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Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

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Capítulo 17 Reacciones de Sustitución en Carbono alfa y Reacciones de Condensación de Carbonilos Primera Parte. Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions. Reacciones de aldehidos y cetonas. Adición al doble enlace C=O. Reducción – Oxidación del enlace C=O. - PowerPoint PPT Presentation
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© 2006 Thomson Higher Education Chapter 17 Carbonyl Alpha- Substitution and Condensation Reactions Capítulo 17 Reacciones de Sustitución en Carbono alfa y Reacciones de Condensación de Carbonilos Primera Parte
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Page 1: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

© 2006 Thomson Higher Education

Chapter 17Carbonyl Alpha-Substitution and

Condensation Reactions

Capítulo 17

Reacciones de Sustitución en Carbono alfa y Reacciones de Condensación de Carbonilos

Primera Parte

Page 2: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reactivo nucleófilo Producto(s) Comentario

Agua Hidrato Poco estable

Alcohol HemiacetalPoco estable, excepto los cíclicos provenientes de

azúcares.

2 x Alcohol AcetalMuy estable. Grupo

protector de aldehídos y cetonas

Amoníaco Imina no sustituída Poco estable

Amina 1ª Imina N-sustituída Estabilidad variable

Amina 2ª Enaminas Muy estable

Hidroxilamina Oximas Muy estable

Cianuro Cianhidrinas Estabilidad variable

Organolíticos u organomagnásicos

Alcoholes  

Enolatos Alcoholes u olefinasDiversas reacciones de

condensación con "nombre"

Iluros de fósforo Olefinas Reacción de Wittig

Hidruros AlcoholesReducción de aldehídos y

cetonas

Reacciones de aldehidos y cetonas

Page 3: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

                                                                            

Adición al doble enlace C=O

Sustitución del hidrógeno del carbono α

Reducción – Oxidación del enlace C=O

Reactividad en compuestos carbonilo

Page 4: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reacciones de Sustitución en el Carbonode Compuestos Carbonilo

Reacciones de sustitución en Alfa ocurrren en el carbono inmediato al carbono carbonilo: la posición

• Un hidrógeno es sustituido por un electrófilo

• El intermediario es un enol o un ion enolato

Dos compuestos carbonilo se condensan por

• Combinación de una sustitución y una adición nucleofílica

• El producto es un compuesto carbonilo -hidroxilado

Page 5: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

17.1 Tautomería Ceto-Enol

Los carbonilos con hidrógenos rápidamente se equilibran con el enol (alqueno + alcohol) correspondiente

• La interconversión se conoce como tautomerismo ceto-enol • Del Griego tauto, “el mismo,” y meros, “parte”

• Los isómeros individuales se llaman tautómeros

Page 6: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Tautomerismo Ceto-Enol

                                           

                         

El equilibrio está generalmente muy desplazado hacia la forma ceto en aldehídos y cetonas "normales".

                                                                     

La acetona y el 2-hidroxipropeno son tautómeros y están en rápido

equilibrio.

Page 7: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Tautomerismo Ceto-Enol

Los Tautómeros son isómeros constitucionales• La mayoría de compuestos carbonilo en equilibrio

existen casi exclusivamente en la forma ceto

Page 8: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Tautomerismo Ceto-Enol

Mecanismo de la formación

de enol catalizada por ácido

• El intermediario protonado

puede perder H+, ya sea del

átomo de oxígeno para

regenerar el tautómero ceto

o del carbono para dar

un tautómero enol

Page 9: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Tautomerismo Ceto-Enol

Mecanismo de la formación de

Enol catalizada por base

El ion enolato intermediario,

un híbrido de resonancia

de dos estructuras, puede

protonarse en el carbono

para generar el tautómero

ceto inicial o en el

oxígeno para dar un

tautómero enol

Page 10: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Tautomerismo Ceto-Enol

Solo los hidrógenos - son ácidos• Debido a que el ion enolato que resulta de la

desprotonación está estabilizado por resonancia con el oxígeno electronegativo del carbonilo.

