En cambio la metodología del Análisis Lógico, tiene como uno de sus propulsores y defensores a otro químico orgánico contemporáneo. J.E. Corey, también premio Nóbel por su aporte a la síntesis. La metodología supone la elección y aplicación de una determinada estrategia como el empleo táctico de los diferentes recursos que la moderna química orgánica nos ofrece y constituye "una metodología limitada únicamente por las fronteras de la química y el poder creador de la inteligencia humana"[1]
El punto central de esta metodología es un análisis racional y penetrante de la estructura molecular de la Molécula Objetivo (MOb) y de las moléculas precursoras generadas en sentido antitético. La mejor aplicación se ha encontrado en una serie de Software creados, para generar las diferentes rutas de síntesis.
"El químico sintético es más que un lógico y un estratega; es un explorador fuertemente inclinado a especular, imaginar e incluso crear". E.J. Corey.
El método se conoce como el "método de las desconexiones" o el "método del sintón" y se basa en un nuevo paradigma de la química orgánica, conocida como la RETROSÍNTESIS.
La mayoría de los químicos orgánicos, planean las síntesis, con un mínimo de análisis lógico, haciendo uso simultáneamente las metodologías de la "asociación directa" y de "análisis lógico", lo que origina consiguientemente la metodología de la "aproximación intermedia". Los métodos que mejor se conocen dentro de esta metodología y el paradigma retrosintético, son:
El "árbol de síntesis" y
Las "Hojas de síntesis"
Por ser esta sección sólo una introducción a la síntesis orgánica, limitaremos el estudio al método del árbol de síntesis.
La elaboración de un plan de síntesis
Un plan de síntesis para una molécula con cierta complejidad en su estructura, dentro el paradigma retrosintético y cualquiera sea el método empleado para su diseño, toma en cuenta los siguientes elementos generales:
En principio, uno debe conocer y familiarizarse con todo los detalles estructurales de la molécula objetivo (MOb).
Cuando se trata de una sustancia natural, es necesario disponer de toda la información posible, sobre los antecedentes químicos de la molécula y en consecuencia deducir sus probables propiedades, como también es imprescindible conocer sus propiedades físicas.
La "regla de oro" para elaborar un plan de síntesis, es proceder en sentido inverso (antitético) al que en la práctica se seguirá en el laboratorio químico. Se empieza con la MOb y se hace una "degradación mental" de su estructura, lo que genera una secuencia de moléculas precursoras que también son sometidos a similar análisis, hasta llegar a los materiales de partida, que a su vez deben ser simples y fácilmente asequibles.
2.1. MÉTODO DEL ÁRBOL DE SÍNTESIS
La elaboración de un "árbol de síntesis" a base de generar moléculas intermedias o precursoras, paso a paso en dirección antitética (retrosíntesis), es decir a partir de la molécula objetivo, constituye un método que puede comprenderse mejor al considerar los siguientes principios generales de dicho proceso.
Comenzar con la estructura final (MOb). Partiendo de la estructura final, la molécula objetivo, se trabaja hacia atrás (retrosíntesis) hasta lograr materias primas fácilmente accesibles. Si la materia prima de partida está especificada en el problema de síntesis, esto tan sólo limita el número de posibles rutas sintéticas a ser encaradas.
Caracterización de la molécula objetivo (MOb). Al examinar la estructura de la molécula objetivo, es necesario responder las siguientes interrogantes:
¿Qué tipo de compuesto es?
¿Qué grupo (s) funcional (es) contiene?
Cuál es la naturaleza del esqueleto carbonado?
¿Tiene la molécula una cadena alquílica normal o con ramificaciones?
¿Contiene anillos y son éstos cicloalquílicos o aromáticos?.
¿La MOb tiene simetría real o potencial?
El Grupo Funcional. Sobre el particular será también bueno responder a las siguientes interrogantes:
¿Es conocida la reactividad, sensibilidad e inestabilidad de los grupos funcionales que posee la MOb?
¿Qué métodos generales se tiene disponibles para su preparación?
¿Cuál de ellos es aplicable al grupo funcional específico de la molécula problema?
Aspectos estereoquímicos. Se analizará en la MOb, preferentemente:
Centros de quiralidad
Conformación y configuración de anillos
Efectos de proximidad entre grupos
El esqueleto carbonado. El principal problema en la mayoría de las síntesis orgánicas es la construcción del esqueleto carbonado. El intercambio de grupos funcionales (IGFs) a menudo es simple de hacer, como por ejemplo, cetona a alcohol, aldehído a ácido ó alcohol a bromuro. Las preguntas que se hace con respecto a la construcción de enlaces C-C se relacionan con las que ya se han planteado a propósito del grupo funcional.
¿Algunos de los métodos disponibles para formar grupos funcionales, son aplicables para generar enlaces C-C?.. Si es así.
¿Es compatible el método con el esqueleto carbonado específico de la molécula objetivo?. Si no lo es.
¿Hay un procedimiento para formar una cadena carbonada que produzca una función convertible en la requerida?
