Cap 11 Reacciones de Los Alcoholes

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CAPITULO 11

Reacciones de los alcoholes

L os alcoholes son compuestos orgánicos importames porque el grupo hidroxiJo se puede convertir en práClicamenlc cualquier alfo grupo funcional. En el CapílUlo 10 se han estudiado las reacciones de formación de alcoholes. En este capflulo, se eslUdiarán las

reacciones de los alcoholes y los mejores reactivos para convertirlos en otra clase de compuestos. La Tabla 11.1 resume los tipos de reac.:cionc$ que experimentan los alcoholes y los productos que se obtienen.

TABLA 11.1 Tipos de reacciones de los alcoholes

R-OH tipo de reacd6n , Producto

deshidrnlaci6n Cl;lcrificadÓfl O I

R-Oli , alquenos R- OH R- O - C- R'

oxidación ésteres

R- OH , cctonas, aldehfdos. ácidos tosilaci6n

sustitución R-OH R-OTs

R-OH R-X losilalos haluros (buen grupo saliente)

(1) formación reducción de alcóxido 1 R-OH R-H R- OH

alcanos (2) R'X

La oxidación de alcoholes da lugar a cetonas, aldehídos y ácidos carboxilicos, grupos fun cionales muy versátiles que experimentan una gran variedad de reacciones de adición. Por estas razones, las oxidaciones de los alcoholes son unas de las reacciones orgánicas más frecuentes .

En química inorgánica, se picnsa en la oxidación como una pérdida de e lectrones y en una reducción como una ganancia de electrones; por ejemplo, los iones Cr6+ se reducen a iones Cr3+, por ganancia de tres electrones. Sin embargo, la mayoría de los compuestos orgánicos no tienen carga, por lo que hablar de ganancia o pérdida de electrones en las reacc iones de reducción y oxidación, respectivamente, no es muy intuitivo. En química orgánica se puede concebir la oxidación como la consecuencia de la adición de un agente oxidante (02, Br2, etc.) y la reducción como la consecuencia de la adición de un agente reductor (H 2, NaBH4 ' etc.). Se suelen utilizar las siguientes reglas, basadas en e l cambio de la fónnu la de la sustancia:

OXfOACIÓN: adición de ° o de °2, pérdida de H2, adición de X2 (halógenos).

REDUCCIÓN: adición de H2 (o de H" pérdida de ° o de 02. pérdida de X2.

NI OXIDACiÓN NI REDUCCiÓN: l¡¡ adición o pérdida de H+, H20, HX, etc., nunca es una oxidación o ulla reducción.

R- O-R'

éteres

11 .1 Estados de oxidación de los alcoholes y de los grupos funcionales relacionados

44S

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446 Capflulo 11 : Reacciones de los alCoholes

It> Figura 11.1 Un alcohol está más oxidado que un aleana, pero menos que los comput!'SIQIS carboflílicos como Ia.'! cctonas, aldehídos o ácidos. La oxidaci6n de un alcoho l primario da lugar a un aldehído y la poslCrior oxidación de éste a un ácido. La; alcoholes secundarios son oxidados a ct:l ona'l. Los alcoholes terciarios no pueden ser oxidados sin que haya ruptura de enloces carbono-carbono.

PROBLEMA 11 ,1

H 1

R-C-H 1 H

aleaoo sin enlaces con O

H 1

R- C- R' 1

H IlleUIlO

sin enlaces con O

H

OXIDACiÓN

OH O

10 1 1 10 1 ¡O) ~ R- C- H ~ ~

11 R- C-OH

101

1 H

alcohol primario UII cnlaL'e con O

OH

10 1

aldehído du~ enlaces con O

O 11

ácido carroxOiro He. enloces COIl O

~

1 R- C-R' ~ R- C-R' (sin oxidación

101

1 H

alcohol secundario un enlace con O

OH

posterior)

« lona dos cnla('c~ COI1 O

1 R-C-R' ~

1 R- C-R' (generalmcllIe no hay oxidación posterior)

1 R"

alcano sin enlaces COfI O

1 R"

alcohól lcrciario lm cnlaa: con O

REDLCClÓN ----Se puede decir que la oxidación o reducción de un alcohol se produce. respectivamente, aumentando o disminuyendo el número de en laces C - O del átomo de carbono. Por ejemplo, en un alcohol primario el átomo de carbono carbinol (e- OH) ti ene un enlace con el ox ígeno; en un aldehído. el carbono carbonílico tiene dos (más oxidado) yen un ácido, tiene tres. La oxidación de un alcohol gencmlmente convierte los enl aces C-H en enl aces C- O. Si se Iransfonna un alcohol en un aleano, el carbono carbinol pierde su enlace con el oxigeno y ganll otro en lace con el hid rógeno.

La Figura 11 .1 compara los estados de oxidación de alcoholes primarios. secundarios o terciarios con los que se obtienen por oxidación o reducción. El símbolo lO] indica un agente oxidante especffico. Observe que la oxidación de un alcohol primario o secundario fonna un grupo carbonilo (C=O) debido a la eliminación de dos átomos de hidrógeno: uno del carbono camino! y el airo del grupo hidroxilo. Un alcohol terciario se oxida con dificultad ya que no hay hidrógenos disponibles en el carbono carbino!'

Clasifique cada reacciÓn como una oxidación, una reducción o ninguna de las dos.

o ero)' piridinll I

(a) CH)-CH20 H • CH}-C-H

O I (b) CH

4 _ CH30H _ H-e-m l _

? I-I-C- H

O I _ HO-e- OH

..

,

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11.2 Oxidación de los alcoholes 447

(f) O 8'2 ~

(h) UO

H

CH, I

CH3- ¡ - 1-CH3 + H20

° CH, U A1HJIiCI.. • CH3- CH3

H aB' ,H

B,

~ 0+H2O

ti) O _R_CO-",H~, O HO' ° ---L.. (X0 II

OH

(k) o BHJ · THF , UBH2

O HBr (g) ~

(;J o 0,0, ~

HP2

Los alcoholes primarios y secundarios se oxidan fácilmente mediante distintos tipos de reactivos, incluyendo reactivos de cromo, pennanganato, ácido nítrico e incluso lejía (NaOCt, hipocloritode sodio). La elección de un reactivo depende de la cantidad y el valor del alcohol. Se utilizan oxidantes baralos pam las oxidaciones a gran escala de alcoholes simples y baratos. Los reactivos selectivos y más efectivos se utilizan, independientemente del coste, para alcoholes valiosos, de alto valor añadido y que puedan tener otros grulXls funcionales. En este capítulo sólo se estudiarán aquellos oxidantes que tienen un amplio campo de utilización y que poseen alla selectividad. El es(Udio de los ox.idantes se puede extender posterionnente para incluir olros reactivos adicionales menos frecuentes.

11.2A Oxidación de alcoholes secundarios Los alcoholes secundarios se oxidan fácilmente, obteniéndose excelentes rendimientos de cetonas. El ácido crómko suele ser el mejor reactivo para las oxidaciones de alcoholes secundarios en el laboratorio.

Ejemplo

OH 1

R-Cl I-R' alcohol secundario

cic1ohc:>;anol

O 11

R- C- R' celona

cidohexanolla (90%)

H a: B, (X0H

OH

11 .2 Oxidación de los alcoholes

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448 Capftulo 11 : Reacciones de los alcoholes

N8.:zCrP7

El reactivo ácido cTÓmico se prepara disolviendo dicromato de sodio (Na2Cr2~) en una mezcla de ácido sulfúrico yagua. Probablemente. la especie activa de la me:r.c1a es e l ácido crómico, H2Cr04 • o el ión hidrogcnocromato, HCrO¡ . S i se añade óxido de cromo (VI) (erO]) a ácido sulfúrico diluido se consigue el mismo resultado.

o 11

+ H,o + 21-1,50, - 2 HO-Q--OH + 2 Na+ + 2 HSO; dicromalO de sodio 11

O ácido cmll1ico (H2Cr04)

O O 11 U

crO, + H,o - HO-Cr-OH <==' H ' + -O- Q--OH óxido de cromo (VI) I n

O O ácido cromico ion hidrogcnocmmato

El mecanismo de la oxidación ¡xtr ácido cr6mico probablL'mente incluye la fornmción de un éster entre el ácido cromico y e l alcohol. La eliminaciÓll de este éster (cromato) da lugar a la cetona. En la eliminación. el carbono carbinol retiene su álomo de oxfgeno. pero pierde su hidrógeno y gaoa el segundo enlace con el oxígeno.

Formación del éSler (crommo)

R' 1

R-C-O-H + 1 H alcohol

O 11

H- O- Q--OH

! úcido cr6mico

R' O 1 11

R-C- O-Cr- OH + 1 U H O b;tcr (Cfomato)

Eliminaci6n del és/er del ácido cróm;co J oxidación del carhono w rhinol

R' '0-1 .. I

R-CI:rº "PI - OH ". ;) H20\jl .. Q.

Cr (VI)

+

HP'-Cr(IV)

H,o

Las especies de cromo ( IV) formadas poste riormenle reaccionan para dar lugar a la forma reducida eslablc de c romo (Ill) . Tanto el dicromato de sodio como e l ác ido crómica son de color naranja, mientrds que e l ión cromo OH) (Cr3"1 es de un color verde o verde azulado. Se puede seguir la evolución de una oxidación con ácido cTÓmico observando e l cambio de color desde el naranja, pasando por varios tonos verdes, hasla e l verde azulado. De hecho, el cambio de color observado con e l ácido c róm ico se puede utilizar como ensayo para evaluar la presencia de un alcohol oxidable en una sustancia.

11 .28 Oxidación de alcoholes primarios la oxidación de un alcohol primario inicialmente fonna un alrehído; sin embargo. al contrario que las cetonas, los aldehídos se oxidan fáci lmente para dar lugar a ácidos carboxílicos.

OH O O 1 101 11 10J 11

R- CH - H ---- R- C-H ---- R- C-OH alcohol primario altJchído

La obtención de un aldehído suele ser diffcil, ya que la mayoría de los agentes oxidantes que oxidan los alcoholes también oxidan los aldehídos. El ácido crómico normalmente oxida un alcohol primario hasta ácido carboxíJico.

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11 .2 Oxidación de los alcoholes 449

a CH,oH

ciclohexiJ metanol ácido ciclohcxanocarboxOit"o (92%)

Un reactivo oxidante mejor para la oxidac ión de un alcohol primario a aldehído es e l clOl"OCl-omato de piridinio (PCC I

), un complejo de óxido de cromo (VI) con piridina y HC!. El CCP ox ida la mayoría de los alcoholes primarios a aldehfdos con excelentes rendimientos. Al contrario que la mayoría de los oxidantes, el PCC es soluble en disolventes no polares como el diclorometano (CH 2CIÚ, que es un excelente disolvenle de la mayorfa de los compuestos orgánicos. El PCC también puede servir como reactivo suave para ox idar alcoholes secundarios acetonas.

Ejemplo

OH I

R-C- H I H

alcohol primario

C H3(0I 2}j - C H20H l. hcplanol

Cr03·pi ridina·HCI (PCC)

pyH + C¡Q3C1- (PCC)

• CH,o,

• O

11 R-C-H

IIldehrdo

O H

CH3(CH1 )s- C - H heptanal (78%)

11.2C Resistencia de los alcoholes terciarios a la oxidación La oxidación de los alcoholes terciarios no es una reacción importante en química orgá· nica. Los alcoholes terciarios no tienen átomos de hidrógeno en e l átomo de carbono caro binoJ, por lo que la oxidación transcurre con la ruptura de enlaces carbono-carbono. Es· tas oxidaciones requieren condiciones severas y se obtienen mezclas de prodUCIOS.

El ensayo del ácido crómÍt.-o sirve para distinguir los alcoholes primarios y secun· danos de los alcoholes te rciarios, debido a la resistencia de estos últimos ti la oxidación. Cuando se añade ácido crómico a un alcohol primario o secunru.rio. el color naranja Cll mbia a verde o a azul ; cuando este react ivo se le añade a una sustanc ia no oxidable (como un alcohol terc iario, una cClona o un alcano). no se observa un cambio inmediato de color.

Resumen de las oxidaciones de alcoholes

Sustancia oxidable

alcohol secundario alcohol primario alcohol primario

PROBLEMA 11 .2

Producto

cClona aldehído ácido

Reactivo

ácido crómico (o PCC) pce ácido crómico

Predi!!;a los productos de las reacciones de los siguientes compuestos con ácido crómico y también con PCC. (a) ciclohcxanol {e} 2· mctilciclohcxanol (e) cicloht:xano (g) etanol

(b) I·meli lcidohcxanol (d) cicloht!xaoona (O ácido acético, CH )COOH (h) acetaldehído, CH 3CHO

I Nolll de los lradl/elOre!'l : PCC es el acrónimo de )' yridinium Chlorochromatc.

ClorOC"romato de piridinio (PCC):

< / L H GO,a-

piridina.ltrióxido de cromo (VI)/HCI o pyH+ O'ÚJCJ-

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450 Capítulo 11: Reacciones de los alcoholes

11 .3 Métodos adicionales de oxidación de alcoholes

Una pequeña celda de combustible en este Hlcoholímetro portátil cotalizo la oxidación del etanol por el oxfgeno del aire. La oxidación gencrd una corriente eléctrica que es proporcional a la concenlraciÓfi de etanol en la muestra.

OH O

-LH 11 + H3C- S-CH3

I DMSO

alcohol dimcl.il sulfóx ido

Se han desarrollado muchos procedimientos y otros reactivos para oxidar los alcoholes. Algunos simplemente son modificaciones de los procedimientos que ya se han visto; por ejemplo, el reactivo de ColJins es un complejo de óxido de cromo (VI) y piridina. la versión original del PCC; el rcacth·o de Jones es una fonna Sllave de ácido crómico: una solución de ácido crómico diluido en acelona.

Ou as dos oxidanles fuertes son e l permanganato de potasio y e l ácido nítrico. Estos reactivos son más baratos que los reactivos de c romo y oxidan los a lcoholes secundarios a cetonas y los alcoholes primarios a ácidos carboxílicos. Cuando se utilizan estos reactivos, las condiciones de reacción se han de controlar cuidadosamente. ya que si las condiciones son enérgicas se romperán los enlaces caroono-carbono adyacentes.

l-renilclanol

CH,(CH,),-CH,OH I-hcxanol

o

< }-!-CH, + MnO,

71% UNO)

10-20"

IICClorcnona (72%)

El método que quizás sea más barato para oxidar alcoholes es la deshidrogenación: e liminación de dos átomos de hidrógeno. Esta re¡¡cción industrial se produce a alta temperatura, utilizando cobre u óxido de cobre como catalizador. El hidrógeno que se desprende se puede vender o utilizarlo para reducciones en la propia planta industrial. La principal limitación de la deshidrogenación es la poca e~1abi l idad que tienen los compuestos orgánicos a temperaturas de 3000C. La de.~f¡jdrogenacióII 110 es apropiada para /tI sflllesis en e/ laboratorio.

0-0 I

R-C-R' o Ej emplo

ciclohexanol

calO{, CuO •

C.o JOOOC

o I

R-C-R'

C( +

ciclohexllnona (90%)

+ ~

H,

La oxidación de Swern utiliza dimetilsu lfóxido (DMSO) como agente oxidante pam transfornmr los alcoholes en cetonas o aldeh ídos. El DMSO y el cloruro de oxalilo se añaden al alcohol a baja tempenlturd, seguido de una base impedida como la trimctilamina. Los ¡¡1coholes secu ndarios se oxidan a cetonas y los alcoholes primarios se oxidan a a ldehídos (deteniéndose la oxidación en este estado). Todos los subproductos de esta reacción son volátiles y se separan fác ilmente de los productos orgánicos.

