Este documento trata sobre compuestos orgánicos de nitrógeno, azufre, fósforo y silicio. En particular, describe la estructura y reactividad de fosfinas, sales de alquilfosfonio e iluros de fósforo y su uso en la reacción de Wittig. También cubre compuestos de silicio como silanos, silil éteres y cómo el silicio estabiliza cargas positivas y negativas en carbonos adyacentes.

1. TEMA 3 Módulo 1. Módulo 1. SÍNTESIS ORGÁNICA. Tema 1. COMPUESTOS ORGÁNICOS DE NITRÓGENO QUE NO DERIVAN DEL AMONÍACO.- Nitrocompuestos. Estructura y propiedades físicas. Nitroalcanos. Reacciones. Nitroarenos. Preparación y Reacciones.- Isonitrilos. Nitrilos: Preparación y Reacciones.- Azidas. Preparación y Reacciones.- Diazocompuestos. Reacciones. Tema 2. COMPUESTOS ORGÁNICOS DE AZUFRE.- Introducción.- Tioles y sulfuros.- Sulfóxidos y sulfonas.- Carbaniones estabilizados por azufre.- Sales de sulfonio.- Ácidos sulfónicos y derivados. Tema 3. COMPUESTOS ORGÁNICOS DE FÓSFORO Y SILICIO.- Reacciones de olefinación de compuestos carbonílicos.- Compuestos orgánicos del fósforo.- Compuestos orgánicos del Si. Tema 4. SÍNTESIS ORGÁNICA I.- Introducción a la síntesis orgánica.- Reacciones orgánicas como instrumento de síntesis.- Interconversión de grupos funcionales.- Reacciones de formación de enlaces C-C.- Adición conjugada a compuestos carbonílicos a,b-insaturados. Tema 5. SÍNTESIS ORGÁNICA II.- Selectividad en Química Orgánica.- Conceptos de grupos protector, activadores e inductores.- Protección de grupos funcionales. Tema 6. SÍNTESIS ORGÁNICA III.- Introducción.- Síntesis lineal y convergente.- Planteamiento del diseño sintético. Molécula Objetivo. Concepto de sintón y de reactivo equivalente. Análisis retrosintético.- Reglas que han de presidir un buen análisis retrosintético.- Interconversión de grupos funcionales (IGF).- Desconexiones 1,2 y 1,3-difuncionales (1,2-diX y 1,3-diX).- Desconexiones C-C: 1,1 C-C y 1,2 C-C.- Sintones donadores y aceptores.- Reactividad normal (lógica) y reactividad Umpolung (ilógica).- Transposiciones en síntesis.- Ciclación.- Polimerización. 1

2. TEMA 3. COMPUESTOS ORGÁ-NICOS DE FÓSFORO Y SILICIO Bibliografía: Warren, Streitwieser, Carruthers 2

5. Muchas son comerciales

6. Las fosfinas terciarias son las más importantes: a) Son configuracionalmente estables a temperatura ambiente, b) Son ligandos excelentes.Son más piramidales que las aminas Reactividad: Basicidad y Nucleofilia Las fosfinas son menos básicas que las aminas pero son más nucleófilas 3

8. La basicidad depende de su estructura (grado de sustitución del fósforo). En general, la basicidad de un átomo con uno o más pares de electrones solitarios disminuye a medida que aumenta el tamaño del átomo. 4

9. ¿Qué factores afectan la basicidad de un compuesto? Bases nitrogenadas Basicidad debida a: Mayor disponibilidad del par de electrones solitarios y la estabilización de la carga positiva resultante la cual se incrementa al cambiar H por grupos alquilo. La estabilización debido a la solvatación, más importante mientras mayor número de átomos de H haya. Figuras tomadas de: J. Clayden, N. Greeves, S. Warren and P. Wothers, Organic Chemistry, 1ª ed., Oxford University Press, 2001. 5

10. Nucleofília Aunque las fosfinas son menos básicas que las aminas el átomo de fósforo es muy polarizable Buenos nucleófilos (intervienen en reacciones SN) ¨ Las sales de fosfonio son importantes en la formación de iluros de P empleados en la reacción Wittig que origina alquenos Formación de complejos Las fosfinas son ligandos excelentes para coordinarse con metales de transición. La estabilidad y solubilidad de estos complejos ha propiciado la generación de catalizadores de hidrogenación solubles (hidrogenación homogénea) Clorotris-trifenilfosfina-rodio Oxidación Las trialquilfosfinas se oxidan con facilidad por aire 6 Óxido de trialquilfosfina

11. 1. Ph3P 2. H2O R-N3 R-NH2 1. 2. 1.2. Reacción de Staudinger Reduce azidas a aminas primarias con retención de configuración. Mecanismo: 7

12. 1.3. Reacción de Mitsunobu Es un moderno proceso SN2 usando química de fósforo Ejemplo: La formación clásica de ésteres a partir de alcoholes secundarios transcurre con retención: 8

