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Aminas
Ejemplos de algunas aminas biológicamente
activas.
Alcaloides.
Muchas drogas de adicción son alcaloides
Estructura de las aminas.
El amoniaco tiene una estructura tetraédrica algo distorsionada, con una de las
posiciones del tetraedro ocupada por un par de electrones no enlazantes. Esta
geometría es debida a la hibridación sp3 del nitrógeno, de forma que el par de
electrones solitario hace que el ángulo H-N-H se comprima desde 109,5º (ángulo
de la estructura tetraédrica perfecta) hasta 107º.
Interconversión de aminas.
La inversión del nitrógeno interconvierte los dos
enantiómeros de una amina sencilla quiral. El estado de
transición tiene una estructura híbrida sp2, plana, con el par
solitario en un orbital p.
La resolución de las aminas es complicada porque la
inversión del nitrógeno interconvierte los enantiómeros.
Aminas quirales
Aminas cuya quiralidad se debe a la presencia de átomos de carbono asimétricos.
La inversión del nitrógeno no es pertinente porque no afectará al carbono
quiral.
Aminas quirales.
Sales de amonio cuaternario con átomos de nitrógeno asimétricos. La inversión de
la configuración no es posible, ya que no hay par de electrones solitario.
El nitrógeno debe tener 4 grupos diferentes alrededor de él para que sea quiral.
Aminas quirales
Las aminas que no adquieren el estado de transición con
hibridación sp2 para la inversión del nitrógeno.
Las aminas que se encuentran en anillos con un tamaño
pequeño no se pueden invertir
Propiedades físicas de las aminas.
Las aminas son fuertemente polares debido a que el gran
momento dipolar del par de electrones solitario se suma a los
momentos dipolares de los enlaces C-N y H-N.
El enlace de hidrógeno N-H es más débil que el enlace de
hidrógeno O-H, por tanto las aminas tienen puntos de
ebullición más bajos que los alcoholes con masas moleculares
similares.
Reactividad de las aminas
Una amina es un nucleófilo (una base de Lewis)
debido a que el par solitario de electrones no
enlazantes pueden formar un enlace con un
electrófilo. Una amina también puede actuar como
base de Brönsted-Lowry, aceptando un protón de
un ácido.
Cuando una amina actúa como un nucleófilo, se
forma un enlace N-C. Cuando actúa como una
base, se forma un enlace N-H.
Reactividad de las aminas
Diagrama de energía potencial de la reacción de
disociación básica de una amina.
Los grupos alquilo estabilizan el ión amonio, haciendo que la amina sea
una base más fuerte. Sin embargo, las aminas primarias, secundarias y
terciarias muestran basicidades similares debido a los efectos de
disolución.
Estabilización por el grupo alquilo de las
aminas.
Los grupos alquilo son donantes de electrones. Como la metilamina tiene un grupo
metilo, éste ayuda a estabilizar la carga positiva del nitrógeno. Esta estabilización
disminuye la energía potencial del catión metilamonio, haciendo que la metilamina
sea una base más fuerte que el amoniaco.
Las alquilaminas sencillas tienden a ser bases más fuertes que el amoniaco.
Estabilización de la anilina
La anilina está
estabilizada por el
traslapamiento del
par solitario con el
anillo aromático.
En el ión anilinio
no es posible este
traslapamientos.
El nitrógeno de la
anilina tiene los
electrones no
enlazantes
paralelos a los
orbitales p del
anillo, por lo que
se puede producir
solapamiento.
Efectos de la hibridación
En la piridina los electrones no enlazantes ocupan un orbital sp2, con
mayor carácter s y con electrones más retenidos que los de un orbital sp3
de una amina alifática. Los electrones no enlazantes de la piridina están
menos disponibles para enlazarse a un protón.
La piridina es menos básica que las aminas alifáticas, pero es
más básica que el pirrol porque no pierde su aromaticidad en
la protonación.
Solubilidad de las aminas.
La mayoría de las aminas, que contienen más de seis átomos de carbono,
son relativamente insolubles en agua. En presencia de ácido diluido (en
disolución acuosa), estas aminas forman las sales de amonio
correspondientes, por lo que se disuelven en agua. Cuando la solución se
transforma en alcalina, se regenera la amina
La amina regenerada o bien se separa de la solución acuosa, o se extrae
con un disolvente orgánico
Solubilidad de las aminas y las sales de
amonio
 La mayoría de las aminas, que contienen más de seis
átomos de carbono, son relativamente insolubles en
agua. En presencia de ácido diluido (en disolución
acuosa), estas aminas forman las sales de amonio
correspondientes, por lo que se disuelven en agua. La
formación de una sal soluble es una de las
características de las pruebas para el grupo funcional
amina.
 Una amina puede convertirse en sal de amonio
mediante un tratamiento con ácido. La sal de amonio
es soluble en agua. Al tratar la sal de amonio con
soluciones básicas la volverá a convertir en la amina.
Solubilidad de las aminas y las sales de
amonio
Cocaína.
La cocaína generalmente se consume en forma de clorhidrato. Cuando el
clorhidrato de cocaína se trata con hidróxido de sodio y se extrae con éter se vuelve
a transformar en la base volátil, utilizada para fumar.
La cocaína se encuentra normalmente como una sal de clorhidrato porque es
sólida y se puede manejar fácilmente. Al neutralizar el clorhidrato de cocaína se
convierte en una base libre que es más volátil.
Catalizador de transferencia de fase
El ión amonio cuaternario forma un par
iónico con el ión hidróxido, permitiendo al
hidróxido pasar a la fase orgánica (una
solución de ciclohexeno en cloroformo).
En la fase orgánica, el ión hidróxido es
más reactivo que en la fase acuosa, ya que
deja de estar rodeado de las moléculas de
agua que lo solvatan. El hidróxido
reacciona con el cloroformo para formar
diclorocarbeno, que reacciona con
ciclohexano para dar lugar al producto
ciclopropanado.
El ión hidróxido "se transfiere" a la fase
orgánica por medio del ión amonio
cuaternario, que se utiliza como un
catalizador de transferencia de fase.
Activación del benceno por medio del grupo
amino
El grupo amino es un activador fuerte y orto, para-director. Los electrones no
enlazantes del nitrógeno estabilizan el complejo cuando el ataque se produce en
las posiciones orto o para. El nitrógeno puede utilizar sus electrones no enlazantes
para estabilizar la carga positiva del complejo sigma
Alquilación de aminas con haluros de
alquilo.
Las aminas reaccionan con haluros de alquilo primarios para
dar lugar a haluros de amonio alquilados.
La polialquilación es un problemas cuando se alquilan las
aminas a través de este método.
Acilación de aminas.
Las aminas primarias y secundarias reaccionan con haluros
de ácido para formar amidas.
El nitrógeno de la amina atacará al carbono carbonílico y
desplazará al cloruro.
Mecanismo de acilación de aminas
El cloruro de ácido es más reactivo que la cetona o el
aldehído debido a que el átomo electronegativo de cloro
sustrae densidad electrónica del carbono carbonílico,
haciéndolo más electrofílico.
El nitrógeno de la amina ataca al carbono carbonílico
formando un intermedio tetraédrico. El desplazamiento del
cloruro y la desprotonación dan lugar a la amida como
producto final.
Síntesis de sulfonamidas.
Una amina primaria o secundaria ataca a un cloruro de
sulfonilo y desplaza al ión cloruro para dar lugar a una
amida. Las amidas de los ácidos sulfónicos se denominan
sulfonamidas.
Las sulfas son una clase de sufonamidas utilizadas como
agentes antibacterianos.
La eliminación de Hofmann
El grupo amino se puede transformar en un buen grupo saliente mediante una
metilación exhaustiva, que lo transforma en una sal de amonio cuaternario, el cual
puede liberarse como una amina neutra. La metilación exhaustiva generalmente se
lleva a cabo utilizando yoduro de metilo.
