Éteres, epóxidos y sulfuros DR. CARLOS ANTONIO RIUS ALONSO DEPTO. QUIMICA ORGANICA FACULTAD DE QUIMICA UNAM septiembre 2007

Estructura del dimetil éter El ángulo C-O-C de los éteres es de alrededor de 110º. Hay un dipolo a lo largo del enlace C-O porque el oxígeno es más electronegativo que el carbono.

Los enlaces en los alcoholes y los éteres. Las moléculas de agua o de alcohol pueden actuar como donantes o como aceptores de enlaces de hidrógeno. Las moléculas de éter no tienen grupos hidroxilo, por lo que no pueden ser donantes en la formación de enlaces de hidrógeno. Si hay un donante de enlaces de hidrógeno, los éteres pueden actuar como aceptores de enlaces de hidrógeno. Mientras que las moléculas de agua y de alcohol pueden tener enlaces de hidrógeno entre sí, los éteres no pueden tener enlaces de hidrógeno con otras moléculas de éter. Las moléculas que no pueden tener enlaces de hidrógeno intermolecularmente poseen un punto de ebullición más bajo. Las moléculas de éteres pueden interactuar el enlace de hidrógeno con las moléculas de agua y alcohol.

Disolución de iones con éter. Una sustancia iónica como el yoduro de litio es ligeramente soluble en éteres, ya que el pequeño catión litio está fuertemente solvatado por los pares de electrones solitarios del éter. Al contrario que los alcoholes, los éteres no son donantes de enlaces de hidrógeno, por lo que no solvatan a los aniones El oxígeno del éter puede tener una interacción dipolar con cationes, pero no con aniones, por lo que las sales no serán muy solubles en los disolventes con éter.

Coordinación de un éter con un reactivo de Grignard. La coordinación de un éter con un reactivo de Grignard estabiliza al reactivo y ayuda a mantenerlo en disolución. Los pares solitarios del oxígeno interactúan con el magnesio. Lo mismo ocurre con el borano (BH3.THF) en el que el THF estabiliza al boro.

Complejos de los éteres corona. Los poliéteres cíclicos se denominan frecuentemente éteres corona. Estos éteres pueden tener la complejación de los cationes metálicos dentro del anillo; el tamaño del catión determinará el tamaño del anillo que se necesite. La complejación con éteres corona con frecuencia permite que las sales inorgánicas polares se disuelvan en disolventes orgánicos no polares El nombre del éter corona proviene del número total de átomos en el éter y el número de átomos de oxígeno que tenga. Por ejemplo, 18-corona-6 es un éter cíclico con 18 átomos, seis de los cuales son átomos de oxígeno

Espectrometría de masas: ruptura en de los éteres. El ión molecular de un éter puede perder parte de un grupo alquilo rompiendo el enlace entre el carbono alfa y el beta para formar un ión oxonio. El ión oxonio se estabiliza por resonancia Solamente se pueden observar especies cargadas positivamente (cationes o radical-cationes). El otro producto de la ruptura en es un radical, por lo que no se detectará.

Pérdida de un grupo alquilo. Otra ruptura habitual es la pérdida de cualquiera de los dos grupos alquilo para dar lugar a otro ión oxonio o a un catión alquilo. Solamente se pueden observar especies cargadas positivamente (cationes o radical-cationes). El otro producto de la ruptura en es un radical, por lo que no se detectará.

Espectro de masas del dietil éter El espectro de masas del dietil éter presenta picos mayoritarios correspondientes al ión molecular, a la pérdida de un grupo etilo, a la ruptura en y a la ruptura en combinada con la pérdida de una molécula de etileno. El pico más elevado (m/z = 31) es el pico base y se le asigna una abundancia del 100 %. La abundancia de todos los demás picos está relacionado con el pico base.

