En cambio la
metodología del Análisis Lógico, tiene como uno de
sus propulsores y defensores a otro químico
orgánico contemporáneo. J.E. Corey, también
premio Nóbel por su aporte a la síntesis.
La metodología supone la elección y
aplicación de una determinada estrategia como
el empleo
táctico de los diferentes recursos que la
moderna química
orgánica nos ofrece y constituye "una
metodología limitada únicamente por las fronteras
de la química y el poder creador
de la inteligencia
humana"[1]
El punto central de esta metodología es un
análisis racional y penetrante de la estructura
molecular de la Molécula Objetivo (MOb)
y de las moléculas precursoras generadas en sentido
antitético. La mejor aplicación se ha encontrado en
una serie de Software creados, para
generar las diferentes rutas de síntesis.
"El químico sintético es más
que un lógico y un estratega; es un explorador fuertemente
inclinado a especular, imaginar e incluso crear". E.J. Corey.
El método se
conoce como el "método de las desconexiones" o el
"método del sintón" y se basa en un nuevo paradigma de
la química orgánica, conocida como la
RETROSÍNTESIS.
La mayoría de los químicos
orgánicos, planean las síntesis, con un
mínimo de análisis lógico, haciendo uso
simultáneamente las metodologías de la
"asociación directa" y de "análisis lógico",
lo que origina consiguientemente la metodología de la
"aproximación intermedia". Los métodos
que mejor se conocen dentro de esta metodología y el
paradigma retrosintético, son:
El "árbol de síntesis" y
Las "Hojas de síntesis"
Por ser esta sección sólo una
introducción a la síntesis
orgánica, limitaremos el estudio al método del
árbol de síntesis.
La
elaboración de un plan de
síntesis
Un plan de
síntesis para una molécula con cierta complejidad
en su estructura, dentro el paradigma retrosintético y
cualquiera sea el método empleado para su diseño,
toma en cuenta los siguientes elementos generales:
En principio, uno debe conocer y familiarizarse
con todo los detalles estructurales de la molécula
objetivo (MOb).
Cuando se trata de una sustancia natural, es
necesario disponer de toda la información posible, sobre los antecedentes
químicos de la molécula y en consecuencia deducir
sus probables propiedades, como también es imprescindible
conocer sus propiedades físicas.
La "regla de oro" para
elaborar un plan de síntesis, es proceder en sentido
inverso (antitético) al que en la práctica se
seguirá en el laboratorio
químico. Se empieza con la MOb y se hace una
"degradación mental" de su estructura, lo que genera una
secuencia de moléculas precursoras que también son
sometidos a similar análisis, hasta llegar a los materiales de
partida, que a su vez deben ser simples y fácilmente
asequibles.
2.1. MÉTODO DEL ÁRBOL DE
SÍNTESIS
La elaboración de un "árbol de
síntesis" a base de generar moléculas intermedias o
precursoras, paso a paso en dirección antitética
(retrosíntesis), es decir a partir de la molécula
objetivo, constituye un método que puede comprenderse
mejor al considerar los siguientes principios
generales de dicho proceso.
Comenzar con la estructura final (MOb). Partiendo
de la estructura final, la molécula objetivo, se trabaja
hacia atrás (retrosíntesis) hasta lograr materias
primas fácilmente accesibles. Si la materia prima
de partida está especificada en el problema de
síntesis, esto tan sólo limita el número de
posibles rutas sintéticas a ser encaradas.
Caracterización de la molécula
objetivo (MOb). Al examinar la estructura de la molécula
objetivo, es necesario responder las siguientes
interrogantes:
¿Qué tipo de compuesto es?
¿Qué grupo (s)
funcional (es) contiene?
Cuál es la naturaleza del
esqueleto carbonado?
¿Tiene la molécula una cadena
alquílica normal o con ramificaciones?
¿Contiene anillos y son éstos
cicloalquílicos o aromáticos?.
¿La MOb tiene simetría real o
potencial?
El Grupo Funcional. Sobre el particular
será también bueno responder a las siguientes
interrogantes:
¿Es conocida la reactividad, sensibilidad
e inestabilidad de los grupos
funcionales que posee la MOb?
¿Qué métodos generales se
tiene disponibles para su preparación?
¿Cuál de ellos es aplicable al
grupo funcional específico de la molécula
problema?
Aspectos estereoquímicos. Se
analizará en la MOb, preferentemente:
Centros de quiralidad
Conformación y configuración de
anillos
Efectos de proximidad entre grupos
El esqueleto carbonado. El principal problema en
la mayoría de las síntesis orgánicas es la
construcción del esqueleto carbonado. El
intercambio de grupos funcionales (IGFs) a menudo es simple de
hacer, como por ejemplo, cetona a alcohol,
aldehído a ácido ó alcohol a bromuro. Las
preguntas que se hace con respecto a la construcción de
enlaces C-C se relacionan con las que ya se han planteado a
propósito del grupo funcional.
¿Algunos de los métodos disponibles
para formar grupos funcionales, son aplicables para generar
enlaces C-C?.. Si es así.
¿Es compatible el método con el
esqueleto carbonado específico de la molécula
objetivo?. Si no lo es.
¿Hay un procedimiento
para formar una cadena carbonada que produzca una función
convertible en la requerida?