13. Mecanismo: 9

14. 1.4. Sales de alquilfosfonio e iluros de fósforo Las sales de alquilfosfonio pueden ser desprotonadas en la posición contigua al átomo de fósforo dando iluros de fósforo que se estabilizan por conjugación: iluro fosforano Sal de alquilfosfonio THF La importancia del iluro de fósforo es su comportamiento como carbanión estabilizado en la reacción de Wittig 10

15. Tipos de iluros Iluros no estabilizados: R, R’ = H, alquil ó O-alquil. Requieren para su formación bases fuertes tipo LDA, RLi etc. Son muy nucleófilos, reaccionan con el O2 atm. y H2O. Uso en atmósfera inerte y en medio anhidro. No se aíslan, preparación in situ. Iluros estabilizados: R = grupo electrón-atrayente (COR, COOR, CHO, CN), R’ = H (generalmente). La carga negativa está estabilizada por resonancia. Requieren para su formación bases más débiles tipo NaOH, etc. Son menos nucleófilos, no reaccionan con el O2 atm. y con H2O sólo en caliente. Pueden almacenarse. Iluros moderados: R, R’ = vinil, aril, alquinil, Características y comportamiento intermedios entre los dos anteriores. 11

18. Con ilurosno estabilizados: estereoselectividad Z12

19. Reacción de Wittig. Ejemplos Con iluros no estabilizados: Con iluros estabilizados: 13 Un alqueno E es termodinámicamente más estable que el correspondiente Z

20. Cómo se justifica laselectividad Z de la reacción de Wittig? Ejemplo: 14

21. Laselectividad E de la reacción de Wittig REVERSIBLE 15

22. Control cinético y termodinámico en la reacción de Wittig Z E r c 16

23. 1.6. Ésteres fosfato El ácido ortofosfórico es tribásico, y puede formar mono, di o triésteres: Los ésteres fosfato de los carbohidratos son productos naturales importantes por constituir uno de los elementos básicos de los ácidos nucléicos (ADN, ARN) 17

24. 1.7. Fosfonatos. Reacción de Horner-Emmons Los ácidos fosfónicos contienen el grupo funcional PO3H2 unido a un carbono y se nombran como ácidos alquilfosfónicos. Sus derivados, los fosfonatos, más corrientes son los diésteres Preparación: reacción de Arbuzov-Michaelis Ejemplo: 18

25. Reacción de Horner-Emmons Ejemplo: Ventajas de Horner-Emmons sobre Wittig: Mayor reactividad de los aniones fosfonato que los iluros Mejores rendimientos Subproducto: ester fosfato soluble en agua Limitaciones de Horner-Emmons: Solo es aplicable a reactivos estabilizados La geometría del doble enlace es siempre E. 19

27. El radio atómico del Si es mayor que el del C y su polarizabilidad también.

28. C forma compuestos trigonales y lineales muy estables que contienen enlaces p, el Si muy pocos, no participa en enlaces pp-p.

29. La diferencia más importante es la fuerza del enlace silicio-oxígeno (368 kJ mol–1)y la relativa debilidad del enlace silicio-silicio (230 kJ mol–1).

30. Los enlaces a elementos electronegativos son generalmente más fuertes con el silicio que con el carbono, en particular el enlace Si-F es uno de los enlaces simple más fuerte que se conocen, mientras que los enlaces a elementos electropositivos son más débiles.

31. El Si es electropositivo comparado con el C y con el H: Si – C Si – H C - H 20

33. Halogenuros de sililo: Análogos a los haluros de alquilo

34. Silanoles: Análogos a los alcoholes

36. 2.1. Preparación Di, Tri y Tetralquilsilanos: se obtienen por reacción de r. de Grignard y organolíticos con haluros de Si Cada sustitución de cloro por alquilo hace más difícil la siguiente, se pueden conseguir la sustitución por etapas de los cuatro halógenos. Preparación industrial y aplicaciones (industria farmacéutica) Producción de polímeros de silicona: siloxanos 22

37. 2.2. Reacciones 2.2.1. Sustitución nucleófila en el silicio El Si tiene una electronegatividad más baja (1.8) que el C (2.5), por eso los enlaces C-Si están polarizados hacia el C. Esto hace al Si susceptible al ataque de nucleófilos. Así, los alcoholes reaccionan rápidamente con cloruro de trimetilsililo (TMSCl) para dar trimetilsilil (TMS) éteres. Aminas, ej.: Et3N o Py se añaden para neutralizar el HCl formado. Pueden usarse otros cloruros de trialquilsililo: A diferencia de los haluros de alquilo 3ºs, estosclorosilanosdan la sustituciónnucleófilapor un mecanismo similar al SN2. Esto se debe a dos factoresqueestabilizan el estado de transición, casies un intermedio (bipirámidetrigonal): La excepcionalfuerza del enlace Si-O y La mayor longitud de los enlaces C–Si haceque los impedimentosestéricosseanmenores en el Si que en el C. 23

