La oxidación peryódica comprende la formación preliminar de un diéster cíclico del ácido peryódico, que por un proceso de descomposición produce dos fragmentos carbonílicos y el ácido yódico.
|
Ejemplos:
|
|
2. Compuestos α -hidroxicarbonilicos: Hidroxialdehidos, Hidroxicetonas e HidroxiÁcidos
a) (- Hidroxialdehídos.
Estos compuestos son comunes a la familia de los azúcares (la glucosa es uno de ellos), razón por la cual son obtenidos en el laboratorio por procesos no muy comunes, es decir por procesos especiales, motivo por la cual no será estudiado en este nivel.
b) Las α-hidroxicetonas a partir de ésteres alifáticos: Condensación aciloínica.
La reducción bimolecular que acopla dos ésteres carboxílicos por la reacción con sodio metálico en un solvente inerte y bajo reflujo, da una alfa (() hidroxicetona que es conocida como una aciloína. Esta reacción es favorecida cuando el grupo alquilo es un alquilo superior con las cadenas alquílicas largas, pueden usarse solventes hirvientes. La versión intramolecular de esta reacción ha sido extensivamente utilizada para el cierre de anillos de tamaños diferentes.
Estos compuestos se denominan aciloínas y la reacción recibe el nombre de condensación aciloínica. El producto inicial de la reacción es la sal disódica de un enediol, que se hidroliza posteriormente produciendo la aciloína. Ejemplo:
Si la reacción se lleva a cabo en presencia de un donador de protón, como el alcohol, tiene lugar la reducción simple del éster al alcohol correspondiente (Reducción de Bouveault-Blanc).
La condensación aciloínica es un método útil para la síntesis de compuestos cíclicos, sobre todo los de tamaño medio (8-13 eslabones). En estos casos, la reacción debe efectuarse bajo condiciones de alta dilución para evitar reacciones intermoleculares.
Ejemplos de condensación aciloínica intramolecular:
|
|
El mecanismo de esta reacción es similar al del acoplamiento pinacolínico. En primer lugar, el éster se convierte en anión radicalario por transferencia de un electrón del metal, quizás directamente al carbono carbonílico polarizado positivamente. A continuación las especies resultantes se dimerizan dando el dianión del diol correspondiente.
Mecanismo de la condensación aciloínica:
Los alquenos, alquinos y éteres. no resultan afectados por estas condiciones de reacción. La fructosa es un (-hidroxicetona.
c). Las α-hidroxicetonas a partir de aldehídos: condensación benzoínica:
Una segunda aproximación a la preparación de α-hidroxicetonas es la dimerización de aldehídos en presencia del correspondiente catalizador. Por ejemplo, al tratar el bencenocarboxialdehído (benzaldehído) con una cantidad catalítica de cianuro sódico en etanol acuoso se obtienen con buen rendimiento la 2-hidroxi-1,2-difeniletanona. Ejemplo:
Benzaldehído 2-hidroxi-1,2-difeniletanona
(Benzoína)
El ión cianuro cataliza la reacción únicamente para el caso de aldehídos aromáticos. Sin embargo, los aldehídos alifáticos sufren el mismo acoplamiento en presencia de sales de tiazolio. Ejemplo: |
Pentanal 6-Hidroxi-5-decanona | |
Mecanismo de la condensación benzoínica:
HIDROXIÁCIDOS
En la naturaleza existen numerosos hidroxiácidos importantes y poseen nombres vulgares de uso corriente. El ácido láctico es responsable del olor y sabor característicos de la leche agria. El ácido maleíco se encuentra en los jugos de frutas. El ácido tartárico se conoce desde tiempos inmemoriales como sal monopotásica (crema tartárica) que se deposita en el fondo del recipiente que contiene al vino. El ácido cítrico es un ácido hidroxitricarboxílico que abunda mucho en la naturaleza.