O O l + CO2 11 11 (CH3CH2)lN:

+ CI-C- C-CI • - C + H3C-S- CH3 +CO CH2CI2 \ + 2 HCl (COCJ)2 CClona

cloruro de oxalilo o Il ldchfdo sulfuro de dimctilo

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,

11.3 Métodos adicionales de oxidación de alcoholes 451

Ejemplos

DMSO, (COC1h

ciclopenlanol. cic\open13nona (90%)

DMSO, {COCrh •

l-decano] t\e{;anal (85%)

PROBLEMA 11.3

La oxidación de Swcm es una buena alternativa al PCC. que evita la utilización (k: reactivos de cromo como OKiJanlcs. (a) Dctennine (Iué especies se oxidan y cuáles se reducen en la oxidación de Swcm. (b) En la Sección 8. 158 se cS(udió la adición de sulfuro de dimctilo a un 07.6nioo c.k.'spués de la

01:on6l i8is, ¿(tué func ión tenía?

PROBLEMA 11.4

¿Qut es lo que hace que la dcshidrogcnaciÓfl pueda transcurrir a 300"C pero no a 25°C? (a) ¿Se debe a 'IUC la «inética. la tennodinámica o los dos factores SOI'I desfavorables a 25°Cl

Sugerel/cia: ¿la reacción iJl\'cr.>a es favomblc a 25"C? (b) ¿Cuál de estos dos factores (cinético o tcnnodinámioo) mejora a medida que la temperatura

aumenta? (e) Explique los cambios en la cinética o en la tcnnodinámica de esta reacción cuando aumcnL1

la tempcrutura.

PROBLEMA 11 .5

Represente la eslmclura del produclo (o productos) cuando cada uno de los siguientcs alcoholes reacciona (.·o n (1) Na2Cr201/ H2S04; (2) PCC (3) K Mn04 , - OH. (a) ¡-octanol (b) 3-OClanol (e) 2-ciclohc/(cn- l-ol (d) l-metilciclohcxanol

PROBLEMA RESUELTO 11 .1

Sugiera elmé!odo más apropiado para cada Ulla de las siguKmtes síntesis de laboratorio: (a) cidopcntanol - dclopc.Illanona

Hay muchos reactivos que oxidan los akoholes secundarios a cetortas; sin embargo, p.1ra una síntesis en el labomlorio. la deshidrogenación no es práctica y el coste no tiene tanta importancia como en la industria. En la tnayoria de los laborntorios hay óxido de cromo (VI) o dicrorn.lllo de SOlIio. por lo que se puede utilizar la oxidación con ácido cr6mico. También se podría ut ilizar PCC o la oxidación de Swem. a pesar de que estos reactivos son más complicados de preparar y de usar.

(j0H NazCrzO¡ H2S04

• C( ciclopenlanoJ (o PCC, ciclopcnlanona

o Swern)

STTr.FRFNf'T A PARA RESOLVER PROBLEMAS Es conveniente revisar la tabla resumen de la pagina 449. Recuerde que el permanganato además de oxidar los alcoholes también oxida los alquenos.

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452 Caphulo 11 : Reacciones de los alcoholes

11.4 Oxidación biológica de 105 alcoholes

El NAO+ es un derivado de la vilamina ~ conocido romo niacina. Debido a esto, hay un malentendido cuando se piensa que tornando grandes suplementos de niadna antes de beber alcohol se aligeran 105 efectos del mismo. El metabolismo es más complejo de lo que esta idea sugiere.

~COOH

l J N

ácido nicodnico (n iacina)

(b) 2-octen- I-oI - 2-octenal (véase cstructunI abajo) Esta síntesis rcquic.,"fc más cuidado. El aldchrdo se oxida fácilmente a ácido carboxilico y el doble enlace reacciona con agentes oxidantes tales como el KMn04, por lo que en este caso es conveniente uti lizar PCC o bien la oxidación de Swcm.

(oSwem) ~/H e

2-oclen- I-01 2-octcnal

PROBLEMA 11 .6

Sugiera el método más apropiado pam cada una de las siguientcs síntesis de laboratorio: (a) I-butanol - hutanal, CH JCH2CH2CHO (b) I-butanol - ácido bUlanoico, CHJCH2CH2COOH (e) 2-butanol- 2-butanona, CH3COCH2CH3 (d) 2-butcn- l-ol - 2-butcnal, C H3CH = CH - CHO (e) 2-butcn- I-ol- ácido 2-butenoico, CH3CH = CH - COOI-l (f) I-metilciclohcxanol - 2-mcti lciclohcxanona (varios pasos)

I o

El etanol, a pesar de q ue es el alcohol menos tóx ico. es una sustancia que posee un cierto grado de toxicidad a una determinada dosis. Cuando se experimenta una intoxicación aguda de alcohol, se d ice que es una inlox icac i6n etílica (embriaguez). Además, la toxic idad crónica del etanol conduce a la degeneración del tej ido hepático y del SNC. Los animales a veces consumen alimentos fennentados que contienen a lcohol, su cuerpo debe destoxificar cualq uier alcohol para evitar q ue pase a la sangre y al cerebro; para que esto se produzca, el hígado tiene lUlas e nzimas llamadas a k o hol-dcshid rogcnasas (ADH).

La akohol-deshidrogenasa catal i7..a una reacción de oxidación: la e liminación de dos átomos de hidrógeno de la molécula de alcohol. El agente ox idante se conoce como dinudeótido nicotinamida-adcn ina (NAO). El NAO se encuentra de dos fonnas: la forma oxidada, llamada NAO+. y la fonna reducida, llamada NAOH. La siguiente ecuación muestra cómo el etanol es oxidado a aldehído y el NAD+ se reduce a NAOI-I , Una oxidación posterior, catalizac\a por el enzima aldehído-deshidrogenasa (ALDH), transforma el 8cetaldchído en ácido acético. un metabolito.

OH I

CH - C - H + , I H

<wool forma reducida

ADH

ADH = alcohol deshidrogenasa

NAO+ forma o¡o;idada

O I

CH3 - C-H acelaldchfdo

forma oxidada

+

H H ~ aC'NH,

N

ILocar l

NADH romla reducida

+ H'

,

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o

aH ~, I NII,

"- + N

11.4 Oxidación biológica de los alcoholes 453

AU ) H ,

Itúcarl ALDH = aldehído deshidrogemsa

NAD ~

o 11

CH]-C-OH ácido acético

+ 1-1 +

I\ADH

Estas oxidaciones se producen con la mayoria de los aJcoholcs primarios. Desgraciadamente. los productos de oxidación de otros alcoh01es pueden scr más tóxicos que el ácido acélico. El metanol primero se oxida a fonnaldemdo y a continuación a ácido fórmico. Estos dos compuestos son má" tóxicos que el metano!.

H 1

H- C-O-({ 1 H metanol

[O] ~

- 2 H H-C~O

1 H

fonnaldchído

[OJ ~ H- C = O

1 O-H

ácido fórmico

El etilenglicol es un diol tóxico. Su producto de oxidación es el ácido oxálico, compuesto IÓxico que se encucntra en las hojas de ruibarbo y en muchas otras plantas.

H H 1 1

II-C-C-H 1 1

110 0 11 elilenglicol

2[O j -4 H ' II-C-C-H + 2 H O

11 11 2

O O

2[0 ] ~ HO- C-C-OH

11 11 O O

ácido oxálico

Cada año se producen muchos envenenamientos por metanol y por etilenglicol. El metanol se oxida a ácido fónnico, que puede causar ceguera y la muerle. El etilenglicol, componente de los anlicongelantes para automóviles, por su sabor dulce. puede propiciar el envencnamienl0 por ingcstión. Cuando el etileng licol se ha melabolizado a ácido oxálico, los riñones dcjan de funcionar, causando la muerte.

El tralamiento para el envenenamiento con metanol o con etilenglicol es el mismo; al pac iente se le dan infusiones intravenosas de etanol diluido. El sitio activo del enzima ADH es bloqueado o «saturado» por el elanol, dando tiempo a que los riñones eliminen la mayor pane del metanol (o etilenglicol) antes de que pueda ser oxidado a ácido fónnico (o ácido oxálico). Ésle es un ejemplo de la inhibición competitil'lJ de un enzima. El enzima calaliza tanlo la ox idación del metanol como la del etanol, pero una grdn cantidad de etanol se fija al enzima, dando tiempo a que se elimine la mayor pane del metanol antes de que sea ox idado.

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454 Capítulo 11 : Reacciones de los alcoholes

11 .5 Los alcoholes como nucleófilos y electrófilos: formación de tosilatos

PROBLEMA 11 .7

Un alcohólico crónico requiere Ulla dosis mucho mayor de etanol como antídoto pam el CltvCllC

nanüento por metanol que un paciente no alcohólico. Sugiera una explicación para esta dosis MJ

pcrior del inhibidor competitivo para un alcohólico.

PROBLEMA 11 .8

Al contrario que el cliJengliool, el propilcnglicol (propano- l ,2-diol) no es tóxico porquc es oxidado a un melabolilo endógeno. RepTCSCnte las estructuras de los productos de oxidación bioló-gica del propilc lIgliool. .

Una dc las razones por la que los alcoholes son inlennedios químicos versátiles es porque reaccionan como nuc!eófilos y como e leclrÓfilos. EJ siguiente esquema muestra un alcohol reaccionando como un nuc!eófilo débil , enlazándose a un electrófLlo fuerte (en este caso, un carbocalión).

.. " + R- O:--C-1 /

H nuc!eófilo

débil electrófilo

fuerte

.. + 1 R-O- C

P 1 H

.. ) R- Q-H

.. 1 R- O- C-

.• 1

Un alcohol se transforma fácilmente en un nuc!eófilo fuene mediante la formac ión de su ión alcóxido. El ión alcóxido puede atacar a un clectró fiJo más débil, como un haluro de alquilo .

R- q - H

nuclcófilo débil

.. -~I R- O: Na+ - C- X

.. 1 v nudcófi lo

fuene elcctrófilo

débil

.. 1 - R-O-C-.. 1

x- Na+

En los dos casos, e l enlace 0 - Ji se rompe c uando un alcohol reacciona como nucleóftlo débil o cuando forma el a lcóxido para reaccionar como nuc!eófiJo fuerte; por el contrario, cuando un alcohol reacc iona COIllO e leclrÓfilo. es el enlace C-O e l que se rompe.

eMe enlace ~ rompe tU4U1tlo 1m 8le(Jholc~ reaccionan tomo lIut!eófilos

1 , - C- O- H

1

este enlace se rompe cuando los lllcoholes rt:acdonan tOmo c lcc t róli l o~

1 - C+ O-H

1

Un alcohol es un e1eclrófi lo débil porque e l grupo hidroxilo es un grupo saliente pobre. El grupo hidroxilo se convierte en un buen grupo salienle (1-12° ) cuando se prOlona; por ejemplo, e l HBr reacciona con un alcohol prim.1rio por un alaque Sf\2 del brom uro a l a lcohol protonado. Observe que en esta reacción se rompe e l e nlace C - ° .

R I .~IIBr CH2- Q-H -

clectrófilo pobre

R H .. =----.. 1 1+

: ~r : CH2 l".9- 11 electrófilo

bueoo

-R 1

Br- CJ-I2 + 1-12°

La desvenlaja de ulilizar un alcohol protonado es que se requiere una solución fuertemente ácida para prolonarel alcohol. A pesar de que los iones haluro son estables en medio ácido, hay pocos nuc!eófilos que sean estables en soluciones fuertemente ácidas. La mayor pane de los nuc!eófilos I'uenes larnbién son bases y pueden abslraer un protón a l

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11.5 Los alcoholes como nucleófilos y electr6filos: rormación de tosilatos 455

ácido. Una vez que está protonado. el reactivo ya no tiene carácter nucleomico. Por ejemplo. un ión acetiluro se protonaría instantáneamente si se le añadiese un alcohol protonado.

¿Cómo se puede convertir un alcohol en un electrófilo que sea compatible con nucJeófilos básicos? Se pucde convenir en un haluro de alquilo o en su éster tosilato. Un éstcr tosilato (representado como Rafs) es el producto de condensación de un alcohol con ácido p-toluensuJfónico (representado como TsOI-I).

R-O-t- H alcohol

o O

+ HO+~-o-' CH, . ' R-O-~-o-' CH, + H,o 11 - 11 -O O

Tsü'-I ácido p-lOluellsul fónico

tm ilato de alqu ilo. ROTs pora-loluensulfOllato de alqui lo

El grupo losilato es un gnJpO saliente excelente y Jos tosilatos de alquilo experimentan sustituciones y eliminaciones mejor que los haluros de alquilo. En muchos casos, un tosilato es más reactivo que el haluTO de alquilo correspondieme.

I I

SI ¡r.RRRNC'T A PARA RESOLVER PROBLEMAS

,O", 10,.11810 (é>ter)

o

-1-001,

o o

R-O-~-o-Cll, , -o o

li -o-~-O-d' , -o

TsCl - a-Y-oCH, cloruro de 100;;10 l

-ar, ;'-"'1100;1810

O

-O-~-O-0., , -O

01' I I

- C-C- T"" piridina

COTS I I

-C-C-(sustitución) -C-C- + - OTs

I I

o eliminación:

OTs I IJ

-C-CIJ I

H B' '-'

(eliminoción)

I I I I Nuc

+ B- H + - OTs

Los tosilalos se obtienen a panir de los alcoholes y cloruro de tosilo (TsCI) en piridina, como se muestra a continuación. Esta reacción proporciona rendimientos mucho más altos que la reacción con TsOI-I. El mecanismo de la formación de un losilalo indica que el enlace C - O del alcohol permanece intacto a lo largo de la reacción y que el alcohol retiene su conliguración estereoquímica. La piridina sirve como base orgánica para eliminar el Hel que se fonna en la reacción, previniendo la protonación del alcohol y que se produzcan reacciones colaterales.

~C' .. I R-?~QS O

H '" 1#

CH, cloruro de p-loluensulfonilo

TsCI, «cloruro de tosilo» RCYTs, tosiJalo de alquilo

o ~, CI -

H

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- OTs ion lositato

La sigu iente reacción muestra el desplazamiento SN2 del ión losilato C-01's) del tosilato de (S)-2-butilo con inversión de configuración. El ión tosilato es un anión particularmente estable, con su carga negativa deslocalizada sobre tres átomos de oxigeno.

CH3sy.2 .. : 1: .... C- Q-Ts

"'1 \). ~'oduro CH)

losilalo de (S}-2-bulilo

anión Clllabilizado por re800ancia

:9Ts

ion losilalo

Igual que los haluros, el grupo saliente tosilato es desplazado por una gran variedad de nucleófilos. En los métodos sintéticos, las sustituciones nucleofílicas se llevan a cabo preferentemenle mediante procesos SN2 (nucleófilo fuerte) en lugar de procesos SN 1, para evit.ar productos de reordenamiento. Las siguientes reacciones muestran los desplazamientos SN2 de los 10siJatos. En cada caso, si la sustitución ha de predominar sobre la eliminación, R ha de ser un grupo alquilo primario o secundario no impedido.

RESUMEN Reacciones SN2 de tosilatos

STJGFRFNCTA PARA RESOLVER PROBLEMAS l os tosilatos de alquilo son particularmente útiles: son buenos grupos salientes, a veces mejores que los haturas. En las reacciones de Grignard en las que se obtienen a lcoho les, éstos se convierten fáci lmente en tosilatos mediante sustitución o e liminación.

R - OTs + - OH ~ R - OH + -OTs

hidróxido alcohol

R - OTs + -C=N - R - C=N + - OTs

cianuro nilrilo

R -OTs + B,- - R- Br + - OTs

haluro haluro de alquilo

R-OTs + R' -O- - R-O-R' + - 01's

alcóxido éter

R - OTs + :NH) - R - NH3+-OTs

amoniaco sal de amonio

R - OTs + LiAIH 4 - R- H + -OTs

HAL a!cano

PROBLEMA 11 .9

Prediga los prodUCIOS mayoritarios de las siguientes reacciones: (a) losilato de etilo + lerc-ool6xido de potas io (b) losilalo de isobulilo + Nal (e) tosilalo de (R)-2-hcxilo + NaCN (d) losilalo del ciclohexilmelanol + exceso de NH3 (e) losilalo de I/-butilo + accliluro de sodio, H - C=C:-+Na

PROBlEMA 11 .10

Expliclue cómo transfonnana l-propanol (utilizando los reaclivos que sean necesarios) en los siguiemes compuestos, ulilizando como intermedios tosiJalos. (a) l -bromopropano (b) n-propilamina, CH3CH 2CH2NH2 (c) C I-1 3CH 2C1~ 20CH2CH 3 (d) CH)CH 2C1i 2CN

elil propil éter bulironilrilo

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I J.7 Reacciones de alcoholes con haluros de hidrógeno 457

La reducción de alcoholes a alcanos no es una reacción habitual ya que elimina un grupo funcional, dejando pocas opciones para reacciones posteriores.

