Q. Orgánica II / F. Cabrera Escribano

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1 Q. Orgánica II / F. Cabrera Escribano
TEMA 13 Módulo 3. ORGANOMETÁLICOS Y FUNCIONES OXIGENADAS. Tema 9. COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS.- Introducción.- Estructura.- Compuestos de Grignard y organolíticos. Preparación.- Introducción a la reactividad de los compuestos organometálicos.- Otros organometálicos. Tema 10. ALCOHOLES I.- Estructura.- Propiedades físicas.- Obtención industrial.- Preparación. Tema 11. ALCOHOLES II.- Reacciones que implican el enlace C-O.- Reacciones que implican el enlace O-H.- Glicoles. Tema 12. FENOLES.- Estructura y propiedades físicas.- Preparación.- Reacciones en el grupo OH.- Reacciones en el anillo.- Resinas fenólicas. Tema 13. ÉTERES.- Estructura y propiedades físicas.- Obtención industrial.- Síntesis.- Reacciones.- Éteres cíclicos. Tema 14. ALDEHÍDOS Y CETONAS I Tema 15. ALDEHÍDOS Y CETONAS II Tema 16. ALDEHÍDOS Y CETONAS III Tema 17. ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Tema 18. DERIVADOS FUNCIONALES DE ACIDOS CARBOXILICOS Tema 19. ÁCIDOS DICARBOXÍLICOS Y CETOÁCIDOS

2 TEMA 13. ÉTERES 1. Estructura, nomenclatura y propiedades físicas
2. Obtención industrial. Deshidratación bimolecular de alcoholes 3. Síntesis 3.1. Síntesis de Williamson 3.2. Sustituición aromática nucleófila 3.3. Alcoximercuración-desmercuración de alquenos 4. Reacciones 4.1. Rotura de éteres por HI y HBr 4.2. Autooxidación. Formación de peróxidos 5. Éteres cíclicos 5.1. Epóxidos. Síntesis Epoxidación de alquenos A partir de halohidrinas 5.2. Apertura de epóxidos en medio básico y ácido 5.3. Éteres corona

3 1. Estructura, nomenclatura y propiedades físicas
Fórmula general R-O-R. Hay dos grupos alifáticos o aromáticos unidos mediante enlaces C-O a un átomo de oxígeno. Se clasifican en tres tipos: ROR’ (alifáticos), ROAr (mixtos) y ArOAr’ (aromáticos). Si R = R’ se dice que el éter es simétrico. Los éteres son relativamente inertes en comparación con los alcoholes por lo que no se suelen utilizar como intermedios sintéticos. Sin embargo este carácter inerte los hace interesantes como disolventes en muchas reacciones orgánicas.

4 Polaridad de los éteres. Propiedades físicas
Debido a que el ángulo C-O-C no es de 180º, los m de los dos enlaces C-O no se anulan, por lo que presentan un pequeño m. Esta débil polaridad no afecta a los P.eb. de los éteres que son similares a los de los alcanos de Pm comparables y muchos más bajos que los de los alcoholes isómeros donde se dan puentes de hidrógeno. Presentan una solubilidad en agua comparable a la de los alcoholes que puede atribuirse a la formación de puentes de hidrógeno con el disolvente.

5 Propiedades disolventes de los éteres
Los éteres son disolventes polares apróticos y muy inertes. Por lo tanto son buenos disolventes de sustancias orgánicas polares y no polares y sus bajos puntos de ebullición facilitan su separación de los productos de reacción por evaporación. Su carácter aprótico hace que sean disolventes compatibles con reactivos fuertemente básicos como los organometálicos a diferencia de los alcoholes cuya acidez podía dar lugar a la formación de alcóxidos. Las sales iónicas, son más solubles en alcoholes que en éteres, ya que en alcoholes el grupo hidroxilo puede solvatar tanto aniones como cationes mientras que en los éteres sólo pueden solvatar a los cationes a través de sus pares de electrones libres y por tanto no pueden romper las redes iónicas de las sales.

6 2. Obtención industrial. Deshidratación bimolecular de alcoholes
Obtención de éteres a partir de alcoholes primarios (SN2) Mecanismo: el ión alquiloxonio es atacado por una segunda molécula de alcohol Ya estudiado (Tema 11) Se emplea en la industria para obtener éteres simétricos con grupos alquilo pequeños por reacción de los alcoholes correspondientes con ácido sulfúrico. Este procedimiento no puede emplearse con alcoholes secundarios y terciarios porque compite con la eliminación. Está limitado a la preparación de éteres simétricos ya que una combinación de dos alcoholes da lugar a tres éteres.

7 3.1. Síntesis de Williamson
Implica el ataque SN2 de un ión alcóxido sobre un haluro, sulfonato de alquilo o sulfato de dialquilo primario. Es una síntesis indicada para éteres no simétricos. Con los haluros o tosilatos secundarios los rendimientos suelen ser bajos y con los terciarios la reacción no funciona. La reacción puede ocurrir intramolecularmente, originando éteres cíclicos.