Moléculas Precursoras (MP)
El análisis de la estructura de la molécula problema y la consideración de las preguntas planteadas en las etapas 1) a 5), dará origen a dos posibles tipos de moléculas precursoras. Uno de ellos es un grupo funcional equivalente al de la estructura final. El otro es un conjunto de compuestos con menos átomos de carbono que la molécula objetivo. Cuando se juntan estos últimos, se logra la cadena carbonada final. La generación de cualquiera de estos tipos de molécula precursora, debe resultar una simplificación del problema. En general, si una ruta proyectada conduce a precursores más difíciles de sintetizar que el problema mismo (objetivo) debe buscarse otro camino | ARBOL DE SÍNTESIS |
Sintetizar el 2,3-dimetil-2-penteno (MOb 01), partiendo de materiales simples con no más de dos átomos de carbono, como por ejemplo, haluro de alquilo, formaldehído, ácido acético, etc.
Solución
Analizando en sentido retrosintético, se concluye que la MOb.01, es un alqueno no simétrico.
Recuérdese que los mejores sustratos o precursores de los alquenos son los alcoholes o haluros de alquilo, que por reacciones de eliminación forman el alqueno correspondiente. Por lo tanto una buena molécula precursora (o mejor sustrato) de la MOb 01, será el 2,3-dimetil-3-pentanol, que tratado con ácido sulfúrico concentrado, producirá la MOb 01. Este alcohol puedo haber sido preparado a partir de otras moléculas precursoras como son la 2-butanona y un reactivo de Grignard, bromuro de isopropil magnesio, que se obtiene a partir del bromuro de isopropilo con Mg metálico. El bromuro requerido, se prepara a partir del alcohol isopropílico y tribromuro de fósforo. La cetona a su vez, se prepara a partir de la oxidación del precursor 2-butanol, el cual es también preparado a través de una reacción de Grignard bromuro de etil magnesio con el acetaldehído. El Grignard es consecuencia de la reacción del bromuro de etilo con Mg metálico en éter seco. Se llega al Grignard a través del bromuro de etilo. Se ha recurrido a la reacción de Grignard, por el nivel de conocimiento sobre las reacciones orgánicas, hasta el momento abarcado. Desde luego que existen otras rutas, en función de las reacciones a ser utilizadas. |
2.2. Ejemplos de síntesis.
Partiendo de materiales simples y los reactivos necesarios, proponer un plan de síntesis para las siguientes moléculas:
MOb02. N-Hexanol La MOb 02, es un alcohol primario, cuya cadena carbonada no presenta ramificaciones. Por lo tanto, la estrategia se reduce en buscar reacciones que permitan hacer crecer la cadena en un buen número de átomos de carbono. No es aconsejable que el crecimiento de la cadena sea de uno en uno, ya que dicho camino conduciría a un plan de síntesis con muchas etapas, consiguientemente un bajo rendimiento. En tal virtud, la apertura de anillos epóxido por un compuesto de Grignard se puede adecuar a este propósito; como también se puede combinar con la síntesis acetilénica (utilización de derivados del acetiluro de sodio y posterior saturación del triple enlace). El epóxido necesario para que se combine con el Grignard se prepara a partir de un alqueno y un ácido perácido. Así, se llega a deducir el presente plan de síntesis, donde los materiales de partida pueden ser el acetileno y el etanol. |
MOb 03. 7-metil-3-penteno
La MOb 03, es un alqueno no simétrico. La mejor opción para generar una molécula precursora es recurrir a la síntesis acetilénica, es decir considerar al alqueno, como un producto de una hidrogenación parcial del triple enlace del alquino, para ello la mejor opción es la utilización del catalizador de Lindlar. Posteriormente se hace reaccionar los haluros de alquilo respectivos con los acetiluros de sodio que se forman con la sodamida. Nuevamente encontramos como molécula intermedia precursora un alcohol, que requiere ser preparado por apertura de epóxido. Los materiales de partida son el acetileno y el acetaldehído |
MOb 04. Hexanodial
El Hexanodial, es una molécula simétrica y la extensión de la cadena, sugiere que la misma sea producto de la apertura de un anillo de seis miembros. Adicionalmente el grupo formilo del aldehído es muy reactivo y tendrá que haberse formado el mismo también de manera preferente en la última etapa de la ruta de síntesis. Estas consideraciones, permiten proponer como molécula precursora de la MOb. Un cicloalqueno, que por una ozonólisis reductiva, formará el hexanodial. El ciclohexeno, puede ser preparado por diferentes vía, se indican dos alternativas. La alternativa que se reduce al etanal (acetaldehído) como material de partida es la que se aproxima mejor a un material de partida simple y asequible. |
MOb 05. 4-metoxi-1, 2- pentanodiol
La MOb 05. es polifuncional presenta un diol y un grupo éter, que también es portador de un grupo alcohol. No es posible pensar en formar el grupo éter selectivamente frente a los otros alcoholes. Pero si es posible formar un diol estando presente un grupo éter como protector de otro grupo –OH en la MOb.
Por lo tanto es correcto proponer como molécula precursora el 4-metoxi-1-penteno, que por hidroxilación con tetróxido de osmio, seguido de acidificación forma el diol correspondiente, sin afectar al grupo éter. Este grupo puede formarse estando presente un doble enlace, a través de la metilación con sulfato de dimetilo, como se señala en el árbol de síntesis | . |
Síntesis de moléculas polifuncionales
Para la síntesis de moléculas polifuncionales, es necesario la aplicación de los principios generales y fundamentalmente de simetría, selectividad y control, de acuerdo a las características de la molécula objetivo que se desee sintetizar.