(jjj'> R-OH reducción

, R - I-I (reacción poco frecuente)

Un alcohol se puede reducir en dos pasos, deshidralándolo a un alqueno y. a continuación, hidrogenando el alqueno.

H H H H H &:H H2S04 &11 H, &~I ~

tuJor '" ciclopentallol ciclopenteno ciclopcnlano

Otro método para reducir un alcohol consiste en convertir el alcohol en el éster 10-silalo, a continuación utilizando un hidruro para desplazar el grupo saHente tosilato. Esta reacción se da con la mayor parte de los alcoholes primarios y secundarios.

H o H

11.6 Reducción de alcoholes

H

0 011 + CI-MO CH piridina 0 0-

T'

LiAIH4 0 H ,

11 - ' o

ciclohexltnol durum de losilo, TsCJ

PROBLEMA 11.1 1

Prediga los productos de las reaccioncs s iguientes: (a) cidohexilmctanol + TsCl/piridina (e) l-metilcidohcxanol + HzS0 4, caliente

tosilato de ciclohexilo

(b) producto de (a) + LiAIH4 (d) producto de (b) + H2, Pt

La tosil ación de un alcohol, seg uida del desplazamjcnto de llosilato por un Ión haluro. convierte el alcohol en un haluro de alquilo; sin embargo, éste no es el método más frecuente de transformar alcoholes en haluTOS de alquilo, ya que hay otros métodos que permiten llevar a cabo esta tran sformación en un solo paso. Un método muy utilizado consiste en tratar el alcohol con un hidrácido, generalmente HCI o I-IBr.

En una solución ácida, un alcohol está en eq uilibrio con su forma protonada. La pro(onación transforma el grupo hidroxilo (01-1), grupo saliente pobre, en un buen grupo saLienle (1-12°). Una vez que el alcohol está profonado, son factibles todas las reacciones habituales de sustitución y eliminación, dependiendo de la estructura del alcohol (primario, secundario o terciario).

R+g-H I + w x-R- X

grupo saliente pobre buen grupo sal iente

La mayoría de los nucJc6fi los fuertes son básicos, se protonan y pierden su carácter nucleofflico en soluciones ácidas; sin embargo, los iones haluTO son una excepción. Los haluro son anion~s de ácidos fuertes, por Jo que son bases débiles. Las soluciones de HBr y Hel contienen iones Br- y CI- nucleofíJ icos. E.., tos ácidos se utilizan con mucha fre cuencia para transformar alcoholes en sus haluros de alquilo correspondientes.

ciclohcxano (75%)

11.7 Reacciones de alcoholes con haluros de hidrógeno

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Reacciones con ácido bromhídrico

r::¡j=' R- OH + I-IBrj H20 -----+ R-Br

El ácido bromhídrico concentrado convierte rápidamente el alcohol terr-butI1ico en bromuro de terc-butilo. El ácido fuerte protona el grupo hidroxilo, convirtiéndolo en un bucn grupo saliente. El átomo de carbono terciario impedido no puede experimentar desplazamiento SN2, pero se puede ionizar para dar lugar a un carbocatión terciario. El ataque por e l bromuro genera el bromuro de alquilo. El mecanismo es similar a otros mecanismos SN 1 ya estudiados. excepto en que el agua sirve como grupo saliente del alcohol protanado.

MECANISMO ReaCCIón de un alcohol temariO con HBr (SN 1)

Protonadón y pérdida del grllpo /¡¡droxilo Ataqfle por bromuro

eH] .........----.. ".. H+

CI-I3/C-Q-1-I ~

eH)

alcohol/erc-oolílico

eJ-l) .. / _____ : Hr'

CH -C+ ------ -, " + I-Ip CH3

carbocatión terciario

CH3 I

CH -C- Br , I CH3

bromuro de lerc-butilo

O lros muchos alcoholes reaccionan con HBr, siguiendo un mecanismo de reacción que depende de la estructura del alcohol. Por ejemplo, el I-butanol reacciona con bromuro de sodio en ácido sulfúrico concentrado para illtr lugar a I-bromobutano mediante un desplazamiento SN2. El reactivo bromuro de sodio/ácido sulfúrico genera HBr en la solución.

CH3(CH2h-CH20H

I-butano!

NaBr, H2S04 ---"== = '-+1 CH3(CI-12n - CH2Br

I-bromobutano (90%)

La protonación convierte e l grupo hidroxilo en un buen grupo saliente, pero la ionización a un carbocati6n primario es desfavorable, sin embargo, el alcohol primario protonado es muy apropiado para el desplazamiento SN2. El ataque del ión bromuro por la parte posterior da lugar a l -bromobluano.

MECANISMO Reacción de un alcohol pnmarlo con HBr (SN2)

Profonación del alcohol

snr.FRFNrT A PARA RESOLVER PROBLEMAS

La memorización de todos los mecanismos no es la mejor fo rma de estudiar todos estos contenidos. Dependiendo del sustrato, estas reacciones se pueden producir por más de un mecanismo. Se adquiere experiencia haciendo problemas y considerando cada ejemplo individualmente, proponiendo un mecanismo adecuado para cada caso.

Desplazamiento por hromuro

Los alcoholes secundarios también reaccionan con HBr para dar lugar a bromuros de alquilo, gcnemlmentc mediante un mecanismo SNl; por ejemplo, e l ciclohexanol se transfonna en bromocicJohexano utiH1..ando como reactivo I-IBr.

HBr -ciclohexanol

PROB LEMA 11 .12

Proponga un mecanismo para la reacción de:

('T<" V Br

bromociclohexano (80%)

(a) Cidohcxanol con HEr para formar bromocidohexano. (b) 2 ... ciclohcxilctanol con HEr para fomlar l-bromo-2 ... cidohcxilctano.

•

,

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11.7 Reacciones de alcoholes con haJuros de hidrógeno 459

Reacciones con ácido clorhidrico

El ácido clorhídrico (HC!) reacciona con los alcoholes de fonna parecida al ácido bromiúdrico; por ejemplo, el HCl concentrado en solución acuosa reacciona con alcohol (erc-butílico para dar lugar a cloruro de (ere-botilo.

alcohol rerc-bUlílico e-Ioruro de lere-butilo (98%)

PROBLEMA 11.13

La reacción del alcohol terc-butílico con ¡·le l concentrado transcurre por un mecanismo SI' l . Escriba un mecanismo pam esta reacción.

El ión cloruro es un nucleófilo más débil que el i6n bromuro porque es más pequeño y menos poJarizable. A veces es necesario un ácido de Lewis adicional, como el cloruro de zinc (ZnCI2) para promover la reacci6n del HCI con un alcohol primario o secundario. El cloruro de zinc se coordina con el oxígeno del alcohol de la misma fonna que lo hace un protón, exceplo en que e l cloruro de zinc se coordina con más fuerza.

El re~'lc tivo ronnado por HCI y Zn02 se conoce como reactivo de Luca5. Los alcoholes secundarios y terciarios reaccionan con el reactivo de Lucas por mecanismo 5N l.

Reacción SNl con el reactivo de LIICQ.t (rápida)

CH ~ I 3 .( 'ZnClz

H- C - O-H ( !

1 CH,

C~"', / ,r H-C~ --

"-CH,

CH, 1

H- C- CI 1

CH3

CH, /

H-C+ "CH,

carbocatiÓll

"" -+ Hg- ZnClz

Cuando un alcohol primario reacciona con el reactivo de Lucas, la ionizaci6n no es posible (eharbocati6n primario es demasiado inestable). Los sustratos primarios t"eaC

cionan por mecanismos 5i'12. los cuales son más lentos que las reacciones SN I de los sustratos secundarios y terciarios; por ejemplo, cuando el I-bulanol reacciona con el reactivo de Lucas, el i6n cloruro ataca al complejo por la parte trasera, desplazando al gru(X) saliente.

Reacción SN2 con el reactil'O de Lucas (lenta )

CH,CH,CH, - 1 + _

CI-- -C-- :O- ZnCI 1 '" "1 '

H H H estado de Imnsm isión

ZnCI2 / + :0:

"-H

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TABLA ".2 Reacciones de los a lcoholes con el reactivo de Lucas

Tipo de alcohol

primario secundario terciario

Tiempo de reacción (min)

> 6 1- 5 < 1

El ensayo de Lucas El reactivo de Lucas reacciona con alcoholes primarios, secundarios y terciarios a casi todas la .. velocidades predecibles; estas velocidades se pueden utilizar para distinguir los tres tipos de alcoholes. Cuando al principio se añade el reactivo. la mezcla forma una fase homogénea: la solución de Hel concentrado es muy polar y el complejo polar alcohol-cloruro de:tinc se disuelve. Una vez que el alcohol ha reaccionado para formar el haluro de alquilo, el haluro, relativamente no polar, se separa en una segunda fase.

El ensayo de Lucas se utiliza sobre un alcohol desconocido y se espera a que se separe la segunda fase (véase Tabla 11.2). Los alcoholes terciarios reaccionan casi instantáneamente porque fonnan carbocationes terciarios relativamente estables; los alcoholes secundarios tardan e n reaccionar entre uno y cinco minutos, ya que sus carbocali ones secundarios son menos estables que los terciarios y los aJcoholes primarios reaccionan muy lentamellle. Como el alcohol primario activado no puede fo nnar un carbocatiÓn. permanece en la disolución hasta que es atacado ¡x>r el Ión cloruro. Con un alcohol primario la reacci6n puede durar desde diez minutos hasta varios días.

PROBLEMA 11.14

Muestrc cómo utiliw.rfll un ensayo químico sencillo para distinguir entre los siguientes pares de compuestos. Dib'fi qué se observaría con cada compuesto, (a) Alcohol isopropílico y alcohol terc-butíJ ko. (e) l-hexallOl y ciclohexanol. (b) Alcohol isopropílico y 2-rutanona. (d) Alcohol alíJico y l-propanol.

CH3COCH2CH3. (e) 2-rulanooa y alcohol terr-bulflico.

Li mitaciones en e l uso de los hidrácidos con a lcoholes Las reacciones de los alcoholes con los hidrácidos no siempre dan buenos rendimientos de haluros de alquilo. Pri ncipalmente hay cuatro limitaciones que restringen la generalidad de este método:

). Habilidad limitada para obtener )'ot1l11vs de alquilo. La mayoría de los alcoholes no reaccionan con HI para dar un rendimiento aceptable de yoduro de alquilo, sin embargo, los yoduros de alquilo son intermedios 'valiosos, ya que son los más reactivos de los haJuros de alquilo. En la seeci6n siguiente se esludiará una técnica mejor para obtener yoduros de alqui lo.

2. Rendimientos bajos de cloruros de alquilo a partir de alco/¡ole.~ primarios y .~eClI1ldorios. Los alcoholes primarios y secWldarios reacc ionan con el He l mucho más lentamente que los alcoholes terciarios, incluso añadiendo cloruro de zinc. En esas condiciones se producen reacciones colaterales que impiden obtener buenos rendimientos de haluros de alquilo.

3. Elimil1ación. El calentamiento de un alcohol en presencia de ácido concentrado como HCI o HBr a menudo da lugar a e liminaci6n. Cuando el gru¡x> hidroxilo del alcohol ha sido protonado y convenido en un roen gru¡x> saliente, éste se conviene en un buen candidato tanto para la sustitución como para la eliminación.

4. Reordenamiefllos. Los carbocationes intermedios siempre son susceptibles a los reordenamientos. En la Sección 6. 15 ya se vio que los átomos de hidrógeno y los grupos alquilo pueden emigrar de un átomo de carbono a otro para dar lugar a un

.carboeatión más estable. Este reordenamiento puede ocurrir cuando se e lim ina el grupo saliente o una vez que se ha lo nnado el catión.

PROBLEMA RESUELTO 11.2

Cuando se t.rala el 3-metil-2-butanol con HBr concentrado, el producto mayoritario es el 2-bromo-2-meti lbotaoo. Proponga unl11ccanismo para la lormaei6n de este producto.

H OH I I

eH - e- eH- C" ' 1 ., CH,

) ·m(:lil -2-ootanol

HBr -B, I

CH-C- CH-CH } I 2 1

eH, 2-bromo-2-mclilbulaoo

,

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I L8 Reacciones de alcoholes con haluros de fósforo 461

SOLUCiÓN El a lcohol es protonaJo JXIf un ácido fuerte. Este alcohol secundario protonado pierde agua para fornmr un carbocati6n secundario.

11 1-12°: I • CH -e-eH-eH , I '

0<, caIDocalión secundario

Un desplazamiento de hidruro LJansforma el carboC"atión secundario en un catión terciario más estable. El ataque del bromuro da lugar a l producto observado.

DR. '~" ! ~ 7' ~ e H -C-L'H-CH _ , I ' eH - e- eH-eH

' 1 ' eH -e-Cl-I - eH

' 1 ' CI-I3 CH, eH)

carbocalim secundan." carbocIIIión lerciario producto observado

A pesar de que Jos reordenamientos generalmente se han vislo como reacciones colaterales no deseadas. se pueden utilizar para obtener un producto sintético delemli nado. El Problema 11 . 15 muestra cómo se puede utilizar en sínle.."is orgánica la sustitución con reordenamiento de un alcohol.

PROBLEMA 11.15

El alcohol neopenlílico, (CH3hCCH20H, reacciona con HBr concentrado para dar lug-dr a 2-bromo-2-me tilbutano, un pnxIucto reordenado. Prop:mg8 un mecanismo para la fonnación de este pnxIucto.

PROBLEMA 11.16

Ctlando el cicloocxilmetanol reacciona con el reactivo de Lucas, uno de los productos minoritarios es el clorocicloheptano. ProJXlllga un mecanismo pam explicar la formaci6n de este producto.

PROBLEMA 11.17

Cuardo e l cis--2-metilciclohexanol reacciona con el reactivo de Lucas, el pnxIucto mayorilaJio es el l-cloro-l-metilcic1ohexano. Proponga un mecanismo para explicar la fonnación de cste pnxIucto.

Varios haluros de fósforo son útiles para convertir alcoholes en haluros de alquiJo. El tribromuro de fósforo, tricloruro de fósforo y pentacloruro de fósforo son buenos reactivos y están disponibles en el mercado.

3 R-OH + PCI) -- 3 R-C1 + P(OHh

3 R-OH + PBr3 -- 3 R-Br + P(OHh

R-OH + PCls -- R-C1 + POCI) + Hel

EI1.riyoduro de fósforo no es lo suficientemente estable para ser almacenado. pero se puede generar in s;lu (en la mezcla de reacción) mediante la reacción de fósforo con yodo.

6 R -OH + 2 P + 3 12 -- 6 R -1 + 2 P(OHh

Los haluros de fósforo producen buenos rendimientos de la mayor parte de haluros de aJquilo primarios y secundarios. pero no van bien con alcoholes terciarios. Los

11.8 Reacciones de alcoholes con haluros de fósforo

-

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dos haluros de fósforo que más se suelen uti lizar son el PBr3 y la combinación fósforo! yodo. El tri bromuro de fósfo ro suele ser el mejor reactivo para transformar un alcohol ptimario o secundario en bromuro de alquilo. especialmente s i el alcohol se reordena en medio ácido fuerte . La combinación de fósforo y yodo es uno de los mejores reactivos para transformar un alcohol primatio en yoduro de alquilo. Para la s íntesis de cloruros de alquilo. el cloruro de tionilo. del que se hablará jX)stenormente. generalmente da mejores rendimientos que el PCI3 o el PCls• especialmente con alcoholes terciarios.

Los ejemplos siguientes muestran la conversión de alcoholes primario y secundano en bromuro y yoduro. por tratamiento con PBr3 y P/l2.

