propiedades como solvente• Por su reactividad baja son muy buenos

solventes.• Solutos no polares se disuelven mejor en éter que

en alcohol.• Los éteres tienen un momento dipolar grande, por

lo que también disuelven solutos polares.• Los éteres solvatan cationes. • No reaccionan con bases fuertes

Page 30: Alcoholes, fenoles y éteres

30

Propiedades como solvente

Page 31: Alcoholes, fenoles y éteres

31

Complejos estables con reactivos

• Reactivos de Grinard.

Page 32: Alcoholes, fenoles y éteres

32

Complejos estables con reactivos• Electrofilos.

Page 33: Alcoholes, fenoles y éteres

Complejos estables con reactivos• Éteres corona.

33

Page 34: Alcoholes, fenoles y éteres

34

Nomenclatura de Éteres

Page 35: Alcoholes, fenoles y éteres

35

Éteres Cíclicos• Heterocíclicos: oxígeno en el anillo.• Epóxidos (oxiranos)• Oxetanos.• Furanos (Oxolanos)

• Piranos (Oxanos)

• Dioxanos

H2C CH2

O

O

O O

O O

O

O

Page 36: Alcoholes, fenoles y éteres

1.2. Acidez de alcoholes y fenoles.

36

Page 37: Alcoholes, fenoles y éteres

37

Acidez de Alcoholes• Intervalo pKa: 15.5-18.0 (agua: 15.7)• La acidez decrece a medida que el grupo alquilo

se incrementa.• Los halógenos incrementan la acidez.• El fenol es 100 millones de veces más ácido que el

ciclohexanol!

Page 38: Alcoholes, fenoles y éteres

38

Tabla de valores de Ka

Page 39: Alcoholes, fenoles y éteres

Acidez de fenoles

39

Page 40: Alcoholes, fenoles y éteres

40

Page 41: Alcoholes, fenoles y éteres

1.3. Obtención de alcoholes, fenoles y éteres

41

Page 42: Alcoholes, fenoles y éteres

42

Obtención de alcoholes.• Hidratación de alquenos.

– Catalizada por ácidos– Hidroboración-oxidación.– Oximercuración/reducción (Markonikov).

• Reducción de compuestos carbonílicos.• Hidrólisis de haluros de alquilo.• Reacción de reactivos de Grignard y compuestos

carbonílicos.• Por fermentación.

Page 43: Alcoholes, fenoles y éteres

43

Hidratación de alquenos.• Debido a que la hidratación directa de los

alquenos con ácido acuoso suele ser una reacción pobre en el laboratorio, se utilizan por lo general dos métodos indirectos:– Hidroboración/Oxidación (antiMarkonikov).– Oximercuración/reducción (Markonikov).

Page 44: Alcoholes, fenoles y éteres

44

Hidroboración/Oxidación (antiMarkonikov).

• El Borano, BH3, adiciona un hidrógeno al carbono del doble enlace más sustituido.

• El alquilborano es entonces oxidado a alcohol el cual es un producto antiMarkonikov.

C C(1) BH3

C

H

C

BH2

(2) H2O2, OH-

C

H

C

OH

Page 45: Alcoholes, fenoles y éteres

45

Borano• Existe como dímero, B2H6, en equilibrio con su

monómero.• Es un gas explosivo, tóxico y flamable.• Es seguro cuando está acomplejado con

tetrahidrofurano.

THF THF . BH3

O B2H6 O+ B-

H

H

H+2 2

Page 46: Alcoholes, fenoles y éteres

46

Mecanismo (1)• El borano deficiente en electrones se adiciona al carbono

menos sustituido. El H se adiciona al carbono adyacente en el mismo lado (sin).

Page 47: Alcoholes, fenoles y éteres

47

Mecanismo (2)• La oxidación de un alquil borano con peróxido de

hidrógeno básico produce un alcohol.• La orientación es antiMarkovnikov.

CH3 C

CH3

H

CH

HB

H2O2, NaOH

H2OCH3 C

CH3

H

CH

HOH

Page 48: Alcoholes, fenoles y éteres

48

Prediga el Producto• Prediga el producto cuando el alqueno dado

reacciona con borano en THF, seguido por una oxidación con peróxido de hidrógeno.

CH3

D

(1)

(2)

BH3, THF

H2O2, OH-

Adición sin

HCH3

DOH

Page 49: Alcoholes, fenoles y éteres

Oximercuración/reducción (Markonikov).

1. El electrófilo ataca formado el ion mercurinium.

2. El agua rompe el anillo.

49

Page 50: Alcoholes, fenoles y éteres

Oximercuración/reducción (Markonikov).