MOb. 07. Proponer un plan de síntesis para el 2-metil-3-etil-2,6-hexanodiol. |
Solución. LA MOb 7 es bifuncional y los grupos son hidroxílicos: uno terciario y otro primario. El esqueleto carbonado presenta dos ramificaciones: un metilo y un etilo. Puesto que la molécula posee poca simetría, es improbable que ambos grupos puedan introducirse simultáneamente.
Para empezar por el final, considérese cómo se podría intentar la introducción de una función, en presencia de la otra. En forma arbitraria, inténtese introducir un grupo oxhidrilo primario en una molécula precursora que tenga el OH terciario. Para esto se tiene dos posibilidades: Hidroboración/oxidación de una olefina terminal y adición de un reactivo de Grignard al formaldehído.
Si se analiza con detenimiento, la segunda ruta es improbable, puesto que es imposible formar un compuesto de Grignard del mismo ya que el OH terciario es suficientemente ácido como para descomponer el Grignard que estuviera formándose. La reacción de hidroboración/oxidación del primer camino resulta ser un proceso selectivo: no afecta el grupo hidroxilo ya existente en una molécula. |
Se debe considerar ahora cómo formar el alcohol olefínico terciario requerido para la reacción de hidroboración. Puesto que este alcohol también contiene dos funciones; nuevamente se debe considerar la introducción de un grupo funcional en presencia de otro.
Los alcoholes terciarios se forman comúnmente por adición de un reactivo de Grignard una cetona y el doble enlace no altera la reacción, siendo por lo tanto también selectiva. De este modo, puede prepararse el alcohol partiendo de un precursor cetónico no saturado. |
Ahora se puede centrar la atención en la construcción del esqueleto carbonado. Se puede recurrir para ello nuevamente a una síntesis de Grignard; sin embargo se puede observar que el último precursor está estructuralmente relacionado con el éster acetoacético ya que la estructura típicamente se puede obtener a partir del éster acetoacético o es una metil cetona o es un producto de transformación de ella. |
En consecuencia, se puede obtener el compuesto intermedio por alquilización del acetoacetato de etilo: primero con bromuro de etilo y luego con bromuro de alilo, luego, se hidroliza y descarboxila el producto, para generar la MOb 7.
El bromuro de alilo se prepara de la siguiente manera:
|
MOb 08. Las feromonas, son agentes químicos que utilizan los insectos para sus comunicaciones. El atrayente sexual de la polilla tiene la siguiente estructura: Proponer un plan de síntesis para la misma |
Solución:
El grupo funcional de la molécula es un epóxido, su esqueleto carbonado tiene una sola ramificación: un grupo metilo. El epóxido es un isómero geométrico del tipo cis. Con estas consideraciones se puede mencionar a continuación, que para la preparación de un grupo epóxido se dispone de los métodos de la reacción de un alqueno con un perecido y un alqueno con hipodromito seguido de la acción de una base hidróxilica. | a)
b) |
Por otra parte, el isómero geométrico epóxido tiene que obtenerse de su similar alqueno cis. Entonces el alqueno precursor debe ser:
La deshidratación de un alcohol, normalmente genera el alqueno trans, por lo que el precursor "no será" un alcohol y por lo tanto debe desecharse esta posibilidad, por tal razón el método más adecuado para la formación del alqueno será una reducción parcial de un compuesto acetilénico sustituido, es decir, un acetileno interno. El plan de síntesis que se propone a continuación se basa en las consideraciones anteriormente descritas. Los compuestos (A) y (B), deben ser todavía sintetizados a partir de moléculas más simples. Las aplicaciones en los siguientes capítulos estarán centradas en las interrogantes: ¿cómo se justifica la siguiente transformación?. ¿Cómo se sintetiza la siguiente molécula?. En la solución de ellos se irán ampliando más aspectos de la síntesis orgánica. |
MOb 09. (1E,4E)-hepta-1,4-dienilcyclopentano
Proponer un plan de síntesis, a partir de materiales simples y los reactivos necesarios, para la siguiente molécula: Solución. Una adecuada combinación de la síntesis acetilénica y de Grignard, permite elaborar un plan de síntesis factible a partir del ciclopentanol y el acetaldehído. Es necesario hacer notar que a esta altura de los conocimientos de las reacciones, no permite aún plantearse la preparación del anillo de cinco miembros. Es necesario tener cuidado que el haluro que reacciona con el ión acetiluro deba ser necesariamente primario, con los haluros secundarios y terciarios, la reacción que predomina es la de eliminación y no ocurre la sustitución. Se aprovecha adecuadamente la bromación del sistema alílico que se forma con la succinimida, Los acetiluros también son nucleófilos que pueden atacar un epóxido formando, luego de la hidrólisis ácida un alcohol. |
MOb. 10.