Después de la metilación exhaustiva, la sal de amonio se trata con óxido de plata y
agua para convertirlo en sal de hidróxido. Tras el calentamiento tiene lugar la
eliminación produciendo un alqueno. Cuando se pueden formar más de un
alqueno, el alqueno menos sustituido será el producto principal (producto de
Hofmann).
Producto de Hofmann.
Sin embargo, en la eliminación de Hofmann, el producto generalmente es el alqueno
menos sustituido. Con frecuencia las reacciones de eliminación se clasificarán en
dos tipos: las que preferentemente dan lugar al producto de Saytzeff (alqueno más
sustituido) o al producto de Hofmann (alqueno menos sustituido).
En la eliminación de Hofmann, el ión hidróxido abstrae un protón del carbono
menos sustituido. El producto es el alqueno menos sustituido
Eliminación de Hofmann de la 2-
butanamina.
La conformación más estable del enlace C2-C3 no tiene protones C3 en relación anti
con el grupo saliente; sin embargo, a lo largo del enlace C1-C2, cualquier
conformación alternada tiene una relación anti entre un protón y el grupo saliente.
Productos de oxidación de una amina
Algunos estados de oxidación de las aminas y sus productos
de oxidación.
Las aminas se pueden oxidar fácilmente con peróxido de
hidrógeno o MCPBA. También se pueden oxidar mediante el
aire.
Preparación de los óxidos de amina
Las aminas terciarias se oxidan a óxidos de amina,
frecuentemente con buen rendimiento. Para esta oxidación se
puede utilizar tanto H2O2 como un peroxiácido.
El óxido de amina tiene una carga positiva en el nitrógeno
Eliminación de Cope
Debido a la carga positiva del nitrógeno, el óxido de amina puede experimentar
una eliminación de Cope de forma parecida a la eliminación de Hofmann de una
sal de amonio cuaternario. El óxido de amina actúa como su propia base a través
de un estado de transición cíclico, por lo que no se necesita una base fuerte.
El oxígeno del óxido abstrae un protón formando un alqueno. A diferencia de la
eliminación de Hofmann, la eliminación de Cope requiere que el protón y el
grupo saliente sean sin.
Reacciones de aminas con ácido
nitroso.
En una solución ácida, el ácido nitroso se puede protonar y
perder agua para dar lugar al ión nitrosonio, +N = O. El ión
nitrosonio parece ser el intermedio reactivo de la mayoría de
las reacciones de las aminas con el ácido nitroso.
El ión nitrosonio se estabiliza por medio de dos estructuras de
resonancia en las que las dos comparten la carga positiva, el
nitrógeno y los átomos de oxígeno.
Formación de sales de diazonio
Las aminas primarias reaccionan con ácido nitroso, vía ión nitrosonio, para formar
cationes diazonio. Este procedimiento se denomina diazoación de una amina. La
amina ataca al ión nitrosonio y formar una N-nitrosoamina. La transferencia de
protones, seguida de protonación y la pérdida de agua dan lugar al catión diazonio.
La transferencia de un protón (tautomería) del nitrógeno al oxígeno forma un grupo
hidroxilo y un segundo enlace N-N. La protonación del grupo hidroxilo, seguida de
la pérdida de agua, da lugar al catión diazonio La transferencia de protones, seguida
de protonación y la pérdida de agua dan lugar al catión diazonio.
Las sales de arenodiazonio se forman por la diazoación de una amina aromática
primaria. Las aminas aromáticas primarias se suelen preparar por nitración de un
anillo aromático seguida de la reducción del grupo nitro hasta un grupo amino. Si
después esta amina se somete a diazoación, para convertirla en la sal de diazonio,
esta posición aromática está activada para ser transformada en una gran variedad
de grupos funcionales
Una vez se haya formado el ión diazonio, se puede sustituir fácilmente por otros
grupos funcionales.
Reacciones de las sales de diazonio
aromáticas
Hidrólisis del grupo diazonio.
La hidrólisis se produce cuando una solución de una sal de
arenodiazonio se acidifica fuertemente (generalmente
añadiendo H2SO4) y se calienta.
El grupo hidroxilo del agua sustituye al N2, formando un
fenol.
Reacción de Sandmeyer
Las sales de cobre (I) tienen una
afinidad especial por las sales de
diazonio. El cloruro, el bromuro o el
cianuro de cobre (I) reaccionan con las
sales de arenodiazonio para dar lugar a
cloruros, bromuros o cianuros de arilo
La reacción de Sandmeyer, cuando se
utiliza cianuro de cobre (I), es un buen
método para añadir otro sustituyente
carbonado a un anillo aromático.
Síntesis de los fluoruros de arilo
Cuando se trata una sal de arenodiazonio con ácido tetrafluorobórico (HBF4),
precipita el tetrafluoroborato de arenodiazonio. Si esta sal precipitada se filtra y,
a continuación, se calienta, se descompone y se obtiene el fluoruro de arilo.
Las sales diazonio son explosivas, por lo que esta reacción tiene que llevarse a
cabo con extremo cuidado.
Síntesis de los yoduros de arilo
Los yoduros de arilo se obtienen tratando sales de
arenodiazonio con yoduro de potasio. Éste es uno de los
mejores métodos para obtener derivados de yodobenceno.
Desaminación de anilinas
El ácido hipofosforoso (H3PO2) reacciona con las sales de arenodiazonio,
reemplazando el grupo diazonio por hidrógeno.
El grupo amino se puede utilizar para activar el anillo y beneficiarse de su
capacidad de direccionamiento.
Acoplamiento diazo.
Los iones arenodiazonio actúan como electrófilos débiles en las sustituciones
electrofílicas aromáticas. Los productos tienen la estructura Ar-N=N-Ar,
conteniendo la unión azo -N=N-; por este motivo, a los productos se les
denomina azocompuestos y a la reacción acoplamiento diazo.
La reacción necesita anillos fuertemente activados para reaccionar con la sal de
arenodiazonio
Aminación reductiva: síntesis de aminas
primarias.
Las aminas primarias se obtienen a partir de la
condensación de hidroxilamina (sin grupos
alquilo) con una cetona o un aldehído, seguida
de la reducción de la oxima. Esta es una reacción
conveniente porque la mayoría de las oximas son
estables, compuestos fácilmente aislables.
LiAlH4 o NaBH3CN se pueden utilizar para reducir
la oxima
Aminación reductiva: síntesis de aminas
primarias.
La condensación de una cetona o un aldehído con una amina primaria da lugar a
una imina N-sustituida (base de Schiff). La reducción de la imina N-sustituida da
lugar a una amina secundaria.
LiAlH4 o NaBH3CN se pueden utilizar para reducir la imina.
Aminación reductiva: síntesis de aminas
secundarias
Aminación reductiva: síntesis de aminas
terciarias.
La condensación de una cetona o un aldehído con una amina secundaria da lugar a
una sal de iminio. Las sales de iminio suelen ser inestables, por lo que es difícil
aislarlas. Un agente reductor en la solución reduce la sal de iminio a amina terciaria
La sal de iminio se encuentra en equilibrio con la cetona o el aldehído. Es mejor la
utilización de NaBH3CN porque reducirá selectivamente la sal de iminio y no el
grupo carbonilo.
Síntesis de aminas por acilación-
reducción.
Igual que en la aminación reductiva, en la acilación-reducción se añade un
grupo alquilo al átomo de nitrógeno de la amina de partida. La acilación
de la amina de partida mediante un cloruro de ácido da lugar a una amida,
que no tiene tendencia a poliacilarse . La reducción de LiAlH4 da lugar a la
amina correspondiente.
Dependiendo del amina utilizada como material de partida podemos
obtener una amina primaria, secundaria o terciaria como producto. El
uso de amoniaco dará lugar a una amina primaria tras la acilación-
reducción. La reacción de una amina primaria producirá una amina
secundaria y la reacción de una amina secundaria producirá una amina
terciaria tras acilación-reducción.
