principios de la adición nucleofílica a compuestos...

Principios de la adición nucleofílica a

compuestos carbonílicos:

Catálisis ácida

1) Hidratación de aldehídos y cetonas

Hidratación de Aldehídos y cetonas

H2O


C •• O • •

HO C O H ••

••

••

••

comparado con H

electrónicos: los grupos alquilo estabilizan

a los reactivos

estéricos: los grupos alquilo presentan

impedimento en el producto

OH

OH

R R' + H2O C C

R R'

O

Efectos de los Sustituyentes en el

equilibrio de la hidratación

C=O hidrato K % Rapidez

relativa

CH2=O CH2(OH)2 2300 >99.9 2200

CH3CH=O CH3CH(OH)2 1.0 50 1.0

(CH3)3CCH=O (CH3)3CCH(OH)2 0.2 17 0.09

(CH3)2C=O (CH3)2C(OH)2 0.0014 0.14 0.0018

Constantes de Equilibrio y rapidez relativa de

Hidratación

Cuando el grupo carbonilo está desestabilizado

• los grupos alquilo estabilizan al C=O

• los grupos electroatractores desestabilizan al C=O

¿Cuando es que el equilibrio

favorece al hidrato?

OH

OH

R R + H2O C C

R R

O

R = CH3: K = 0.000025

R = CF3: K = 22,000

Efectos de los Sustituyentes en el

equilibrio de la hidratación

Mecanismo de la Hidratación (medio básico)

no es el más común

C •• O • • •

• O • •

H

••

–

Paso 1:

+ ••

HO C O ••

••

•• • •

–

• • O H

H

••

•• HO C O

••

••

•• • •

–

+ ••

• • O

H

• •

– •• HO C OH

••

••

••

Paso 2:

Mecanismo de la Hidratación (medio básico)

C •• O • • + •

•

H

O H

H

+

+

C •• OH +

• •

• •

H

O

H

Paso 1:

Mecanismo de la Hidratación (medio ácido)

C •• OH +

+ • •

H

O

H

•• C OH

••

• •

H

O

H

• •

+

Paso 2:


+ • •

H

O

H

•• C OH

••

H O

H

••

••

• • O

H

•• C OH

••

••

+

H

H O

H ••

+


Paso 3:

Hidrato de cloral

Soluble en agua y alcohol

Principios de la adición nucleofílica a

compuestos carbonílicos:

Catálisis ácida

2) Formación de cianohidrinas

+

Formación de las Cianohidrinas

•• • • C O HCN H C O N C •

• ••

••

•• • • C O

C –

N • •

• •


– O N C C ••

•• • •

• •

H

H

H

+ O • •

H

H

O • • • • O N C C

••

•• • • H


Cianohidrina del

2,4-diclorobenzaldehído

(100%)

Ejemplo

Cl

Cl CH

O

Cl

Cl CHCN

OH NaCN,

agua

Luego

H2SO4

CH3CCH3

O

CH3CCH3

OH

CN

(77-78%)

La cianohidrina de la acetona se usa en la

síntesis de la metacroleína

Ejemplo

NaCN, agua

Luego H2SO4

Formación del compuesto de adición busulfítica

Adición nucleofílica seguida de una eliminación

Formación de Acetales

Formación de Iminas

Compuestos relacionados con las iminas

Formación de Enaminas

Las reacción de Wittig





La reacción de Wittig



HOH

C •• O • •

HO C O H ••

••

••

••

R

R'

R

R'

Los Alcoholes presentan una reacción análoga con los aldehídos y las cetonas

R"OH

C •• O • •

R

R'

R"O C O H ••

••

••

••

R

R'

El producto de la

reacción de

adición se llama

a hemiacetal.

ROH, H+

Los Hemiacetales reaccionan posteriormente en medio ácido para dar un acetal

R"O C O H ••

••

••

••

R

R'

R"O C OR” ••

••

••

••

R

R'

Este compuesto se

llama un hemiacetal.

El producto de la segunda

adición se llama un acetal

HCl (cat)

2 CH3CH2OH +

+ H2O

Dietil acetal del benzaldehído (66%)

CH

O

CH(OCH2CH3)2

Ejemplo

HOCH2CH2OH + CH3(CH2)5CH

O

Ácido p-toluensulfónico

benceno

+ H2O

(81%) H (CH2)5CH3

H2C CH2

O O

C

Con dioles se forman acetales cíclicos

En general:

Para la formación de acetales de cetonas, es

usual que la posición del equilibrio no se vea

favorecida.