¿Cómo se efectúa la transformación siguiente? Utilice todos los reactivos necesarios con la finalidad de justificar la transformación indicada. |
Solución:
La MOb 10, incrementa en un grupo metilo la cadena alquílica del compuesto aromático. El punto de instauración sugiere que el mismo puede prepararse a partir de la deshidratación de un alcohol. Esto permite pensar que el grupo metilo proviene de un compuesto de Grignard, que a su vez forma simultáneamente el alcohol. Esta reacción sólo podrá ocurrir si la molécula precursora es un aldehído, el cual a su vez es formado por la oxidación de un alcohol, con PCC. | El alcohol requerido puede formarse por hidroboración de la molécula de partida que es el estireno |
Compuestos aromáticos
4.1. PROBLEMAS RESUELTOS
Proponer un plan de síntesis para las siguientes moléculas, a partir del tolueno o xileno:
(MOb 12)
1-isopropil-7-metilnaftaleno | (MOb 13)
2,7-dimetilnaftaleno | (MOb 14) 1-isopropil-6-metilnaftalen
| (MOb 15) 4-metox-1,2,7-trimetilnaftaleno |
Solución:
(MOb 12). En la estrategia se toma en cuenta que la última etapa tiene que ser un proceso de "aromatización", por lo cual se propone que la molécula precursora presenta un anillo no aromático, con un doble enlace sobre el carbono que contiene el doble enlace y al grupo alquílico. Esta estructura se puede conseguir por la acción del un Grignard sobre un carbonilo y la posterior deshidratación del alcohol formado. La cetona se forma por la acilación sobre el compuesto bencénico adecuado con el anhídrido succínico y sus posteriores cierres | intramoleculares de acilación de Friedel -Crafts. |
(MOb 13). Nuevamente la molécula precursora tiene que se "aromatizada", la estrategia mas adecuada de entre otras se basa en la combinación de acilación con anhídrido succínico sustituido y la reducción de Clemmensen. El carbonilo final se reduce a alcohol que será deshidratado luego con hidrogeno molecular y un catalizador denominado cromilo de cobre. |
(MOb 14). La aromatización final se consigue, luego de reducir un grupo carbonílico a alcohol y luego deshidratarse el mismo. La molécula precursora de consigue con una acilación con el anhídrido succínico. E l carbonilo que tiene que ser atacado por un Grinard para introducir el grupo alquilo y general el alcohol que será deshidratado, es protegido temporalmente como un cetal cíclico. |
MOb 15. El anillo mas sustituido se considera que corresponde al anillo aromático que por una acilación adecuada con un derivado del anhídrido succínico, permitirá el cierre de un anillo, con una combinación inteligente de la acilación y reducción del carbonilo. El anillo bencénico con la funcionalidad requerida se prepara a partir del o-xileno, que es sulfonado y el grupo –OH se protege eterificándolo hasta el final. |
La acilación del naftaleno está sujeta a un interesante efecto del disolvente. La reacción en disulfuro de carbono o disolvente halogenados, produce un ataque predominantemente en la posición ( , sin embargo, en solución de nitrobenceno, el tamaño del agente electrofílico atacante se incrementa por solvatación con el nitrobenceno, atacándose la posición(, que es menos impedida estéricamente.
La succinoilación del naftaleno en nitrobenceno produce una mezcla separable de isómeros ( y (, los cuales se usan en la síntesis de derivados del fenantreno
|
El tetralín, se acila exclusivamente en la posición(, lo que demuestra la resistencia de los derivados 2-ftaloilo a ciclarse en la posición 3 para dar productos condensados lineales.
|
Ejemplo: Sintetizar el ácido p-bromobenzoico a partir del benceno.
(MOb 16). Es necesario preguntarse "¿Cuál es un precursor inmediato del ácido p-bromobenzoico?" El análisis sintético hacia atrás (retrosintético) de la Mob 16, revela dos rutas válidas que van del benceno al ácido p-bromobenzoico.
|
Un segundo ejemplo de interés, es la síntesis del 4-cloro-1-nitro-2-propilbenceno (Mob. 17) a partir de benceno, en principio hay tres posibles precursores disustituidos, pero sólo uno de ellos es el adecuado.
La síntesis final de la MOb 17, se puede encarar por medio de una ruta de cuatro pasos a partir del benceno: Primero se acila el benceno con un cloruro de propanoilo catalizado por un acido de Lewis. El anillo acilado luego de clora con cloro molecular. El orientador cetónico dirige a un posterior electrófilo Cl+ hacia | la posición meta requerida |
Preguntas: Cuáles son las reacciones que justifican las siguientes transformaciones?.