La síntesis de Williamson de éteres. La síntesis de éteres de WIlliamson es la síntesis de éteres más fiable y versátil. Este método implica un ataque SN2 de un ión alcóxido a un haluro de alquilo primario no impedido o tosilato. El alcóxido desplazará al haluro o tosilato y se puede preparar fácilmente mediante la reacción de un alcohol con Na, K o NaH

Reacción de alcoximercuriación-desmercuriación. En el proceso de alcoximercuriación-desmercuriación se añade una molécula de un alcohol a un doble enlace de un alqueno obteniendo un éter. Análoga a la reacción de oximercuriación-desmercuriación, la alcoximercuriación se lleva a cabo utilizando un alcohol como disolvente. La adición seguirá la regla de Markovnikov, por lo que el alcohol estará sobre el carbono más sustituido del doble enlace.

Reacción de un éter con halohidrácidos Los éteres reaccionan con HBr y HI concentrado, ya que estos reactivos son lo suficientemente ácidos para protonar al éter, y el ión bromuro y yoduro son buenos nucleófilos para la sustitución. Después de la protonación de la molécula de éter, el haluro atacará a uno de los átomos de carbono y desplazará a una molécula de alcohol.

Mecanismo de ruptura de un éter con HBr Después de la protonación del éter, el bromuro atacará al átomo de carbono y desplazará a una molécula de alcohol. La molécula de alcohol obtenida se puede protonar con HBr y atacar de nuevo para producir más bromuro de alquilo

Oxidación de éteres. Cuando los éteres se almacenan en presencia de oxígeno atmosférico, se oxidan lentamente dando lugar a hidroperóxidos y dialquilperóxidos (los dos son explosivos). Esta oxidación espontánea, producida por el oxígeno atmosférico, se denomina «autooxidación». La distilación de los éteres se debería realizar utilizando un éter que no contenga peróxido.

Síntesis de los tioéteres. Los sulfuros se sintetizan fácilmente por el método de Williamson, utilizando un ión tiolato como nucleófilo. La reacción es SN2, pero los haluros secundarios proporcionarán buenos rendimientos de sustitución.

Utilización de los sulfuros como agentes reductores Puesto que los sulfuros se oxidan fácilmente, se suelen utilizar como agentes reductores Los sulfuros se utilizan como un segundo paso en las reacciones de la ozonólisis para reducir el ozónido al compuesto dicarbonilo. En el proceso, el disulfuro se oxidará a dimetil sulfóxido (DMSO).

Oxidación de los peroxiácidos. Los peroxiácidos se utilizan para transformar alquenos en epóxidos. Si la reacción transcurre en medio ácido (acuoso), el epóxido se transforma en un glicol; por lo tanto, para obtener un epóxido, se utiliza un peroxiácido débilmente ácido que sea soluble en disolventes apróticos. El ácido meta-cloroperoxibenzoico (MCPBA) es el peroxiácido más utilizado para llevar a cabo las epoxidaciones

Mecanismo de epoxidación La epoxidación transcurre en un solo paso, siendo una reacción concertada que mantiene la disposición relativa de los sustituyentes del doble enlace Uno de los átomos de oxígeno del peroxiácido se transfiere al doble enlace

Ejemplos de epoxidación La epoxidación de un doble enlace (rico en electrones) utilizando un peroxiácido es bastante general, siendo una reacción muy  rápida. Las reacciones siguientes son transformaciones posibles gracias a la estereoespecificidad de la epoxidación MCPBA y MMPP son los peroxiácidos más utilizados frecuentemente. MMPP se utiliza a menudo en epoxidaciones a gran escala

Ciclación de halohidrinas promovida por bases. Una segundo síntesis de epóxidos y de otros éteres cíclicos se realiza mediante una variación en la síntesis de éteres de Williamson. Si en una molécula está localizado un ión alcóxido y un átomo de halógeno, el alcóxido puede desplazar al ión haluro y formar un anillo. El tratamiento de una halohidrina con una base da lugar a un epóxido, a través de un ataque interno SN2 (SNi, sustitución nucleófila intramolecular). Las halohidrinas se sintetizan mediante el tratamiento de los alquenos con soluciones acuosas de halógenos (X2/H2O). En términos de formación de éter cíclico, un anillo de 3 miembros se forma más rápidamente que uno de 5 ó 6 miembros.