Síntesis de Gabriel
El anión ftalimidato es un nucleófilo fuerte, que desplaza a un ión haluro
o tosilato de un buen sustrato SN2. La polialquilación no se produce
porque la N-alquil ftalimida no es nucleofílica y no existen protones
ácidos adicionales en el nitrógeno. Al calentar la N-alquil ftalimida con
hidrazina, ésta desplaza a la amina primaria y se forma la ftalhidrazida
(muy estable).
La síntesis de Gabriel es una forma rápida y fácil de obtener aminas
primarias sin productos polialquilados
Reducción de nitrocompuestos.
Los grupos nitro aromáticos y alifáticos se reducen fácilmente a grupos amino. La
forma más frecuente de llevarlo a cabo es por hidrogenación catalítica o mediante
reducción con un metal activo, en medio ácido.
La reducción se utiliza mayormente en la síntesis de los derivados anilinos.
Reordenamiento o transposición de
Hofmann de amidas
En presencia de una base fuerte, las amidas primarias
reaccionan con cloro o bromo para dar lugar a aminas, con la
pérdida del átomo de carbono carbonílico. Esta reacción,
denominada reordenamiento de Hofmann, se utiliza para
sintetizar alquil y arilaminas primarias.
El producto tendrá un carbono menos por carbonilo que el
material de partida.
Mecanismo del reordenamiento de Hofmann:
paso 1
El primer paso consiste en la sustitución de uno de los átomos
de hidrógeno del nitrógeno por un halógeno
La amida desprotonada es nucleofílica y atacará a la
molécula de bromo formando la N-bromo amida.
Mecanismo del reordenamiento de Hofmann:
paso 2.
La desprotonación de la N-bromo amida da lugar a otro anión
estabilizado por resonancia. El átomo de bromo de la N -
bromo amida desprotonada es un grupo saliente potencial. Sin
embargo, para que el bromuro se elimine, el grupo alquilo ha
de emigrar hacia el nitrógeno.
Éste es el paso del reordenamiento, dando lugar a un
isocianato intermedio
Mecanismo del reordenamiento de Hofmann:
paso 3.
Los isocianatos reaccionan rápidamente con agua para dar
lugar a ácidos carbámicos.
Un grupo hidroxilo del agua ataca al carbono del isocianato,
y tras la protonación, produce el ácido
Mecanismo del reordenamiento de Hofmann:
paso 4
La descarboxilación del ácido carbámico da lugar a la amina y
a dióxido de carbono.
Un grupo hidroxilo desprotona al ácido carbámico, haciendo
que comience una reacción de descarboxilación. La amina
producida se protona por agua.
Reordenamiento de Curtius.
En el reordenamiento de Curtius se consigue la misma finalidad sintética que en el
reordenamiento de Hofmann y el mecanismo es similar. Un cloruro de ácido
reacciona con el ión azida para dar lugar a una acil-azida, que sufre un
reordenamiento de Curtius cuando se calienta para formar el isocianato.
El tratamiento del isocianato con agua formará en primer lugar el ácido
carbámico, y tras la descarboxilación, una amina y dióxido de carbono.
Sustituciones en alfa, y
condensaciones de enoles y
de iones enolato
Sustitución en alfa.
En la sustitución en , un átomo de hidrógeno del átomo de
carbono (carbono vecino al grupo carbonilo) se sustituye por
otro grupo. La sustitución en generalmente se produce
cuando el compuesto carbonílico se transforma en su ión
enolato o en su enol (tautómero).
La base abstrae al protón , haciendo que ese carbono sea
nucleofílico. La carga negativa también se puede deslocalizar
en el oxígeno. El carbono atacará a un electrófilo y
completará la reacción de sustitución.
Reacciones de condensación
Las condensaciones del grupo carbonilo son sustituciones en
alfa, donde el electrófilo es otro compuesto carbonilo
El carbono enolato ataca al carbono carbonílico de una cetona
o aldehído que produce, tras la protonación, un compuesto b-
hidrocarbonilo. Cuando el enolato ataca a un éster, el
producto será un compuesto b-dicarbonilo.
Tautomería ceto-enólica catalizada por
una base
En presencia de bases fuertes, las cetonas y los aldehídos
actúan como ácidos débiles. Se elimina un protón del carbono
para formar un ión enolato estabilizado por resonancia, con
la carga negativa repartida entre el átomo de carbono y el
átomo de oxígeno.
El equilibrio favorece la forma ceto sobre el ión enolato.
Tautomería ceto-enólica catalizada por
un ácido.
En el ácido, un protón se mueve desde un carbono a un
oxígeno protonando en primer lugar el oxígeno y eliminando a
continuación un protón del carbono.
Racemización.
Si un átomo de carbono asimétrico tiene un átomo de
hidrógeno enolizable, una traza de ácido o de base permite que
el carbono invierta su configuración, actuando el enol como
intermedio.
El enol intermedio es aquiral.
Diagrama de energía de la reacción del enolato
con un electrófilo
Aunque el equilibrio de la tautomería ceto-enólica favorece la
forma ceto, la adición de un electrófilo desplaza el equilibrio
hacia la formación de más enol.
Halogenación en alfa de cetonas.
Cuando se trata una cetona con un halógeno y una base, se produce una
reacción de -halogenación
La reacción se denomina halogenación promovida por una base, en lugar de
catalizada por una base, porque se consume un equivalente completo de la base en
la reacción.
Mecanismo de la formación del
haloformo.
La trihalometil cetona reacciona con el ión hidróxido dando
lugar a un ácido carboxílico. Un intercambio rápido de
protones da lugar a un ión carboxilato y a un haloformo.
Cuando se utiliza cloro, se forma el cloroformo; cuando se
emplea bromo, se forma el bromoformo; cuando se utiliza
yodo, se obtiene yodoformo
Reacción del bromoformo.
En condiciones fuertemente básicas, una metil cetona reacciona con un
halógeno y se obtiene un ión carboxilato y haloformo
El intermedio trihalometil no está aislado. El yodoformo es un sólido amarillo y su
formación se utiliza como un ensayo cualitativo para las metil cetonas.
Reacción del yodoformo con un alcohol
secundario.
El yodo es un agente oxidante y un alcohol puede dar positivo
el ensayo del yodoformo si se oxida a metil cetona
La reacción del yodoformo puede transformar este tipo de
alcohol en un ácido carboxílico con un átomo de carbono
menos.
Mecanismo de halogenación catalizada por un
ácido
En el mecanismo de la halogenación catalizada por un ácido
se produce el ataque de la forma enólica de la cetona a la
molécula electrolífica del halógeno. La pérdida de un protón
da lugar a -halocetona y al haluro de hidrógeno
La halogenación ácida puede reemplazar a uno o más -
hidrógenos sobre cuánto se utiliza el halógeno
Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky.
En la reacción de Hell-Volhard-Zelinsky se sustituye un átomo de
hidrógeno por un átomo de bromo en el carbono de un ácido carboxílico.
El ácido carboxílico se trata con bromo y tribromuro de fósforo.
Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky:
paso 1
La forma enol del bromuro de acilo actúa como intermedio
nucleofílico. El primer paso es la formación del bromuro de
acilo, que se enoliza con más facilidad que el ácido.
El equilibrio favorece la forma ceto (bromuro de acilo).
Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky:
paso 2
El enol es nucleofílico, ataca al bromo y se obtiene bromuro de
-bromo acilo.
La reacción del bromuro de -bromo acilo con una segunda
molécula de ácido dará lugar al ácido carboxílico de -bromo
y una molécula de bromuro de acilo.
Alquilación de iones enolato
Como el enolato tiene dos centros nucleofílicos (el oxígeno y el carbono ), puede
reaccionar a través de cualquiera de ellos. La reacción generalmente tiene lugar
sobre el carbono , formando un nuevo enlace C-C.
El enolato para esta reacción debe estar formado con bases que no sean hidróxido
o alcóxidos para evitar las reacciones de los centros nucleofílicos
Mecanismo de formación del
enaminas.