• Hidrógenos -, -, - no son ácidos debido a que el ion que resulta de la desprotonación no puede ser estabilizado por resonancia

Page 11: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

17.2 Reactividad de Enoles: Reacciones de Sustitución en -Los Enoles son nucleófilos que reaccionan con

electrófilos

Hay una acumulación de densidad electrónica importante en el carbono del enol

Page 12: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reactividad de Enoles: Reacciones de Sustitución en -

El catalítico ácido contribuye a la formación del enol.

El par de electrones pi ataca al electrófilo formando un carbocatión estabilizado por resonancia.

La desprotonación del oxígeno lleva a la formación del producto de sustitución en alfa.

Page 13: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Mecanismo de la bromación de acetona catalizada por ácido

Protonación del oxígeno carbonilo por un catalítico ácido

Pérdida del protón alfa ácido y formación del enol

Ataque de los electrones pi sobre el bromo y formación del catión intermediario estabilizado por resonancia.

Desprotonación del oxígeno, regeneración del catalítico y formación del producto de sustitución

Page 14: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reactividad de Enoles: Reacciones de Sustitución en -La halogenación de aldehidos y cetonas catalizada

por ácido (Cl2, Br2, y I2), es una reacción común en el laboratorio que también puede darse en sistemas biológicos.

Productos de Halogenación- de cetonas encontrados en algas marinas

Page 15: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Halogenación en α catalizada por ácido

• Se puede lograr una monohalogenación y si añadimos más reactivo, una dihalogenación. El ácido acético sirve como disolvente y como catalítico para la reacción.

Page 16: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reactividad de Enoles: Reacciones de Sustitución en -Experimentos con marcado isotópico apoyan el mecanismo de

reacción propuesto para la halogenación catalizada por ácido.

Para una cetona dada, la velocidad de intercambio de deuterio es igual a la velocidad de halogenación.

En ambos procesos, hay un enol intermediario

Page 17: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reactividad de Enoles: Reacciones de Sustitución en --Bromocetonas sufren eliminación en presencia de

una base para dar cetonas ,-insaturadas, por un mecanismo E2

• 2-Metilciclohexanona da 2-metilciclohexa-2-enona por calentamiento en piridina

Page 18: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky.

En la reacción de Hell-Volhard-Zelinsky se sustituye un átomo de hidrógeno por un átomo de bromo en el carbono de un ácido carboxílico.

El ácido carboxílico se trata con bromo y tribromuro de fósforo.

Page 19: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky: paso 1

La forma enol del bromuro de acilo actúa como intermedio nucleofílico. El primer paso es la formación del bromuro de acilo, que se enoliza con más facilidad que el ácido.

El equilibrio favorece la forma ceto (bromuro de acilo).

Page 20: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky: paso 2

El enol es nucleofílico, ataca al bromo y se obtiene bromuro de -bromo acilo.

La reacción del bromuro de -bromo acilo con una segunda molécula de ácido dará lugar al ácido carboxílico de -bromo y una molécula de bromuro de acilo.

Page 21: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Halogenación en α promovida por base

• La base se consume en la reacción.• Siempre se da una polihalogenación.• Los otros productos de reacción son agua e

iones halogenuro.

OH_

O

H

HO

H

_

O

H

ClCl Cl

=>

O

H

ClCl Cl

=>

Page 22: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Halogenación en α promovida por base

• El hidrógeno α restante es más ácido debido al efecto inductivo del halógeno recién introducido y reacciona con más facilidad, por lo que la polihalogenación es el resultado de la reacción:

O

H

ClCl2

OH , H2O_

O

Cl

Cl

O

Cl

ClCl

O

Cl

ClClCl

=>

O

H

ClCl2

OH , H2O_

O

Cl

Cl

O

Cl

ClCl

O

Cl

ClClCl

=>

Page 23: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

17.3 Acidez de Hidrógenos : Formación de Iones Enolato La presencia del grupo carbonilo

aumenta la acidez de la cetona

1040 comparada con el alcano

La abstracción del protón del carbonilo ocurre cuando el enlace C-H está orientado paralelamente a los orbitales p del grupo carbonilo.