8 3.2. Sustitución nucleófila aromática (SNAr)
Se pueden utilizar reacciones de SNAr análogas a las utilizadas para la preparación de fenoles, pero utilizando un alcóxido como nucleófilo en lugar del ion hidróxido:

9 3.3. Alcoximercuración-desmercuración de alquenos
La hidratación de alquenos en presencia de acetato de mercurio (oximercuriación-desmercuriación) permite obtener alcoholes. Los alquenos reaccionan también con acetato de mercurio en presencia de un alcohol para dar compuestos alcoximercúricos que se transforman en éteres por un mecanismo similar al de la hidratación de alquenos por oximercuriación-desmercuriación. Esto implica que la orientación en la adición es Markovnikov uniéndose el Hg2+ al C menos sustituido. Ejemplo: Se consiguen altos rendimientos y ausencia de transposiciones

10 4.1. Rotura de éteres con HI ó HBr
4. Reacciones Los éteres son relativamente inertes frente a la mayoría de los reactivos y estables frente a las bases y a la mayoría de los reductores. También son estables frente a los ácidos débiles pero reaccionan en caliente con los ácidos fuertes como HI ó HBr. 4.1. Rotura de éteres con HI ó HBr Ejemplo: La reacción requiere ácidos concentrados y temperaturas elevadas. Implica un ataque nucleófilo por el haluro sobre el éter protonado con desplazamiento de la molécula de alcohol muy poco básica. Mecanismo: Etapa 1: Protonación y rotura del éter Etapa 2: Conversión del etanol en bromuro de etilo

11 Rotura de éteres con HI ó HBr. Regioselectividad
Debido a que la reacción va por un mecanismo SN2 si el éter no es simétrico la primera sustitución se da sobre el carbono menos impedido: Los fenil éteres reaccionan con HBr o HI para dar fenoles y haluros de alquilos. Los fenoles no dan haluros aromáticos ya que el átomo de carbono sp2 del anillo de fenol no puede participar en la reacción SN2 (o SN1) que se necesita para su conversión a haluro. Ejemplo:

12 4.2. Autooxidación. Formación de peróxidos
Una de las reacciones más importantes de los éteres es un proceso no deseado: la formación hidroperóxidos y peróxidos por reacción con el oxígeno atmosférico. Ejemplo: Estos peróxidos son inestables y pueden producir explosiones violentas durante las destilaciones de éter. Pueden eliminarse lavando con disoluciones de Fe2+ que reducen los peróxidos o destilando con ácido sulfúrico concentrado que los oxida.

13 5. Éteres cíclicos 5.1. Síntesis de epóxidos
Los éteres cíclicos presentan diferentes nombres dependiendo del tamaño del anillo. Siempre llevan el prefijo oxa. Los anillos de tres miembros en los que uno de los átomos es oxígeno se denominan epóxidos u oxiranos. Se suelen denominar como “óxidos de alquenos”. 5.1. Síntesis de epóxidos Epoxidación de alquenos

14 Epoxidación de alquenos. Estereoquímica
La estereoquímica presente en el alqueno se retiene en el epóxido. La epoxidación es estereoespecífica. Ejemplo: el cis-2-buteno origina el epóxido cis (forma meso) y el trans-2-buteno el epóxido racémico

15 5.1. Síntesis de epóxidos 5.1.2. A partir de halohidrinas
Cuando la halohidrina se trata con una base se produce una reacción SN2 intramolecular que da lugar a un epóxido. Este desplazamiento requiere que los grupos reaccionantes estén en disposición anti. ¡NO!

16 5.2. Apertura de epóxidos en medio básico y ácido
Los epóxidos son más reactivos que los éteres de cadena abierta debido a la tensión angular que presentan. Las reacciones más habituales implican la apertura del epóxido que puede ocurrir en medio ácido o básico. Apertura de epóxidos en medio básico La gran mayoría de los éteres no participan en reacciones de sustitución o eliminación nucleófila porque el ion alcóxido es un mal grupo saliente. Sin embargo, los epóxidos participan en reacciones SN2. Los epóxidos tienen una tensión de anillo de unas 25 kcal/mol, que se libera al abrir el anillo y esta tensión es más que suficiente para compensar la formación del alcóxido, que es un mal grupo saliente.

17 Apertura de epóxidos y éteres en medio básico

18 Apertura de epóxidos en medio ácido
Los epóxidos reaccionan con H2O en medio ácido para formar glicoles con estereoquímica anti. El mecanismo del proceso supone la protonación del oxígeno del anillo seguida de un ataque nucleofílico de la molécula de agua. Si la reacción anterior se hace en un alcohol, el producto de la reacción es un éter:

19 Apertura de epóxidos y éteres en medio ácido
Si la reacción anterior se lleva a cabo en un alcohol, el nucleófilo que provoca la apertura del epóxido protonado es el propio alcohol y el producto de la reacción contiene una función éter: Si el epóxido no está simétricamente sustituido, el ataque se produce en el átomo de carbono más sustituido.

20 Orientación en la apertura de epóxidos
Un epóxido no simétricamente sustituido da productos distintos si las condiciones de apertura son diferentes: Bajo condiciones ácidas, la especie reactiva es el epóxido protonado. El ataque nucleófilo al epóxido protonado se produce preferentemente sobre el átomo de carbono el átomo de carbono más sustituido, que es el que mejor aloja la carga positiva. Bajo condiciones de reacción básicas tiene lugar una reacción de apertura del epóxido mediante un mecanismo SN2 y por tanto el nucleófilo ataca al átomo de carbono estéricamente menos impedido.

21 6. Éteres corona

22 Los éteres corona solvatan cationes
18-Crown-6 perfect for K+ Otros compuestos con estructura de poliéteres: Toxinas marinas como las brevetoxinas (veneno neurotóxico de moluscos en mareas rojas) y ciguanotoxinas Antibióticos como la calcimicina, monensina y nigericina, cuyo modo de acción está asociado a su capacidad para catalizar el intercambio de K+ por H+ a través de membranas lipídicas.