Curso de Química Orgánica II para TQ Aldehidos y Cetonas Facultad de Ciencias Naturales y Exactas Departamento de Química Profesor: Danny Balanta Créditos.

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1 Curso de Química Orgánica II para TQ Aldehidos y Cetonas Facultad de Ciencias Naturales y Exactas Departamento de Química Profesor: Danny Balanta Créditos a: L.G Wade y Janice Smith

2 Aldehidos y cetonas: introducción 2 Los compuestos orgánicos que presentan el grupo carbonilo son los siguientes:

3 Aldehidos y cetonas: introducción 3 El carbono en el grupo carbonilo (C=O) tiene hibridación sp 2 El enlace (C=O) es mas corto, mas fuerte y mas polar que el enlace C=C de los alquenos, que también tiene por hibridación a sp 2

4 Aldehidos y cetonas: introducción 4 Los aldehídos y cetonas son compuestos que contienen al grupo carbonilo (C=O). Un aldehído contiene al menos un átomo de H enlazado al grupo carbonilo, mientras que la cetona tiene dos grupos alquilo (-R) o Arilo (-Ar) enlazados a él. Esta diferencia estructural determinará su química y propiedades

5 Aldehidos y cetonas: introducción 5 Los aldehídos y cetonas son compuestos que experimentan adicion nucleofilica, esto es, la tendencia a ser atacados por compuestos nucleofilicos y formar un nuevo enlace C-C debido a que ellos son electrófilos por poseer el grupo carbonilo (C=O). La reactividad sobre el grupo carbonilo disminuye a medida que se incrementa el tamaño de los grupos alquilo (-R) o Arilo (-Ar), especialmente en las cetonas.

6 Aldehidos y cetonas: introducción 6 Algunos aldehídos presentes en la naturaleza

7 Aldehidos y cetonas: introducción 7 Algunas cetonas presentes en la naturaleza Tetraciclina: antibiotico Testosterona: hormona sexual masculina Progesterona: hormona sexual femenina

8 Aldehidos y cetonas: introducción 8 Algunas cetonas y sus aplicaciones: bloqueadores y bronceadores solares Aldehidos comunes y sus aplicaciones: Metanal al 40% (Formol) --- preservar especímenes y tejidos. Vainillina --- Sabor vainilla Acroleína ---- producto de la cocción de la carne Citronelal ---- repelente de insectos Benzaldehido ---- olor dulce de algunas frutas

9 Aldehidos y cetonas: introducción 9 Acetona ó 2-propanona --- solvente (removedores) 2-Butanona (MEK) --- solvente industrial 2-Heptanona --- Responsible del olor de algunas frutas y alimentos. Zingerona --- El principal componente del gengibre. Acetofenona --- Usada en perfurmería y farmacia como solvente y precursor. Algunas cetonas y sus aplicaciones Zingerona Acetofenona

10 Aldehidos y cetonas: nomenclatura 10 # CRaiz Nombre del alcano 1metmetano 2etEtano 3propPropano 4butButano 5pentPentano 6hexHexano 7heptHeptano 8octOctano 9nonNonano 10decDecano # CEstructura Nombre radical 1CH3-Metil 2CH3CH2-Etil 3CH3CH2CH2-Propil 4CH3CH2CH2CH2-Butil 5CH3CH2CH2CH2CH2-Pentil 6CH3CH2CH2CH2CH2CH2-hexil raizsufijoprefijo ++ raiz sufijo Indica el tipo de sustituyentes y su localizacion. Indica cuantos carbonos tiene la cadena. En aldehidos, el C1 es el del grupo CHO Indica el grupo funcional Terminacion para Aldehidos = -al pentan 1 2 3 4 5 al 2,4-dimetil O Nomenclatura aldehidos H

11 Aldehidos y cetonas: nomenclatura 11 Nomenclatura aldehidos Ácido 3-formilbenzoico. Cuando el grupo CHO está como sustituyente ante un grupo de mayor prioridad pasa a llamarse formil. Si el CHO está unido como rama a un ciclo se denomina carbaldehido. 2-ciclopentenocarbaldehido. Los aldehidos presentan mayor prioridad que las cetonas para la nomenclatura por lo que el prefijo en las cetonas seria oxo o ceto. 3-metil-4-oxopentanal Si el aldehído es Aromático recibe el nombre especial de Benzaldehido, igualmente sus derivados. Benzaldehido

12 Aldehidos y cetonas: nomenclatura 12 # CRaiz Nombre del alcano 1metmetano 2etEtano 3propPropano 4butButano 5pentPentano 6hexHexano 7heptHeptano 8octOctano 9nonNonano 10decDecano # CEstructura Nombre radical 1CH3-Metil 2CH3CH2-Etil 3CH3CH2CH2-Propil 4CH3CH2CH2CH2-Butil 5CH3CH2CH2CH2CH2-Pentil 6CH3CH2CH2CH2CH2CH2-hexil raizsufijoprefijo ++ raiz sufijo Indica el tipo de sustituyentes y su localizacion. Indica cuantos carbonos tiene la cadena. El CO lleva el número o posición más baja. Indica el grupo funcional Terminacion para cetonas = -ona 2 butan ona 3 metil Nomenclatura cetonas butan-2ona3 metil 12 34