El carbono del ion enolato tiene un orbital p que se traslapa con los orbitales p del carbonilo vecino.

La carga negativa se comparte con el oxígeno por resonancia

Page 24: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Acidez de Hidrógenos : Formación de Iones Enolato Se requiere una base fuerte para la formación del enolato

• Si se usa NaOCH2CH3 se forma + 0.1% del enolato

• Si se emplea hidruro de sodio, NaH, o diisopropilamida de litio (LDA), [LiN(i-C3H7)2], el carbonilo se convierte completamente a su forma enolato• LDA se prepara por reacción de butil litio con diisopropilamina

Page 25: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Acidez de Hidrógenos : Formación de Iones EnolatoUn enlace C-H entre dos grupos carbonilo es todavía más

ácido

El ion enolato se estabiliza por deslocalización de la carga negativa entre ambos grupos carbonilo

• Pentano-2,4-diona tiene tres formas de resonancia

Page 26: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Acidez de Hidrógenos : Formación de Iones Enolato

La acidez del hidrógeno del OH enmascara por completo la acidez del -Hα

{

Page 27: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Acidez de Hidrógenos : Formación de Iones Enolato

Page 28: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.1Identificar los hidrógenos ácidos en un compuesto

Identifique los hidrógenos más ácidos en cada uno de los siguientes compuestos, y ordénelos en forma creciente de acidez:

Page 29: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.1Identificar los hidrógenos ácidos en un compuesto

Recordar• Los hidrógenos en el carbono vecino al grupo

carbonilo son ácidos. • En general, un compuesto -dicarbonilo es

más ácido. • Los aldehídos/cetonas son más ácidos que los

derivados de ácido.• Recuerde que alcoholes, fenoles, y ácidos

carboxílicos son también ácidos debido a los hidrógenos del grupo –OH

Page 30: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.1Identificar los hidrógenos ácidos en un compuesto

Respuesta• El orden de acidez es (a) > (c) > (b). Los hidrógenos

ácidos se muestran en rojo:

Page 31: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reacción del haloformo

• Específica para metil cetonas.• Los tres hidrógenos del grupo metilo son

reemplazados por halógeno.

CH3

O

CH2

O

CH2X

O

CHX

O

CHX2

O

CX3

O

OH X-X OH

X-X

OH, X-X

Page 32: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reacción del haloformo

• El carbonilo de la cetona se torna más reactivo por la presencia de los átomos de halógeno en el carbono α y reacciona rápidamente con otro equivalente de –OH.

• El producto de adición elimina el grupo -CX3

que es un buen grupo saliente, ya que los átomos de halógeno contribuyen a estabilizar la carga, y se forma un ácido carboxílico

CX3

O

CX3

O

OH

OH

Page 33: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reacción del haloformo

• El ácido carboxílico cede su protón para estabilizar al carbanión –CX3, formándose así el haloformo

• Si el halógeno es cloro, se forma cloroformo (líquido volátil), si es bromo, bromoformo (también líquido) y si es yodo, yodoformo (sólido amarillo pálido, de olor desagradable)

O

OH

O

O- CX3

+ HCX3

Page 34: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reacción del haloformo y metil cetonas

• Su utilidad radica en que es una forma fácil de distinguir entre una metil cetona y otra clase de cetonas.

• El producto será un ácido carboxílico con un átomo de carbono MENOS que la cetona original y una molécula de haloformo.

O

O

O

O

O

II

I I

+ I2/NaOH xs

+ CHI3

Page 35: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Alcoholes y la reacción del haloformo

• Si el halógeno oxida el alcohol a una metil cetona, el alcohol ya oxidado dará positiva la prueba, observándose la formación de un precipitado de yodoformo:

=>=>

Page 36: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Aldehídos y halógenos en medio alcalino

• Los halógenos son agentes oxidantes y los aldehídos se oxidan con facilidad:

• Aunque transforman el halógeno en halogenuro, no forman el haloformo y en consecuencia, dan negativa la prueba, si no son metil aldehídos.