MOb. 20 | MOb. 24 |
MOb. 21 | MOb. 25 |
MOb, 22 | MOb 26 |
MOb 23 | MOb. 27 |
Soluciones:
MOb. 20. No existe la posibilidad de que el ion acetiluro actúe directamente sobre el benceno, por consiguiente el triple enlace se obtiene a partir de un grupo alquilico vec-dibromado, que se obtiene por Bromación del estireno, obtenido previamente por una deshidrobromacion de un haluro de bencilo formado por una Bromación por el mecanismo de radicales libres | sobre el etilbenceno |
MOb. 21 . El para nitroestireno, no es posible obtener por nitración directa del estireno, debido a que el grupo etenilo unido al anillo es inestable en las condiciones de la nitración. En tal virtud la molécula precursora tendrá un grupo que sea fácil de deshidrobromar. Este precursor se obtiene por Bromación de radicales del grupo etilo ligado al anillo bencénico, que previamente fue nitrado mayoritariamente en la posición para. |
MOb. 22. La simetría de la molécula permite pensar en una estrategia que tome en cuenta la reacción de Corey-House. También es una buena ruta si se utiliza el PhCH2CH2Cl, sobre el benceno o se toma en cuenta una acilación con PhCH2COCl y posterior reducción del grupo carbonilo por la reducción de Clemmensen.
|
MOb 23. La molécula precursora puede ser una cetona, cuyo grupo carbonilo es reducido a metileno por el reductor de Wolf-Kischner. De este modo se evita la presencia del Zn en medio "acido que afectaría al grupo nitro. Otra molécula precursora puede ser, el haluro siguiente: O2N-PhCH2Cl que actúe sobre una molécula de benceno, |
MOb. 24. La posición del bromo en la molécula precursora, es la típica posición alílica, la que se obtiene por Bromación de radicales del esqueleto carbonado correspondiente. El grupo alquilico, sobre el anillo bencénico no se puede obtener del haluro correspondiente, por que se presentaría transposición. Entonces se recurre a la acilación y posterior reducción del grupo carbonilo, con amalgama de cinc en medio acido (reducción de Clemmensen |
MOb. 25. El diol de esta molécula puede obtener por un hidroxilación selectiva del estireno, como molécula precursora. El estireno se forma a partir de la deshidrobromacion, como en anteriores casos.
|
MOb. 26. La molécula precursora, señala que una posible ruta toma en cuenta la formación del grupo etenilo a partir de un halogenuro y se aprovecha el grupo voluminoso del t-Butil, para introducir en la posición para el grupo acilo portador del grupo etilo.
|
MOb. 27. La estrategia pasa por definir la inclusión del bromuro en una molécula precursora que no permita la formación de ningún isómero. El alqueno menos sustituido es el que obligatoriamente se forma por una deshidrohalogenacion, de un grupo formado por Halogenación de radicales.
|
4.2. PROBLEMAS PROPUESTOS:
A partir de materiales simples y asequibles como materiales de partida, proponer un plan de síntesis para la preparación en el laboratorio de las siguientes moléculas:
Alcoholes
5.1. PROBLEMAS RESUELTOS
Proponer un plan de síntesis, para las moléculas objetivo señaladas a partir de moléculas simples que se indican (MOb 26 -38). Para ello utilice los reactivos y condiciones de reacción que crea necesarios:
Estrategia: La molécula de partida (MOb 28) ha sido deshidratada y en la posición alílica referida al doble enlace se ha sustituido un hidrógeno por el grupo ciano o nitrilo. Esta última reacción ocurre sólo si la molécula precursora es un haluro de alílico, razón por la cual se propone como precursora de la MOb 28 una sustancia con esta estructura. El Br se introduce en la. | posición deseada con el NBS y el alqueno es producto de la deshidratación de la molécula de partida |
Estrategia: Se trata de un tío éter, la molécula precursora necesaria será un haluro del 1,3-ciclopentadieno. Este haluro se prepara por la acción del NBS, sobre el cicloalqueno dienico, el cual a su vez es preparado por la deshidrobromación de la molécula precursora, al que se llega por la acción del NBS sobre el cicloalqueno formado previamente por deshidrohalogenación de la molécula de partida bromada por radicales |
Estrategia: Es similar a la utilizada en la obtención de la MOb 28
|
Estrategia: La MOb 31 tiene un incremento de dos grupos alquilo (metilo y etilo) en relación a la molécula de partida, los cuales se introducen en diferentes etapas, por lo cual se propone como precursora una cetona, portadora del grupo etilo, que es introducido en el aldehído obtenido del alcohol de partida. |
Estrategia: La MOb 32, muestra que un grupo etilo inicial fue transformado en aldehído, que obviamente se formará a partir de un alcohol, y este ultimo por hidratación de un alqueno, al que se llega por deshidrobromación de una molécula bromada por radicales, del material de partida
|
Estrategia: Se propone como molécula precursora un alqueno, que es bromado en condiciones antimarkovnikov. El alqueno se preparó por deshidratación del alcohol formado, por la acción de un Grignard sobre una cetona, que es preparada por oxidación del ciclohexanol.
|
Estrategia: La MOb, tiene el doble de átomos de C, que el de partida. Entonces se propone un alcohol como precursor, el mismo que será preparada entre un Grignard y un aldehído formados de la misma molécula de partida |
Estrategia: La cetona metílica de la MOb 35, puede prepararse por oxidación de un grupo acetiluro con sales de Hg (II) en medio ácido, el alcohol no es afectado por este reactivo. El alcohol se formó por la acción del acetiluro de sodio sobre una cetona derivada del alcohol de partida por oxidación.
|
Estrategia: El material de partida se oxida a aldehído con disiamilborano, que atacado por un Grignard adecuado para formar la MOb 36 |
Estrategia: Como la MOB 37 es un aldehído, se propone un alcohol como la molécula precursora, que a su vez, es preparado por apertura de un epóxido con un Grignard formado a partir del bromuro de la molécula de partida. Ésta es bromada por radicales, para tener el compuesto necesario. |
Estrategia: Los haluro se obtiene a partir de alquenos o alcoholes, este último es la mejor opción, debido a que la acción del grupo de un Grignard que contenga el grupo fenilo, permite formar el alcohol requerido como molécula precursora.
|
5.2. PROBLEMAS PROPUESTOS
1. ¿Qué reactivo de Grignard y que compuesto carbonílico utilizaría como materia prima para preparar los siguientes alcoholes?