Una enamina se obtiene a partir de la reacción de una cetona o un aldehído
con una amina secundaria.
La carbinolamina secundaria se protona y se elimina el agua. La
eliminación de un protón del carbono da lugar a la enamina
Alquilación de una enamina.
Las enaminas desplazan a los átomos de halógeno de los
haluros de alquilo reactivos, dando lugar a sales de iminio
alquiladas.
La sal de iminio alquilada se puede hidrolizar a cetona en
condiciones ácidas
Acilación de las enaminas.
La acilación inicial da lugar a una sal de iminio acilada, que se
hidroliza a la -dicetona.
Los compuestos -dicarboníllicos se pueden alquilar más.
Condensación aldólica.
En condiciones básicas, en la condensación aldólica se produce
la adición nucleofílica de un ión enolato a otro grupo carbonilo
Cuando se lleva a cabo la reacción a bajas temperaturas, el
compuesto carbonílico -hidroxi se puede aislar. El calor
deshidratará el producto aldólico al compuesto , -insaturado.
Condensación aldólica catalizada por
una base.
En condiciones básicas, la condensación aldólica se
produce mediante la adición nucleofílica del ión
enolato (nucleófilo fuerte) a un grupo carbonilo. La
protonación da lugar al aldol.
Mecanismo de condensación aldólica
catalizada por una base
La desprotonación del acetaldehído da lugar a un ión enolato, que actúa como un
nucleófilo fuerte. El ataque a otro grupo carbonilo de otra molécula de
acetaldehído da lugar a la adición al doble enlace del grupo carbonilo, formando
el aldol.
Condensación aldólica de la acetona
La condensación aldólica de la acetona sólo da lugar a un 1% de producto en el
equilibrio mediante el reflujo de acetona sobre un catalizador básico como el
Ba(OH)2. No se produce el reflujo del «alcohol de diacetona», dando su alto punto
de ebullición, por lo que su concentración en el equilibrio va aumentando
gradualmente hasta que toda la acetona se transforma en el «alcohol de
diacetona».
Condensación aldólica cruzada
Cuando el enolato de un aldehído (o cetona) se adiciona a
grupo carbonilo de otro, al proceso se le conoce como
condensación aldólica cruzada.
Se puede obtener una mezcla de productos si se puede formar más de un
enolato
La condensación aldólica cruzada se puede producir si se planifica de forma que
sólo uno de los reactivos pueda formar el ión enolato y que el otro compuesto tenga
más probabilidad de reaccionar con el enolato.
Para llevar a cabo estas reacciones lentamente se añade el compuesto con protones
a una solución básica del compuesto sin protones en .
Condensaciones aldólicas cruzadas
satisfactorias
Propuesta de mecanismos de reacción
El átomo de carbono que sirve de puente entre los dos anillos
de los productos se ha de derivar del grupo carbonilo del
benzaldehído. Dos protones en de la metilciclohexanona y el
oxígeno del grupo carbonilo se pierden en forma de agua.
Ciclación aldólica.
Las reacciones aldólicas intramoleculares de las dicetonas suelen ser útiles para
sintetizar anillos de cinco o seis miembros.
Los anillos de más de seis miembros o menos de cinco son menos frecuentes debido
a la tensión del anillo o la entropía.
Retrosíntesis de la condensación
aldólica
Los productos de la reacción
aldólica pueden ser aldoles, es
decir, aldehídos y centonas -
hidroxilados o bien productos de
condensación como los
aldehídos y las cetonas , -
insaturadas.
Una ruptura imaginaria del
enlace C-C , da lugar a los
productos de partida de la
condensación aldólica.
Condensación de Claisen.
La condensación de Claisen se produce cuando una molécula
de éster experimenta una sustitución nucleofílica en el grupo
acilo por un enolato.
El producto de la reacción es un -ceto éster.
Condensación de Dieckmann.
Una condensación de Claisen interna de un diéster da lugar a la formación de un
anillo. Dicha reacción se denomina condensación de Dieckmann o ciclación de
Dieckmann.
Se permite la formación de anillos de 5 ó 6 miembros
Condensación de Claisen cruzada.
En una condensación de Claisen cruzada, un éster sin
hidrógenos en sirve como componente electrofílico
El acetato de etilo reacciona con la base para formar
un enolato, que condensa con benzoato de etilo.
Condensación de Claisen cruzada con
cetonas y ésteres
También son posibles las condensaciones de Claisen cruzadas entre
cetonas y ésteres. Las cetonas son más ácidas que los ésteres, por lo que es
más probable que se desprotonen y sirvan como enolato en la
condensación.
El éster actúa como un agente acilador en la reacción produciendo un -
dicetona.
La síntesis malónica
En la síntesis malónica se obtienen derivados sustituidos del
ácido acético. El éster malónico se alquila o acila en el carbono
que está en posición respecto a los dos grupos carbonilo, y el
derivado resultante se hidroliza y sufre una descarboxilación
ulterior.
Los productos de la reacción son un derivado de ácido acético
sustituido y CO2.
Descarboxilación del ácido
alquilmalónico
La descarboxilación se produce a través de un estado de
transición cíclico, dando inicialmente un enol que
rápidamente se tautomeriza para dar lugar al producto.
Cualquier ácido carboxílico con un grupo carbonilo en
posición tiene tendencia a descarboxilarse
Síntesis acetilacética.
La síntesis acetilacética es similar a la síntesis malónica, pero
los productos que se obtienen son cetonas: concretamente,
derivados de la acetona.
La sustitución en va seguida de la hidrólisis y la
descarboxilación mediante el calentamiento en un medio ácido.
Adiciones conjugadas: la reacción de
Michael.
Los compuestos carbonílicos -insaturados no suele tener
dobles enlaces electrofílicos. El carbono es electrofílico ya
que comparte la carga parcialmente positiva del carbono del
grupo carbonilo mediante resonancia
La adición se puede producir en cualquiera de los carbonos
electrofílicos, dependiendo del nucleófilo utilizado
Adiciones 1,2 y 1,4.
Cuando el ataque se produce en el grupo carbonilo, la protonación del oxígeno da
lugar al producto de adición 1,2. Cuando el ataque se produce en la posición , el
átomo de oxígeno es el cuarto si se comienza a contar a partir del nucleófilo, y a la
adición se la denomina adición 1,4. La adición 1,4 también se denomina adición
conjugada
Adición 1,4 de un enolato a MVC.
El paso determinante es el ataque del enolato al carbono. El enolato resultante es
fuertemente básico y se desprotona rápidamente
Si se utiliza el enolato del éster malónico, el producto de adición se puede
descarboxilar para producir un -ceto ácido.
La anillación de Robinson.
Si la adición conjugada se produce en condiciones fuertemente
básicas o ácidas, la -dicetona experimenta una condensación
aldólica intramolecular espontánea, generalmente con
deshidratación, formando un anillo de seis miembros
adicional: una ciclohexanona conjugada.
Paso 1: adición de Michael
El mecanismo comienza con la adición del enolato de
la ciclohexanona a la MVC, formando una -dicetona
Pasos 2 y 3: aldol cíclico y
deshidratación
Para formar un anillo de seis miembros, el enolato de la metil cetona ataca al grupo
carbonilo de la ciclohexanona. El aldol se deshidrata y se obtiene una ciclohexenona.
Prediga los productos de las siguientes condensaciones aldólicas. Represente los
productos que se obtienen antes y después de la deshidratación.
Prediga los productos de las siguientes condensaciones de Claisen
Explique cómo utilizaría la condensación aldólica, de Claisen, u otro tipo de
condensación para obtener cada uno de los siguientes compuestos
•Proponga los reactivos (A y B) para la síntesis del siguiente éster
•Si se usaron 3 gramos de ácido y 10 ml de alcohol (0.789 g/ml), ¿cuál es el reactivo limitante?, si se
obtuvieron 2.5 gramos del éster, ¿Cuál es el rendimiento?