C

O

H + Br2 C

O

OHH2O

+ 2 HBr

Page 37: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

17.4 Alquilación de Iones Enolato

Los iones enolato son híbridos de resonancia de dos contribuyentes no equivalentes

• Iones enolato son alcóxidos vinílicos

(C=C–O-)• Reacción en el

oxígeno da un derivado de enol

• Iones enolato son carbaniones a-ceto

(-C–C=O)• Reacción en el

carbono da un compuesto carbonilo a-sustituído

Page 38: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Alquilación de Iones Enolato

Alquilaciones Biólogicas

• No son comunes en sistemas biológicos

• La metilación en se da en la biosíntesis del antibiotico indolmycina a partir de indolilpiruvato

Page 39: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Alquilación de iones enolato

• Tal como se vio en las reacciones de condensación de aldehidos y cetonas, los iones enolato son buenos nucleófilos que pueden reaccionar con centros deficientes en electrones.

• Si reaccionan con un carbono deficiente en electrones formarán un nuevo enlace C-C, alargando así la cadena carbonada.

• A esta reacción se le conoce como alquilación, ya que se forma un nuevo enlace con un grupo alquilo.

Page 40: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Alquilación de iones enolato

• Un enolato puede reaccionar con un halogenuro de alquilo o con un tosilato de alquilo mediante un mecanismo SN2.

Page 41: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Consideraciones sobre la reacción de alquilación de enolatos

Como es una SN2, está sujeta a todas las restricciones de esta reacción:

• El halogenuro debe ser primario o metílico, o bien alílico o bencílico, para obtener buenos rendimientos

Page 42: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Síntesis del éster malónico

• Se conoce también como síntesis malónica.• Produce ácidos carboxílicos a partir de

halogenuros de alquilo (sustrato).• La cadena del halogenuro AUMENTA en 2

carbonos.

Page 43: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Síntesis malónica

• El malonato de dietilo o éster malónico tiene hidrógenos α particularmente ácidos (pKa 13) al estar entre dos grupos C=O.

• Se convierte fácilmente en el ion enolato por reacción con NaOEt (etóxido de sodio).

Page 44: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Síntesis malónica

• Como el éster malónico contiene dos hidrógenos α, puede alquilarse dos veces

Page 45: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Hidrólisis del diéster

• Una vez completada la reacción de alquilación, se hidroliza el producto y se descarboxila para dar el ácido:

Page 46: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Mecanismo de descarboxilación

Page 47: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Síntesis malónica

• Otra manera de enfocar el producto de la reacción es considerarlo como un ácido acético sustituido en C-2, por el grupo alquilo proveniente del halogenuro:

Page 48: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Síntesis malónica

• Si se emplea un dihalogenuro de alquilo, se puede obtener ácidos cicloalcanocarboxílicos de 3 a 6 miembros:

Page 49: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplos

• ¿Cómo puede obtener el siguiente compuesto mediante una síntesis malónica?

CH2

CH2

OH

O

Page 50: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Recordar que

• El grupo –CH-COOH proviene del reactivo, el malonato de dietilo.

• La base usada debe ser etóxido de sodio, porque el reactivo es un éster etílico.

• El grupo proviene del sustrato.

• El último paso de la reacción es la descarboxilación

CH2-

Page 51: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Solución

• Paso 1: generación del nucleófilo (ion enolato)

• Paso 2: reacción SN2 sobre un halogenuro

CH2

O O

OEtEtO CH

O O

OEtEtO

NaOEt

CH

O O

OEtEtO

CH2Br

Page 52: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

• Paso 3: descarboxilación del producto

O O

OEtEtOCH2H

CO2H

H3O+

calor+ CO2

+ EtOH

Page 53: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Síntesis acetoacética

• Es otra reacción de alquilación de iones enolato, pero en este caso se usa un β-ceto éster como fuente del ion enolato.

• La reacción se nombra a partir del acetoacetato de etilo, que es el reactivo nucleofílico.

• El producto es una metil cetona.