2. La testosterona[2]es una de las hormonas esteroidales masculinas más importantes. Cuando se deshidrata tratándola con acido, se efectúa una transposición para dar el producto que se muestra. Proponga un mecanismo para explicar dicha reacción.
4. A partir de la testosterona (problema 2), ¿Cómo prepararía las sustancias siguientes?
5. Partiendo de materiales simples y asequibles, proponer una ruta de síntesis, para cada una de las siguientes moléculas:
5. Proponer las reacciones químicas que respalden la transformación que se indica, pueden hacerse en varios pasos y con los reactivos que crea más necesarios.
a) 3-metil-2-2-pentanol
b) 3-metil-3-pentanol
A partir del alcohol sec-butílico
Éteres y epóxidos
6.1. PROBLEMAS RESUELTOS
1. ¿Cómo prepararía los éteres indicados (MOb 39 al 44)?
Estrategia: La naturaleza de los sustituyentes en torno al átomo de oxigeno en el éter (MOb 39), señalan que la única posibilidad es que se haya formado a partir de precursores, como un haluro de propilo y un fenóxido metálico, lo contrario es imposible, pues un halobenceno | no participa de la síntesis de Williamson |
Estrategia: El sustituyente alquilico en torno al oxigeno del éter, debería proporcionar el haluro de alquilo correspondiente, pero al ser el mismo secundario, el rendimiento seria demasiado bajo, ya que es siempre preferible (S. W,) un haluro primario. Por lo tanto se recurre a la alcoximercuración – desmercuración, en base al | propeno, como se indica en el esquema |
Estrategia, La molécula precursora de un epóxido trans, debe ser un alqueno también trans, el mismo que se puede obtener por un hidrogenación parcial de un acetiluro correspondiente |
Estrategia: La naturaleza de os sustituyentes, nuevamente, nos induce a pensar en la alcoximercuración – desmercuración de un ciclopentenilo, para formar el éter requerido.
|
Estrategia; El dieter trans, requiere de un diol trans como molécula precursora, la misma se obtiene por apertura acida de un epóxido, el cual es obtenido por la oxidación del cicloalqueno con MCPBA. El ciclohexeno se forma por deshidrocloración del derivado clorado del ciclohexano. |
Estrategia: La estructura simple del éter, permite su preparación a partir del acetileno, con etanol en medio básico y aplicación de calentamiento y presión al sistema de reacción |
2. Justifique con las reacciones necesarias las siguientes transformaciones.(MOb. 45 al 50 )
Estrategia: La síntesis de éteres de Williamson es inaplicable para la MOb 46, por lo que se recurre al método de alcoximercuración-desmercuración. Se podría pensar que el alqueno necesario sea el ciclohexeno, pero es incorrecto ya que de todas maneras el alcohol secundario, debería ser preparado previamente. El diseño propuesto es mas consistente y produce mayores rendimientos de la reacción |
Estrategia. Una reacción directa del éter de partida con HBr, no produce el haluro con la estequiometría indicada, entonces primero se hace reaccionar con HBr y el alcohol formado (mas el bromuro de metilo como subproducto), es sometido a la acción del tribromuro de fósforo, para llegar a la MOb. 46
|
Estrategia: La apertura del epóxido que se forma a partir del alqueno en medio acido, permite obtener el dios trans e isomeriza el hidrógeno unido al grupo isobutilo.
|
Estrategia: Es posible en esta MOb 48 utilizar la síntesis de Williamson, para lo cual se generan el haluro de alquilo primario y el alcóxido metálico correspondiente. El haluro se obtiene por adición de HBr por radicales sobre la molécula de partida | previamente hidrogenada parcialmente hasta el alqueno respectivo |
Estrategia: El éter no simétrico se puede obtener por la alcoximercuración – desmercuración en metanol, sobre el alqueno formado por una saturación parcial de la molécula de partida.
|
Estrategia: El diol trans, se prepara por apertura ácido del epóxido correspondiente y este último se prepara por acción del perácido MCPBA sobre un alqueno. El alqueno es producto de la deshidratación de un alcohol formado por la acción de un reactivo de Grignard sobre la ciclohexanona de partida.