50

Page 51: Alcoholes, fenoles y éteres

51

Reactivos Organometálicos• Carbono unido a un metal (Mg o Li).• Carbono nucleófilo (parcialmente negativo).• Ataca a un carbono parcialmente positivo.

– C - X– C = O

• Se forma entonces un nuevo enlace carbono-carbono.

Page 52: Alcoholes, fenoles y éteres

52

Reactivos de Grignard• Formula: R-Mg-X (reacciona como R:- +MgX)• Estabilizado por éter anhidro.• Ioduros son más reactivos.• Se pueden formar a partir de cualquier haluro:

– primario– secundario– terciario– vinilo– arilo

Page 53: Alcoholes, fenoles y éteres

53

Algunos reactivos de GrignardBr

+ Mgether MgBr

CH3CHCH2CH3

Clether

+ Mg CH3CHCH2CH3

MgCl

CH3C CH2

Br + Mgether CH3C CH2

MgBr

Page 54: Alcoholes, fenoles y éteres

54

Reactivos de Organolitio• Formula: R-Li (reaccionan como R:- +Li)• Pueden ser producidos a partir de haluros de alquilo,

vinilo o arilo, como los reactivos de Grignard.• No es necesario emplear éter como solvente ya que se

puede emplear una amplia variedad de solventes.

Page 55: Alcoholes, fenoles y éteres

55

Reacción con Carbonilos• R:- ataca al carbono parcialmente positivo del carbonilo.• El intermediario es un ion alcóxido.• La adición de agua o ácido diluído, protona el alcóxido y

produce un alcohol.

R C O R C O

HOHR C OH

OH

Page 56: Alcoholes, fenoles y éteres

56

Síntesis de alcoholes 1°Grignard + formaldehído dan un alcohol con un

carbono adicional.

C OH

HC

CH3

H3C CH2 C MgBr

H

HH

CH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

H

H

O MgBr

HOHCH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

H

H

O H

Page 57: Alcoholes, fenoles y éteres

57

Síntesis de alcoholes 2ºGrignard + aldehído dan un alcohol secundario.

MgBrCH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

CH3

H

OC

CH3

H3C CH2 C MgBr

H

HH

C OH

H3C

CH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

CH3

H

O HHOH

Page 58: Alcoholes, fenoles y éteres

58

Síntesis de alcoholes 3ºGrignard + cetona dan un alcohol terciario.

MgBrCH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

CH3

CH3

OC

CH3

H3C CH2 C MgBr

H

HH

C OH3C

H3C

CH3 CH

CH3

CH2 CH2 C

CH3

CH3

O HHOH

Page 59: Alcoholes, fenoles y éteres

59

Cómo sintetizaría…

CH3CH2CHCH2CH2CH3

OH CH2OH

OH

CH3C

OH

CH2CH3

CH3

Page 60: Alcoholes, fenoles y éteres

60

Reacciones de Grignard con Cloruros de ácido y ésteres

• Utiliza dos moles del reactivo de Grignard.• El producto es un alcohol terciario con dos grupos alquilo

idénticos.• La reacción con uno de los moles produce una cetona

como intermediario, la cual reacciona posteriormente con el otro mol del reactivo Grignard.

Page 61: Alcoholes, fenoles y éteres

61

Grignard + Cloruro de ácido (1)• Grignard ataca al carbonilo.• Sale el ion cloruro.

C OCl

H3C

MgBrR MgBr C

CH3

Cl

OR

C

CH3

Cl

OR MgBr C

CH3

RO

+ MgBrCl

Cetona intermediaria

Page 62: Alcoholes, fenoles y éteres

62

Grignard + Ester (1)• Grignard ataca al carbonilo.• Sale un ion alcóxido! ? !

C OCH3O

H3C

MgBrR MgBr C

CH3

OCH3

OR

C

CH3

OCH3

OR MgBr C

CH3

RO

+ MgBrOCH3

Cetona intermediaria

Page 63: Alcoholes, fenoles y éteres

63

Segundo paso de la reacción• El segundo mol del reactivo de Grignard reacciona con la

cetona intermediaria para formar un ion alcóxido.• El ion alcóxido es protonado con ácido diluído.

C

CH3

RO

R MgBr + C

CH3

R

OR MgBr

HOH

C

CH3

R

OHR

Page 64: Alcoholes, fenoles y éteres

64

Cómo sintetizarias...Utilizando un cloruro de ácido o ester.

