Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández Reacciones de Nucleofilos con Compuestos Carbonílicos.

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1 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández Reacciones de Nucleofilos con Compuestos Carbonílicos

2 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández Las reacciones de los compuestos carbonilicos son de las mas útiles en Q. Orgánica El grupo C0O esta presente en aldehidos, cetonas, ácidos y derivados (esteres, anhidridos, amidas, etc.) Unión no directa del grupo C=O y del nucleófilo  R. de adición o condensación Unión directa del grupo C=O y del nucleófilo  R. de sustitución de X Las reacciones suponen el ataque de un nucleófilo Y-H al carbono C=O En ciertos casos la complejación de un electrófilo ( ej. H + ) al par de e - del oxigeno lleva a una catálisis electrófila

3 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández 1. MODOS DEL ATAQUE INICIAL DEL NUCLEOFILO (Y-H) AL GRUPO C=O 1.1 Adicion de Y-H no catalizada 1.2.. Adicón de Y-H catalizada por ácidos Formación de un intermedio zwiterionico tetraédrico Su vida media depende de la naturaleza de Y, R y X La ruta seguida depende de la naturaleza del compuesto carbonílico y de la naturaleza de YH La presencia de un ácido protónico lleva a la formación del compuesto carbonílico protonado el cual actúa como un reactivo mucho más electrófilo. Las condiciones deben ser tales que produzcan la protonación del compuesto carbonílico pero no la protonación total del Nucleofilo

4 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández 1.3. Adición de Y-H catalizada por bases La presencia de una base conduce a un preequilibrio de deprotonación del nucleófilo YH generando un nucleófilo Y - más reactivo En una solución acuosa no pueden coexistir altas concentraciones de H 3 O + y OH - Es posible catalizar estas reacciones por otros catalizadores distintos de H 3 O + y OH - los cuales pueden coexistir simultáneamente o con H 3 O + y OH -

5 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández 2. REACCIONES DE LOS INTERMEDIOS TETRAEDRICOS 2.1. A partir de aldehidos y cetonas A) Formación de cianohidrinas (YH = HCN)B) Reducción por hidruros (YH = H) Adición simultánea del Nucleofilo (KCN) y del ácido Proceso reversible La adición del donor de protones (acido diluido) se lleva a cabo en una segunda etapa El proceso es irreversible C) Formación de hemiacetales y acetales (YH = ROH) Formación de hemiacetales: Catalizada por ácidos y bases Formación de acetales: Catalizada por ácidos Procesos reversibles el equilibrio se desplaza hacia la derecha usando disolventes no acuosos y eliminación azeotrópica de agua

6 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández D) Reacciones de Condensación (YH = ZNH 2 ) Son procesos de adición-eliminación (deshidratación). Puede conducir a una mezcla diasteromérica E/Z. Suele obtenerse un único isómero

7 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández 2.2. A partir de derivados de ácidos carboxilicos Los derivados de los ácidos carboxilicos pueden sufrir un proceso de adición-eliminación cuando son tratados con un Nucleofilo Y -. El resultado es la substitución de X - por Y - A) Reducción con donores de H - El tratamiento con hidruro (Hna, HAlLi 4 ) produce el correspondiente aldehido el cual tras el tratamiento con ácidos lleva al correspondiente alcohol

8 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández 3. HIDRÓLISIS DE ESTERES Proceso apuesto a la formación de esteres Reacción reversible Normalmente se usa catálisis para que el equilibrio se alcance en tiempos razonables 3.1. Hidrólisis básica de esteres simples Proceso irreversible A) Cinética: Reacción de segundo orden sujeta a impedimentos estéricos Consecuencias: Proceso bimolecular con una etapa determinante de la reacción V. de reacción = k 2 [RCO 2 R’  [HO -  B) Estudios con marcaje isotópico: Usando de D 2 O, el marcaje aparece en el ion carboxilato y no en el alcohol Consecuencia: Se produce exclusivamente la fisión acilica

9 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández C) Mecanismo : Mecanismo B2 En realidad, el OH - es consumido por lo que propiamente no actúa como catalizador El valor exacto de las E. De activación que conducen a los estados de transición 1 y 2 dependen de cada sustrato por lo que la etapa determinante de la reacción puede ser una u otra

10 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández 3.2. Hidrólisis ácida de esteres simples A) Cinética: Reacción de segundo orden sujeta a impedimentos estéricos Consecuencias: Proceso bimolecular con una etapa determinante de la reacción V. de reacción = k 2 [RCO 2 R’  [H 3 O +  B) Estudios con marcaje isotópico: Se produce exclusivamente la fisión acilica C) Mecanismo : Mecanismo A2. Todas las etapas son reversibles

11 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández 3.3. Hidrólisis de esteres de terc-alquilo, bencilo y allilo Cuando el resto alquílico del ester es capaz de formar un ion carbenio estable la hidrólisis sigue otro mecanismo A) Cinética: Reacción de segundo orden NO sujeta a impedimentos estéricos Consecuencias: Proceso bimolecular con una etapa determinante de la reacción B) Estudios con marcaje isotópico: Usando de D 2 O, el marcaje aparece en el alcohol y no en el ácido carboxílico Consecuencia: Se produce exclusivamente la fisión alquílica C) Mecanismo. Mecanismo A1 Después de la protonación se produce la rotura unimolecular del sustrato protonado No hay reacción de un nucleófilo con el grupo carbonilo

12 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández 5.- ADICION NUCLEOFILICA FRENTE A ABSTRACCION DEL PROTON  Dado que los ácidos de Lewis a parte de actuar como nucleófilos pueden tener propiedades como Bases de Bronsted si el compuesto carbonílico presenta un protón en el C  su abstracción puede competir con la adición Factores que determinan la quimioselectividad: Factores termodinámicos y cinéticos: a) acidez del H en  comparada con la de XH y la de los productos b) Estabilidad del intermedio tetraédrico potencial c) Reversibilidad de las etapas Factores estéricos y electrónicos t-BuO - actúa solo como base; MeO - y EtO - actúa como bases y nucleófilos hidroxilamina e hidrazina actúan como nucleófilos

13 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández CONDENSACION ALDOLICA

14 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández REACCIÓN DE AUTOCONDENSACIÓN DE ACETONA Ba(OH)2 CH 3 COCH 3 CH 3 COCH 3 (CH3)2COHCH2COCH3 p.e. 56º p.e.164º

15 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández CONDENSACION CLAISEN SCHMIDT OH- C 6 H 5 CHO + CH 3 CHO C 6 H 5 CHOHCH 2 CHO C 6 H 5 CH=CHCHO CH 3 CHOHCH2CHO

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17 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández 4.- OTRAS REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE ACILO Y SUS MECANISMOS A) A través de Intermedios tetraédricos Es la más usual de las r. de transferencia de grupos acilo Intermedio tetraédrico Catión acilio Transferencias concertadas

18 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández ‡1 > ‡2 ya que Cl - es mejor grupo saliente ‡1 < ‡2 ya que OH - es mejor grupo saliente

19 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández B) A través de Cationes acilio Aunque menos frecuente se presenta cuando X es un buen grupo saliente, Y un mal nucleófilo y las características estéricas y/o electrónicas estabilizan un catión acilio linear C) Transferencias de acilo concertadas Se presenta cuando X es un buen grupo saliente, Y un mal nucleófilo y las características estéricas y/o electrónicas estabilizan un estado de transición similar al catión acilio

20 Mecanismos R. de Nucleófilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández 5.1. Reacción de etanoato de etilo con un alcoxido como base