13 Aldehidos y cetonas: nomenclatura 13 Otra forma de nombrar cetonas consiste en nombrar las cadenas o radicales de los extremos mas la terminación ona. Puede ir o no alfabéticamente. R1 + R2 + ona Nomenclatura cetonas isopropil cetona metil isopropil cetonametil Si los radicales son iguales se antepone el prefijo di Di + R1 + ona dietil cetona 3ona pentan

14 Aldehidos y cetonas: nomenclatura 14 Nomenclatura cetonas 3-bromociclohexanona. Para las cetonas cíclicas se numera el CO en la posición 1 CO como rama frente a outro grupo superior se denomina oxo. 4-hidroxi-3-metil-2-butanona. Las cetonas presentan mayor prioridad que los alcoholes para la nomenclatura por lo que el prefijo en los alcoholes seria hidroxi. 3-metil-4-oxopentanal Si hay dos cetonas se antepone di al prefijo ona Dionas 2,4 hexadiona 1 2 3 4 5 O 6 O

15 Aldehidos y cetonas: nomenclatura 15 Nomenclatura cetonas: nombres especiales Acetona. Nombre especial de La 2 propanona Recibe este nombre también sus derivados aromáticos sustituidos AcetofenonaBenzofenona En general aldehidos y cetonas presentan el grupo acilo. No confundir grupo benzoilo con bencilo

16 Aldehidos y cetonas: nomenclatura 16 Which of these compounds is 2-isobutyl-3- isopropylhexanal? C is the correct answer.

17 Aldehidos y cetonas: nomenclatura 17 Which compound is 5-ethyl-4-methyl-3-octanone B is the correct answer.

18 Aldehidos y cetonas: nomenclatura 18 Which of the following is the name of the compound below? a)4-methyl-3-hexanone b)Isopropyl ethyl ketone c)3-methyl-4-hexanone] d)sec-butyl ethyl ketone A and D are the correct answers

19 Aldehidos y cetonas: nomenclatura 19 Which of the following is the name of the compound below? a)2-methyl-5-ethylhexanal b)3-ethyl-6-methylcyclohexanecarbaldehyde c)2-methyl-5-ethylcyclohexanone d)3-ethyl-5-methylcyclohexanone C is the correct answer.

20 Aldehidos y cet: propiedades físicas 20 Punto de ebullición: debido a que el enlace CO característico en aldehidos y cetonas confiere mayor polaridad en la molécula, los puntos de Ebullición aumentan si se comparan con éteres o alcanos. Como no forman enlace de H entre sí, presentan puntos de ebullición más bajo que los alcoholes.

21 Aldehidos y cet: propiedades físicas 21 Fuerzas intermoleculares: dipolos y enlace de H

22 Aldehidos y cet: propiedades físicas 22 Solubilidad: Muy útiles para disolver alcoholes. Pueden formar puentes de H con compuestos que contengan O-H o N- H. La acetona y el acetaldehido son miscibles en agua. Aldehidos y cetonas superiores no son tan solubles.

23 Aldehidos y cet: propiedades físicas 23 Solubilidad: Muy útiles para disolver alcoholes. Pueden formar puentes de H con compuestos que contengan O-H o N- H. La acetona y el acetaldehido son miscibles en agua. Aldehidos y cetonas superiores no son tan solubles.

24 Aldehidos y Cetonas: preparación

25 Aldehidos y cetonas: preparación 25 Preparación de aldehídos: algunos métodos Adicion con orientación antimarkovnikov para dar aldehídos en la hidroboracion oxidacion

26 Aldehidos y cetonas: preparación 26 Preparación de cetonas: algunos métodos Adicion de agua con orientación markovnikov para dar cetonas

27 Aldehidos y cetonas: preparación 27 Mediante ozonolisis (ruptura oxidativa, es posible obtener ambos productos) Oxidación Alcohol 2° + Na 2 Cr 2 O 7 y otros oxidantes comunes da Cetonas Alcohol 1° + PCC (clorocromato de piridinio) da Aldehidos

28 Aldehidos y cetonas: preparación 28 Reacción de Friedel Crafts: procede por sustitución electrofílica aromática entre un haluro de acilo y un anillo aromático de preferencia con un grupo moderado o fuertemente activante

29 Aldehidos y cetonas: preparación 29 Hidratación de alquinos por adicion de agua con orientación Markovnikov: el enol tautomeriza, debido a su inestabilidad, a la forma ceto. Se pueden obtener diferentes combinaciones de aldehidos o cetonas según el tipo de alquino Acetileno dará aldehido Alquinos terminales e internos darán cetonas por este método

30 Aldehidos y cetonas: preparación 30 Mecanismo Hidratación de alquinos por adicion de agua con orientación Markovnikov.