•¿Cuál es el producto de la hidrólisis de los siguientes compuestos?

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  • 2. Ejemplos de algunas aminas biológicamente activas.
  • 3. Alcaloides. Muchas drogas de adicción son alcaloides
  • 4. Estructura de las aminas. El amoniaco tiene una estructura tetraédrica algo distorsionada, con una de las posiciones del tetraedro ocupada por un par de electrones no enlazantes. Esta geometría es debida a la hibridación sp3 del nitrógeno, de forma que el par de electrones solitario hace que el ángulo H-N-H se comprima desde 109,5º (ángulo de la estructura tetraédrica perfecta) hasta 107º.
  • 5. Interconversión de aminas. La inversión del nitrógeno interconvierte los dos enantiómeros de una amina sencilla quiral. El estado de transición tiene una estructura híbrida sp2, plana, con el par solitario en un orbital p. La resolución de las aminas es complicada porque la inversión del nitrógeno interconvierte los enantiómeros.
  • 6. Aminas quirales Aminas cuya quiralidad se debe a la presencia de átomos de carbono asimétricos. La inversión del nitrógeno no es pertinente porque no afectará al carbono quiral.
  • 7. Aminas quirales. Sales de amonio cuaternario con átomos de nitrógeno asimétricos. La inversión de la configuración no es posible, ya que no hay par de electrones solitario. El nitrógeno debe tener 4 grupos diferentes alrededor de él para que sea quiral.
  • 8. Aminas quirales Las aminas que no adquieren el estado de transición con hibridación sp2 para la inversión del nitrógeno. Las aminas que se encuentran en anillos con un tamaño pequeño no se pueden invertir
  • 9. Propiedades físicas de las aminas. Las aminas son fuertemente polares debido a que el gran momento dipolar del par de electrones solitario se suma a los momentos dipolares de los enlaces C-N y H-N. El enlace de hidrógeno N-H es más débil que el enlace de hidrógeno O-H, por tanto las aminas tienen puntos de ebullición más bajos que los alcoholes con masas moleculares similares.
  • 10. Reactividad de las aminas Una amina es un nucleófilo (una base de Lewis) debido a que el par solitario de electrones no enlazantes pueden formar un enlace con un electrófilo. Una amina también puede actuar como base de Brönsted-Lowry, aceptando un protón de un ácido. Cuando una amina actúa como un nucleófilo, se forma un enlace N-C. Cuando actúa como una base, se forma un enlace N-H.
  • 12. Diagrama de energía potencial de la reacción de disociación básica de una amina. Los grupos alquilo estabilizan el ión amonio, haciendo que la amina sea una base más fuerte. Sin embargo, las aminas primarias, secundarias y terciarias muestran basicidades similares debido a los efectos de disolución.
  • 13. Estabilización por el grupo alquilo de las aminas. Los grupos alquilo son donantes de electrones. Como la metilamina tiene un grupo metilo, éste ayuda a estabilizar la carga positiva del nitrógeno. Esta estabilización disminuye la energía potencial del catión metilamonio, haciendo que la metilamina sea una base más fuerte que el amoniaco. Las alquilaminas sencillas tienden a ser bases más fuertes que el amoniaco.
  • 14. Estabilización de la anilina La anilina está estabilizada por el traslapamiento del par solitario con el anillo aromático. En el ión anilinio no es posible este traslapamientos. El nitrógeno de la anilina tiene los electrones no enlazantes paralelos a los orbitales p del anillo, por lo que se puede producir solapamiento.
  • 15. Efectos de la hibridación En la piridina los electrones no enlazantes ocupan un orbital sp2, con mayor carácter s y con electrones más retenidos que los de un orbital sp3 de una amina alifática. Los electrones no enlazantes de la piridina están menos disponibles para enlazarse a un protón. La piridina es menos básica que las aminas alifáticas, pero es más básica que el pirrol porque no pierde su aromaticidad en la protonación.
  • 16. Solubilidad de las aminas. La mayoría de las aminas, que contienen más de seis átomos de carbono, son relativamente insolubles en agua. En presencia de ácido diluido (en disolución acuosa), estas aminas forman las sales de amonio correspondientes, por lo que se disuelven en agua. Cuando la solución se transforma en alcalina, se regenera la amina La amina regenerada o bien se separa de la solución acuosa, o se extrae con un disolvente orgánico
  • 17. Solubilidad de las aminas y las sales de amonio  La mayoría de las aminas, que contienen más de seis átomos de carbono, son relativamente insolubles en agua. En presencia de ácido diluido (en disolución acuosa), estas aminas forman las sales de amonio correspondientes, por lo que se disuelven en agua. La formación de una sal soluble es una de las características de las pruebas para el grupo funcional amina.  Una amina puede convertirse en sal de amonio mediante un tratamiento con ácido. La sal de amonio es soluble en agua. Al tratar la sal de amonio con soluciones básicas la volverá a convertir en la amina.
  • 18. Solubilidad de las aminas y las sales de amonio
  • 19. Cocaína. La cocaína generalmente se consume en forma de clorhidrato. Cuando el clorhidrato de cocaína se trata con hidróxido de sodio y se extrae con éter se vuelve a transformar en la base volátil, utilizada para fumar. La cocaína se encuentra normalmente como una sal de clorhidrato porque es sólida y se puede manejar fácilmente. Al neutralizar el clorhidrato de cocaína se convierte en una base libre que es más volátil.
  • 20. Catalizador de transferencia de fase El ión amonio cuaternario forma un par iónico con el ión hidróxido, permitiendo al hidróxido pasar a la fase orgánica (una solución de ciclohexeno en cloroformo). En la fase orgánica, el ión hidróxido es más reactivo que en la fase acuosa, ya que deja de estar rodeado de las moléculas de agua que lo solvatan. El hidróxido reacciona con el cloroformo para formar diclorocarbeno, que reacciona con ciclohexano para dar lugar al producto ciclopropanado. El ión hidróxido "se transfiere" a la fase orgánica por medio del ión amonio cuaternario, que se utiliza como un catalizador de transferencia de fase.
  • 21. Activación del benceno por medio del grupo amino El grupo amino es un activador fuerte y orto, para-director. Los electrones no enlazantes del nitrógeno estabilizan el complejo cuando el ataque se produce en las posiciones orto o para. El nitrógeno puede utilizar sus electrones no enlazantes para estabilizar la carga positiva del complejo sigma
  • 22. Alquilación de aminas con haluros de alquilo. Las aminas reaccionan con haluros de alquilo primarios para dar lugar a haluros de amonio alquilados. La polialquilación es un problemas cuando se alquilan las aminas a través de este método.
  • 23. Acilación de aminas. Las aminas primarias y secundarias reaccionan con haluros de ácido para formar amidas. El nitrógeno de la amina atacará al carbono carbonílico y desplazará al cloruro.
  • 24. Mecanismo de acilación de aminas El cloruro de ácido es más reactivo que la cetona o el aldehído debido a que el átomo electronegativo de cloro sustrae densidad electrónica del carbono carbonílico, haciéndolo más electrofílico. El nitrógeno de la amina ataca al carbono carbonílico formando un intermedio tetraédrico. El desplazamiento del cloruro y la desprotonación dan lugar a la amida como producto final.
  • 25. Síntesis de sulfonamidas. Una amina primaria o secundaria ataca a un cloruro de sulfonilo y desplaza al ión cloruro para dar lugar a una amida. Las amidas de los ácidos sulfónicos se denominan sulfonamidas. Las sulfas son una clase de sufonamidas utilizadas como agentes antibacterianos.
  • 26. La eliminación de Hofmann El grupo amino se puede transformar en un buen grupo saliente mediante una metilación exhaustiva, que lo transforma en una sal de amonio cuaternario, el cual puede liberarse como una amina neutra. La metilación exhaustiva generalmente se lleva a cabo utilizando yoduro de metilo. Después de la metilación exhaustiva, la sal de amonio se trata con óxido de plata y agua para convertirlo en sal de hidróxido. Tras el calentamiento tiene lugar la eliminación produciendo un alqueno. Cuando se pueden formar más de un alqueno, el alqueno menos sustituido será el producto principal (producto de Hofmann).