Page 54: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Síntesis acetoacética

• Al igual que el éster malónico, el éster acetoacético o acetoacetato de etilo, puede sufrir alquilación dos veces consecutivas:

Page 55: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Obtención de la metilcetona

• Luego de la alquilación, el acetoacetato se hidroliza y se descarboxila:

Page 56: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Alquilación de otros β-cetoésteres

• La secuencia anterior es aplicable a todos los β-cetoésteres, por ejemplo, β-cetoésteres cíclicos, que producirán cetonas cíclicas con sustituyentes en posición 2:

Page 57: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo

• ¿Cómo puede sintetizar la 2-pentantona mediante la síntesis acetoacética?

O

Page 58: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Solución: recordando el mecanismo• El etóxido genera el ion enolato abstrayendo

un hidrógeno ácido de una molécula de éster.• El ion enolato, buen nucleófilo, ataca el

carbono carbonilo de otra molécula de éster, formando un intermediario de reacción, tetraédrico.

• El intermediario de reacción pierde una molécula de etanol, regenerando el grupo carbonilo.

Page 59: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Solución

• Recuerde que la síntesis acetoacética forma una metilcetona añadiendo tres carbonos a la cadena de un halogenuro de alquilo.

Estos tres carbonos provienen del éster acetoacético.

Nuevo enlace formado

Grupo que proviene del halogenuro de alquilo.

Page 60: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Solución

Paso 1: generación del ion enolato a partir del éster acetoacético

Paso 2: ataque del enolato al halogenuro de alquilo (SN2)

Paso 3: hidrólisis y descarboxilación

Page 61: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Condensaciones biológicas

• Ocurren en numerosas rutas metabólicas, como en la biosíntesis de ácidos grasos

Page 62: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Condensaciones biológicas

En este ejemplo, como en el anterior, los ésteres que participan son S- ésteres, ya que en estos casos el grupo azufrado es un mucho mejor grupo saliente que un grupo oxigenado y por lo mismo, no son necesarias condiciones drásticas.

Page 63: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

17.5 Condensaciones en el Carbonilo:La Reacción Aldólica

Page 64: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Condensaciones en el Carbonilo:La Reacción AldólicaLa condensación aldólica se da en aldehídos y

cetonas con al menos un átomo de hidrógeno en presencia de una base como catalítico.

• El tratamiento de acetaldehído con etóxido de sodio produce 3-hidroxibutanal (un aldol)

NaOEt

Page 65: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Condensaciones en el Carbonilo:La Reacción AldólicaLa posición del equilibrio depende tanto de las condiciones de

reacción como de la estructura del sustrato.

El equilibrio favorece el producto de condensación en el caso de aldehídos sin sustituyentes en (RCH2CHO)

NaOEt

Page 66: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Condensaciones en el Carbonilo:La Reacción Aldólica• El equilibrio favorece los reactivos en aldehídos

disustituidos (R2CHCHO) y en la mayoría de cetonas

Page 67: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Mecanismo de la Condensación Aldólica

Una base abstrae un hidrógeno ácido del aldehído formando un anión enolato estabilizado por resonancia.

El enolato ataca como nuleófilo a una segunda molécula de aldehído, formando el producto de adición.

La protonacón del alcóxido genera el alcohol y regenera el catalítico.

Page 68: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Condensación aldólica

• La condensación de Carbonilos requiere solo una cantidad catalítica de una base relativamente débil

• El ion enolato se genera en presencia de compuesto carbonilo que no ha reaccionado.

Page 69: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.5Predecir el Producto de una condensación aldólica

¿Cuál es la estructura del producto de la condensación aldólica de dos moles de propanal?

Page 70: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.5Predecir el Producto de una condensación aldólica

Recordar• La condensación aldólica combina los dos

moles de reactivo, formando un enlace entre el carbono de una molécula y el carbono carbonilo de la otra.

Page 71: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.5Predecir el Producto de una condensación aldólica

Solución

Base

Page 72: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Solución:

El producto de la reacción de condensación de Claisen es un β-ceto éster.