CH3CH2CCH3

OH

CH3

C

OH

CH3

CH3CH2CHCH2CH3

OH

Page 65: Alcoholes, fenoles y éteres

65

Reactivos de Grignard + Óxido de etileno• Los epóxidos son reactivos con los reactivos de Grignard

debido a su tensión en el anillo.• El producto es un alcohol 1º con 2 carbonos adicionales.

MgBr + CH2 CH2

OCH2CH2

O MgBr

HOH

CH2CH2

O H

Page 66: Alcoholes, fenoles y éteres

66

Limitaciones de Grignard• Reaccionan vigorosa e irreversiblemente con agua y otros

protones ácidos como O-H, N-H, S-H, or -C—C-H. El reactivo de Grignard se destruye, convirtiendose en un alcano.

• Pueden reaccionar con otros enlaces electrófilos múltiples, como C=N, C—N, S=O y N=O.

Page 67: Alcoholes, fenoles y éteres

67

Reducción de Carbonilos• Reducción de aldehídos: Alcohol 1º.• Reducción de cetona: Alcohol 2º.• Reactivos:

– Borohidruro de Sodio, NaBH4

– Hidruro de Litio y Aluminio, LiAlH4– Niquel Raney.

Page 68: Alcoholes, fenoles y éteres

68

Borohidruro de Sodio• El ion hidruro, H-, ataca al carbonilo, formando un ion

alcóxido.• Entonces el ion alcóxido es protonado por un ácido

diluído.• Solo reacciona con carbonilos de aldehídos o cetonas, no

con carbonilos de esteres o ácidos carboxílicos.

HC

O

HC

H

OHC

H

OH HH3O+

Page 69: Alcoholes, fenoles y éteres

69

Hidruro de Litio y Aluminio• Agente reductor más fuerte que el borohidruro de sódio,

pero es muy peligroso para trabajar con él.• Convierte ésteres y ácidos a alcoholes 1º.

CO

OCH3C

OH H

HH3O+LAH

Page 70: Alcoholes, fenoles y éteres

70

• LiAlH4 es más fuerte.• LiAlH4 reduce compuestos

más estables, los cuales son resistentes a la reducción.

Page 71: Alcoholes, fenoles y éteres

Resumen

71

Page 72: Alcoholes, fenoles y éteres

72

Hidrólisis de haluros de alquilo

Page 73: Alcoholes, fenoles y éteres

73

SN2 (influencia del impedimento estérico)

En general no es un método útil para obtener alcoholes

Page 74: Alcoholes, fenoles y éteres

74

Inversión de la configuración (SN2)

Page 75: Alcoholes, fenoles y éteres

Obtención de fenoles• Síntesis comercial del fenol (proceso Dow)

75

Page 76: Alcoholes, fenoles y éteres

76

Obtención de éteresSíntesis de Williamson:

1. Alcohol + Na (o NaH o K)2. Alcóxido + Haluro de alquilo

Page 77: Alcoholes, fenoles y éteres

77

Fenil Eteres• Los iones fenóxido se producen fácilmente mediante la

síntesis de Williamson.• Los haluros de fenilo o tosilatos no pueden ser utilizados

en este método de síntesis.

O H

+ NaOH

O_

Na+

+ HOH

Page 78: Alcoholes, fenoles y éteres

78

Obtención de éteresSíntesis por alcoximercuración-desmercuración:

Page 79: Alcoholes, fenoles y éteres

79

Obtención de éteresSíntesis industrial por Condensación bimolecular de alcoholes:

síntesis de laboratorio no buena.

Si la temperatura es muy alta, se forman alquenos.

Page 80: Alcoholes, fenoles y éteres

1.4. Reacciones de alcoholes, fenoles y éteres

80

Page 81: Alcoholes, fenoles y éteres

81

Reacciones de los Alcoholes

Page 82: Alcoholes, fenoles y éteres

Estados de Oxidación• Fácil para sales inorgánicas:

– CrO42- se reduce a Cr2O3

– KMnO4 se reduce a MnO2

• Oxidación: pérdida de H2, ganancia de O, O2, o X2

• Reducción: ganancia de H2 o H-, pérdida de O, O2, o X2

Page 83: Alcoholes, fenoles y éteres

83

Árbol RedOx

Page 84: Alcoholes, fenoles y éteres

84

Oxidación de Alcoholes 2°• Se convierten en cetonas• El reactivo es Na2Cr2O7/H2SO4• Cambio de color de naranja a azul-verdoso