Síntesis de las clorohidrinas. El agua de bromo y el agua de cloro se añaden al doble enlace con orientación de Markovnikov. En el mecanismo se añade un átomo de cloro al doble enlace formando el intermedio del ión cloronio. La apertura del intermedio de 3 miembros por medio de agua (ataque anti) produce una mezcla enantiomérica de clorohidrinas. La adición de la base a las halohidrinas desprotona al grupo hidroxilo que desplazará al cloro formando el epóxido

Síntesis de las clorohidrinas.

Mecanismo de apertura de un epóxido catalizada por un ácido La hidrólisis de los epóxidos catalizada por ácidos daba lugar a glicoles con estereoquímica anti. La estereoquímica anti se debe al ataque del agua por el lado posterior del epóxido protonado El ácido protona al oxígeno del epóxido y el agua ataca y abre el anillo en una reacción SN2 seguida de una desprotonación. La reacción produce una mezcla enantiomérica de trans-1,2-diol.

Apertura de un epóxido catalizada por un ácido en una solución alcohólica. Cuando la apertura catalizada por ácido de un epóxido se produce con alcohol como disolvente, la molécula de alcohol actúa como nucleófilo. Esta reacción da lugar a un -alcoxi-alcohol con estereoquímica anti. Éste es un método excelente para obtener compuestos con grupos funcionales éter y alcohol en átomos de carbono adyacentes. El ácido protona al epóxido. El alcohol presente ataque y abre el anillo. La desprotonación del producto permite una mezcla enantiomérica de -alcoxi-alcohol.

Apertura de los epóxidos con halohidrácidos. Cuando un epóxido reacciona con un halohidrácido (HBr, HCl o HI), un ión haluro ataca al epóxido protonado. Esta reacción es análoga a la ruptura de éteres por HBr o HI. El ácido protona al epóxido, y el ión haluro desplazado actuará como un nucleófilo atacando y abriendo el epóxido para formar una halohidrina.

Diagrama de la energía potencial para la apertura de epóxidos catalizada por bases. Un epóxido es más alto en energía que un éter acíclico aproximadamente en 25 kcal/mol, debido a la tensión de anillo. La tensión de anillo se libera en la formación del producto. La desaparición de la tensión de anillo hace que la SN en un epóxido esté termodinámicamente favorecida. La apertura de epóxidos catalizadas por base está más favorecida que la ruptura de un éter acíclico porque se libera la energía de la tensión de anillo. La apertura catalizada por bases requiere condiciones más duras que la apertura catalizada por ácidos.

Diagrama de la energía potencial para la apertura de epóxidos catalizada por bases.

Mecanismo de apertura de un epóxido catalizada por una base. La base ataca y abre el anillo. El ión hidróxido (HO-) ataca al epóxido abriendo el anillo. El agua protona al alcóxido. El producto final de la reacción es una mezcla enantiomérica de trans-1,2-diol.

Orientación en la apertura de epóxidos. Los epóxidos sustituidos no simétricamente dan lugar a productos diferentes en las aperturas de anillo catalizadas por ácidos y en las aperturas de anillo catalizadas por bases. Bajo condiciones ácidas, el nucleófilo atacará al átomo de carbono más sustituido del epóxido. Bajo condiciones básicas, el nucleófilo atacará al átomo de carbono menos sustituido

Orientación en la apertura de epóxidos.

Reacciones de epóxidos con reactivos de Grignard. Lo mismo que otros nucleófilos fuertes, los reactivos de Grignard y los compuestos organolíticos atacan a los epóxidos para dar lugar (después de hidrólisis) a alcoholes de cadena abierta. Los nucleófilos aniónicos, tales como los reactivos de Grignard y los compuestos organolíticos, atacarán a los epóxidos no simétricos sobre el átomo de carbono menos sustituido. Los compuestos organolíticos son más selectivos al atacar al átomo de carbono menos impedido.