Nuevo enlace formado

Page 73: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Condensación aldólica cruzada

• Dos compuestos carbonilo.• Uno de ellos NO debe tener hidrógenos alfa

=>=>

Page 74: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Como distinguir los reactivos a partir del producto

Page 75: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

17.7 Condensaciones Aldólicas Intramoleculares

Algunos compuestos dicarbonilo reaccionan al ser tratados con base en una reacción intramolecular, que conduce a la formación de un producto cíclico.

Page 76: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Condensaciones Aldólicas Intramoleculares

Pueden dar mezclas de productos• Se forma selectivamente el producto más estable

(termodinámico)• Todos los pasos de la reacción son reversibles

Page 77: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

17.6 Deshidratación de Aldoles

-Hidroxi aldehídos o cetonas (aldoles) formados en condensaciones aldólicas pueden deshidratarse a productos α,β-insaturados, o enonas conjugadas

• Las reacciones aldólicas se nombraron como condensaciones debido a la pérdida de agua al deshidratarse el producto.

Page 78: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Deshidratación de Aldoles

Los productos aldólicos se deshidratan con facilidad.• En condiciones alcalinas, un hidrógeno ácido se elimina,

produciendo un ion enolato que expulsa el grupo –OH por un mecanismo E1cB

• En condiciones ácidas se forma un enol, el grupo –OH se

protona, y se expulsa agua por un mecanismo E1 o E2

Page 79: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Deshidratación de Aldoles

Las condiciones de reacción necesarias para la deshidratación de aldoles son solamente un poco más vigorosas que las condiciones para la formaión del aldol.

Enonas conjugadas se obtienen a menudo directamente de las reacciones aldólicas sin aislar el compuesto -hidroxi carbonilo intermediario

Enonas conjugadas son más estables que las no conjugadas • Interacción entre los electrones del enlace C=C y los electrones

del enlace C=O

Page 80: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Deshidratación de Aldoles

La remoción de agua del medio de reacción empuja el equilibrio hacia el producto

Page 81: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.6Predecir el Producto de una Condensación Aldólica

¿Cuál es la estructura del producto obtenido de la condensación aldólica del acetaldehído?

Page 82: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.6Predecir el Producto de una Condensación Aldólica

Recordar

• En la condensación aldólica, se elimina H2O y se forma un doble enlace en posición α,β- respecto al carbonilo.

Page 83: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.6Predecir el Producto de una Condensación Aldólica

Solución

Producto aldólico

No aislado

Page 84: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Condensación de Claisen

• Ésteres con hidrógenos α ácidos pueden sufrir reacciones de condensación similares a la condensación aldólica (reversibles), al formar el enolato por reacción equimolar con una base, como un alcóxido.

Page 85: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Mecanismo de la condensación de Claisen• Formación del ion

enolato por acción de la base.

• Ataque del enolato nucleofílico al C=O del sustrato.

• Formación del intermediario tetraédrico

Page 86: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Mecanismo de la condensación de Claisen• El intermediario

tetraédrico expulsa un grupo alcoxi, regenerando el enlace C=O.

• El alcoxi, al ser una base fuerte, abstrae un protón α- ácido, formando un enolato y desplazando el equilibrio hacia el producto.

Page 87: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Mecanismo de la condensación de Claisen

• Finalmente, una vez concluida la reacción, se acidifica el medio para obtener el producto, un β-cetoéster.

Page 88: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reacción de Claisen “cruzada”

• En este caso, no son dos moléculas del mismo éster las que se condensan, sino son dos ésteres diferentes:

• Un éster con hidrógenos α- será el que forme el reactivo nucleofílico: el ion enolato.

• Un éster SIN hidrógenos ácidos será el sustrato aceptor, el que al final dará la parte cetónica del producto β-ceto éster.

• También puede darse entre una cetona y un éster SIN hidrógenos α:

O

OEt

O O O

+NaOEt

Page 89: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Reacción de Dieckman: una condensación de Claisen intramolecular

• 1,6-diésteres y 1,7-diésteres pueden sufrir una condensación intramolecular para producir una cetona cíclica con una función éster en la posición 2.

• El mecanismo de la reacción es igual al de la condensación de Claisen:1. formación del enolato2. ataque del nucleófilo y formación del intermediario tetraédrico3. liberación del grupo saliente y regeneración del grupo carbonilo.