TH, CH,-C-CH,OH

I CH,

alcohol r1t:opcnrílico

CH,(CH,),,- CH,OH

PROBLEMA 11.18

-

+ P/~

CH, I

CH -C-Cu B, , I . ~

CH, bromuro de neopcntilo

(6Q<i»

CH1(CH2)14-GI2'

(85%)

Escriba las ecuaciones igualadas (estcquiométri<:llmenle) de las dos reacciofles anteriores.

M ecanismo de la reacción con trih.aluros de f ósforo El mecanismo de la reacción de los alcoholes con trihaluros de fósforo explica jX)r qué los reordenamicntos no son frecuentes y por qué los haluros de fósforo no reaccionan bien con los alcoholes ter· cianos. El mecanismo que se muestra aquí utiliza PBr3 como reactivo: el PCI3 y el PI3 (generado a partir de fósforo y yodo) reaccionan de forma simiklr.

MECA NISMO ReaCClon de alcoholes con PBr)

Paso 1." desplazamiento de ion bromuro, fonnando un grupo saliente excelente. B,

.. I r: R- O: :P- Br

I '-' I H B,

Paso 2: alaque SN2 al grupo alquilo.

B, .. ..c--- .. t- /

:Br : R \....,.-O-P: I \ H B,

'-

B, .. + /

R- O- P: + :Br: I \ H B,

Br- R +

B,.. /

'O-p, I \ H B,

grupo saliente

Los reordenamientos 110 son frec uentes porque no hay implicado ningún carboca· tión, jX)r lo que no hay posibilidad de reordellamiemos. Este mecanismo también explica los bajos rendimientos obtenidos con alcoholes terciarios. El paso final es un despla;¡.a· miento SN2 donde el bromuro ataca la parte jX)stenor del grupo alquilo. Este ataque está impedido si el grupo alquilo es terciario. En el caso de un alcohol terciario, se requiere una ioni7..aci6n P'lra formar un carbocatión. Esta ionización es lenta, lo que da lugar a reacciones colaterales.

•

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í I

I

11 .9 Reacciones de alcoholes con cloruro de (ioniJo 463

El cloruro de tionilo (SOCI2) suele ser el mejor reactivo para transformar un alcohol en un cloruro de alquilo. Los subproductos, los gases S02 y HCI. abandonan la mezcla de reacción, lo que asegura que la reacción no sea reversible.

o 11 r::Jft'" R- Oli + CI - S- CI

calor ~ R-CJ + SOz + HCI

En condiciones apropiadas, el cloruro de lionilo reacciona (X)r el mecanismo indicado a continuación. En el primer paso, Los electrones no enla7...antes del átomo de oxígeno hidroxílico atacan al átomo de azufre electrof11ico del cloruro de tionilo; se elimina un ión cloruro y se pierde un protón para dar lugar a un éster, c1orosulfilO. En el siguiente paso, el clorosulfito de alquilo se ioniza (cuando R = 2° o 3°) y el álomo de azufre rápidamente cede el cloruro al carbocatión. Cuando R sea primario, el cloruro probablemente se enlace al carbono al mismo tiem(X) que el enlace e - o se rompe.

e l

11.9 Reacciones de alcoholes con cloruro de tionilo

o' .. f'" .. " .. .. R- O:"--,,, S=O. -

1 7 -"'; · -- R-O- S : + HCl

H e l cloruro de tionilo

Co, R

Y ::: ~. Q: CI

éster clorosulfito

El mecanismo parece el SN 1, excepto en que el grupo saliente cede el nucleófilo al carbocatión, lo que da lugar a la retención de la configuración, como se muestra en el ejemplo siguiente. En condiciones de reacción. diferentes a las indicadas aquí. no se observa la retención de la connguración.

H OH , / /C ...

CH3(CH2)4CHz CH) (R)-2-octanol

SOCl,

(j' o

dioxano (disolvente)

H el , i" /c ...

CH3(CHz)4CH 2 CH3 (R)-2-clorooctano

(84%)

Resumen de los mejores reactivos para convertir alcoholes en haluros de alquilo

Clases de alcohol Ooruro Bromuro

primario SOClz PBr3° HB,*

seclUldario SOClz PBr3

terciario Hel HB,

.Sólo runciona en detenninados casos.

PROBLEMA 11.19

Sugiem cómo transrormaría trans-4-mctilciclohcxanol en: (a) frans- J -c10r0-4-metilciclohexano (b) cis- l -clor0-4-metilciclohcxano

Yoduro

P/ Iz p/ lr

Hl'

" e l

clorosullito de alquilo

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464 Capítu lo 11 : Reacciones de los alcoholes

SllGERENC'TA PARA RESOLVER PROBLEMAS

El cloruro de tionilo reacciona (on los alcoholes por varios mec:anismos Que dependen del sustrato, del disolvente y de la temperatura. Se ha de tener prf!<aud6n al Pf"edecir la estructura y estereoqufmka de un producto a menos que se conozca e l mecanismo.

11 .10 Reacciones de deshidratación de alcoholes

PROBLEMA 1' .20 En la siguiente reacción se observan dos productos:

SOCI, •

(o) Sugiera un mecanismo para cKplicar cómo se fonnan ~1OS dos productos. (b) El mecanismo pam el apartado (a) deberla ser diferente al mecanismo habilual de la reac

ción del SOCl2 con los alcoholes. Explique por qué esta reacción tiene un mecanismo diferente.

PROBLEMA 11.21

Represente las eSlruclums de los prcxluctos que se obtendrán cuando cada uno de los siguientes alcoholcs reaccione con: ( 1) Hel, ZnCI2; (2) HBr: (3) PBr3: (4) P/lú (5) SOCI2. (a) I-butanol (h) 2-butanol (e, 2-metil-2-butanol (d) 2,2-dimctil-l-butanol (e) cis-3-mctilcidopcntanol

11.10A Formación de alquenos

En la Sección 7. \O se estudió el mecanismo de deshidratación de alcoholes para dar alquenos junto con otras síntesis de alquenos. La deshidratación req\liere un catalizador ácido para protonar el grupo hidroxilo del alcohol y convertirlo en un buen grupo saliente. La pértlida de agua, seguida de la pérdida de un protón, da lugar al a lqueno. Se establece un equilibrio entre los reactivos y los productos.

MECANISMO (Repaso) Deshldrataclon de un alcohol catallzada por áCido

,6~ H I I H+

-C-C- <==' I I

prtJ(onaci6n

H I H H,~ H :O+-H

l e¡ h +/ "- / -C-C- o=> -C-C o=> C-C + H:p-~

I I I "- / "-pérdida de agua desprotonaciÓfl

Pam desplaY..ar este equilibrio hacia la derecha, se e limina Ull0 o los dos productos según se ronnan, bien destilando los productos de la mezcla de reacción o añadiendo un agente desh idmtante para quitar el agua. En la práctica, a menudo se utiliza una combinación de la destilación y la deshidmraciÓn. El ak:ohol se me7 .. c1a con un ácido deshidratante y la mezcla se calienta a ebullición. El alqueno hierve a temperatura más baja que el alcohol (porque el alcohol tiene enlaces de hidrógeno), por lo que el alqueno puede separarse de la mezcla de reacción por destilación. Por ejemplo:

H

a~H H

ciclohexanol, pe = 16 tOC

ex: +

cidohexeno. pe = 83QC (80%) (dest ilado tic la mezclll)

H,O

•

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11 . 10 Reacciones de deshidmloci6n de alcoholes 465

1

paso limilanle de la \'elocidad de reacci6n: formadÓII de carbocatión

'. " I I

- e- e -I + H

t I I - e-e

I I

H,O

I I H OH

H2S04

-e- e I I H 0 112 +

HS04-

coordenada de reacción -

Las deshidrataciones de los alcoholes generalmente se producen por mecanismo E l . La protonación del grupo hidroxilo lo conv ierte en un buen grupo saliente. El agua se e li mina, formando un carbocatiÓn. La pérdida de un protón da lugar al alqueno.

a: H

H,ii,/ La Figura 11 .2 muestra el diagrama de energía de reacción para la deshidratación E l

de un alcohol. El primer paso es una protonación ligeramente exotérm ica, seguida de una ionización endolérmica. paso limitante de la velocidad de reacción. Una desprotonaci6n rápida, fuertemente exotérmica, da lugar al alqueno. Como el paso limitante de la velocidad es la formación de lUl carbocatión, la facilidad de deshidratación sigue e l mismo orden que la raciJidad de formación de carbocationes: 30 > 20 > 10. Como en las olras reacciones de carbocationes, los reordenamientos son frecuentes.

Con los alcoholes primarios, e l reordenamiemo y la isomeri7.ae i6n de los productos son lan fTecuentes que la deshidratación eatalizada por ácidos no suele ser un buen método para convertirlos en alquenos. El mecanismo siguiente mueSLra cómo el ¡-butanol se deshidrata con reordenamiemo y se obliene una m C7..c la de I-wleno y 2-buteno. El produela más sustitu ido. 2-buteno, es el producto mayorilario, de acuerdo con la regla de Saytzcff (Sección 6. 19).

Ionización del alcohol pr%llado, COIl reordenamiemo

HHHH H IHl HH I I I I I)+-J I I

H-C-C-C-C-H - H- C-C-C-C-H

H-6, ~ ~ ~ H- (& + ~ k k '-H' k

sal idadt.i ~o cmigraciOO de H::

H H ~+ I I H-C- C-C-C- H

I I I I H H H 11

earbocatión se<:undario

.. Fig ura 11.2 Diagmma de la energra de reacció n para la de.<ihidratación de un <llcohol.

ex: + H,o+

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466 Capitulo 11 : Reacciones de los alcoholes

Pérdida de cunlqll;el"G de los dos protones para dar/ugar a dos productos

H H H I • I I

H-C- C-C-C- H I I I I H" H GJH \... 8' -.J

carboc:uión secundario

H H H I I I

H-C-C-C- C-H + I I I Hh H H

I pénl''''' do H; I 2-ooleno (mil)'oritario, 70%)

alquenO disustiluido

H H H I I I

H-C~C-C-C-H

I r-;I;¡ I H ~H

pérdida de Hft 2-buteno (minorilario, 30%)

alqucno monosu.~l i I Uido

A continuación se resumen los criterios de utilidad de la deshidratación como mé todo de sfnlesis y se dan pautas para predecir los productos:

1. La deshidratación generalmente se produce por un mecanismo El. Pueden producirse reordenamienlOS p.ara dar lugar a carbocationes más estables.

Sllr.F.R F.Nf'l A

2. La deshidratac ión funciona muy bie n con alcoholes te rc iarios y también con a lcoholes secundarios . Con los alcoholes primarios son frecuentes los reordenamientas y los rendimientos suelen ser bajos.

PARA RESOLVER PROBLEMAS

Muchas deshidrataciones de alcoholes se producen por mecanismos El que incluyen la protonación del grupo OH seguida de la pérdida de agua.

3. Si se pueden fomla r dos o más alquenos por la desprotonación de un carbocatión. ge-nemlmente predom inará el alqueno más sustituido (regla de Saytzeff). .

El Problema resue lto 1 1.3 muestra cómo se utilizan estas reglas para predecir los productos de las deshidratac iones. Se representan los earbocaliones para indicar cómo se producen los reordenamiemos y cómo se puede obtener más de un producto.

PROBLEMA RESUELTO 11.3

Prediga los prodm;:tos de la deshidratación (;a tal izada por ácidos de los s iguientes alcoholes: (a) I-metilciclohexanol (b) alcohol ncopemílico

SOLUCiÓN (a) El I-metikiclohexanol reacciona para formar un carbocatión terciario. La abstracción de un protón se puede producir en cual

quiera dc los tres átomos de carbono. Los dos átomos secundarios son equivalentes y la abstracción de un protón de uno de estos carbonos da lugllr a l doble enlace lTiSU!lt ituido del producto mayoritario. La abstracción de un protón del grupo meti lo da lugar a l doble enlace disustiluido dd pmdllcto minori tario.

-..,0 , t -melilc ic tohexanol proIonado calión

(XCH, a CH, 1+ +

H H

prutudo mayoritario (Iruusliluido)

H pruduClO minori tario

(disusliluido)

(b) El alcohol neopcntnico no se puede iOll i7.ar para formar UII catión primario. El roonJenamicnto se proc.!ucc cuando el grupo saliente se el imina. dejando un carbocatiÓII terciario. La pérdida de un protón del carbono secundario adyal;ente da lugar a l doble enlace trisusLituido del pnxIucto mayori tario. La pérdida de un protón del grupo metilo da lugar al doble enlace monosustituido del producto minoritario.

CH, ,---.. I .. W

CH-C- CHOH -J I 2 ••

a ', akohoI ~fllnil'o

(2,2-dimcti t-l ·propulcl)

CH, 1....... •

CH)-T-CH2~2

eH, """"""",,o

ellO ioni.ullCÍhl

CI-I • l '

CJi)-?-CJ--\..¡

CI-I)

cal ión lerciario

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11.10 Reacciones de des.hidratación de alcoholes 467

I-I]C, / CH] H, /CH2CH} C= C / , + C = C / ,

HJC ti H e H]

I pérdida de ti; I prodU<.10 mayori tario

{trisustituidoJ

pérdida de Hb producto minoritario

(dislIs¡i¡uido)

PROBLEMA 11.22 Pn.'<liga los productos q ue se obtienen por la deshidratación, C<itali7$la por ácido. de los siguientes ak-oholes. Cuando se produ7.ca más de un prod ucto, diga cuál esel mayoritario y cuál el minoritario. (a) 2·metil·2·rutanol (b ) ¡· pentanol (e) 2· pclllanol (d) ¡ . isopropilciclo hcxanol (e) 2·metilciclohexanol

PROBLEMA 11.23 Algunos alcoholes experimenlan rcordcnamientos lt otras I"eat"t: ioncs colaterales 110 deseadas cuan· do se deshidratan en medio ácido. La<> alcoholes se pueden deshidratar ell cond iciones Iigerall"lente bcísicas, ut iliUlOOo oxicloruro de fósforo(POCI) en piridina El akohol reacciona con oxicloruro de fósforo de fonna parecida a como reacciona con el cloruro de losilo (Secdón 11,5), desplazando un ión cloruro del fósforo paro obtener diclorofosfalo de alquilo. El grupo diclorofosfatoes un buen gru. po s<lIienlc. La piridina reacciona como una base con el éster diclorofosfato paro dar una eliminación E2. Proponga un mc:c-.mismo para la deshidrnlación del cidohexanol por I'OCI) en p iridina.

o 11 p

cr .. ' I ....... CI el

oxicloruro de fósfom

o piridinll

11,108 Deshidratación biomolecular para formar ét eres (proceso industrial)

En a lgwlos casos. un alcohol prima rio protonado puede ser atacado por otra molécula del alcohol y experimenta r un desplazamie nto SN2. La reacción g lobal es una deshidratación bimolecular para fonna r un é te r; por ejemplo, el ataque del etanol a una molécula proto~

nada de etanol da lugar a éte r dietílico.

CH] I-f .. " / o:--c- o+ I H1 v, H H H

STT(;F:RENrJ A PARA RESOLVER PROBLEMAS

Rep4'"escnte el t arboc::at ión, mire posib les reordenamie ntos y ronsidere todas las formas posibles en las que e l carbocat ión o rig inal y cualquie r ca rbocatión reorde nado puedan perder protones para dar lugar a a lquenos. la regla de Saytzeff ge nera lmente pred ke e l producto mayoritario.

lIuclcoffiico e1cclroffiico éter pr<J(OI1ado .,~ ~ Ie r di,,:tnico

La deshidratac ión bimolecula r se puede utilizar pa ra s intetizar é teres d ia lquOicos simétricos a partir de alcoholes primarios no impedidos. E. .. te método se utiliza JXlffi la síntesis industrial de l dictil éter (CH3CH2-0- CH2CH3) y del dimetil élcr (CH3- O - CH). En condiciones de deshidratación ácidas, compilen dos reacciones: la eliminación (para ob-tener un alqueno) y la sustirución (para obtener un éter).