31 Aldehidos y cetonas: preparación 31 Hidratación de alquinos por Hidroboracion oxidación con orientación Anti-Markovnikov: el enol tautomeriza debido a su inestabilidad, a la forma ceto. Se obtienen aldehidos desde alquinos terminales debido a la orientación opuesta a Markovnikov en la adición de agua al triple enlace. Alquinos internos darán cetonas por este método.

32 Aldehidos y cetonas: preparación 32 Hidratación de alquinos por Hidroboracion oxidación con orientación Anti-Markovnikov. Se puede usar BH3 (borano) o Sia 2 BH: disiamilborano Primer paso: adición del borano o derivado del borano al triple enlace Segundo paso: tras la adición de peróxido en medio básico, se reemplaza el boro por el grupo hidroxilo OH, y forma el enol, que tautomeriza rapidamente.

33 Chapter 1833 Show how you would synthesize each compound from starting materials containing no more than six carbon atoms. (a)(b) (a)This compound is a ketone with 12 carbon atoms. The carbon skeleton might be assembled from two six-carbon fragments using a Grignard reaction, which gives an alcohol that is easily oxidized to the target compound. Solved Problem 1 Solution

34 Chapter 1834 An alternative route to the target compound involves Friedel–Crafts acylation. (b)This compound is an aldehyde with eight carbon atoms. An aldehyde might come from oxidation of an alcohol (possibly a Grignard product) or hydroboration of an alkyne. If we use a Grignard, the restriction to six-carbon starting materials means we need to add two carbons to a methylcyclopentyl fragment, ending in a primary alcohol. Grignard addition to an epoxide does this. Solved Problem 1 (Continued) Solution (Continued)

35 Chapter 1835 Alternatively, we could construct the carbon skeleton using acetylene as the two-carbon fragment. The resulting terminal alkyne undergoes hydroboration to the correct aldehyde. Solved Problem 1 (Continued) Solution (Continued)

36 Aldehidos y cetonas: preparación 36 Oxidación de alcoholes Agentes Oxidantes KMnO 4 Na 2 Cr 2 O 7 CrO 3, H 2 SO 4, acetona (Reactivo Jones) PCC: clorocromato de piridinio (Oxidacion de R-OH 1° solo llega hasta aldehido) FUERTES DÉBILES OsO 4

37 Aldehidos y cetonas: preparación 37 Oxidación de alcoholes: si el alcohol es 1°, el oxidante indicado es el PCC (clorocromato de piridinio) ya que se detiene en aldehído y evita una sobreoxidación adicional. Si el alcohol es 2°, lo mas ideal es utilizar otros agentes oxidantes para dar cetonas (dicromato o permanganato de potasio)

38 Aldehidos y cetonas: preparación 38 Oxidación de alquenos por ozonólisis: los alquenos se romperán alrededor del doble enlace C=C, dando mezclas de aldehídos y cetonas según el tipo del alqueno, en presencia de ozono. Es posible identificar hidrocarburos por este método, conociendo los aldehidos y cetonas que se forman. A escala laboratorio no es muy útil sintéticamente dadas las mezclas que se forman y la dificultad en el manejo del ozono

39 Aldehidos y cetonas: preparación 39 Mecanismo ozonolisis: comprende dos pasos: la formación del ozónido y su rearreglo/ruptura hacia aldehído y cetona El dimetilsulfuro ataca al ozonido ocasionando su ruptura

40 Aldehidos y cetonas: preparación 40 Reducción de derivados de ácidos para dar aldehidos: Esteres, amidas, nitrilos y cloruros de ácido se pueden reducir a aldehídos. Se requiere de reductores como: Hidruro de litio tri Tert-butoxido de aluminio (LtBAH) LiAl[OC(CH 3 ) 3 ] 3 H y Diisobutilhidruro de aluminio (DIBAH).

41 Aldehidos y cetonas: preparación 41 Cetonas desde organolitios y acidos carboxilicos: los organolitiados atacarán al acido carboxílico para dar un dianion, que posteriormente al protonarse forma un producto hidrato de cetona, que rápidamente pierde agua para dar la cetona. De forma similar, los cloruros de ácido también son capaces de dar esta reacción

42 Aldehidos y cetonas: preparación 42 Reactivo de grignard para convertir nitrilos a cetonas: El reactivo de grignard es capaz de atacar nucleofilicamente el carbono del grupo nitrilo para dar una imina que por hidrólisis ácida da una cetona. Un organolitio también puede utilizarse en lugar de Grignard dado su carácter nucleofílico bajo condiciones similares

43 Aldehidos y cetonas: preparación 43 Mecanismo reactivo de grignard para convertir nitrilos a cetonas: Paso 1: ataque del grignard al carbono del nitrilo, que es electrofilo para formar la sal de la imina y magnesio Paso 2: por hidrólisis la sal de imina se destruye para dar paso a la imina protonada

44 Aldehidos y cetonas: preparación 44 Mecanismo reactivo de grignard para convertir nitrilos a cetonas: Paso 3: la imina protonada es atacada por agua para dar un producto hidratado Paso 4: la imina protonada pierde agua parcialmente para orientar la salida del grupo amino como amoniaco, que es mejor grupo saliente.