Page 90: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Mecanismo de la ciclación de Dieckman

Page 91: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplos

Page 92: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Utilidad de los productos de las síntesis de Claisen y Dieckman

• En ambos casos, se obtienen β-cetoésteres, que al poseer hidrógenos α- ácidos, pueden reaccionar sufriendo alquilaciones en esa posición:

Page 93: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Adición Conjugada a Carbonilos: La Reacción de Michael

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Adición Conjugada a Carbonilos: La Reacción de Michael

• En esta reacción se pueden distinguir a:• El sustrato: los compuestos carbonilo α,β-

insaturados que sufrirán el ataque nucleofílico y que se conocen como aceptores de Michael, y

• El reactivo: los compuestos carbonilo (o similares a carbonilos) que presentan hidrógenos ácidos, capaces de generar iones enolato estables, buenos nucleófilos, que se conocen como donadores de Michael.

Page 95: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Adición Conjugada a Carbonilos: La Reacción de Michael

Page 96: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.8Usar la Reacción de Michael

¿Cómo puede obtener el siguientes compuesto por medio de una reacción de Michael?

Page 97: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.8Usar la Reacción de Michael

Recuerde• La reacción de Michael es la adición conjugada de un

enolato estable (donador) a un carbonilo -insaturado (aceptor),generando un producto 1,5-dicarbonilo

• Por lo general, el enolato estable se deriva de una -dicetona, -ceto éster, éster malónico o un compuesto similar

• El enlace C-C formado en el paso de adición conjugada se forma entre el carbono del donador y el carbono del aceptor insaturado

Page 98: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Ejemplo 17.8Usar la Reacción de Michael

Solución

Page 99: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

17.12 Algunas Reacciones Biológicas de Condensación en el Carbonilo

Condensaciones Aldólicas Biológicas

Son particularmente importantes en el metabolismo de carbohidratos

• Enzimas llamadas aldolasas catalizan la adición del ion enolato de una cetona a un aldehído• Aldolasas Tipo I ocurren principalmente en

animales y plantas superiores• Operan a través de un ion enolato

• Aldolasas Tipo II ocurren principalmente en hongos y bacterias

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Algunas Reacciones Biológicas de Condensación en el CarboniloMecanismo de aldolasa Tipo I en biosíntesis de glucosa • Dihidroxiacetona fosfato se convierte primero en una enamina

por reacción con el grupo –NH2 en un residuo de lisina en la enzima

• La enamina se une al gliceraldehído 3-fosfato• El ion iminio resultante se hidroliza

Page 101: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Algunas Reacciones Biológicas de Condensación en el Carbonilo

Mecanismo de la aldolasa Tipo II en biosíntesis de glucosa

• La condensación aldólica se da directamente• El grupo cetona del gliceraldehído 3-fosfato se acompleja

con un ion Zn2+ para hacerlo un mejor aceptor

Page 102: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

La anelación o anillación de Robinson.

Si la adición conjugada se produce en condiciones fuertemente básicas o ácidas, la -dicetona experimenta una condensación aldólica intramolecular espontánea, generalmente con deshidratación, formando un anillo de seis miembros adicional: una ciclohexanona conjugada.

Page 103: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Paso 1: adición de Michael

El mecanismo comienza con la adición del enolato de la ciclohexanona a la MVC, formando una -dicetona

Page 104: Chapter 17 Carbonyl Alpha-Substitution and Condensation Reactions

Pasos 2 y 3: aldol cíclico y deshidratación

Para formar un anillo de seis miembros, el enolato de la metil cetona ataca al grupo carbonilo de la ciclohexanona. El aldol se deshidrata y se obtiene una ciclohexenona.

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Referencias

• McMurry. Química Orgánica. 6ª. Edición. Thomson.

• Wade. Química Orgánica. Edición.• Morrison y Boyd. Química Orgánica. Edición.• Shriner, Fuson, Curtin. Identificación

Sistemática de Compuestos Orgánicos. Limusa-Wiley.


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