Sltsrüudf>n para ohtener /In éter, /lila dt'.\·/¡idrmació" himolet"lIlar

2CH,CH,ÚH etanol

CH3CH2-0- CH2CH3 + H20

die li l élt'\"

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Eliminación para ubtener el alqu('flO. una deshidrafación III1;molecu/(I/"

PROBLEMA '1.24

CH2= aI2 + H20

elilcno

Compare los mecanismos de las dos deshidrnlaciones anteriores del etanol.

¿Cómo se puede controlar esta competerx:ia entre las dos deshidrataciones'! La síntesis de éter (sustitución) muestra dos moléculas de alcohol que dan lugar. como pnxlucto, a dos molécula<;: una de dietil éter y una de agua. La eliminación mueslm una molécula de alcohol que da lugar a dos moléculas: una de etileno y una de agua. En la eli minación se produce un incremento en e l número de moléculas y por tanto un aumento del desorden (entropía) del sislema. En la eliminación. la variación de entropía (L\S) es más positiva que en la sustitución yel rénninQ TM en la energía libre de Gibbs se hace más favorable para laeliminaci6n a medida que aumenta la tcmperalUra. La sustituci6n (para formar un éter) está favorec ida para una temperdlUnI de 14QOC o inferior, mientras que la eliminación está favorecida para una temperatura de unos 180Ce o superior. El dietil éter se produce industriahnente calentando etanol con Wl catalizador ácido a una temperatum aproximada de 14O"C.

PROBLEMA 11 .25

Explique por qu{: la deshidmtaci6n t'atal i7..ada por ácidos no es un buen método pal.l la srnlesis de un éter asimétrico como el eti l melil éter, CH)CH2-O- CH) .

PROBLEMA 11.26

Proponga un mecanismo detallado para la siguiente reacción:

ESTRATEGIAS PARA RESOLVER PROBLEMAS Propuesta de mecanismos de reacción

A la vista del gran número de rel.lt'tioncs y mecanismos que se han estudiado, en principio podría parecer imposible proponer mecanismos pant nuevas reacciones que no se hayan visto con anterioridad. sin embargo. a medida que se adquiere experiencia en la resolución de problemas de me<:anismos. se t'Omienza a ver s imilitudes entre muchas reacciones. A continuación se in· tentará explicar cómo un químico orgánico se aproxima sistemáticamente 11 un problema de mecanismos (una versión más completa de este método apan..'CC en e l Apéndice 4A). A pesar de que estas aproximaciones no pueden resolver todos Jos problemas de mecanismos. proporcionarán un punto de partida pum que se pueda adquirir experiencia y CQnfian7..a.

Determinación del tipo de mecanismo Dctennine primero cuáles son las condiciones de reacción y qué eatal i7.adores están implicados en la misma En geneml. en las reacciones pueden participar. (a) e1ectrófilos fuertes (incluyendo las reacciones catali7.adas por ácidos), (b) nuclc6filos fuertes (incluyendo las reacciones ca· lal izadas]XlI' bases) o (e) radicalcs libres. EsIOS tres tipos de mecanismos son bastante dimintos y primero se intentará dctcnninar en qué lipo está incluida la reacción. (a) En presencia de un ácidofueneo de un reactivo que se pueda disociar para dar lugar a un elec

trómo fuene, en e l mecanismo probablememc están implicados cledrúlilos fuertes como in· tcnnedios. Las reacciones calali7.adas por ácidos y las reacciones cll las que están implicados carbocationcs (como SNI . E l '1 la mayaña de las deshidrataciones dc los alcoholes) se en· cuentran dentro de esta categoría.

(b)En presencia de una base fucrtc o de un nucleófilo fuerte. en e l m<x:anismo probablememe están iocluidos nuclcóJilos fuertes como intemlCdios. Las reacciones calali7..adas por bases y las que dependen de la fuerza de la base (como SN2 y E2) generalmente se encuentran dentro de esta categorfa.

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11. 10 Reacciones de dcshidrttlaci6n de a lcoho les 469

(e) Las reacciones mdicalarias generalmente requieren un iniciador radicalario como el cloro, bromo. NES O un peró~ ido. En la mayoría de las reacciones mdicalarias, no se necesita un ácido o mise fuerte.

Una vez qUe se ha detenninado e l tipo de mecanismo, hay métodos generales de apro~ima·

ci6n al problema. En este punto. principalmente se considerarán las reacciones electrofílica.'! que se han estudiado en los capítulos ameriores. Las sugerencias pam representar los mecanismos de las reacciones en las que están implicados nucle6fil os fuertes y de las reacciones radicalarias se recogen en el Apéndice 4A.

Reacciones con electrófilos fuertes

Cuando un ácido fuerte o un e lectrófilo esté presente, se Iulbrán de esperar intennedios que sean ácj· dos fuertes yelectrófilos fuertes, así, son frecuentes los inlennedios catiÓllicos; s in embargo, las bases y los nucleófi los de esta'! reacciones gener.llmcnte son débiles. Se ha de evita r representarcarbaniones. iones alcó~ido y otras bases fuertes. yd que es dilTcil que coe~iSlan con ácida; fuertes y e1cctrófilos fuer· tes.

Los grupos func ionales con frecuencia se convierten en carbocaLiones u otros electrófiJos fuer· tes por protonación o reacción COII un electrófilo fuerte. A continuación. el carhocalión u o tro e1eCtl'Ófi lo fuerte reacciona con Wl nucleófi lo débi l como puede ser un alqueno o el diw lvente.

1. Considere los esqucletos de carbono de los reactivos y de los productos, y det:ida qué átomos de carbono de los productos deri"an de átomos de carlMtno de los react.i\'fllS.

2. Considere s i a lguno de los reacti\'os l'S un electrófito suficientemente fuerte pam re~u:cionar s in ser llcliv1Ido. Si no es así. piense en cómo se poc1ri1l convert ir uno de los rem .. 1ivos en un ek'Ctrófilo fuerte por prolonación de un1l base de uwis (o complej1lción con un ácido de Lewis). Por ejemplo. la protonación de un alcohol lo convierte en un e lectrófilo fuerte. que puede experimentar ataque o pértlida de agua pare dar lugar a un carix>C1ltión, un e lectrúfiJo incluso más fuerte. La protonación de un alqueno lo convierte en un carbocatión.

3. Conside.-e cómo un centro nucleófilo en otro reaclh'O (o en el caso de una d clación, en otra parte de la misma molécula) puede 1IÍ1tcar al ek!drófilo fuerte para forma r un enlace que se nt.'Ct.'Si

la en e l producto. Represente el produclo resultante de la fOl"maciÓII de este l'fIlace. Si el inteonedio es un carbocatión, piense s i se puedc reordenar para fonnar un enl!lce en el pro. ducto. S i no hay ninguna posibil.idad de un ataque nucleofílico que conduzca a l producto, piense en otm.s foonas de transfonnar uno de los reactivos en un e\ectrófilo fuerte .

4. Piense en dlmo se podria convertir el producto de un a taque nucleofílit.:o en el producto final (si tiene el esqueleto de carbono lll>ropiado) o re1ldh-ar1o para forJlUlr litro enlace que se necesite en el producto. Pard tras ladar un protón de WI átomo a Olro (como en una isomerizaci6n), intente añadir un prol:ón a la nue .... d posic ión y, a continuación, quítelo de la posición antjgua.

S. Dibuje toda~ hls etapas del mCC1lnismo usando fll"Chas curvadas par''' mOl.trar d movimiento de los elet:trones. Tenga cuidado y muestre un solo paSo cada vez.

Errores frecuentes que hay que evitar en la representación de mecanismos

l . No utilice f6nl1ula~ condensacms o lincoangularcs pard las rt.'<lCc iones. Represente lodos los enlaces y todos los suslilUyclltes de cada á tomo de carbono que estén implicados en el mecanismo. En l a~

reaccione.~ en las que haya electrófilos fuertes y condiciones ácidas. los álomos de carbono eon tres enlaces probablemente serán carbocal iones. Si se representan fórmu las condensadas o lineoanl,'U· lares, probablemente se colocará mal algún átomo de hidrógeno y Ia~ especies reaclivas se dispon· drán en átomos de carbono equivocados.

2. No escriba más de Wl paso cada vez. No muestre el cambio de posición de dos o tres enlaces en un solo pa~o a menos que los camhios sean concertados (que se produzcan s imultáneamente). Por ejemplo, la protonación de un alcohol y la pértlida de agua para dar lugar a un carrocatión SOIl dos pasos. No se debe mostrar el grupo hldrox.i lo «saltando» ruera del alcohol hacia un pTOlón.

3. Recuerde que la~ flechas curvadas que muestran e l morimienlO de los electrone.~ siempre van delnu· cleófilo (donante de electrones) al clectr6fi lo (aceptor de e lectrones). Por ejemplo. la protonaciÓll de un doble enlace debe mosuar la flecha yendo desde los e1c<.1rones del doble enlace al protón. nunca desde el protón al doble enlace. Evite la utili1lK:i6n de una flecha para indicar dónde se dirige el protón (u otro react ivo).

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470 Capítulo 11 : Reacciones de los alcoho les

PROBLEMA EJEMPLO P.,na ilustrar este método por pasos coo el fin de proponl... ... un mecanismo para las reacciones en las que participan clcctrófi los fuertcf¡, se ITlO!llrará un mecanismo para llevar a cabo la siguiente delación:

OH

El prodUC10 cielado es un producto minoritario en esta reacción. Se ha de saber que un problema de Illtcanismos es diferente de un problema dt: síntesis. En un problema de mecanismos. se está limitado a los reacti\'os dados y se pregunta cómo explicar la con\'ersión de W10S reactivos en productos en unas detcmlinadas condiciones: además. un problema de mecanismos puooe consistir en cómo se fonnan productos minori tarios inesperados o poco frecuentes.

En presencia de ácido sulfúrico, está claro que es un proceso catalizado por ácidos. Se espt!ran d ectrófil os fuertes. intermedios cati6n icos (posiblemente carbocationes) y ácidos fuertes. Los carbaniones. iones alcóxido,)' o tras bases fuertes}' nucleófilos fuertes son improbables.

l. Considere los C:S(IUc!cltlll de cal'bono de los reucth'os y de los prodUCIO!l y decida (Iué átomos de carbono de 10Ii pl'Odudos derivan de álomos de carbono de los readÍ\'QS. Representando la sustancia inicial yel producto con todos los sustituyen tes de los átomos de c<lrbono afectados, se ven los cambios más importantes que se producen. Se puede perder 'un hidrógeno " inflico, se put!de formar un enlace = C- C. un grupo metilo se puede trasladar a otro 6tomo de carbono )' se puede perder un grupo hidroxilo.

2. Considere si alguno de los re11l ... 1inlS e<; un eledrúfilo sulicientemenle fuerte para r1!3Cdonar sin.ser activado; si no, piense en cómo se podría cOII\'Crtil' UlHl de los rt'.:ldh·os en un d edrófil o fuerte poI' protonadón d e un centro reaclim de la molécula Que sea una base de Lewis (o coJnlllejadún (:on un ácido de Lewis). La sustancia inicial no es un electrúrtlo fuerte, por lo que tiene que ser activada. El ácido sulfúrico podria generar un dcctrofilo fuerte bien por pro!ooación del doble enlace o prOlooando al grupo hidroxilo. La protonación del doble enlace deberia formar el carbocalióo terciario, aCli"Ímdo d extremo iTlCOl'l'eCto del doble enlace. Además. no hay un tuen centro nuc1eofllico en la cadena lateral P.11'3 aLaCar a este carbocat ión y fOfTTl3f el anillo rorrccto. La protonad6n del doble enlace no es un buen método.

noconducc al prodUCIO

La ot ro!. parte básica (00 Lewis) es el grupo hidroxi lo. En un alcohol. se puede protOllar el grupo hidroxi lo y perder agua para dar lugar a un carnocati6n.

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11.10 Reacciones de dcshidmtación de alcoholes 471

3. Considert! cómo un centro nucleómo en otro readh'o (o en el caso de una delación en otra parte de la misma molécula) pUL >de atat:ar al eledrófilo fuerte para formar un en· lace que se necesita en el producto. Represente el producto resultante de la formación de este enlacc. El carbocatión puede ser atacado por los electrones del doble enlace para fonnar un aniDo. pero la carga positiva está situada en un átomo de carbono incorrecto para que se fonne un anillo de seis miembros. Un reordcnam iento favomble del carbocatión secundario a carbocatión terciario traslada la carga positiva al átomo de carbono correcto. por lo que hay una transposición del grupo metilo como se supuso en el paso l . El ataque de los electrones Ilucleoffiicos (débiles) del doble enlace da lugar al anillo de seis miembros observado.

4. IJiense en cómo se pudría convertir el producto de un ataque nudeofíliL'O en el produe. to final (si tiene el esque5eto de carbono apropiado) o reactivarlo para formar otro enlaL'C que se necesite en el producto. La pérdida de un protón (hada el HSO; o H20, pero no hacia el -OH. porque no es compatible) da lugar al producto observado.

S. RL'Presentc todos los pasos del mecanismo utilizando flechas curvadmo par.a indicar el movimiento de los dectrones. Combinando las ecuaciones anteriores escriba el mecanismo correcto para esta reacción.

El problema siguiente requiere proponer mecanismos para la .. reacciones incluyendo electrófilos fuertes . Resuelva cada uno de los aparlados complelando los cinco pasos descritos con anterioridad.

PROBLEMA 11.27

Proponga un mecanismo pam cada una de las siguientes reacciones:

(a) o--0H II~04,Cal0\ O (b)

~CHpH (e) '-------J.

(d)

"'(jC 0.1) eH, OH w ~

calor

(yO + V CH30H

0 + +(J

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11.11 Reacciones característícas de los dioles

11.11A Reordenamient o pinacolín ico

Conociendo las reacciones de loo alcoholes. se pueden explicar resultados que parecen extraños a simple vista. La siguiente reacción es un ejemplo del reordenamienlo pinacolínico.

H3C CH3 1 1

H,C-C-C-CH3 . 1 1 Ha OH

pinaccH (2,3-dimt.1.il-2,3-butanodiol)

CH, 1

H3C-C-C-CH3 + H20 11 1 U eH3

pinacolooa (3,3-dimetil-2-bulaoona)

El reordenamicnto pinacoUnico formalmente es una deshidr.ttación. La rcacdón está catalizada pOr ácidos yel primer paso es la protonación de uno de los oxígenos del grupo hidroxilo. La pérdida de agua da lugar a un carbocatión terciario, como se espera de cualquier alcohol terciario.

La emigración de un gru¡x> metilo hace que la carga ¡xmiliva se encuentre en e l átomo dc carbono al que va enlazado el otro gru¡x> -OH, donde los electrones no enlazantes del oxfgeno ayudan a eslabili7.ar la carga mediante resonancia. Esta estabilidad adicional es la que hace que se produzca el reordenamicnto. La desprolonaciÓll del catión eslabili-7..arlO (XIr resonancia es lo que da lugar al producto, la pinacolona.

MECANISMO Reordenamlento plnacollnlco

Paso J.- prolonación de un grupo hidroxilo. Paso 2.- la pérdida de agua da lugar al carbocati6n.

H'T TH, H C-C-C-C1~ , 1 D '

HO: +UH •• •• 2

H)C CH 1 / 3

H C-C-C+ + H,O , 1 "-

HU: CH)

Paso 3.- la migración del grupo metilo forma lill carbocati6n estabilizado por resonancia.

H C ' 1, /C1~,

H C-C-C' , 1 "-H-U: CH}

- a t} (migración del mecHo)

• [

CH, + 1

H C-C;:-C-CH } I I ) H-g: CH}

CH, ] HC-C- t-CH

, 11 1 3

H- O· CH .. , t-arbocllllÓll el>tabih,.adn!XlI" rewl1¡¡ocia

Paso 4.- la desprotonación da lugar al producto.