|
1. El safrol, una sustancia aislada del aceite de sasafrás, se utiliza en perfumería. Proponga una síntesis del safrol (MOb 51) a partir del catecol (1, 2-bencenodiol)
6.2. PROBLEMAS PROPUESTOS
1. Partiendo de materiales simples y asequibles, proponer una ruta de síntesis factibles, para cada una de las siguientes moléculas:
2. Proponer las reacciones que ocurren en las transformaciones que se indican, puede ocurrir la misma en varias etapas.
Aminas
7.1. PROBLEMAS RESUELTOS
En relación con el estudio de anticoagulantes[3]se preparó la MOb 52, cuya estructura sugería una actividad potencial. Proponga un plan probable de síntesis para esta molécula. Solución:
La estrategia, pasa por analizar las reacciones que puede efectuarse para formar el átomo mas sustituido, que en este caso es el nitrógeno. Las cadena larga induce a pensar en el grupo (CN),l para formar la amina e incrementar la cadena en un grupo -CH2. Posteriormente la amina se formara por la reducción de una imina que se forma entre una amina bencilica y el benzaldehido, catalizado por medio acido. El compuesto halonitrilo, se forma por la sustitución parcial de una dihaluro por NaCN. El butadieno necesario se obtiene a partir del ciclohexano por la reacción de eliminación de Hofmann |
La Efedrina (MOb 53), es un aminoalcohol muy utilizado en el tratamiento del asma bronquial. Proponga un plan de síntesis para este fármaco, a partir de materias primas simples. Solución:
La MOb 53, es un aminoalcohol, los cuales generalmente se forman por apertura de un grupo epóxido adecuado por la acción de un nucleófilo como la metilamina. La molécula precursora es un epóxido que por acción de una amina, abre su anillo y forma la función alcohol requerida. La amina es preparada a partir del formaldehído y amoniaco por Aminación reductiva y el epóxido se forma a partir del benzaldehido con un reactivo de Wittig. El benzaldehido puede formarse por la clásica reacción de formilacion de Gattermann Koch |
La ciclopentamina (MOb 54), es un estimulante del sistema nervioso central, semejante a la anfetamina. Proponga una síntesis de la MOB 54 a partir de materias primas de cinco carbonos o menos.
Solución:
La MOb 54, es una amina secundaria, que por su estructura, permite proponer como molécula precursora una imina, que tiene que ser reducida, esto conduce a otra molécula precursora, que es una cetona no simétrica, pero que es del tipo metilica, que puede formarse por la oxidación de un alquilo terminal. El alquilo terminal se prepara por la síntesis acetilénica, y las moléculas precursoras que se van generando empiezan en el ciclohexano. |
La tetracaina (MOb 55) es una sustancia usada en medicina como anestésico espinal en punciones lumbares. Proponga un plan de síntesis razonable. Solución:
L a MOb 55 tiene el grupo funcional amino en dos posiciones diferentes y además es un éster aromático.
El grupo éster protege un grupo carboxílico que provendrá de un grupo metilo sobre el anillo bencénico. Y en la posición, para (p), está una mina que se puede formar a partir de una acetanilida, para evitar reacciones secundarias.
De este modo los materiales de partida simples son el benceno, la dietil amina y un etóxido.
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¿Cómo sintetizaría el estimulante cardiaco propanolol (MOb. 56) a partir de 1-hidroxinaftaleno y cualquier otro reactivo que sea necesario?. Solución:
La MOb 56. Es un amino alcohol con una función éter, y el OH se halla a dos átomos de carbono del grupo amino,. Entonces, la molécula precursora puede ser un epóxido que es atacado por el núcleo isopropil amina, el epóxido tiene un precursor que debe ser un alqueno. Éste último se obtiene del grupo alílico, que reaccionado con NBS, proporciona el haluro correspondiente para formar el éter con el naftoxido de sodio correspondiente. |
7.2. PROBLEMAS PROPUESTOS:
El prontosil es un colorante azoico antibacteriano que alguna vez se utilizo para el tratamiento de infecciones del tracto urinario. ¿Cómo lo prepararía a partir del benceno? |
La mefenesina es un fármaco que se utiliza como relajante muscular y como sedante. Proponga una síntesis de esta molécula a partir del benceno y cualquier otro reactivo que sea necesario. |
Proponer una síntesis para el sulfatiazol a partir del benceno y de cualquier amina que sea necesaria.
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Proponer un plan de síntesis para las siguientes moléculas:
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1. Justificar las siguientes transformaciones químicas:
Aldehídos y cetonas
8.1. PROBLEMAS PROPUESTOS I. Proponer rutas de síntesis factibles para las siguientes moléculas:
8.2. PROBLEMAS RESUELTOS
1. ¿Como efectuaría las siguientes transformaciones químicas?