45 Aldehidos y cetonas: preparación 45 Mecanismo reactivo de grignard para convertir nitrilos a cetonas: Paso 5: hay transferencia de hidrogeno para expulsar el amoniaco, dejando entonces una cetona protonada Paso 6: la cetona protonada pierde H+ y se forma la cetona correspondiente.

46 Aldehidos y cetonas: preparación 46 Ejercicio: indique las condiciones de reactivos para llegar a los siguientes productos

47 Aldehidos y cetonas: preparación 47 Ejercicio: indique las condiciones de reactivos para llegar a los siguientes productos

48 Aldehidos y Cetonas: Reacciones de adicion nucleofilica

49 Aldehidos y cetonas: reacciones Las reacciones que se llevan a cabo sobre el grupo carbonilo son de dos tipos: Adicion nucleofílica: el grupo carbonilo al ser electrofilico, es susceptible de ser atacado por nucleofilos, formando un ion similar al alcoxido, que posteriormente es protonado para dar el producto Reacciones típicas de adicion: adicion de reactivos de grignard para dar alcoholes, adicion de acetiluros, formación de cianohidrinas, formación de iminas, adicion de agua, adicion de alcoholes para dar acetales y cetales, grupos protectores.

50 Aldehidos y cetonas: reacciones Reacciones en el carbono alfa (metileno activado): los hidrógenos adyacentes al grupo carbonilo (excepto el H de los aldehídos) son relativamente acidicos por lo que es posible la abstracción mediante el uso de una base fuerte para dar carbaniones o enolatos y asi generar productos de adicion. Generalmente las condensaciones aldolicas van por este método. Ya se examinarán mas adelante.

51 Aldehidos y cetonas: reacciones Mecanismo de adicion nucleofílica: catalizado por base En el paso 1 tras el ataque nucleofilico: intermediario tetraédrico En el paso 2 ocurre la protonación para el producto de adición

52 Aldehidos y cetonas: reacciones Mecanismo de adicion nucleofílica catalizada por acido: el carbonilo abstrae el H del ácido y posteriormente el nucleofilo ataca para después desprotonarse y dar el prod. de adición

53 Aldehidos y cetonas: reacciones En adicion nucleofílica los halógenos (Cl, Br, I), pese a ser buenos nucleófilos en sustitución, no lo son frente a la adición nucleofilica. Análisis de ciertos nucleofilos en la reacción de adicion nucleof. Al añadirse a un carbonilo, se rompe el enlace doble C=O y se debería formar un alcoxido, pero como el halógeno es una base mas débil que el alcoxido a formarse, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, favoreciendo los materiales de partida y evitando el producto de adición

54 Aldehidos y cetonas: reacciones La adición de reactivos de grignard a aldehídos y cetonas produce alcoholes de diferente tipo (1°, 2° y 3°) Análisis de ciertos nucleofilos en la reacción de adicion nucleof.

55 Aldehidos y cetonas: reacciones Adicion nucleofilica de reactivo grignard a aldehídos y cetonas

56 Aldehidos y cetonas: reacciones Adicion nucleofilica de reactivo grignard a aldehídos y cetonas: mecanismo Ejemplo: formación de alcohol 2° desde un aldehido

57 Aldehidos y cetonas: reacciones Adicion nucleofilica de organolitios a aldehídos y cetonas: mecanismo Los organolitios se comportan de manera similar a la adicion de reactivos de grignard en la formación de alcoholes. Ejemplo: formación de 1 fenil 1- propanol a partir de organolitiados

58 Aldehidos y cetonas: reacciones Adicion nucleofilica de acetiluros a aldehídos y cetonas: mecanismo Los acetiluros siguen el mismo comportamiento de reactivos de grignard y organolitios permitiendo obtener alcoholes acetilénicos.