CI-J} , 1

HC-C-C-C1~ , 1 1 '

)0: CH)

H

CH, 1

H C-C-C-Cl-I , 11 1 '

_. 90: CH} H20:- H

CI--j3 1

HC-C- C-CH , 11 1 '

.. Q. CH)

pinacolona carbocati6n estabili7.l.1do por resonancia

Los reordenamientos pinacolínicos son frecuen tes en reacciones de dia les calal.i¡r.adas por ácidos. Uno de los grupos hidroxilo se protona y se libera agufI, formando un carbocatión. El rcordenamienlo da lugar a un catión estabilizado por resonancia, de fonna que el otro grupo hidroxilo ayudól a estabili7..ar la carga positiva. En el Problema 11 .28 se induyen ejemplos adicionales de rcordenamientos pinllcolínicos.

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•

•

I

11 .11 Reacciones cam.cterísticas de los dic les 473

PROBLEMA 11 .28

Proponga un 111t.:canismo pam cada una de las s iguielll~ reacciones:

(u) n HJC--1-+CHJ

HO OH

PROBLEMA 11.29

~~+>+ H2S0~ ~ aO

Ph

Ph

En la siguit:rllc reacción hay Wla suslancia inicial coo un doble enlace y un gmpo hidroxilo. su mecanismo es parecido al de un reordenamienlo pinacolínico. Proponga un mocanismo y señale la parte del mecanismo que ~e parezca a un reordenamienlo pinacolfnico.

11.118 Ruptura de glicoles con ácido peryódico

'C= C"""" 0s°4 I I HI04 "-C~O O= C""'" r::tr ~ -C-c- ~ + ./ "- HP 2 I I

./ "-

OH OH alqueoo glicol cetOllas y aldehídos

Los I ,2-dioles (glicoles), como los que se Connan por hidrox ilación de alquenos, se rompen con ácido pcryódico (HI0 4). Los productos son cctonas y aldehídos, igual que los que se faonarían por ozon6lisis.rcducci6n de un alqucno. La dihidroxilación seguida de la ruptura con ácido peryódico es una buen.'t alternativa a lao7..onólisis. asr, la ruptura con peryodalo es úlil pam detcnninar la estructura de los azúcares (Capítulo 23),

En la ruptura con ác ido pcryódico de un glicol probablemente csté implicado un pcr

yodalo cíclico inlennedio como el que se m ueslra a continuación.

HQ OI, OH OH

alqueno cis·glicol

pel)'odal0 cíclico illlermcdio

PROBLEMA 11.30

Prediga los pnxluCIOS que se fonnan en la ruptura con ácido peryódico de Jos siguientes diales:

CH~OH

(a) CH3C H(O H)C H(OH)CH3 (b) 00~

SlJ(;FRFNC'J A PARA RESOLVER PROBLEMAS En ana logia con el reordenamiento pinacollnico, busque los reordenamientos de carbocationes que hagan que la carga positiva se localice en un átomo de carbono carbinol.

~+ HIOJ

}-=OO-{ H CH, cdo-llldehldo

SU(;FRF.NC'J A PARA RESOLVER PROBLEMAS El ácido peryódico rompe el 1,2-<1iol para dar lugar a los mismos productos que se obtendrfan por ozon6lisisreducción (O) seguido de Me2S) de-! alqueno.

..

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474 Capftulo 11: Reacciones de los alcoholes

11.12 Esterificación de alcoholes

chJH (d) H OH

H

A pesar de utilizarse con frecuencia éSferes de deidos illOrgdnieos. pam un químico orgánico la palabra éster generalmente se refiere a un éster de un ácido carooxílico. el cual se obtiene sustituyendo el grupo -OH de un ácido carOOxíLico por el grupo -OR de un alcohol. La siguiente reacción. conocida como esferilicación de Fischer, mueslm la relación que hay entre el alcohol y el ácido de la izquierda con el éster y el agua de la derecha.

o r:ir R- O-EJ + '1 H---O' t !-R'

H+

= o

11 R-O-C-R' + H- O- H

alcohol ácido éster

Por ejemplo, si se mezcla alcohol isopropílico con ácido acético y se añaden unas gotas de ácido sulfúrico como catali7..ador, se produce el siguiente equilibrio:

o 1 H-ot~-nl, "",O,

i I

CH, H-?-O-EJ +

'iH, ~ H- C-O- C-CH

I ' + H- O- H

CH, CH, alcohol isopropnico ácido acélico acetato de isopropilo agua

los grupos akohol de los medicamentos de sabor desagradable ron frecuencia se transforman en ésteres para enmascarar el sabor. En la mayoría de los casos. el éster tiene mejor sabor.

Como la esterificación de Fischer es un equilibrio (generalmente con una constante de equilibrio desfavorable), a veces se requieren otras técnicas para conseguir mejores rend imientos en la obtención de ésteres. Por ejemplo, se puede utilizar un gran exceso de alcohol o de ácido. Si se añ:.\de un agente dcshidmtante, se elimina el agua fotmada en la reacción (uno de los productos), desplazando la reacción hacia la derecha; sin embargo. hay una fotma mejor de obtener un éster, sin tener que trabajar con un equilibrio desfavorable. Un alcohol reacciona con un cloruro de ácido en una reacción exoténnica pam dar lugar a un éster.

o o

r::¡j=' R-O-EJ + 0~-R' 11 J.:::l R- O-C-R' + ~

cloruro de ácido

Los mecanismos de estas reacciones se explican en el Capítulo 21.

PROBLEMA 11.31

Represente el alcohol y el cloruro de ácido Que utilizarla pam obtener los siguientes ésteres:

O I

(a) CH}C~Cl\C- OCH1CH2CH) butirato de n-propilo

O

«) H,C--< }-O-!-CH(CH,¡, iSOOUl iralO de p-tOIilo

O I

(b) CH3(CH,,)3-0-C-CH2CH) propionato de n-butiJo

O

(d) C>-O-~--< > benroato de ciclll'fOJ1ilo

•

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11.13 Ésteres de ácidos inorgánicos 475

Además de formar ésteres con los ácidos carooxílicos, los alcoholes forman ésteres con ácidos inorgánicos, como e l ácido nítrico, el ácido sulfúrico o el ácido fosfórico. En cada tiJXl de éster, el gruJXl alcóxido ( - OR) del alcohol reemplaza a un gruJXl hidroxilo del ácido, con pérdida de agua. Ya se han estudiado con anlerioridad los (osilatos, derivados del ácido para-toJuensulfónico y de los alcoholes (pero obtenidos a partir de cloruro de tosilo. Sección 11.5). Los tosilalos de alquilo son análogos a los sulfatos de alquilo. ésteres que se forman a partir de ácido sulfúrico y los alcoholes (Sección 11 . 13A).

o o

R-0-B + ~~-o-CH 11 - '

<=' R-O-~-o-CH 11 - '

o o

11.13 Ésteres de ácidos inorgánicos

+ I Hp ]

;dcohol ácido para-tolucnsulfónico para-toluensulfooalO de alquilo (fsOH) (ROTs)

Formación a partir de cloruro de tmilo

O O

R-0-B + ~~-o-CH 11 _ 3 piridina R-O-~--O-CH 11 _ 3

+ ~ O O

;lkohol cloruro de para-toluensulfonilo lasilato de alquilo (TsCI) (ROTs)

11.13A Ésteres de ácido sulfúrico

Un sulfato de alquilo (o de arilo) es como un éster en el que no hay un gruJXl alquilo enlazado directamente a un átomo de azufre. En un sulfato de a lquilo, los gruJXls alcoxi están enlazados al azufre a través de átomos de oxigeno. Utilizando como alcohol e l metano}:

O O 11

O 11 I HO i ~-OH

11 CH - O- S-OH

, 11 CH - O- S- O- CH

, 11 ' O 0 + IH20 ]

áddo sulfúrico sulfato de met ilo

Los iones sulfato son excelentes gruJXls salientes. Igual que los sulfonatos de alquilo, los sulfatos son buenos e lectrófilos. Los nucleóftlos reaccionan con Jos sulfatos de a lquilo para dar lugar a productos a lquilados; por ejemplo, la reacción del sulfato de d imetilo con amoniaco da lugar a sulfato de metilamonio, CH3NHj CH30SO} .

'0' H

H" ~ .. 11 H-N: CH -O-S-O-CH -H / ' C , 11 3

1, H-N-CH

1 3

..o .. H

amoniaco sulfato de dimeti lo ión metilamomo

PROBLEMA 11.32

'0' .. 11

'O-S- O-CH .. " ' .p..

ión sulfato de monometilo

Utilice estruclUnj,S de resonancia para explicar cómo la carga ne~>ativa del anión sulfato de metilo está igualmente compartida por tres átomos de oxígeno.

O + H20 sulfalO de dimelilo

El cuerpo humano convierte los grupos hidroxilo de algunos medkamentos en sutfatos, para generar compuestos solubles en agua, de fonna que puedan ser excretados con rapidez a través de la orina. la reacción no es tan enérgica como podría ser en el laboratorio, debido a que nuestro organismo tiene una disponibilidad limitada en sulfato inorgánico.

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476 Capilulo 11 : Reacciones de los alcoholes

lIus traci6n de Alfrec.l Nobel manipulando e l apamlO utilizado pant obtener nitroglicerina. La temperatura h& de ser comprobada y controlada cuidadosamente dumnte el proceso.

La nitroglicerina también se utiliza pa ra i'l liviar las anginas de pecho, situadón en la que el (O

razón no recibe suficiente oxigeno. la angina de petho se (¡)ractertu por un fuerte dolor en el pecho, ron frewenda producido por el estres o por el ejen:idofisko.

OH 02NhN02

y NO,

ácido plcrico

11.138 ~steres del ácido nítrico Los nitratos de alquilo se fonnan a partir de alcoholes y ácido nítrico.

R- O-EJ + I H-O-H --...... ..p-0

- R- O- N + '-o~

,"""01 ácido nítrico niumo de al<lui lo

El ésler del ácido nitrico más conocido es la ~nitrogl icerina», cuyo nombre sislem"'i lico es trinitrato de glicerilo. El trinitnllo de glicerilo se obtiene a partir de la reacción del glicerol (1,2,3-propanotriol) con tres moléculas de ácido nítrico.

iH,-o-EJ iH- O-EJ C H2- 0 -EJ

¡;Jkerol (glicerina)

+

ácido nltrico

CH - O- NO I ' , CH- O- NO + I '

CH2-O- N02

lrin ilmlo de glicerilo (nitroglicerina)

La nitroglicerina fue obtenida por primera vez en 1847 y se observó que era un explosivo mucho más poderoso que la pólvora negra. la cual es una mezcla de nitrato de potasio. azufre y carbón. En la pólvora negra, e l nitrato de JXltasio es el agente oxidante, y el azufre y el carbón proporcionan el combustible que ha de ser oxidado. La velocidad de la explosión de la pólvora negra está supeditada a la rapidez con que se difunda el oxfgeno que proviene de calentar el nitrato de potasio entre el azufre y el carbón. Una explosión de pólvora negra se debe al rápido incremento de presión que se produce en la reacción. Para ser efectiva, la explosión deberfa estar confinada, como en los cañones o en los petardos.

En la nitroglicerina, los grupos nitro son Jos oxidanles. y los grupos CH y CHz son los que proporcionan el combu stible que es oxidado. Esta asociación combustible-oxidanle pennite que la explosión sea mucho más rápida, fonnando una onda expansiva que se propaga a través del explosivo e inicia la reacción. La onda expansiva explosiva puede destrozar rocas u olras sustancias sin la necesidad de confinamiento. A la nitroglicerina, debido a su poder explosivo sin precedenles. se la conocía como allO explosívo. Se han de· sarrollado otros explosivos JXllemes, incluyendo el ácido pícrico (triniLrofenol), e l TNT (trinitrotolueno), e l PETN (tetranilrato de pcntaerilritol) y el RDX (research department explosive). La nitroglicerina y el PETN son ésteres del ácido nilrico.

CH, 0 2

N* N0

2

NOz TNT pt...N RDX

La fabricación, el transporte y la utilización de la nilroglicerina pura son peligrosos. La familia de Alfred Nobcl era experta en la fabricación y ulilización de la nitroglicerina. su hennaoo y varios trabajadores perecieron por una explosión. En 1866, Nobel descubrió que la nitroglicerina se impregna en t;erra de diatomeas, fonnando una mezcla pastosa que se puede moldear en fonna de barras que no detonan con tanta facilidad. A eslas barras las llamó dinamita y fundó la firma Dinamit Nobel, que todavía es una de las firmas líderes en el mundo de la manufactura de municiones y explosivos. Los premios Nobel se fundaron a partir de las donaciones que se originaron con los beneficios de los negocios de la di namita de Nobel.

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11.14 Reacciones de los alcóxidos 477

11 .13C Ésteres del ácido fosfórico Los fosfatos de alquilo se foman a partir de un mol de ácido fosfórico y uno, dos o tres moles de alcohol; por ejemplo, el metanol fonna tres ésteres diferentes con el ácido fosfórico.

o ~ II ~P-OH

1 OH

ácido fosfórico

O 11

CH - O- P-OH ., I + I H,o I OH

fosfato de monornetiJo

O 11

CH - O- P-OH , I + H20 O- CH)

fosfato de dimetilo

CHp H •

O 11

CH - O- P- ü-CH J I 3

+ HP O- CH., fosfato de trimetilo

Los ésteres del ácido fosfórico tienen un papeL central en bioquímica La Figura 11 .3 muestra ooroo la .. uniones de fosfato forman la columna vcltcbral de los ácidos nud eicos ARN (ácido ribonudeico) y ADN (ácido desoxirribonucleico). En el Capítulo 23 se estudiarán estos ácidos nucleicos, los cuajes son los portadores de la infonnación genética de la célula

En la Sección 10.68 se vio cómo extraer el protón del grupo hidroxilo de un alcohol con un metal como el sodio o el potasio, mediante una reacción de oxidación-reducción. Esta reacción genera alcóxido de sodio o de potasio, e hidrógeno gaseoso.

.. R- O- H + Na

.. R- O- H + K

La reactividad de los alcoholes con el sodio y el potasio decrece en el orden: metilo > 1° > 2° >. 3°. El sodio reacciona rápidamente con los alcoholes primarios y algunos secundarios. El potasio es más reactivo que el sodio, y nonnalmente se utiliza con los alcoholes terciarios y algunos secundarios.

.... Figura 11 .3 Los grupos fosfato son los puentes de unión de los nuclcótidos individuales en el ADN. La base de cada uno de los nucJc6l:idos corresponde a una de las cuatro ba<;cs helerocfclicas del ADN (~'éase Sección 23.20).

Controtando la formación de tos éstet"es del ácido fosfóric:o en las proteínas clave, el cuerpo humano es capaz de regular fflu<hos procesos (elulares. Cualquier interrupción de estos pnxesos puede (onducir a numerosos problemas de salud, (omo aln(et. diabetes u obesidad.

11.14 Reacciones de los alcóxidos

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El sodio Illetálico reacciona vigorosamellle con los alcoholes primarios sencillos como el elanol.

S{l(;F.RF.Nf:TA PARA RESOLVER PROBLEMAS

Cuando utilice la slntesis de éteres de Williamson para obtener R- O- R', el ija e l grupo alqui lo menos impedido para el haluro de alquilo (R'-X) porque ser:i un mejor sustrato SN2. Elija e l grupo alquHo más impedido para formar e l alcóKido (R - O· ) porque es menos sensible a l impedimento estérico en la reacción ..

K- O· • K' - X - R- O- I{'

A1!,'llnos alcoholes reaccionan lentamente tanto con el sodio como con el potasio. En estos casos, una buena allernaliva es el hidruro de sodio, normalmente en solución de tetrahidrofurano. El hidruro de sodio reacciona rápidamente para fonnar el alcóxido, incluso con alcoholes impedidos.

R-O-H + NaH THF alcohol hidruro de sodio ak6xido de sodio hidrógeno

El ión a1cóxido es un nud e6filo fuerte y una base fuerte. A l contrario que el alcohol, e l ión alcóxido reacciona con haluros y tosilatos de alquilo primarios para dar lugar a la formación de éteres. Esta reacción general, conocida como síntesis de éteres de Willia mson. es undesplazamienlo SN2. El haluro de alquilo (o losilato) tiene que ser primario para que el ataque por el lado posterior no esté impedido. Cuando el haluro de alquilo no es primario. generalmente se produce una e li minación.