  • 27. Producto de Hofmann. Sin embargo, en la eliminación de Hofmann, el producto generalmente es el alqueno menos sustituido. Con frecuencia las reacciones de eliminación se clasificarán en dos tipos: las que preferentemente dan lugar al producto de Saytzeff (alqueno más sustituido) o al producto de Hofmann (alqueno menos sustituido). En la eliminación de Hofmann, el ión hidróxido abstrae un protón del carbono menos sustituido. El producto es el alqueno menos sustituido
  • 28. Eliminación de Hofmann de la 2- butanamina. La conformación más estable del enlace C2-C3 no tiene protones C3 en relación anti con el grupo saliente; sin embargo, a lo largo del enlace C1-C2, cualquier conformación alternada tiene una relación anti entre un protón y el grupo saliente.
  • 29. Productos de oxidación de una amina Algunos estados de oxidación de las aminas y sus productos de oxidación. Las aminas se pueden oxidar fácilmente con peróxido de hidrógeno o MCPBA. También se pueden oxidar mediante el aire.
  • 30. Preparación de los óxidos de amina Las aminas terciarias se oxidan a óxidos de amina, frecuentemente con buen rendimiento. Para esta oxidación se puede utilizar tanto H2O2 como un peroxiácido. El óxido de amina tiene una carga positiva en el nitrógeno
  • 31. Eliminación de Cope Debido a la carga positiva del nitrógeno, el óxido de amina puede experimentar una eliminación de Cope de forma parecida a la eliminación de Hofmann de una sal de amonio cuaternario. El óxido de amina actúa como su propia base a través de un estado de transición cíclico, por lo que no se necesita una base fuerte. El oxígeno del óxido abstrae un protón formando un alqueno. A diferencia de la eliminación de Hofmann, la eliminación de Cope requiere que el protón y el grupo saliente sean sin.
  • 32. Reacciones de aminas con ácido nitroso. En una solución ácida, el ácido nitroso se puede protonar y perder agua para dar lugar al ión nitrosonio, +N = O. El ión nitrosonio parece ser el intermedio reactivo de la mayoría de las reacciones de las aminas con el ácido nitroso. El ión nitrosonio se estabiliza por medio de dos estructuras de resonancia en las que las dos comparten la carga positiva, el nitrógeno y los átomos de oxígeno.
  • 33. Formación de sales de diazonio Las aminas primarias reaccionan con ácido nitroso, vía ión nitrosonio, para formar cationes diazonio. Este procedimiento se denomina diazoación de una amina. La amina ataca al ión nitrosonio y formar una N-nitrosoamina. La transferencia de protones, seguida de protonación y la pérdida de agua dan lugar al catión diazonio. La transferencia de un protón (tautomería) del nitrógeno al oxígeno forma un grupo hidroxilo y un segundo enlace N-N. La protonación del grupo hidroxilo, seguida de la pérdida de agua, da lugar al catión diazonio La transferencia de protones, seguida de protonación y la pérdida de agua dan lugar al catión diazonio.
  • 34. Las sales de arenodiazonio se forman por la diazoación de una amina aromática primaria. Las aminas aromáticas primarias se suelen preparar por nitración de un anillo aromático seguida de la reducción del grupo nitro hasta un grupo amino. Si después esta amina se somete a diazoación, para convertirla en la sal de diazonio, esta posición aromática está activada para ser transformada en una gran variedad de grupos funcionales Una vez se haya formado el ión diazonio, se puede sustituir fácilmente por otros grupos funcionales. Reacciones de las sales de diazonio aromáticas
  • 35. Hidrólisis del grupo diazonio. La hidrólisis se produce cuando una solución de una sal de arenodiazonio se acidifica fuertemente (generalmente añadiendo H2SO4) y se calienta. El grupo hidroxilo del agua sustituye al N2, formando un fenol.
  • 36. Reacción de Sandmeyer Las sales de cobre (I) tienen una afinidad especial por las sales de diazonio. El cloruro, el bromuro o el cianuro de cobre (I) reaccionan con las sales de arenodiazonio para dar lugar a cloruros, bromuros o cianuros de arilo La reacción de Sandmeyer, cuando se utiliza cianuro de cobre (I), es un buen método para añadir otro sustituyente carbonado a un anillo aromático.
  • 37. Síntesis de los fluoruros de arilo Cuando se trata una sal de arenodiazonio con ácido tetrafluorobórico (HBF4), precipita el tetrafluoroborato de arenodiazonio. Si esta sal precipitada se filtra y, a continuación, se calienta, se descompone y se obtiene el fluoruro de arilo. Las sales diazonio son explosivas, por lo que esta reacción tiene que llevarse a cabo con extremo cuidado.
  • 38. Síntesis de los yoduros de arilo Los yoduros de arilo se obtienen tratando sales de arenodiazonio con yoduro de potasio. Éste es uno de los mejores métodos para obtener derivados de yodobenceno.
  • 39. Desaminación de anilinas El ácido hipofosforoso (H3PO2) reacciona con las sales de arenodiazonio, reemplazando el grupo diazonio por hidrógeno. El grupo amino se puede utilizar para activar el anillo y beneficiarse de su capacidad de direccionamiento.
  • 40. Acoplamiento diazo. Los iones arenodiazonio actúan como electrófilos débiles en las sustituciones electrofílicas aromáticas. Los productos tienen la estructura Ar-N=N-Ar, conteniendo la unión azo -N=N-; por este motivo, a los productos se les denomina azocompuestos y a la reacción acoplamiento diazo. La reacción necesita anillos fuertemente activados para reaccionar con la sal de arenodiazonio
  • 41. Aminación reductiva: síntesis de aminas primarias. Las aminas primarias se obtienen a partir de la condensación de hidroxilamina (sin grupos alquilo) con una cetona o un aldehído, seguida de la reducción de la oxima. Esta es una reacción conveniente porque la mayoría de las oximas son estables, compuestos fácilmente aislables. LiAlH4 o NaBH3CN se pueden utilizar para reducir la oxima
  • 42. Aminación reductiva: síntesis de aminas primarias.
  • 43. La condensación de una cetona o un aldehído con una amina primaria da lugar a una imina N-sustituida (base de Schiff). La reducción de la imina N-sustituida da lugar a una amina secundaria. LiAlH4 o NaBH3CN se pueden utilizar para reducir la imina. Aminación reductiva: síntesis de aminas secundarias
  • 44. Aminación reductiva: síntesis de aminas terciarias. La condensación de una cetona o un aldehído con una amina secundaria da lugar a una sal de iminio. Las sales de iminio suelen ser inestables, por lo que es difícil aislarlas. Un agente reductor en la solución reduce la sal de iminio a amina terciaria La sal de iminio se encuentra en equilibrio con la cetona o el aldehído. Es mejor la utilización de NaBH3CN porque reducirá selectivamente la sal de iminio y no el grupo carbonilo.
  • 45. Síntesis de aminas por acilación- reducción. Igual que en la aminación reductiva, en la acilación-reducción se añade un grupo alquilo al átomo de nitrógeno de la amina de partida. La acilación de la amina de partida mediante un cloruro de ácido da lugar a una amida, que no tiene tendencia a poliacilarse . La reducción de LiAlH4 da lugar a la amina correspondiente. Dependiendo del amina utilizada como material de partida podemos obtener una amina primaria, secundaria o terciaria como producto. El uso de amoniaco dará lugar a una amina primaria tras la acilación- reducción. La reacción de una amina primaria producirá una amina secundaria y la reacción de una amina secundaria producirá una amina terciaria tras acilación-reducción.