59 Aldehidos y cetonas: reacciones La reducción de aldehídos y cetonas ante agentes como NaBH 4 y LiAlH 4 dará alcoholes Reducción de aldehídos y cetonas: adicion de hidruro Usando LiAlH 4 se puede reducir aldehidos y cetonas por que es un agente reductor fuerte, siendo incluso capaz de reducir acidos carboxilicos y derivados de ácido hacia alcoholes

60 Aldehidos y cetonas: reacciones Por su parte, el uso de NaBH 4 es mas limitado ya que solamente se limita a reducir cetonas (a alcoholes 2°) y aldehídos (a alcoholes 1°) siendo incapaz de reducir acidos carboxílicos y sus derivados Reducción de aldehídos y cetonas: adicion de hidruro Mecanismo general adición de hidruro con LiAlH 4 (similar en caso del NaBH 4 )

61 Aldehidos y cetonas: reacciones 61 Escriba los productos e indique la estereoquímica si es necesario a) b) c)

62 Aldehidos y cetonas: reacciones Formación de cianohidrinas: la adicion de ion cianuro a grupos carbonilo rompe el doble enlace C=O y permite formar cianohidrinas. Fuente de ion Cianuro: NaCN / KCN en presencia de HCl (se genera HCN in situ para una etapa posterior) Mecanismo catalizado por base. El ion cianuro ataca al carbonilo seguido por protonación del intermediario tetraedrico

63 Aldehidos y cetonas: reacciones Formación de cianohidrinas: en medio básico (adición de OH-) las cianohidrinas pueden reconvertirse al compuesto carbonilo de partida (adición reversa o desprotonacion, por eliminación de cianuro) El grupo ciano de una cianohidrina puede ser hidrolizado fácilmente hacia acido carboxílico permitiendo obtener alfa hidroxi acidos carboxílicos, dotados de un posible centro quiral.

64 Aldehidos y cetonas: reacciones 64 Escriba los productos e indique la estereoquímica si es necesario. a) b)

65 Aldehidos y cetonas: reacciones 65 Formación de iminas: la adicion de amoniaco o una amina primaria (1°) en medio acidico a aldehídos y cetonas da un intermediario inicial (carbinolamina), que al deshidratarse da como resultado iminas (C=N) mejor conocidas como Bases de Schiff. Requiere pH acido alrededor de 4.5 para efectuarse.

66 Aldehidos y cetonas: reacciones 66 Mecanismo formación de iminas: Paso 1: protonacion del grupo carbonilo y ataque de la amina Paso 2: deshidratacion y formacion de la imina correspondiente.

67 Aldehidos y cetonas: reacciones 67 Considere esto en la formacion de iminas: Medio relativamente ácido (pH 4.5)….. pero ¿que sucede si el pH es mas bajo? Se necesita tener un pH acido moderado pero si el pH es mas acidico (entre 1-3) es decir condiciones fuertemente acidas, la amina que se expulse, se protonaria, al punto de dejar de ser nucleofilica, por lo que la velocidad de reaccion disminuye, y en consecuencia, no puede ocurrir la adicion nucleofilica.

68 Aldehidos y cetonas: reacciones 68 Indique el producto que se forma. a) Primary amines react with aldehydes or ketones in the presence of a mild acid to form an imine

69 Aldehidos y cetonas: reacciones 69 Que amina primaria y compuesto carbonilo se necesitan para hacer este producto? a) When you have an imine as a product, remove the nitrogen containing end of the double bond and replace it with an oxygen. And add 2 H’s to the nitrogen end to make your primary amine.

70 Aldehidos y cetonas: reacciones 70 Formación de enaminas: la adicion de amoniaco o una amina secundaria (2°) en medio acidico a aldehídos y cetonas da como resultado enaminas, del mismo modo que la formación de iminas.

71 Aldehidos y cetonas: reacciones 71 Mecanismo Formación de enaminas: similar a las iminas

72 Aldehidos y cetonas: reacciones 72 Comparacion de iminas y enaminas Con amina 1°: el proton a retirar del ion iminio está sobre el átomo de N protonado para formar el doble enlace C=N Con amina 2°: el proton a retirar está adyacente al ion iminio protonado. El hidrogeno es removido para posteriormente formar el doble enlace C=C

73 Aldehidos y cetonas: reacciones 73 ¿Cuales son las enaminas que se formarian? The number of enamines formed is determine by the number of different beta carbons with available protons.

74 Aldehidos y cetonas: reacciones 74 Explique por que el benzaldehido no puede formar una enamina con una amina secundaria This carbon has 4 bonds to carbon and thus no proton which is needed in the formation of the enamine.

75 Aldehidos y cetonas: reacciones 75 Hidrolisis de iminas y enaminas Es posible hidrolizar una imina o una enamina hacia compuestos carbonilicos por hidrolisis en medio ácido. Importante: La conversion de un aldehido o cetona a una imina o enamina supone una estrategia de grupos protectores en caso de que en su sintesis el carbonilo sea susceptible de reaccionar de forma no deseada por ud.