CH3CHCH2CH3

OHNa2Cr2O7 / H2SO4

CH3CCH2CH3

O

Page 85: Alcoholes, fenoles y éteres

85

Oxidación de Alcoholes 1°• Se convierte primero en aldehído y después en ácido

carboxílico.• Difícil de detener en el aldehído.• Utiliza Clorocromato de piridinio (PCC) para limitar la

oxidación.• PCC también puede utilizarse para oxidar alcoholes 2° a

cetonas.CH3CH2CH2CH2

OH N H CrO3Cl

CH3CH2CH2CH

O

Page 86: Alcoholes, fenoles y éteres

Métodos adicionales de oxidación• Con NaOCl

86

Page 87: Alcoholes, fenoles y éteres

Métodos adicionales de oxidación• Con DMSO (Oxidación Swern)

87

Page 88: Alcoholes, fenoles y éteres

• Con Dess-Martin Periodinano (DMP)

88

Page 89: Alcoholes, fenoles y éteres

89

Los Alcoholes 3° no se oxidan!• No pueden perder 2 H’s

Page 90: Alcoholes, fenoles y éteres

90

Oxidación biológica de alcoholes.

Page 91: Alcoholes, fenoles y éteres

91

Reacciones de Deshidratación• H2SO4 conc. produce alquenos• Carbocation como intermediario• Producto de Saytzeff• Deshidratación Bimolecular produce eteres.• Temperaturas bajas, 140°C y menor, favorece eteres.• Temperaturas altas, 180°C y mayores, favorece alquenos.

Page 92: Alcoholes, fenoles y éteres

92

Mecanismo de Deshidratación

CH3CHCH3

OHH2SO4

alcoholCH3CHCH3

OHH

CH3CHCH3

CH2 CHCH3H2O

CH3OH

H3O+

CH3OH CH3 OH2 CH3 O

H

CH3

H2OCH3OCH3

Page 93: Alcoholes, fenoles y éteres

93

Diagrama de Energía, E1

Page 94: Alcoholes, fenoles y éteres

94

Esterificación de Fischer• Ácido + Alcohol dan Ester + Agua• El ácido sulfúrico es un catalizador.• Cada paso es reversible.

CH3 C OH

O

+ CH2CH2CHCH3

CH3

OHH+

CH3C

O

OCH2CH2CHCH3

CH3

+ HOH

Page 95: Alcoholes, fenoles y éteres

Reacciones de fenoles• Presentan reacciones similares a los alcoholes

alifáticos

95

Page 96: Alcoholes, fenoles y éteres

Reacciones de fenoles• Reacciones de oxidación a quinonas.

96

Page 97: Alcoholes, fenoles y éteres

Reacciones de fenoles

97

Escarabajo bombardero

Page 98: Alcoholes, fenoles y éteres

Reacciones de fenoles• Sustitución electrofílica.

98

Page 99: Alcoholes, fenoles y éteres

Reacciones de fenoles• Generación de iones fenóxido.

99

Page 100: Alcoholes, fenoles y éteres

Reacciones de fenoles• Síntesis industrial del ácido salicílico.

100

Page 101: Alcoholes, fenoles y éteres

101

Reacciones de ÉteresRompimiento con HBr o HI• Los éteres no reaccionan con las bases, pero los éteres

protonados pueden reaccionar por sustitución con ácidos fuertes.

• El grupo alcohol saliente es reemplazado por un halógeno.• Reactividad: HI > HBr >> HCl

Page 102: Alcoholes, fenoles y éteres

102

Mecanismo para el rompimiento

Page 103: Alcoholes, fenoles y éteres

103

Rompimiento de Fenil Eter• El fenol no reacciona para convertirse en haluro de fenilo.

Ejemplo:

Page 104: Alcoholes, fenoles y éteres

104

Autoxidación de Éteres

Explosivos!!!

Page 105: Alcoholes, fenoles y éteres

Reacciones de epóxidos• Apertura de anillo catalizada por bases.

105

Page 106: Alcoholes, fenoles y éteres

Reacciones de epóxidos• Orientación de la ruptura.

106

Page 107: Alcoholes, fenoles y éteres

Reacciones de epóxidos• Resinas epóxicas.

107

Page 108: Alcoholes, fenoles y éteres

Reacciones de epóxidos• Mecanismo:

108

Page 109: Alcoholes, fenoles y éteres

Nota

• Las imágenes fueron tomadas de:

109

Page 110: Alcoholes, fenoles y éteres

Fin de la Unidad

Dr. Edgar García-HernándezDivisión de Estudios de Posgrado e Investigación/Departamento

de Ingeniería Química y Bioquímicae-mail: [email protected]

2016 ITZ

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICOInstituto Tecnológico de Zacatepec