  • 46. Síntesis de Gabriel El anión ftalimidato es un nucleófilo fuerte, que desplaza a un ión haluro o tosilato de un buen sustrato SN2. La polialquilación no se produce porque la N-alquil ftalimida no es nucleofílica y no existen protones ácidos adicionales en el nitrógeno. Al calentar la N-alquil ftalimida con hidrazina, ésta desplaza a la amina primaria y se forma la ftalhidrazida (muy estable). La síntesis de Gabriel es una forma rápida y fácil de obtener aminas primarias sin productos polialquilados
  • 47. Reducción de nitrocompuestos. Los grupos nitro aromáticos y alifáticos se reducen fácilmente a grupos amino. La forma más frecuente de llevarlo a cabo es por hidrogenación catalítica o mediante reducción con un metal activo, en medio ácido. La reducción se utiliza mayormente en la síntesis de los derivados anilinos.
  • 48. Reordenamiento o transposición de Hofmann de amidas En presencia de una base fuerte, las amidas primarias reaccionan con cloro o bromo para dar lugar a aminas, con la pérdida del átomo de carbono carbonílico. Esta reacción, denominada reordenamiento de Hofmann, se utiliza para sintetizar alquil y arilaminas primarias. El producto tendrá un carbono menos por carbonilo que el material de partida.
  • 49. Mecanismo del reordenamiento de Hofmann: paso 1 El primer paso consiste en la sustitución de uno de los átomos de hidrógeno del nitrógeno por un halógeno La amida desprotonada es nucleofílica y atacará a la molécula de bromo formando la N-bromo amida.
  • 50. Mecanismo del reordenamiento de Hofmann: paso 2. La desprotonación de la N-bromo amida da lugar a otro anión estabilizado por resonancia. El átomo de bromo de la N - bromo amida desprotonada es un grupo saliente potencial. Sin embargo, para que el bromuro se elimine, el grupo alquilo ha de emigrar hacia el nitrógeno. Éste es el paso del reordenamiento, dando lugar a un isocianato intermedio
  • 51. Mecanismo del reordenamiento de Hofmann: paso 3. Los isocianatos reaccionan rápidamente con agua para dar lugar a ácidos carbámicos. Un grupo hidroxilo del agua ataca al carbono del isocianato, y tras la protonación, produce el ácido
  • 52. Mecanismo del reordenamiento de Hofmann: paso 4 La descarboxilación del ácido carbámico da lugar a la amina y a dióxido de carbono. Un grupo hidroxilo desprotona al ácido carbámico, haciendo que comience una reacción de descarboxilación. La amina producida se protona por agua.
  • 53. Reordenamiento de Curtius. En el reordenamiento de Curtius se consigue la misma finalidad sintética que en el reordenamiento de Hofmann y el mecanismo es similar. Un cloruro de ácido reacciona con el ión azida para dar lugar a una acil-azida, que sufre un reordenamiento de Curtius cuando se calienta para formar el isocianato. El tratamiento del isocianato con agua formará en primer lugar el ácido carbámico, y tras la descarboxilación, una amina y dióxido de carbono.
  • 54. Sustituciones en alfa, y condensaciones de enoles y de iones enolato
  • 55. Sustitución en alfa. En la sustitución en , un átomo de hidrógeno del átomo de carbono (carbono vecino al grupo carbonilo) se sustituye por otro grupo. La sustitución en generalmente se produce cuando el compuesto carbonílico se transforma en su ión enolato o en su enol (tautómero). La base abstrae al protón , haciendo que ese carbono sea nucleofílico. La carga negativa también se puede deslocalizar en el oxígeno. El carbono atacará a un electrófilo y completará la reacción de sustitución.
  • 56. Reacciones de condensación Las condensaciones del grupo carbonilo son sustituciones en alfa, donde el electrófilo es otro compuesto carbonilo El carbono enolato ataca al carbono carbonílico de una cetona o aldehído que produce, tras la protonación, un compuesto b- hidrocarbonilo. Cuando el enolato ataca a un éster, el producto será un compuesto b-dicarbonilo.
  • 57. Tautomería ceto-enólica catalizada por una base En presencia de bases fuertes, las cetonas y los aldehídos actúan como ácidos débiles. Se elimina un protón del carbono para formar un ión enolato estabilizado por resonancia, con la carga negativa repartida entre el átomo de carbono y el átomo de oxígeno. El equilibrio favorece la forma ceto sobre el ión enolato.
  • 58. Tautomería ceto-enólica catalizada por un ácido. En el ácido, un protón se mueve desde un carbono a un oxígeno protonando en primer lugar el oxígeno y eliminando a continuación un protón del carbono.
  • 59. Racemización. Si un átomo de carbono asimétrico tiene un átomo de hidrógeno enolizable, una traza de ácido o de base permite que el carbono invierta su configuración, actuando el enol como intermedio. El enol intermedio es aquiral.
  • 60. Diagrama de energía de la reacción del enolato con un electrófilo Aunque el equilibrio de la tautomería ceto-enólica favorece la forma ceto, la adición de un electrófilo desplaza el equilibrio hacia la formación de más enol.
  • 61. Halogenación en alfa de cetonas. Cuando se trata una cetona con un halógeno y una base, se produce una reacción de -halogenación La reacción se denomina halogenación promovida por una base, en lugar de catalizada por una base, porque se consume un equivalente completo de la base en la reacción.
  • 62. Mecanismo de la formación del haloformo. La trihalometil cetona reacciona con el ión hidróxido dando lugar a un ácido carboxílico. Un intercambio rápido de protones da lugar a un ión carboxilato y a un haloformo. Cuando se utiliza cloro, se forma el cloroformo; cuando se emplea bromo, se forma el bromoformo; cuando se utiliza yodo, se obtiene yodoformo
  • 63. Reacción del bromoformo. En condiciones fuertemente básicas, una metil cetona reacciona con un halógeno y se obtiene un ión carboxilato y haloformo El intermedio trihalometil no está aislado. El yodoformo es un sólido amarillo y su formación se utiliza como un ensayo cualitativo para las metil cetonas.
  • 64. Reacción del yodoformo con un alcohol secundario. El yodo es un agente oxidante y un alcohol puede dar positivo el ensayo del yodoformo si se oxida a metil cetona La reacción del yodoformo puede transformar este tipo de alcohol en un ácido carboxílico con un átomo de carbono menos.
  • 65. Mecanismo de halogenación catalizada por un ácido En el mecanismo de la halogenación catalizada por un ácido se produce el ataque de la forma enólica de la cetona a la molécula electrolífica del halógeno. La pérdida de un protón da lugar a -halocetona y al haluro de hidrógeno La halogenación ácida puede reemplazar a uno o más - hidrógenos sobre cuánto se utiliza el halógeno
  • 66. Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky. En la reacción de Hell-Volhard-Zelinsky se sustituye un átomo de hidrógeno por un átomo de bromo en el carbono de un ácido carboxílico. El ácido carboxílico se trata con bromo y tribromuro de fósforo.
  • 67. Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky: paso 1 La forma enol del bromuro de acilo actúa como intermedio nucleofílico. El primer paso es la formación del bromuro de acilo, que se enoliza con más facilidad que el ácido. El equilibrio favorece la forma ceto (bromuro de acilo).
  • 68. Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky: paso 2 El enol es nucleofílico, ataca al bromo y se obtiene bromuro de -bromo acilo. La reacción del bromuro de -bromo acilo con una segunda molécula de ácido dará lugar al ácido carboxílico de -bromo y una molécula de bromuro de acilo.