76 Aldehidos y cetonas: reacciones 76 Cual es el resultado de la hidrolisis de las siguientes iminas y enaminas? a) b)

77 Aldehidos y cetonas: reacciones 77 Condensaciones de compuestos carbonilicos con derivados de aminas: Ademas de amoniaco y las aminas, la hidroxilamina, fenilhidrazina y semicarbazida dan tambien condensacion con aldehidos/cetonas

78 Aldehidos y cetonas: reacciones 78 Condensaciones de compuestos carbonilicos con derivados de aminas: Estos derivados permiten identificar y diferenciar aldehidos y cetonas de entre otros compuestos orgánicos pero NO permiten diferenciar entre aldehidos y cetonas. Importante: La prueba de la 2,4 DNFH permite identificar un aldehido o cetona, formandose una fenilhidrazona (solido rojizo, amarillo o naranja)

79 Aldehidos y cetonas: reacciones 79 Adición de agua: hidratación de aldehídos y cetonas En disolución acuosa, una cetona o un aldehido se encuentran en equilibrio con su forma hidrato, es decir un diol germinal. La reacción puede ser catalizada por ácido o base Los dioles geminales se favorecen cuando los aldehidos son no impedidos o cuando tienen grupos electroatrayentes presentes. Ejemplos a continuación

80 Aldehidos y cetonas: reacciones 80 Adición de agua: hidratación de aldehídos y cetonas Al incrementar la cantidad de grupos alquilo sobre el carbonilo, se disminuye la Keq de formación del hidrato, favoreciendo en el caso de las cetonas el equilibrio hacia la forma ceto (solo 0.2% del producto es el hidrato). Comparativa entre formaldehido, acetaldehído y acetona.

81 Aldehidos y cetonas: reacciones 81 Mecanismo hidratación de aldehídos y cetonas – Medio Acido La hidratación ocurre por adición nucleofílica de agua, catalizada por ácido. En el primer paso se da la protonación del carbocatión y en el segundo paso ocurre el ataque nucleofílico y la desprotonación

82 Aldehidos y cetonas: reacciones 82 Mecanismo hidratación de aldehídos y cetonas – Medio Básico Cuando se utiliza una base, como el OH -, el mecanismo sigue dos pasos: ataque nucleofilico sobre el grupo carbonilo seguido por protonación del oxigeno cargado negativamente en el intermediario tetraédrico para dar el producto hidrato.

83 Aldehidos y cetonas: reacciones 83 Adición de alcoholes: formación de acetales Aldehidos y cetonas reaccionan con dos moles de R-OH para formar acetales. La formación de acetales puede ser catalizada por ácidos o por TsOH (acido p-toluensulfónico) Importante: Los cetales, acetales y hemiacetales NO deben ser confundidos con éteres

84 Aldehidos y cetonas: reacciones 84 Adición de alcoholes: formación de acetales Las cetonas forman cetales de acuerdo a la rxn siguiente: Curiosamente cuando se usa un diol como etilenglicol, en lugar de dos moles de alcohol, se forma un acetal cíclico (importante estrategia de grupos protectores)

85 Aldehidos y cetonas: reacciones 85 Adición de alcoholes: formación de acetales Al ser un equilibrio la reacción favorece también a los reactivos para devolverse según el principio de Le Chatelier, por lo que es importante eliminar toda traza de agua de la misma, mediante destilación, o bien, usando una Trampa de Dean- Stark

86 Aldehidos y cetonas: reacciones 86 Adición de alcoholes: hidrólisis de acetales Dada la reversibilidad de la reacción, el agua presente causa que la hidrolisis puede tomar lugar y se regrese a los reactivos de partida. Un exceso de agua en medio acido asegura hidrólisis completa

87 Aldehidos y cetonas: reacciones 87 Mecanismo formación de acetales Se puede dividir en dos partes, en la primera parte se adiciona una mol de alcohol para formar el hemiacetal. Debe ser catalizado en medio ácido (para el ataque nucleofílico por parte del R-OH) seguido de una desprotonación final por parte del tosilato (TsO-) dando el hemiacetal. TsO - A continuación, en la segunda parte se da la protonación del grupo OH con pérdida de agua, formando una cetona con carga positiva

88 Aldehidos y cetonas: reacciones 88 Mecanismo formación de acetales Finalmente, la cetona protonada es atacada por la segunda mol del alcohol, siendo desprotonado el intermediario, formando el acetal correspondiente TsOH

89 Aldehidos y cetonas: reacciones 89 Acetales como grupos protectores en síntesis orgánica ¿Qué hacer si dos grupos funcionales están presentes en una misma sustancia y queremos solamente trabajar con uno de ellos? En este ejemplo, se quiere reducir selectivamente el ester a un alcohol en el compuesto A, dejando la cetona intacta, pero como las cetonas son mas propensas a la reducción, se forma el producto metil 5 hidroxi hexanoato, siendo el producto NO deseado Por ello, se usan los acetales para proteger grupos funcionales delicados durante una síntesis.