38. En esta reacción se basa la protección de alcoholes por transformación en los correspondientes trialquilsilil éteres. Reactivo usado: uno de los cloruros de trialquilsililo siguientes: Ejemplo: (90 %) Los TMS éteres se hidrolizan muy fácilmente regenerando los correspondientes alcoholes, pero los sililéteres más voluminosos son más resistentes y estables en un amplio rango de pH. Estos se rompen rápidamente y específicamente por ion fluoruro: Los sililéteres tienen gran utilidad como grupos protectores de O-H 24

39. La SN en el Si es mucho más fácil que en el C. DIFERENCIAS: Diferencia 1: R3C-Hal son electrófilos blandos pero R3Si-Hal son electrófilos duros. Reaccionan lentamente con F- Reaccionan rápidamente con F- Buenos nucleófilos para C saturados son:Elementos neutros y/o elementos bajos en el SP (S, Se, I). Buenos nucleófilos para Si son: Elementos cargados o altamente electronegativos (F, Cl, O). Ejemplo, Claramente distinto comportamiento frente a un enolato: Diferencia 2: SN2 en el C: Se afecta poco por C (d+) // “SN2” en el Si: Muy influenciada por Si (d+) Los compuestos de Si más electrófilos son los Triflatos de Si: reaccionan 108–109 más rápidos que los cloruros de Si con los nucleófilos oxígenados Me3SiOTf (TMSOTf) Son ácidos de Lewis excelentes, como veremos ahora 25

40. 2.2.2. Silil enol éteres El triflato de trimetilsililo es un ácido de Lewis excelente y se usa para formar a partir de compuestos carbonílicos silil enol éteres (usados en reacciones de tipo aldólico) un átomo de oxígeno ataca al Si del triflato un trimetilsilil enol éter o enolato de trimetilsililo Ejemplos: 26

42. Los alquinos sililados son nucleófilos y reaccionan con E+ de manera regioselectiva porque estabilizan la carga + en el C b: nucleófilo La reacción ocurre solamente en el átomo de carbono unido directamente al silicio La estabilización de la carga positiva en el C b se debe a HIPERCONJUGACIÓN: Estabilidad de R+ : 3º > 2º > 1º (donación de densidad electrónica desde en laces s C–H o C–C adyacentes) Esta donación se hace más efectiva desde enlaces s C–Si debido al carácter electropositivo del Si. 28

43. 2.2.4. Rotura electrófila del enlace Carbono-Silicio Arilsilanos Sustitución ipso sp3 El ataque en meta daría un cation bal Si que no puede estabilizarse sp2 29

44. Ejemplos: Los arilsilanos sufren sustitución en ipso por electrófilos Vinilsilanos La capacidad del silicio para estabilizar un carbocatión en b se manifiesta también en las reacciones de los vinilsilanos. El enlace C-Si se rompe por el electrófilo y se da una sustitución en a Mecanismo: 30

45. Alilsilanos Los alilsilanos experimentan con facilidad una sustitución electrófila con transposición específica del doble enlace. (H+) Es decir, los alilsilanos reaccónan con electrófilos en la posición grespecto al Si (al otro lado del =), también debido a que el Si estabiliza una carga + en posición b g 31

46. 2.2.5. Reacción de Peterson Es la reacción de olefinación de aldehídos y cetonas que emplea litioderivados de compuestos de silicio: (es volátil) La reacción de un aldehído o cetona con un a-sililcarbanión forma un b-hidroxisilano, el cual sufre eliminación de trialquilsilanol, y origina así un alqueno Obtención de los a-sililcarbaniones: Ejemplo: 32

47. Curso estérico: b-hidroxisilano diastereomérico eliminación sin (Ei) eliminación anti (E2) b-hidroxisilano diastereomérico 33

48. ESTEREOSELECTIVIDAD: ¿Qué ocurre en el caso de alquenos donde la isomería geométrica es posible? El tratamiento de los b-hidroxisilanos diastereoisoméricos con ácidos o bases origina alquenos Ambos alquenos Z y E pueden obtenerse separadamente de manera conveniente y estereoselectiva, a partir de un b-hidroxisilano diastereoisomérico puro dependiendo de las condiciones usadas para el proceso de eliminación un diastereoisómero Con el otro b-hidroxisilano diastereoisómero puro podría llegarse a ambos E y Z alquenos separadamente y de manera estereoselectiva mediante el control de las condiciones del proceso de eliminación, pero no el mismo en las mismas condiciones, por ello: Si se tiene una mezcla de b-hidroxisilanos diastereoisoméricos, la separación y posterior eliminación de cada diastereoisómero bajo diferentes condiciones de eliminación leva al mismo alqueno. 34

49. d d R P 3 O d d P R O O R d d R S i 3 O d d d d S R S R O 2 O O Y O R A A A A 3. Sumario de reacciones de olefinación de compuestos carbonílicos Átomo Olefinación iluro P Wittig fosfonato Horner-Emmons P Si Peterson iluro Comparación con el S Formación de oxiranos S Iluro sulfonato 35