d) α-hidroxiácidos:
El método más corriente para obtener α-hidroxiácidos consiste en la hidrólisis de α-haloácidos, (se obtienen por la reacción de Hell-Volhard-Zelinsky). Ejemplo:
Ácido butanoico Ác.-2-hidroxi-butanoico
Los α-hidroxiácidos se obtienen también por hidrólisis de las cianohidrinas, que resultan de la reacción de HCN con aldehídos o cetonas. Dado que la adición de HCN a un grupo carbonilo se invierte en las condiciones fuertemente básicas necesarias para hidrolizar un nitrilo a un ácido, dicha hidrólisis se efectúa en condiciones ácidas. Ejemplo:
2-Hexanona Ácido-2-hidroxi-2-metil-hexanoico
e) Transposición del ácido bencílico
Es posible obtener α-hidroxiácidos empleando compuestos (-dicarbonílicos, como (-cetoaldehídos y las (-cetocetonas, por hidratación en medio básico. Bajo estas condiciones, la difeniletanodiona (bencilo) se convierte en el ácido difenilhidroxietanoico (bencílico). |
Difeniletanodiona (Bencilo) Sal potásica del ácido bencílico | |
Cuando la reacción ocurre en las α-dicetonas cíclicas, la transformación implica contracción del anillo. Ejemplo
|
| |||
Otros hidroxiácidos se obtienen por hidrólisis de lactonas, que se obtienen mediante la oxidación de Baeyer-Villiger de las cetonas. Ejemplo:
2-Metil-ciclohexanona Ácido-6-hidroxi-heptanoico
(e-hidroxiácido)
Si se emplea la cetona cíclica adecuada, se puede obtener el hidroxiácido deseado, el problema radica que los hidroxiácidos mayores están en equilibrio con su forma cíclica (lactona). La lactonización, al igual que la esterificación normal, es un proceso en equilibrio; sólo cuando la lactona tiene un anillo de cinco o seis eslabones existe una cantidad importante de lactona en el equilibrio. Ejemplos:
|
|
ácido- ?-hidroxibutanoico ?-butirolactona (27%) (73%) | ácido-e-hidroxipentanoico d-valerolactona (90%) (10%) |
3. ACIDOS (-OXOCARBOXILICOS ((-ALDEHIDOACIDOS Y (-CETOACIDOS)
Los compuestos reunidos bajo la denominación de ácidos oxocarboxílicos, que comprenden los aldehidoácidos y los cetoácidos, tienen una gran importancia en la serie alifática y, tanto por su relación bioquímica con los oxiácidos, como por las reacciones de síntesis que pueden producirse a partir de ellos o de sus derivados, constituyen un importante grupo de compuestos orgánicos, sobre los cuales se están trabajando intensamente en los últimos tiempos.
a) compuestos (-cetoácidos.
Su preparación se realiza casi siempre por métodos especiales. En el laboratorio se puede trabajar por la reacción del grupo ciano sobre un haluro de acilo, a pesar de que las mismas producen rendimientos no muy altos. Alternativamente se los puede preparar a partir de los (, ( – dihaloácidos. |
|
Las reacciones especiales, que utilizan los cetoácidos como intermediarios o materiales de partida, pueden ser de los siguientes tipos:
Ruptura oxidante con peróxido de hidrógeno, catalizada por sales solubles ferrosas, o disolución amoniacal de óxido de plata, se elimina el grupo ceto del compuesto, para originar un ácido carboxílico alifático.
El desprendimiento de CO2 por acción del ácido sulfúrico concentrado, origina un ácido carboxílico alifático.
La descarboxilación que puede producirse por calentamiento con compuestos amínicos para producir aldehídos.
El ácido pirúvico CH3COCOOH es el más sencillo de los cetoácidos y se lo puede preparar a partir de compuestos que existen en abundancia en la naturaleza, como son los carbohidratos.
También existen cetoácidos dicarboxílicos, denominados mesoxálicos: HOOC-CO-COOH, estos diácidos se obtienen por hidrólisis ácida de los ésteres mesooxálicos, que a su vez son preparados a partir de la oxidación con dióxido de selenio (oxidación de Reilly) de un diéster como el éster malónico o la hidrólisis de los alfa -dibromados diéster.
b) compuestos (-aldehidoácidos.
El ácido glioxílico OCH-COOH, es el más sencillo de los aldehídos y es considerado como uno de los antecedentes bioquímicos de la glicina.