90 Aldehidos y cetonas: reacciones 90 Acetales como grupos protectores en síntesis orgánica Para resolver el inconveniente es mas fácil proteger la cetona de acuerdo a lo ya dicho antes Una estrategia de grupos protectores por tanto lleva 3 pasos: 1.Proteccion del grupo deseado 2.Llevar a cabo las transformaciones sintéticas necesarias 3.Desproteger o desenmascarar el grupo que fue protegido

91 Aldehidos y cetonas: reacciones 91 Acetales como grupos protectores en síntesis orgánica Apliquemos la metodología de protección/síntesis/desprotección a otro ejemplo: síntesis del 4 hidroxipentanal desde 4 ceto pentanal 1. Protección del grupo aldehído en medio ácido y etilenglicol (aldehído es mas reactivo que la cetona) 2. Reducción con NaBH 4 del grupo cetona para dar el alcohol y 3. Desprotección del aldehído: el acetal no se ve afectado durante la reducción. La hidrolisis acida remueve el grupo protector y devuelve al aldehido

92 Aldehidos y cetonas: reacciones 92 Acetales cíclicos: estudio temprano de los carbohidratos En ocasiones, en una misma molécula se encuentran localizados el grupo hidroxilo y el grupo carbonilo de un aldehído o cetona. Si la longitud de la cadena es la ideal (aprox 4-5 carbonos) ocurre un ataque intramolecular por parte de la porción hidroxilo al carbonilo dando anillos heterociclados de 5 y 6 miembros ¿A que le recuerda lo que ve a la derecha?

93 Aldehidos y cetonas: reacciones 93 Acetales cíclicos: estudio temprano de los carbohidratos Sacarosa (azúcar de mesa) sufre ciclación interna en glucosa

94 Aldehidos y cetonas: reacciones 94 Acetales cíclicos: estudio temprano de los carbohidratos Por su parte la fructosa, también sufre ciclación interna

95 Aldehidos y cetonas: reacciones 95 Acetales cíclicos Los hemiacetales cíclicos se forman por la ciclación intramolecular de los hidroxi aldehídos. Por lo general estos hidroxi aldehídos son desfavorecidos en equilibrio, prevalenciendo la forma ciclada llamada Lactol. La proximidad entre los grupos OH y C=O favorece la reacción intramolecular.

96 Aldehidos y cetonas: reacciones 96 Acetales cíclicos: mecanismo Sucede de forma similar al ocurrido con los acetales de cadena abierta En el primer paso ocurre la protonación del carbonilo, después el ataque intramolecular por parte del alcohol, y finalmente la desprotonación

97 Aldehidos y cetonas: reacciones 97 Acetales cíclicos Como resultado de la ciclación, se genera un centro quiral, resultando dos posibles enantiómeros A y B Es posible convertir un hemiacetal ciclico en un acetal cíclico por tratamiento con un alcohol en medio ácido: observar mecanismo, muy similar a los explicados antes.

98 Aldehidos y cetonas: reacciones 98 Acetales cíclicos

99 Aldehidos y cetonas: reacciones 99 Acetales cíclicos En la transformación de hemiacetal ciclico en un acetal cíclico, el resultado general se traduce en el reemplazo del grupo -OH del hemiacetal por un grupo metoxi (-OCH 3 ). En el mecanismo anterior se presenta por el ataque del metanol sobre el carbocatión. Atencion: el grupo hidroxilo de un acetal y el grupo hidroxilo común reaccionan diferente. Ejemplo: si el OH del hemiacetal es tratado con alcohol en medio ácido, solo el hidroxilo del hemiacetal formará el acetal (recuerde que después de todo, hay un carbonilo enmascarado y eso le incrementa reactividad)

100 Aldehidos y Cetonas: Otras reacciones

101 Aldehidos y cetonas: reacciones La reacción de Wittig convierte el grupo carbonilo C=O en un doble enlace C=C para dar alquenos mediante la formación de un intermediario conocido como iluro de fósforo, el cual es utilizado como nucleófilo en la reacción Reacción de Wittig para formar alquenos

102 Aldehidos y cetonas: reacciones En el primer paso, la trifenilfosfina ataca a un haluro de alquilo no impedido via SN2 formando una sal de fosfonio. Seguidamente el n- Butil Litio abstrae un hídrógeno del carbono unido al fósforo para dar el Iluro que acutará de nucleófilo. Mecanismo reacción de Wittig

103 Aldehidos y cetonas: reacciones Seguidamente el Iluro es quien ataca al aldehído o cetona para dar un intermediario conocido como betaina Mecanismo reacción de Wittig Después, la betaina se reordena formando el intermediario oxafosfetano por ataque intramolecular del átomo de oxígeno a la trifenilfosfina

104 Aldehidos y cetonas: reacciones Finalmente el intermediario oxafosfetano (anillo de 4 miembros) sufre un rompimiento, formando el alqueno correspondiente y el óxido de trifenilfosfina Mecanismo reacción de Wittig Limitaciones en esta síntesis: en ocasiones se da formación de mezclas de productos