  • 69. Alquilación de iones enolato Como el enolato tiene dos centros nucleofílicos (el oxígeno y el carbono ), puede reaccionar a través de cualquiera de ellos. La reacción generalmente tiene lugar sobre el carbono , formando un nuevo enlace C-C. El enolato para esta reacción debe estar formado con bases que no sean hidróxido o alcóxidos para evitar las reacciones de los centros nucleofílicos
  • 70. Mecanismo de formación del enaminas. Una enamina se obtiene a partir de la reacción de una cetona o un aldehído con una amina secundaria. La carbinolamina secundaria se protona y se elimina el agua. La eliminación de un protón del carbono da lugar a la enamina
  • 71. Alquilación de una enamina. Las enaminas desplazan a los átomos de halógeno de los haluros de alquilo reactivos, dando lugar a sales de iminio alquiladas. La sal de iminio alquilada se puede hidrolizar a cetona en condiciones ácidas
  • 72. Acilación de las enaminas. La acilación inicial da lugar a una sal de iminio acilada, que se hidroliza a la -dicetona. Los compuestos -dicarboníllicos se pueden alquilar más.
  • 73. Condensación aldólica. En condiciones básicas, en la condensación aldólica se produce la adición nucleofílica de un ión enolato a otro grupo carbonilo Cuando se lleva a cabo la reacción a bajas temperaturas, el compuesto carbonílico -hidroxi se puede aislar. El calor deshidratará el producto aldólico al compuesto , -insaturado.
  • 74. Condensación aldólica catalizada por una base. En condiciones básicas, la condensación aldólica se produce mediante la adición nucleofílica del ión enolato (nucleófilo fuerte) a un grupo carbonilo. La protonación da lugar al aldol.
  • 75. Mecanismo de condensación aldólica catalizada por una base La desprotonación del acetaldehído da lugar a un ión enolato, que actúa como un nucleófilo fuerte. El ataque a otro grupo carbonilo de otra molécula de acetaldehído da lugar a la adición al doble enlace del grupo carbonilo, formando el aldol.
  • 76. Condensación aldólica de la acetona La condensación aldólica de la acetona sólo da lugar a un 1% de producto en el equilibrio mediante el reflujo de acetona sobre un catalizador básico como el Ba(OH)2. No se produce el reflujo del «alcohol de diacetona», dando su alto punto de ebullición, por lo que su concentración en el equilibrio va aumentando gradualmente hasta que toda la acetona se transforma en el «alcohol de diacetona».
  • 77. Condensación aldólica cruzada Cuando el enolato de un aldehído (o cetona) se adiciona a grupo carbonilo de otro, al proceso se le conoce como condensación aldólica cruzada. Se puede obtener una mezcla de productos si se puede formar más de un enolato
  • 78. La condensación aldólica cruzada se puede producir si se planifica de forma que sólo uno de los reactivos pueda formar el ión enolato y que el otro compuesto tenga más probabilidad de reaccionar con el enolato. Para llevar a cabo estas reacciones lentamente se añade el compuesto con protones a una solución básica del compuesto sin protones en . Condensaciones aldólicas cruzadas satisfactorias
  • 79. Propuesta de mecanismos de reacción El átomo de carbono que sirve de puente entre los dos anillos de los productos se ha de derivar del grupo carbonilo del benzaldehído. Dos protones en de la metilciclohexanona y el oxígeno del grupo carbonilo se pierden en forma de agua.
  • 80. Ciclación aldólica. Las reacciones aldólicas intramoleculares de las dicetonas suelen ser útiles para sintetizar anillos de cinco o seis miembros. Los anillos de más de seis miembros o menos de cinco son menos frecuentes debido a la tensión del anillo o la entropía.
  • 81. Retrosíntesis de la condensación aldólica Los productos de la reacción aldólica pueden ser aldoles, es decir, aldehídos y centonas - hidroxilados o bien productos de condensación como los aldehídos y las cetonas , - insaturadas. Una ruptura imaginaria del enlace C-C , da lugar a los productos de partida de la condensación aldólica.
  • 82. Condensación de Claisen. La condensación de Claisen se produce cuando una molécula de éster experimenta una sustitución nucleofílica en el grupo acilo por un enolato. El producto de la reacción es un -ceto éster.
  • 83. Condensación de Dieckmann. Una condensación de Claisen interna de un diéster da lugar a la formación de un anillo. Dicha reacción se denomina condensación de Dieckmann o ciclación de Dieckmann. Se permite la formación de anillos de 5 ó 6 miembros
  • 84. Condensación de Claisen cruzada. En una condensación de Claisen cruzada, un éster sin hidrógenos en sirve como componente electrofílico El acetato de etilo reacciona con la base para formar un enolato, que condensa con benzoato de etilo.
  • 85. Condensación de Claisen cruzada con cetonas y ésteres También son posibles las condensaciones de Claisen cruzadas entre cetonas y ésteres. Las cetonas son más ácidas que los ésteres, por lo que es más probable que se desprotonen y sirvan como enolato en la condensación. El éster actúa como un agente acilador en la reacción produciendo un - dicetona.
  • 86. La síntesis malónica En la síntesis malónica se obtienen derivados sustituidos del ácido acético. El éster malónico se alquila o acila en el carbono que está en posición respecto a los dos grupos carbonilo, y el derivado resultante se hidroliza y sufre una descarboxilación ulterior. Los productos de la reacción son un derivado de ácido acético sustituido y CO2.
  • 87. Descarboxilación del ácido alquilmalónico La descarboxilación se produce a través de un estado de transición cíclico, dando inicialmente un enol que rápidamente se tautomeriza para dar lugar al producto. Cualquier ácido carboxílico con un grupo carbonilo en posición tiene tendencia a descarboxilarse
  • 88. Síntesis acetilacética. La síntesis acetilacética es similar a la síntesis malónica, pero los productos que se obtienen son cetonas: concretamente, derivados de la acetona. La sustitución en va seguida de la hidrólisis y la descarboxilación mediante el calentamiento en un medio ácido.
  • 89. Adiciones conjugadas: la reacción de Michael. Los compuestos carbonílicos -insaturados no suele tener dobles enlaces electrofílicos. El carbono es electrofílico ya que comparte la carga parcialmente positiva del carbono del grupo carbonilo mediante resonancia La adición se puede producir en cualquiera de los carbonos electrofílicos, dependiendo del nucleófilo utilizado
  • 90. Adiciones 1,2 y 1,4. Cuando el ataque se produce en el grupo carbonilo, la protonación del oxígeno da lugar al producto de adición 1,2. Cuando el ataque se produce en la posición , el átomo de oxígeno es el cuarto si se comienza a contar a partir del nucleófilo, y a la adición se la denomina adición 1,4. La adición 1,4 también se denomina adición conjugada
  • 91. Adición 1,4 de un enolato a MVC. El paso determinante es el ataque del enolato al carbono. El enolato resultante es fuertemente básico y se desprotona rápidamente Si se utiliza el enolato del éster malónico, el producto de adición se puede descarboxilar para producir un -ceto ácido.
  • 92. La anillación de Robinson. Si la adición conjugada se produce en condiciones fuertemente básicas o ácidas, la -dicetona experimenta una condensación aldólica intramolecular espontánea, generalmente con deshidratación, formando un anillo de seis miembros adicional: una ciclohexanona conjugada.
  • 93. Paso 1: adición de Michael El mecanismo comienza con la adición del enolato de la ciclohexanona a la MVC, formando una -dicetona
  • 94. Pasos 2 y 3: aldol cíclico y deshidratación Para formar un anillo de seis miembros, el enolato de la metil cetona ataca al grupo carbonilo de la ciclohexanona. El aldol se deshidrata y se obtiene una ciclohexenona.
  • 95. Prediga los productos de las siguientes condensaciones aldólicas. Represente los productos que se obtienen antes y después de la deshidratación. Prediga los productos de las siguientes condensaciones de Claisen
  • 96. Explique cómo utilizaría la condensación aldólica, de Claisen, u otro tipo de condensación para obtener cada uno de los siguientes compuestos
  • 97. •Proponga los reactivos (A y B) para la síntesis del siguiente éster •Si se usaron 3 gramos de ácido y 10 ml de alcohol (0.789 g/ml), ¿cuál es el reactivo limitante?, si se obtuvieron 2.5 gramos del éster, ¿Cuál es el rendimiento? •¿Cuál es el producto de la hidrólisis de los siguientes compuestos?