Reacciones de Nucleofilos con Compuestos Carbonílicos

1. Reacciones de Nucleofilos con Compuestos Carbonílicos Fernando Hernández

2. 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 Fernando Hernández

3. 1. MODOS DEL ATAQUE INICIAL DEL NUCLEOFILO (Y-H) AL GRUPO C=O 1.1 Adicion de Y-H no catalizada 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 1.2.. Adicón de Y-H catalizada por ácidos 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 Fernando Hernández

4. 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 H3O+ y OH- Es posible catalizar estas reacciones por otros catalizadores distintos de H3O+ y OH- los cuales pueden coexistir simultáneamente o con H3O+ y OH- Fernando Hernández

5. 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) La adición del donor de protones (acido diluido) se lleva a cabo en una segunda etapa El proceso es irreversible Adición simultánea del Nucleofilo (KCN) y del ácido Proceso reversible 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 Fernando Hernández

6. D) Reacciones de Condensación (YH = ZNH2) Son procesos de adición-eliminación (deshidratación). Puede conducir a una mezcla diasteromérica E/Z. Suele obtenerse un único isómero Fernando Hernández

7. 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, HAlLi4) produce el correspondiente aldehido el cual tras el tratamiento con ácidos lleva al correspondiente alcohol Fernando Hernández

8. 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 = k2[RCO2R’] [HO-] B) Estudios con marcaje isotópico: Usando de D2O, el marcaje aparece en el ion carboxilato y no en el alcohol Consecuencia: Se produce exclusivamente la fisión acilica Fernando Hernández

9. 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 Fernando Hernández

10. 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 = k2[RCO2R’ ] [H3O+] B) Estudios con marcaje isotópico: Se produce exclusivamente la fisión acilica C) Mecanismo : Mecanismo A2 . Todas las etapas son reversibles Fernando Hernández

11. 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 D2O, 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 Fernando Hernández

12. 5.- ADICION NUCLEOFILICA FRENTE A ABSTRACCION DEL PROTON a 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 a su abstracción puede competir con la adición Factores que determinan la quimioselectividad: Factores termodinámicos y cinéticos: a) acidez del H en a 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 Fernando Hernández

13. CONDENSACION ALDOLICA Fernando Hernández

14. REACCIÓN DE AUTOCONDENSACIÓN DE ACETONA CH3COCH3 (CH3)2COHCH2COCH3 p.e. 56º p.e.164º • Ba(OH)2 • CH3COCH3 Fernando Hernández

15. OH- C6H5CHO + CH3CHOC6H5CHOHCH2CHO C6H5CH=CHCHO CONDENSACION CLAISEN SCHMIDT CH3CHOHCH2CHO Fernando Hernández

16. Fernando Hernández

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

18. ‡1 > ‡2 ya que Cl- es mejor grupo saliente ‡1 < ‡2 ya que OH- es mejor grupo saliente Fernando Hernández

19. 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 Fernando Hernández

20. 5.1. Reacción de etanoato de etilo con un alcoxido como base Fernando Hernández