MECANISMO CLAVE 5mteSlS de WI II.amson de et eres

ion akóxido haluro de alquilo primario éter

Ejemplo

et6xido de sodio yoduro de metilo eti l metil éter

PROBLEMA 11 .33

¿D6rx\e se encuentra el error de la siguiente sfntesis. propuesta para la obtención de etil melil étcr? Primero se trata el etanol con ácido para proconar el grupo hidroxilo y, a continuación, se añade ión met6xido para desplazar al agua.

(sfnlesis inoom:c:ea tlelt:t il tnelil t!1er)

PROBLEMA 11.34

la) Explique cómo se pueden utilizar el e tanol y e l ciclohexanol pam s intetizar ciclohexil e til éter (tosilación seguida por la s intcsis de éteres de Williamson).

(h) ¿Por qué no se puede sinlcti ,,-areSlc producto mezclando los dos alcoholes, añadiendo una pequeña cantidad de ácido sulfúrico y callmtando?

PROBLEMA 11 .35

Un estudiante querfa obtener (R)-2-etoxibuHIIlO util izando la síntesis de é teres de Williamson. Recordó que la síntesis de Williamson implicaba desplazamiento 5,,2, lo que ocurre con inversión de configuración. Pidió una bolella de (S}-2-butanol para util izarlo como sustancia de partida quiraL También recordó que las reacciones S",2 se producen mejor con haluros y tosilatos primarios, por lo que obtuvo tosilato de etilo y (S)-2-butóxido de sodio. Después de calentar estos dos reactivos juntos, obtuvo un buen rendimienlo de 2-etoxibutano. (a) ¿Qué enantJómero del 2-etoxibutano obtuvo? Explique cómo se forma este enanti6mero a

parti r de la reacción SN2 dellosi lalo de et ilo con (S}-2-butóxido de sodio. (b) ¿Cuál hubiera sido la mejor slnt t"$ is dd (R)-2-eloxibut:lIlo? (e) ¿Cómo podría oom'enirel estudiante e l resto de su bote lla de (5)-2-OOlanol en (R)-2-elox.i

hutano?

PROBLEMA 11.36

Los amones de los fenoles (iones feooK ido) se pueden util i7 .. ar en la sínlesL" de éteres de WllJiamson, especialmente con suslanci!ls alqujl<lntcs muy rcactiVlL<; COlllOe! sulflllo de dimetilo. Utilizando fenol, sulfato de dimeliJo y aros react ivos que seml necesarios. expl ique cómo sintetizuñ!l fenil meti] éter.

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ESTRATEGIAS PARA RESOLVER PROBLEMAS Síntesis en vari.as etapas

11 .14 Reacciones de los alc6xidos 479

Los químicos utilizan las sfntesis orgánicas para la obtención de mayores cantidades de productos naturales y de nuevos compueStos con actividad biológica y propiedades mejoradas. La síntesis también sirve como uno de los mejores métodos para adquirir un conocimiento profundo en química orgánica. Planear una síntesis práctica en varias etllpas requiere un buen conocimiento de las aplicaciones y de las li mitaciones de ulla gran Vdriedad de reacciones orgánicas. Se hacen problemas de síntesis para revisar y afianzar el conocimiento de la .. reacciones que se han estudiado.

Se utiliza una aproximación sistemática para resolver problema" de síntesis en varias etapas, trdbajando «hacia atrás» en el sentido «retrosintético». Se comien7,1! estudiando la molécula que se quiere obtener y se consideran las reacciones que se podrfan U¡¡¡¡7.ar para su obtención a partir eJe Jos compuestos intennedios má. .. simples. La mayor vane de las síntesis requieren la comparación de dos o más caminos de reilcci6n y de los intennedios implicados. Eventualmente, este análisis rctrosintético debería conducir a sustancias iniciales que sean fácilmente a~uibles comercialmellle y que cumplan los requerimientos definidos en el problenlll.

Este análisis sistemático se extenderá a problemas en los que haya incluidos alcoholes y la reacción de Grignard. Como ejemplos. se considerará la sfnte<> is de un diolm.Jclico y un ciclohexano d isustituido, y se profundií'.ará en los p..1.SOS cruciales que reúnan los esqueletos de carbono y generen los grupos funcionales finales.

PROBLEMA EJEMPLO El primer ejemplo consiste en sintetizar el 3-etil-2,3-pentanodiol a partir de compuestos que no contengan más de tres átomos de cartxmo.

TH1CH,

eH - CH-C-CH - CH ) I 1 1 l

OH OH 3-etil-2,3-pcmaoodiot

1. Rc\'ise los grupos funcionales y el esqueleto de carbono del ('''OfTIpuestu que se quiere obtener. El compuesto es un d ial vecinal (glicol) que contiene siete ¡¡lOmos de carbono. Los glicoles normalmente se obtienen por hidroxilación de los alquenos y este glicol se debería obtener por hidroxilación del 3-etil-2-penteno, que se traosfonna efeaivamente en el compuesto fina l.

r'H2-CH,

CH]-CH=C- CH,;-CJ-I, 3-e1il-2-pa1It.'lO

KMn04 frio, di luido

(u OflOS mélodu¡)

CH-~ I ' _., eH -CH- C-Oi - CH

l I 1 1 J

OH OH 3·C(i 1-2.3-pentanodiol

2. Revise los grupos funcionales y los esqueletos de carbono de las sustancias iniciales (si se espttifil.'3n) y piense en cómo esttw> esqueletos se pueden 1K.'oplar para dar el producto final. La limitación es que. las sustancias iniciales 110 tienen que contener más de tres átomos de carbono. Para formar un producto de siele átomos de carbono se requieren al menos tres fragmentos, probablemente un fragmento de tre" carbonos y dos fragmentos de dos carbonos. Se necesitará un grupo funcional que pueda ser convertido en un alqueno con el doble enlace en el C2 o en el C3 de la cadena, ya que el 3-elil-2-penteno tiene un doble enlace entre C2 y eJ.

3. Compare métodos pant obtener el esqueleto carbonado del compue.10 final. ¿Cuál de ellos propon.-iona un intermedio c1u\'e con el esqueleto de carbono (.'Orret:to y los grupos funciona · les correctamente posidomtdos pant poder obtener la f'unciolll.tlidad I)resente en el l.,lInpuesto final? En eSle pumo, la reacción de Grignard es el mejor método para obtener un esqueleto de carbono, reacción que se ut iliza para obcener alcoholes primarios, secundarios y lerciarios. El alcohol secundario 3-elil-2-penlanolliene su grupo funcional en C2, mient rAS que el alcohol terciario 3-etil-3-pentanollo tiene en C3. Cualquiera de estos alcoholes puede ser sintetizado por una reacción de Grignard apropiada. pero e l 3-eliJ-2-pemallOl se puede deshidratar dando lugar fI una mel'.cla de productos. Debido a su simetña, el 3-etil-3-pentanol se deshidrala para obtener sólo el lllqueno deseado, .3-etil.2-penteno; también se deshidrata con más facilidad porque es un alcohol terciario.

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480 Capitulo I 1: Reacciones de los alcoholes

CH2-CH} I

CH - CH- CH-CH -CH 3 I 2 3

CH3-CH=t-CH2-CH3 + CH2=CH-¿H-CH2-CH

3 ¡ CH2 -CH) CI-~ -CH)

OH (m?yori lano) (núnorilano)

3-etil-2-pcnICllO 3-elil- l -pemcno 3-elil -2-penlallol

Síntesis preferida:

CH2-CH3 I

CH,-CH, I . CH -CH -C- CH - CH

3 2 I 2 3 CH}- CH=C-CH2-CH)

(único prudUCIO) 3-etil-2-pt..'I1teno OH

3-elil-3-pentallol

4_ Trabajando hacia atrás (retrosintesis) con tantos pasos como sean predsos, compare métodos ~rd sinfeü:t.ar los reactivos necesarios para conseguir el intermedio da\~_ Este proceso requiere escribir varias secuencias de reacdones posibles y evaluarllls, memorizando hts sustancills de partida especifiatdas. El intermedio clave, 3-elil-3-pentanol, es simplemente metanol sustituido ¡:M)r tres grupos elilo. El último paso en su síntesis serJ añadir un grupo etilo. La adición de bromuro de etil magnesio a la 3-pentanona da lugar 11 3-etil-3-pentanol.

CH - CI-! - C- CH - CH 3 ' ""1. I 2 3

(1) CH3CH2-MgBr

(2) HP + )

CH1-Clf:¡ I

CHl-Cl-I2- r - CHz-CHJ

O 3-pcntaoona

OH 3-elil -3-pcnlanol

La síntesis de 3-pentanona a partir de un fragmento de tres carbonos y un fragmento de dos carbonos requiere varios pasos (véase Problema 11.37). Quizás, haya una alternativa mejor, considerando que el intennedio clave tiene tres grupos etilo en un átomo de carbono carbinol. Se pueden añadir dos gru¡x>S alquilo similares en una reacción de Grignard con un cloruro de ácido o un éster (Se<:ción 10.90). La adición de 2 moles de bromuro de etil mllgnesio a un cloruro de ácido de tres carbonos da lugar a 3-etil-3-pelllanol.

(2) Hp+

91,-cH, I

a-Il-CH2-T-CH2-Cl-I3

OH cloruro de propionilo 3-elil-3-pentanol

5. Resllma hl síntesis <.-ompleta en el senHdo directo., incluyendo todos los ~sos y todos los readi\'Os. y la <.'Omprobación de errores y omisiones.

O I

CH}- CH2- C- CI cl<YUro de propionilo

(1) 2 CH)CH2-MgBr

(2) H30+- )

TH2-CH3

CH3-CH

2-

r-CH

2-CH}

011 3-ctil-3-pcl1laool

TH2-CH3

CH}-CH=C-CH2- CH3

KMllÜ4 (frío, diluido)

C~-CH3 I

CH - CH-C-CH - CH •

3-elil-2-penteno

3 I I 2 1

OH OH 3-ctil-2,3-penlanodiol

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, ,

11 .14 Reacciones de los alcóxidos 481

PROBLEMA 11.37

Para prdClicar los pasos anteriores, proponga la síntesis de: (a) 3-el il-2-pentanol a partir de compuesta¡ que 00 conten~an más de tres álomos de carbono. (bl 3-3-pentanona a partir de alcoholes que IlO contengan más de tres átomos de carbono.

PROBLEMA EJEMPLO

Como otro ejemplo de aproximación sintética a la síntesis en varios pasos. se considemrá la s íntesis del l -bromo-2-metilciclohexano a partir de ciclohexanol.

1. Revise los grupos fundOlllt les y el eSQueletu de carbonu del l."Ompuesl.o que se quiere obtener. E! esqueleto t iene s ie te álomos de carbono: un anillo de ciclohexilo con un grupo metilo; se trala de un bromuro de cic1oalquiJo. con el átomo de bromo enl1l 7A1do a un átomo de carbono del anil.lo.

2. Re\ise los grupos funcionales y los esqueletos de carbono de las sushmcias inidales (si se especifican) y piense en CÓmo estos esqueletos se pueden ensamblar pant w.r el pnKluclo final. El compuesto inicial sólo tiene seis átomos de carbono, al que se debe añ¡¡dir un grupo metilo, presumiblemente donde está el grupo funcional. No hay restricc iones sobre el reactivo metilante, pero se ha de obtener un producto con un grupo funcional que se pueda convertir en un haluro adyacente.

3. Compare métodos pard obtener el esqueleto carbonado del compueo.10 final. ¿Cuiil de ellos proporciona un inlermedio chwe con el esqueleto de l~rbono cvrredo y 105 grupos funcionales corredamente poskiom.dos para poder obtener la fundonalidad adecuada en el compuesto final? De nuevo. la reacción de Grignard es el mejor método, pero hay dos reacciones posibles que dan lu~ar al esquelelo metiJcic1ohexano. Se puede añadir un reactivo de Grignard cic1ohexílico a formaldehído. O un reactivo de Grignard metilico a cidohexal1OOll. Hay otras posibilidades. pero nin!luna tan directa como las anteriores.

cJ~ H, (1) éter ) ci~H + e~o

/ (2) HP+ - hit de ser funcionalizado H alcohol e

CHJMgBr + C( (1) éter 1

(2) H3O+ cf~H

+-- h¡t de ser flmciooalizado

alcohol O

Ningún producto tiene el grupo funcional alcohol en el átonlo de carbooo que estií func ionali7.ado en e l compuesto filial. El alcohol e necesita mover su grupo funcional ¡t dos átomos de carbono de distancia. mientras que el alcohol D sólo necesita moverlo un átomo de carbono. La conversión del alcohol O en un alqueno fuocionali7.a el álOmo de carbono correcto. La adición anti-Marko\'nikov de HBr lmnsfonna el a lqueno en un baluTO de alquilo con el álomo de bromo en el álOlno ele carbono correcto.

eH,

Ct:H alcohol D alqueno

HB, ROOR)

H r'reH,

U B, H

¡;OlUpucsto final

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RESUMEN

4. Trabajando hacia lttrás con lantos pasos COIIIO sean ncct$3nos compare métodos para sintetb.ar los readil'os 1~:esMios par.t conseguir cl intermedio chm~.

Todo lo q ue queda el; obh::ner ciclohcxa noml por ox.id¡tci6 n de ciclohexanol.

S. Resuma la síntesis I.."Omplela en el sentido real, incluye ndo todos los pasos y todos los reacti\'{:lS, y la com¡n'Obaci6n de errores y omisiones.

(2) HP'

II Sr ROOR I

H

r-i--CH,

~B, H

El Problema 11 .38 le ayudará 1\ adquirir práctica etl las síntesis de varios pasos y en la uli· li:wción de alcoholes como inlcnnedios.

PROBLEMA 11 .38

Desarrolle una s íntesis para los compuestos s iguientes. Como sustancias iniciales se puede uti · lizar ciclopemanol, alcoholes que no contenllan má.~ de cuatro átomos de carbono, y cualquier reactivo y d isolvente común. (3) trolls--ciclopenlaflO.-l.2-diol

Reacciones de alcoholes

(b) 1-cloro-l-elilciclopL"fItano

(e) OCH2CH) ~I

óCH'CH'

l. Reacciones de oxidación-reducción (o ) Oxidllción de alc'ohole$ seCl/tldal'ios a cefOnas (Sección JI .2A)

OH I

R-CH-R'

OH I

CH) -CH -CH2CH] 2-oolanoJ

O 11

R-C-R'

O 11

CH]-C-CH2CH] 2-butanona

(b) Oxidación de alcollole.f primarios a ácidos carboxlficas (Sección JI .2B)

R- CH,- OH Na2Cr20 7' HzS°4

•

O 11

R-C-OH

..