Excepción importante:

Se pueden preparar acetales cíclicos a partir

de cetonas.

HOCH2CH2OH +

O

+ H2O

H2C CH2

O O

C (78%)

C6H5CH2CCH3

CH3 C6H5CH2

Ejemplo


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

+


O ••

O

H

•• R

•• +

H

C


C O ••

R

•• + O

••

H

H

• •


C O ••

R

•• +

El carbocatión es estabilizado por medio de la deslocalización del par de electrones del átomo de oxígeno

C O

R

••

+


C O ••

R

•• + O

••

H

R

• •


C O ••

R

•• + O

••

H

R

O ••

H

R

• •


+ H O

••

H

R C O ••

R

•• O ••

R

••


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


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

O

O O

HOOH

p-TsOH

toluene

+

O

OOO + H2O

O

OOOPhMgBr

OOO PhMgBr

Ph

OMgBrOO

Ph

Ph

OMgBrOO

Ph

Ph

OHOO

PhH2O

Ph

OH

Ph

OH3O

+

Ph

PhO

H3O+

ketal alcohol, mp 90-91 oC

hydroxyketone, mp 84-85 oC

alkenone, bp ~360 oC

tolueno

Cetal-alcohol, pf 90-91 C

Hidroxicetona,

pf 84-85 C

Alquenona, pe 360 C

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-Bencilidenmetilamina (70%)

CH

OH

NHCH3

Ejemplo

(CH3)2CHCH2NH2 O +

+ H2O

N-Ciclohexilidenisobutilamina (79%)

NCH2CH(CH3)2

Ejemplo

(CH3)2CHCH2NH2 O +

+ H2O

N-Ciclohexilidenisobutilamina (79%)

NCH2CH(CH3)2

OH

NHCH2CH(CH3)2

Ejemplo

CH3C

H3C

O

+ H N

H

O H H O HCH3

CH3C

NO

H

+

Kobs

(min-1

)

pH

H+

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

NaBH3CN

Reacción con aminas

secundarias:

Enaminas

R2NH ••

+ H2O

(enamina)

C ••

R2N

C


C •• O R2N H

H C

•• •• C O

••

H C

• • +

+

calor

O

N H

(80-90%)

N

Ejemplo

benceno

FORMACIÓN DE IMINAS

R'R

O

+ H N

H

ZR'R

NZ

+ H O H

REACTIVO PRODUCTO

H H N

H

H AMONIACO

R'R

NH

IMINA

RIMINA

R'R

NR

AMINA H N

H

R BASE DE SCHIFF

NH2 H N

H

NH2 HIDRAZINA

R'R

NNH2

HIDRAZONA

Z en H N

H

Z

PRIMARIA

R'R

O

+ H N

H

ZR'R

NZ

+ H O H

REACTIVO PRODUCTO

N

H

Ph

OHOXIMA

R'R

NOH

HIDROXILAMINA

H N

H

OH

N

H

C

O

NH2

FENILHIDRAZINA FENILHIDRAZONA

Z en H N

H

Z

SEMICARBAZIDA SEMICARBAZONA

N

H

Ph

H

NH

N

H

C

O

NH2

H

NHN

C

H

O

NH2N

R R'

NPh

H

N

R R'

CH3C

H3C

O

+ H N

H

O H H O HCH3

CH3C

NO

H

+

Kobs

(min-1

)

pH

FORMACIÓN DE

ENAMINAS

Formación Enaminas

Después de la adición de R2NH, el proton se pierde en el átomo de carbono adyacente

C

C

O

C

C

O

H++ R2NH

NH

R

C

C

HON

R

C

C

H2ON

R

C

C

N

R

+ H3O+

R

H

H HH

H H

R R R

H H H

Gilbert Stork (nacio el 31 de diciembre de

1921 en Bruselas, Bélgica). Químico orgánico

belga que radica los Estados Unidos

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/b/b1/Gilbert_Stork_low_res.jpg

enamina imina

Aminas

secundarias más

utilizadas

piperidina

pirrolidina

morfolina

Sal de iminio

1er. Paso. Activación del grupo carbonilo

2o. Paso. Adición de la amina 2ª

3er. Paso. Equilibrios ácido base

Formación de agua como grupo saliente

4o. Paso. Eliminación de agua y del protón del carbono β

para formar la enamina (pasando por la sal de

iminio)

Paso

1

Paso

2

Paso

3 Trabajo

final

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Stork_C_alkylation.png

ADICIÓN DE MICHAEL: ADICIÓN-1,4

1 2

3 4

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Stork_enamine_reaction.png

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