4. Preparación de compuestos β-dicarbonílicos
Existen los 1,2-compuestos, que aunque son bastante raros, sí poseen ciertas propiedades químicas interesantes. El grupo más importante de compuestos dicarbonílicos es el de los 1,3-isómeros debido a su importancia en la síntesis.
a) Compuestos β-dicarbonílicos por condensación de Claisen.
Los compuestos 1,3-dicarbonílicos se obtienen siempre utilizando una reacción de condensación tipo Claisen. Las β-dicetonas y los β-cetoaldehídos se obtienen por una condensación de Claisen cruzada, utilizando una cetona y un éster. En la condensación de Claisen cruzada de cetonas y ésteres se obtienen buenos resultados, debido a que las cetonas son notablemente más ácidas que los ésteres, por lo tanto, en el medio básico la cetona se desprotona en mayor grado que el éster. Ejemplos:
|
|
Etanoato de metilo Acetoacetato de metilo | (90%) |
(85%)
Los β-cetoésteres pueden hidrolizarse para dar lugar a los β-cetoácidos los cuales sufren una descarboxilación térmicamente de la misma manera que los 1,3-diácidos.
Los ácidos dicarboxílicos experimentan diversas reacciones térmicas, una de ellas es la descarboxilación cuando se calientan, por ejemplo el ácido malónico se descarboxila suavemente cuando se calienta a 150 ºC y produce ácido acético.
Ácido malónico Ácido acético
Descarboxilación:
El mecanismo de descarboxilación de β-cetoácidos es idéntico al descrito para diácidos, transcurre a través de un estado de transición de seis centros, concertado.
El producto inicial en el caso de un β-cetoácido es la forma enólica de la cetona la cual por equilibrio cetoenólico da el compuesto carbonílico sencillo.
b) Acidez de los compuestos 1,3-dicarbonílicos:
Los compuestos 1,3-dicarbonílicos que poseen un hidrógeno unido al carbono que se encuentra entre los dos grupos carbonilo, son ácidos mucho más fuertes que los aldehídos, cetonas o ésteres normales, debido a que la carga en el ión enolato resultante puede deslocalizarse en ambos grupos carbonilo.
Ión enolato estabilizado por resonancia
En la Tabla 11.1 se muestran algunos valores de pKa típicos para estos tipos de sistemas. La acidez de los compuestos 1,3-dicarbonílicos es tan grande que se convierten en sus bases conjugadas de forma cuantitativa por acción del ión hidróxido en agua o del ión alcóxido en un disolvente alcohólico.
TABLA 11.1.- Valores de pKa para sistemas β-dicarbonílicos y análogos.
Nombre | Estructura | pKa | ||||||||||
2,4-Pentanodiona. (Acetilacetona) |
| 9 | ||||||||||
2-Cianoetanoato de metilo. (2-Cianoacetato de metilo) |
| 9 | ||||||||||
3-Oxobutanoato de etilo, (Acetoacetato de etilo) |
| 11 | ||||||||||
Propanodinitrilo. (Malonodinitrilo) |
| 13 | ||||||||||
Propanodioato de dietilo. (Malonato de dietilo) |
| 13 | ||||||||||
c) Los aniones β-dicarbonílicos son nucleófilos:
La elevada acidez de los compuestos β-cetocarbonílicos hace que se puedan utilizar en síntesis, ya que los iones enolato que se obtienen por desprotonación pueden alquilarse para dar derivados sustituidos. Ejemplos:
5. Síntesis acetoacética
Si se emplea acetoacetato de etilo como sustancia de partida, la combinación de la alquilación, hidrólisis y la descarboxilación proporciona una síntesis de alquilmetilcetonas.
Acetoacetato de etilo Una metilcetona
Ejemplos:
6. Síntesis malónica:
Consiste en la obtención de ácido carboxílico a partir del malonato de dietilo o dimetilo, en presencia de una base y un halogenuro de alquilo, con posterior tratamiento en medio ácido y calor para dar una descarboxilación. Su mecanismo se ilustra a continuación en forma resumida.