Estrategia: La MOb 57, es una cetona metílica asimétrica, siendo uno de los sustituyentes el grupo n-butilo, que puede prepararse a partir del alquino de partida, por reducción parcial y halogenación posterior del alqueno resultante. La cetona metílica se obtiene a partir de la introducción del grupo acetiluro, en el derivado halogenado de la molécula inicial, por la acción de la sal mercúrica. |
Estrategia: Comparando la estructura del aldehído MOb 58, con el isobutano como material de partida, se puede concluir que es necesario transformar un grupo metilo del isobutano en un grupo funcional para que se constituya en un precursor adecuado del aldehído final. Ello ocurre si la molécula precursora se trata de un alcohol, que puede ser oxidado por el reactivo de Collins. El alcohol puede tener como precursor a un alqueno, que requiere ser hidratado en condiciones antimarkovnikov, esto se da con la hidroboración – oxidación. El alqueno requerido es resultado de la deshidrohalogenación de un derivado halogenado del material de partida. |
Estrategia: L MOb 60, es un ceto alcohol, con dos átomos de C más en una de sus cadenas, referida a la molécula de partida. Esto conduce a generar dicho alcohol por la apertura de un epóxido de etilo, con un nucleófilo, El nucleófilo lo provee, el Grignard que se forma a partir del material de partida, previa protección del grupo cetónico como acetal cíclico con etanodiol en medio ácido leve. |
Estrategia: Si bien la MOB 59, una cetona metílica puede obtenerse a partir de un acetileno, el hecho de que el mismo tenga el doble de átomos de C del alcohol inicial, hace pensar que de éste se puede obtener el nucleófilo vía formación de un Grignard y el aldehído necesarios, para preparar el alcohol precursor de la molécula final, que se desea sintetizar. |
Estrategia: El grupo funcional aldehído de la MOB 61, se obtiene a partir de la oxidación de un alcohol primario como molécula precursora. El alcohol se prepara por la hidroboración – oxidación de un alqueno formado previamente por la deshidrohalogenación de la molécula de partida en medio básico. |
Estrategia: La ciclohexanona, MOb 62, se obtiene por oxidación de un alcohol secundario, que tiene como molécula precursora un alqueno que fue hidratado por el método de oximercuración – desmercuración. A su vez el alqueno se forma por deshidrohalogenación del derivado halogenado (bromado) del ciclopentano, material de partida. |
2. Proponer un plan de síntesis para las moléculas objetivo (63 – 70), a partir de materias primas simples.
Estrategia: El acido insaturado MOb 63, puede prepararse por la hidrólisis acida de un nitrilo también insaturado. El nitrilo tiene como molécula precursora una cianohidrina, que es deshidratada por la acción del POCl3. La cianohidrina se prepara por acción del HCN sobre un aldehído que es obtenido por oxidación del alcohol primario 2-metilpropanol. El alcohol primario se prepara por hidroboración de un alqueno. | formado entre la cetona y un trifenil fosforano metílico, mediante la reacción de Wittig |
Estrategia: Para preparar la función cetona de la MOb 64, se oxida un alcohol como precursor, protegiendo previamente el grupo funcional CHO, con un diol. El alcohol se forma a partir de la reacción de un Grignard, formado de un haluro vinculado a la estructura de la molécula inicial y el acetaldehído. El haluro requerido se forma a partir de la halogenación del 4-metilbenzaldehido por NBS. El aldehído se prepara a partir de la formilación del tolueno de partida por el método de Gattermann -Koch |
Estrategia: La estructura heterocíclica de la MOb 65, un derivado del hidropyrazol, muestra la presencia de dos átomo de nitrógeno ligaos entre si, lo que hace pensar que la hidracina (NH2NH2), participa en dicha conformación. Con este propósito se requiere de un compuesto dicetónico para formar las iminas correspondientes |
Estrategia: El doble enlace de la MOb 66, puede formarse por deshidratación de un alcohol o la reacción regioespecífica de Wiitig, que es lo que se asume. Esta estrategia genera dos moléculas precursoras, (por lo tanto una síntesis convergente) fáciles de preparar por medio del uso adecuado de la acilación de Friedel- Crafts. Como se puede ver en el diseño propuesto. Los materiales de partida son el benceno y tolueno. |
Estrategia: De la estructura de la MOb 67, se puede vislumbrar que el mejor precursor de la misma es una cetona, que forma el alqueno por una reacción de Wittig, a su vez la cetona es parte de una amida, por lo que se prepara la misma por reacción entre el haluro de benzoilo y la pirrolidina. Ello significa que el material de partida puede ser el tolueno |
Estrategia: La molécula precursora el prolintano, MOb 68, es una enamina que ha sido reducida a la amina. La cetona requerida se forma entre el bromuro de propil magnesio y el benzonitrilo, lo que orienta que los materiales de partida serán el tolueno y el n-propanol.
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Estrategia: La metanfetamina (MOb 69), tiene como precursora un amino alcohol, que por deshidratación y reducción catalítica, origina la misma. La molécula precursora a su vez se prepara del compuesto cetónico correspondiente, que ha sido aminado por una reacción básica entre un haluro y una amina. Esta ruta conduce al benceno como material de partida |
Es importante recordar, que los diseños de síntesis propuestos hasta el momento, están concebidos en base a las reacciones hasta el momento estudiadas, razón por la cual es necesario destacar que es posible proponer otras rutas en base a otras reacciones que se irán estudiando.
Estrategia: La molécula objetivo 70, es un buen ejemplo, que muestra como se hacen uso de reacciones básicas y simples para poder construir dicha molécula. Sin embargo existen otras reacciones que podrían disminuir el número de etapas de la síntesis de manera considerable.
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8.3. PROBLEMAS PROPUESTOS II
1. Complete las reacciones que se indican. Si no ocurre reacción escriba N.R.
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
2. Partiendo de materiales simples y asequibles, proponer un plan de síntesis para las moléculas que se indican:
3. Proponer las reacciones que justiquen las transformaciones que se indican. Pueden ser en varios pasos y podrá utilizar los reactivos que sean necesarios:
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