105 Aldehidos y cetonas: reacciones 105 Sintetize el siguiente iluro a)

106 Aldehidos y cetonas: reacciones Como ventajas, la reacción de Wittig permite siempre conocer la localización del doble enlace ya que en ciertos casos da un solo isómero constitucional. Considere la ciclohexanona, la cual puede usarse en la conversión de ciclohexeno (B) por la via de Wittig como único producto con mejor rendimiento, a comparación con la deshidratación de alcoholes (aquí recordar regla de Saytzeff) Mecanismo reacción de Wittig

107 Aldehidos y cetonas: reacciones 107 Indique de que formas puede convertir la cetona en el alqueno siguiente Mediante reactivo de Grignard y deshidratacion

108 Aldehidos y cetonas: reacciones 108 With the two step process you get multiple products with the major one being the most substituted alkene. However with the Wittig you only get one product. Mediante reaccion de Wittig

109 Chapter 18109 Show how you would use a Wittig reaction to synthesize 1-phenyl-1,3-butadiene. Solved Problem 2

110 Chapter 18110 This molecule has two double bonds that might be formed by Wittig reactions. The central double bond could be formed in either of two ways. Both of these syntheses will probably work, and both will produce a mixture of cis and trans isomers. You should complete this solution by drawing out the syntheses indicated by this analysis (Problem 18-16). Solved Problem 2 (Continued) Solution (Continued)

111 Aldehidos y cetonas: reacciones 111 Escriba los productos e indique la estereoquímica si es necesario. a) b)

112 Aldehidos y cetonas: reacciones 112 Escriba los productos e indique la estereoquímica si es necesario. a)

113 Aldehidos y cetonas: reacciones 113 De las siguientes estrategias sinteticas en la reaccion de Wittig indique cual es la mejor y por que a) The second route is preferred due to the Wittig reagent coming from a less hindered alkyl halide. Both b and c only have one route because both sides of the alkene product are the same.

114 Aldehidos y cetonas: reacciones Los aldehídos pueden ser oxidados hasta ácidos carboxílicos utilizando agentes oxidantes fuertes como dicromato o permanganato de potasio. Agentes oxidantes débiles como el oxido de plata también es capaz de oxidar aldehídos. Esto NO ocurre en cetonas. Oxidación de aldehidos Atencion: ¡El oxigeno del aire es también capaz de oxidar aldehídos facilmente! Por tanto no deje destapados estos reactivos por mucho tiempo

115 Aldehidos y cetonas: reacciones Involucra la formación inicial de una hidrazona, que tras el calentamiento en presencia de bases fuertes como KOH o tert- butoxido de potasio (tBuOK) se hidroliza y convierte en un alcano, expulsando una molecula de nitrógeno en el proceso. Como solvente debe elegirse etilenglicol o DMSO. Se usa de forma similar a la reducción de Clemensen en ciertas estrategias sintéticas Reducción de Wolf-Kishner Comparacion de Agentes Reductores

116 Aldehidos y cetonas: reacciones Se realiza en presencia de zinc mercurial y HCl. Convierte los grupos carbonilos de cetonas (C=O) en grupos metileno (CH 2 ), pudiendo ser útil en estrategias sintéticas como en la obtención de alquilbencenos lineales tras una acilacion de Friedel Crafts, por ejemplo. Reducción de Clemensen

117 Aldehidos y cetonas: reacciones Es capaz de reducir los grupos carbonilo hasta alcoholes, de manera similar en que lo hacen NaBH 4 y LiAlH 4, con la ventaja (o desventaja) de reducir también los enlaces dobles y triples en caso de que la molécula contenga insaturaciones en la cadena. Hidrogenación catalítica de aldehídos y cetonas Se utiliza ampliamente en la industria Se utiliza Ni Raney finamente molido en polvo con hidrogeno gaseoso Se ataca primero los enlaces insaturados y después el grupo carbonilo No se recomienda su uso si se quiere tener el alqueno al final de la sintesis

118 ¡Muchas gracias por su atención!

119 El RX que contenga otro Grupo Funcional listado a continuación se debe proteger. Reaccionan con Grignard protonantes Alcoholes por Síntesis de Grignard: limitaciones

120 5.1 Tautomeria ceto enol Los enoles no son estables por ende se isomerizan al correspondiente aldehido o cetona Si el enol viene de: Acetileno dara aldehido alquino terminal: dará aldehido o cetona alquino interno: cetona

121 5.1 Tautomeria ceto enol en medio acido Adición de H + al enlace C=C. Remoción H + del OH del enol. Metil cetona

122 5.1 Tautomeria ceto enol en medio basico El H + se remueve del OH del enol. Luego el agua proporciona el H + al C adyacente. Un aldehido