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l:.)emplo

CH,(CH,J,- CH,-OH l -hexanol

11.14 Reacciones de los alcóxidos 483

o 11

CH,(CH,),- C- OH ácido hexanoico

(e) Oxidación de alcoholes primarios (J aldehfdos (Sa;ción J I.2B)

rec ~

l:.)cmplo PCC ~

I-hexanol

o 11

R- C- H

o 11

CHiCH)4-C-H hexanal

(d) Reducción de alcoholes a alcallos (Sección 11.6)

R- OH

Ejemplo

ciclohexanol

( 1) T~ljpiridina ,

(2) LiAIH4 R-H

(l) TsCl/piridirut , (2) LiALH4

ciclohexaoo

2. Ruptura del grupo hidroxilo del alcohol - C + O - H (a) Conversión de los alcoholes a l/(l/I/ros de alquilo (Secciones 11.7 a 11 .9)

Ejemplos

R- OH Hel o SOCIJ piridina

R-Cl

R- OH HBr o PBr)

R- Br

R-OH HJoPj ll

R-j

HCI (CH3hC-OH - (CH3hC- CI

alcohol lerc-bulílico cloruro de terc-ootilo

(CH3nCl'¡ - CH20 H

alcohol isooolílico

CH3(CHz)4 - CH20H

I-bexanol

(CH3hCH - CH2Br

bromuro de isobutilo

CH3(CH2)4-CH21

l -yodohexano

(h) Deshidratación de alcoholes pamfo/1J1aralquellos (Sección lI. IOA)

Ejemplo

H OH I I

- C- C-I I

ciclohexanol

+ H,o

o + HP

ciclohexeno

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(e) De.~hjdrotacjÓn indllstlial de alcoholes pamfOlmaréteres (S&ci6n 11 . 108)

W 2 R- OH ;;::::::::::::: R- O- R + H20

Ejemplo

""001 dielil éter

1 3. Ruplura del prm6n hidroxilo-C-O-tH

1

(a) Tosiloci6n (Sección 11 .5)

R- OH +

alcohol

I:.j emplo

° CI-~-o-~ CH 1I _ 3

° cloruro de lasilo (fsO)

pirillina ¡

akohol isopropilioo

° R-O-~-o-~ CH + HCI 1I _ '

° tosilato de al(IU ilo

100il<IIo de isopopilo

(h) Aciloc;ón l )(JrQ formar ésteres (Sección 11 .12)

R- OH

Ejemplo

ciclohexl\nol

y R' - C - CI ,

(cloruro de acilo)

, (cloruro de acetilo)

° I R- O-C-R' + HCI

"'" o I

('¡(°H-C

-CH

, + V HCI

¡ICClalo de ciclohexilo

(e) DesprOfonación para formar 1111 alcóxillo (Sección 11 .14)

t.j emplo

R-OH + Na(orK) - R- O- "Na + ~H 2 t

R-OH + NaH - R- O- 'Na + ! H2f

,",001 et6xido de sodio

(d) S(mesis d(' Ileres de WilliamSOIl (Secciones 11. 14 y 14.5)

Ejemplo

R- O- + R' - X - R- O - R' + X

(R' tiene que ser primario.)

elóxido de sodio yoduro de metilo elil metil él,,'1'

,

•

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Ácido crómico (rt!acti\'o) Solución que se fOlma añadiendo wcromato de sodio o de potasio (y una pequeña canridad de agua) a ácido sulfúrico concenlrado. (p. 447) En~yo dcl ácido crómico: cuando se calienla un alcohol primario o secundario con ácido CIÓmico (reactivo), e! color naranja cnmbin a verde o azul. Un compuesto que no sea oxidable (como un alcoholtcrciario, una cetona o un alcano) no produce cambio de color. (p. 449)

Alcohol deshidrogenasa (ADH) Enzima que utilizan las células para oxidare! alcohol elílico a acetaldelúdo. (p. 452) Clorocromato de piridinio (PCC) Complejo de trióxido de cromo con piridina y HCl. El PCC oxida los alcoholes primarios a aldehídos. (p. 449) Dinucleótido nicol.inamida-adenina (NAD) In tcnnedio biológico implicado en rencciones redox de enzimas, tales como la alcohol-deshidrogenasa. (p. 452) Ensa}'o de LUC'dS Ensayo que se utiliza para detenninar s i un alcohol es primario. secundario o terciario. El ensayo mide la velocidad de reacción con e! reactivo de Lucas, ZnCl2 en He l concentrado. Los alcoholes terciarios reaccionan rápido, los alcoholes secundarios reaccionan más lentamenle y los alcoholes primarios reaccionan muy lentamente. (p. 459) Éster Derivado de un ácido que se fonna por la reacción de un ácido con un alcohol con pérdida de agua. Los ésteres más comunes son los ésteres carboxílicos. fornlados a partir de ácidos carboxmcos y alcoholes. (p. 474)

~1erificación de Fischcr: reacción de uu alcoho l con ácido carboxílico, catalizada por un ácido, para fornmr un éster. (p. 474)

o o

R-~8 + B O-R' R-~-O-R' + I H20 I ~cido alcohol 6 ter

Éster del ácido p-toluensulfónico (t()!;ilalo) Éster fonnado a partir de un alcohol y ácido para-loluensulfónico. Igual que los iones haluro, el anión tosilato es un excelente grupo saliente. (p. 455) Éh1eres de ácid()!; inorgánicos Compuestos fomlll00s a partirde alcoholes y ácidos inorgánicos con pérdida de agua. (p. 475) Ejemplos:

o 11

R- O - S - R 11 O

sulfonalo de alqu ilo

O I

R- O - S - O - R I O

sulfato de alquilo nitr.llo de alquilo

O I

R-O- P- O - F 1 O-R

fosfato de alquilo

Éter Compuesto que contiene un oxígeno enlazado a dos grupos alquilo o ariJo. (p. 478) Ión alcóxido Anión forn13do por la desprotonación de un alcohol. (p. 477)

R-g-H + Na

Oxidación Pérdida de H2, adición de O u O2, adición de X2 (halógenos). lncrememo del número de enlaces con oxígeno o con halógenos, o disminución del número de enlaces con hidrógeno. (p. 445) Oxidación de Swern Oxidación suave con DMSO y cloruro de oxalilo, que puede oxidar los alcoholes primarios a aldehídos y los alcoholes secundarios a cetonas. (p. 450) Reaclh'o de CoIlins (cr03 ' 2 piridina) Complejo de trióxido de cromo con piridina. ulili7.ado para la oxidación selccliva de los alcoholes primarios a aldehídos. (p. 450) Reactivo de Jones Solución de ácido crómico diluido en acetona que se utiliza para las oxidaciones de los alcoholes. (p. 450) Reducción Adición de H2 (o H - ), pl'fdida de O u O2• pérdida de X2 (halógenos). Reducción del número de enlaces con oxígeno o con halógenos, o incremento del número de enlaces con hidrógeno. (p. 445) Reordenamiento pinacolínico Deshidratación de un gI.icol en el que uno de los grupos emigra para dar lugar a una celona. (p. 472) Síntesis de éteres de WiUiamson Reacción SN2 entre un i6n alcóxido, y un haluro o tosilalo de un alquilo primario. E! prodUCIO es un éter. (p. 478)

R-O-R' + X-

Glosario del Capítulo II 485

Glosario del Capítulo 11

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Problemas

t Pautas esenciales para resolver 105 problemas del Capítulo 11

1. Estudiar si se requiere oxidación o reducción para interconverlir alcanos, alcoholes, aldchrdos, retonas y ácidos. Pensar en (Iué reactivos se necesitan para llevar a cabo esta conversión.

2. Predecir los productos de las reacciones de los IIlcoholes con : (a) Agentes oxidantes y reductores. (b) Ácidos carboxfiicos y cloruros de ácido. (e) Reactivos deshidralantes. especiaLmente H2S04 y HJP04•

(d) Ácidos inorgánicos. (e) Sodio, potasio e hidruro de sodio.

3. Predecir los productos de las reacciones de los i(Jl"le$ a\cóxido.

4. Proponer ensayos qufmicos para distinguir los alcoho les de otro tipo de compuestos ya estudiados.

5. Uti]j7..ar los conocimientos de las reacciones de los alcoholes y de los dioles para proponer mecanismos y productos de reacciones similares que nunca se han visto.

6. Estudiar cómo se pucde converti r un alcohol en el compuesto (IUe se pide en el problema. el cual tiene un grupo funcional diferentc.

7. Predecir los productos de feordenamiento pinacolfnico y de ruptura de g1icoles con peryodato.

H. Utilizar el anális is rcl rosinlélico para proponer sfntesi s Ik compuestos en un solo paso y en varios pasos, utilizando alcoholes como intemledios (especialmente aquellos que utili7..an reactivos de Grignard y orgsnolít icos para conseguir los eS(luclc tos de carbono).

11.39 Defina brevemente cada uno de los s iguiente témlinos y ponga un ejemplo de cada uno. (a) oxidaciÓII con PCC (b) éster carboxíl ico (e) tosilato (d) éter (eJ sfntesis de éleres de WilIiamson (1) fosfalO de alquilo (g) ensayo de Lucas (h) reordenamiento pinacolínico (i) oxidación con ácido cr6mico (j) ión alcóxido (k) nilmlo de alquilo

11 .40 En cada caso. explique c6mo sintel izaría el cloruro. bromuro y yoduro de los alcoholes corresprnldienles. (a) l -halobulano (halo "" cloro. bromo. yodo) (bl halociclopentano (e) I-halo-l -metilciclohexano (d) l-halo-2-metilciclohexl1no

11 ,41 Prediga los productos mayorilarios de las siguientes reacciones, incluyendo la cstereO<lufmica donde se requiera. (a.) (R)-2-bulanol + TsCI en piridina (b) losilalO de (S)-2-hotilo + NaBr (e) ciclOOClanol + CrOy'H2S04 (d) ciclopenlilmelanol + CrOJ'piridina'HCI (e) ciclopcnlilmelanol + Na2Cr20¡tH2S04 (1) ciclopentanol + HCI/ZnCI2 (g) cicloheptanol + Lil\l J-lJliCl4 (h) ciclooctilmetanol + CH3CH2MgBr ( i) ten.:-but6xido de potasio + yoduro de metilo G) metóxido de sodio + yoduro de tere-butilo (k) n-butanol + HBr en ciclopentanol + H:zSOJcalor (m) prodocto de (1) + t i ) OsO,JI·I:P:z, (2) HI04 (n) etóxidode sodio + I-bromobulano (o) etóxido de sodio + 2-metil-2-bromobulano

11.42 Explique cómo reali7.ana las siguientes conversiones sinté ticas:

OH cf(CH' (al0 H ~

O 11

B, dH

CH,CH,CH, «l0 H -CHp H

(dl0 H ~

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Problemas 487

J 1.43 Prediga los productos mayoritarios de deshidratación catalizada por {¡cido sulfúrico. (a) I-hexanol (b) 2-hexanol (e) 3-pentanol (d) I-meli.lciclopentanol (e) e icJopentihnetanol (O 2-metilciclopentanol

11.44 Prediga los produclOS de esterificación de los siguientes pares ácido/alcohol:

(r0H

(b) I '>-

(rCOOH

(o) I '>-

11.45 Explique cómo obtendría el éster melanosulfonato de cic lohexiJo, a partir de ciclohexanol y un cloruro de ácido adecuado.

° H I o-0 - S- O l metanosulfonato de ciclohexilo: A 3

11 .46 Explique cómo lnmsfonnarfa (S)-2-hexanol en: (a) (S)-2-c!orohexano (b) (R)-2-bromohexano

11.47 Cuando el l -ciclohexiletanol reacciona con HBr concentrado, acuoso, el producto mayori tario es el I-bromo- Ietiiciclohexano.

11 .48

11.49

11.50

(a) Proponga un mecanismo para esta reacción. (h) ¿Cómo transformaría l -ciclohexiJetanol en ( I-bromoctil)-ciclohexano con buen rendimiemo?

Explique cómo oblendrfa cada uno de los siguientes compuestos. a partir de un alcohol .

CHO

(d)eY [e/'" (a)Ó (r04"' (rOCH, (b) (o) (e) l

- -H .rO CH, e

1 CI-'3

° ° 1I

(h)~ 1

(r) o--C-OH H~!-I (j) U H (g) (i) ,

C H3 OTs

Prediga los productos mayoritarios (incluyendo la estereoquímica) de la reacción del ds-3-metilciclohexanol con cada uno de los reactivos s iguientes: (a) PBr3 (b) SOCI2 (e) reactivo de Luca<; (d) !-IBr concentrado (e) (1) TsCVpiridini:l, (2) NaBr

Explique qué ensayos químicos ut ili 7.-a rfa para diferenciar los siguientes pares de compuestos. Describa, en cada caso, (¡ué harla y qué observaría. (a) 1 ~butanol y 2-butllnol (e) cicJohexanol y ciclohexeno (e) ciclohexan0fl3 y I-metiiciclohexanol

(b) (d)

2-butanol y 2-mctil -2-butanol cicJohexanol y ciclohexanona

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488 Capftulo 1 1: Reaccio nes de los alcoholes

11.51 Represente las eSlruclUras de resonancia importantes de los siguienrcs aniones:

06: Cb) I "" ¿

o 11

(e) -O-S-CH n ' O

11.52 El compueSto A es un a\coholópticamenle activo. Ellmtamiento con ácido crómico convierte A en una cetona. B. En una reacción separada, se lrala A con PBr3. convirt iendo A en un compuesto C. El conlpueslo e se purifica y, a cont inuación, se le hace reaccionar con magnesio en éter. Se añade el compueslo B a la solución del reactivo de Grignard. Después de una hid rólisis, se encuentra que esta solución contiene 3,4-dimel il-3-hexanol. Proponga estructuras para los compuestos A, B yC.

pe" M ' .-e E.e",. . dcG' d~ - I reactIvo ngnar

~ _______ N~~~<>~2~O~,~. _H~2S_0~, __ --+ - J B

A D 3,4-dimetiJ-3-hexanol

11.53 Represcnle las eSlructuras de los intcnnedios y de los producws desde V hasta Z.

0'0 1'1

ciclopenl:J.n(l1

Mg,étcr x (l)V

.( .~2)_H-,,_O_·. - • y z

11.54 Ulili7.11000 un catal izador ácido. el alcoholletrahidrofurfurflico reacciona para dar lugar a dihidropiranocon muy buen rendimiento. Proponga un mecanismo para explicar esta sfnlesis inusual.

11.56

· 11..57

o O

alcohol lelrnhidrofurfunlico dihidropir.lOO

El siguiente COmpucslo primero se tnlla con 0s0JH2Ü:2 y, a continuación, con H:zS04 conccntrado. Proponga las estructuras de los dos prodUelOS internledios y del producto final , que ha experimentado un reordcnamiento pinacolínico.

00 Cl(lf-{I ~02 intcnncdio

Explique cómo sinreli7.arfa cada uno de los siguientes com~estus. Como sustanc ias iniciales se han de ulilizar ak:OOoIes que conlcng¡m como máximo cualro átomos de carbono. ciclohexanoJ, cu.-tlquicr disolverdc que sea RXesa.rio y reactivos inor0eAnicos.

OH <e)u Cb)

Cf)~ CH, I

(g) t_¡"'/C, N¡¡¡;;¡e e l 120-1)

(d)~ OH

>-CHOO--l~H3

' Ch) A-OH ~OH

Muchos alcoholes experimentan reacciones de deshidmtación a fJ'C cuando se lrat:lll con oxicloruro de fósforo (POCI3) en el disolvenle básico piridina. El oxic1oruro de fósforo es e l d oruro del ácido fosfórico, con 3 átomos de cloro sustituyendo a los grupos hidroxilo del ácido fosfó rico. (a) Proponga un mecanismo para la deshidraLaCi6n del ciclopelllanol util izando P003 y piridina. La primera pane del

mecanismo, formaci6n de un éster diclorofosfato, es similar a la primero parte del mecanismo de la reacción de un alcohol con cloruro de tionilo. Igual que un losilato, el grupo diclorofosfalo es un buen grupo saliente. La segunda parte de l mecanismo podría ser de primer orden o de segundo orden. Represenle las dos alternat ivas.

(b) Cuando se deshidmla el//'Ons-2-melilciclopentanol ulilizando POCl3 en piridina, el produclo mayoritario es el 3-metilciclopenteno y no e l prodUelO de Sayt7.eff. ¿Cuál es la eSleroqufmica de la deshidmlación? ¿Qué implica esta estercoqufmica sobre e l ml'C-allismo correcto de la parte (a)? R<lZÓnelo.

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· 11.58

· 11.59

Problemas 489

Dos sustancias desconocidas, X e Y, las dos de fónnula molet:ular C4HgO, dan los s iguientes resultados a Pllrtir de cuatro ensayos químicos. Con esta infonnación, proponga estructuras coherentes para X e Y.

ComptlCSIO X ComptlCsto y

Bromo

decoloración no hay reacción

No metal

bulbujas no hay reacción

Ácido crómico Reactil'O de Lucas

naranja a verde no hay reacción

00 hay reacción no hay reacción

Los alcoholes se combinan con las cetonas y con los aldehídos para dar lugllr a derivados interesantes, los cuales se discutirán en el Capítulo 18. Las reacciones s iguientes muestran la hidrólisis de dos de estos derivados. Proponga mecanismos para estas reacciones.

(alQ ° OCH3

o + CHP¡'¡

HO O H

(blOO 00"

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Cap 11 Reacciones de Los Alcoholes

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