Ejemplos:
La principal limitación de estas síntesis es la eliminación bimolecular que puede experimentar el derivado halogenado durante el proceso de alquilación, que se produce por un mecanismo SN2. La importancia de dicha reacción secundaria de eliminación depende de la estructura del R-X. Los haloalcanos terciarios que reaccionan con aniones β-dicarbonílicos dan preferentemente productos de eliminación.
Sin embargo, los aniones pueden ser atacados por haluros de alcanoilo, α-bromoésteres, α -bromocetonas y oxaciclopropanos.
7 Condensación de Knoevenagel:
En la condensación de Knoevenagel, el compuesto β-dicarbonílico se trata con una cantidad catalítica de una base débil, tal como la N-etiletanamina (dietilamina), en presencia de un aldehído o cetona para dar el producto de condensación aldólica | | |
8. La adición de Michael
Al tratar los aniones β-dicarbonílicos con compuestos carbonílicos a, β-insaturados se producen adiciones 1,4 (adición de Michael). La reacción va bien con cetonas a, β- insaturadas, aldehídos, nitrilos, y derivados de ácidos carboxílicos, requiriendo únicamente cantidades catalíticas de base. Ejemplos:
9. PROBLEMAS RESUELTOS:
1. Indicar los reactivos y condiciones que podrían usarse para efectuar la preparación a partir de las moléculas señaladas. transformaciones indicadas.
MOb 127
|
| |
MOb. 128
|
|
MOb. 129
|
| |
MOb. 130
|
| |
MOb. 131
|
| |
MOb. 132
|
| |
MOb. 133
|
| |
MOb. 134
|
| |
MOb. 135
|
| |
MOb. 136
|
| |
MOb. 137
|
| |
2.- Proponer un plan de síntesis aceptable para las moléculas objetivo que se indican a continuación:
MOb. 138
|
|
MOb. 139
|
| |
MOb. 140
|
| |
MOb. 141
|
| ||
MOb. 142
|
| ||
MOb. 143
|
| ||
MOb. 144
|
| |
MOb. 145
|
|
MOb. 146
|
| ||
MOb. 147
|
| |
10. PROBLEMAS PROPUESTOS:
1.- Justificar las siguientes transformaciones químicas:
a)
| b)
|
c)
| d)
|
e)
| f)
|
g)
| h)
|
i)
| j)
|
2.- Proponer un plan de síntesis factibles, para las siguientes moléculas:
a)
| b)
| c)
| d)
|
e)
| f)
| g)
| h)
|
i)
| j)
| k)
| l)
|
BIBLIOGRAFÍA
1. ALCUDIA F. "Problemas en Síntesis Orgánica". Edit. Alhambra 1978
2. CAREY F. A. "Química Orgánica". Tercera Edición. Editorial McGraw.Hill. 1999
3. CASON J. "Química Orgánica Moderna". Ediciones URMO, S.A. 1975.
4. FOX M. A – WHITESELL J. "Química Orgánica". Segunda Edición. Edit. Pearson Educación 2000
5. HORN E. – STRAUSS M. "Problemas de Química Orgânica". Método didáctico con soluciones. Edit. Limusa. 1988.
6. MORRISON Y BOYD. "Química Orgánica". Quinta Edición. Edit. Addison- Wesley Iberoamericana. 1990.
7. McMURRY J. "Química Orgánica". Sexta Edición. Edit. Thomson. 2004
8. REUSCH W.H. "Química Orgánica". Edit. Limusa. 1999
9. SOLOMONS T.W.G. "Química Orgânica" Edit. Limusa. 2000
10. WADE L.G. Jr. "Química Orgânica". Segunda Edición. Edit. Prentice-Hall. 1993
11. WARREN S. "Diseño de Síntesis Orgánica". (Introducción programada al método del Sintón". Edit. Alambra. 1983.
12. WINGROVE A. – CARET R. "Química Orgánica". Edit. Harla. México. 1984.
Sítios Webb.
1. http://www.utalca/quimica/profesor/astudilo.html
2. http://www.ugr.es/quiored/
3. http://www.chemihe/por.com/mechanisms.html
Autor:
Wilbert Rivera Muñoz
| Página siguiente |