Moléculas Precursoras (MP)
El análisis de la estructura de la El otro es un conjunto de compuestos con La generación de cualquiera de estos En general, si una ruta proyectada conduce | ARBOL DE SÍNTESIS |
Sintetizar el 2,3-dimetil-2-penteno (MOb 01),
partiendo de materiales simples con no más de dos
átomos de carbono, como por ejemplo, haluro de alquilo,
formaldehído, ácido acético, etc.
Solución
Analizando en sentido retrosintético, se
concluye que la MOb.01, es un alqueno no simétrico.
Recuérdese que los mejores sustratos Este alcohol puedo haber sido preparado a El bromuro requerido, se prepara a partir La cetona a su vez, se prepara a partir de El Grignard es consecuencia de la Se ha recurrido a la reacción de Desde luego que existen otras rutas, en |
2.2. Ejemplos de síntesis.
Partiendo de materiales simples y los reactivos
necesarios, proponer un plan de síntesis para las
siguientes moléculas:
MOb02. N-Hexanol La MOb 02, es un alcohol primario, cuya Por lo tanto, la estrategia se reduce en En tal virtud, la apertura de anillos El epóxido necesario para que se |
MOb 03. 7-metil-3-penteno
La MOb 03, es un alqueno no La mejor opción para generar una Posteriormente se hace reaccionar los Nuevamente encontramos como molécula Los materiales de partida son el acetileno |
MOb 04. Hexanodial
El Hexanodial, es una molécula Estas consideraciones, permiten proponer El ciclohexeno, puede ser preparado por |
MOb 05. 4-metoxi-1, 2- pentanodiol
La MOb 05. es polifuncional presenta un diol y un
grupo éter, que también es portador de un grupo
alcohol. No es posible pensar en formar el grupo éter
selectivamente frente a los otros alcoholes. Pero si es posible
formar un diol estando presente un grupo éter como
protector de otro grupo –OH en la MOb.
Por lo tanto es correcto proponer como Este grupo puede formarse estando presente | . |
Síntesis
de moléculas polifuncionales
Para la síntesis de moléculas
polifuncionales, es necesario la aplicación de los
principios generales y fundamentalmente de simetría,
selectividad y control, de
acuerdo a las características de la molécula
objetivo que se desee sintetizar.
MOb. 07. Proponer un plan de |
Solución. LA MOb 7 es bifuncional
y los grupos son hidroxílicos: uno terciario y otro
primario. El esqueleto carbonado presenta dos ramificaciones: un
metilo y un etilo. Puesto que la molécula posee poca
simetría, es improbable que ambos grupos puedan
introducirse simultáneamente.
Para empezar por el final, considérese
cómo se podría intentar la introducción de
una función, en presencia de la otra. En forma arbitraria,
inténtese introducir un grupo oxhidrilo primario en una
molécula precursora que tenga el OH terciario. Para esto
se tiene dos posibilidades: Hidroboración/oxidación
de una olefina terminal y adición de un reactivo de
Grignard al formaldehído.
Si se analiza con detenimiento, la segunda |
Se debe considerar ahora cómo formar el
alcohol olefínico terciario requerido para la
reacción de hidroboración. Puesto que este alcohol
también contiene dos funciones;
nuevamente se debe considerar la introducción de un grupo
funcional en presencia de otro.
Los alcoholes terciarios se forman |
Ahora se puede centrar la atención en la construcción |
En consecuencia, se puede obtener el compuesto
intermedio por alquilización del acetoacetato de etilo:
primero con bromuro de etilo y luego con bromuro de alilo, luego,
se hidroliza y descarboxila el producto, para generar la MOb
7.
El bromuro de alilo se prepara de la
|
MOb 08. Las feromonas, son agentes Proponer un plan de síntesis para la |
Solución:
El grupo funcional de la molécula es Con estas consideraciones se puede | a)
b) |
Por otra parte, el isómero
geométrico epóxido tiene que obtenerse de su
similar alqueno cis. Entonces el alqueno precursor debe ser:
La deshidratación de un alcohol, El plan de síntesis que se propone a Los compuestos (A) y (B), deben ser Las aplicaciones en los siguientes |
MOb 09.
(1E,4E)-hepta-1,4-dienilcyclopentano
Proponer un plan de síntesis, a Solución. Una adecuada Es necesario hacer notar que a esta altura Es necesario tener cuidado que el haluro Se aprovecha adecuadamente la Los acetiluros también son |
MOb. 10.
¿Cómo se efectúa la Utilice todos los reactivos necesarios con |
Solución:
La MOb 10, incrementa en un grupo metilo la Esta reacción sólo | El alcohol requerido puede formarse por |
Compuestos
aromáticos
4.1. PROBLEMAS
RESUELTOS
Proponer un plan de síntesis para las siguientes
moléculas, a partir del tolueno o xileno:
(MOb 12)
1-isopropil-7-metilnaftaleno | (MOb 13)
2,7-dimetilnaftaleno | (MOb 14) 1-isopropil-6-metilnaftalen
| (MOb 15) 4-metox-1,2,7-trimetilnaftaleno |
Solución:
(MOb 12). En la estrategia se toma en cuenta que la Esta estructura se puede conseguir por la acción La cetona se forma por la acilación sobre el | intramoleculares de acilación de Friedel |
(MOb 13). Nuevamente la molécula El carbonilo final se reduce a alcohol que |
(MOb 14). La aromatización final se consigue, E l carbonilo que tiene que ser atacado por un Grinard |
MOb 15. El anillo mas sustituido se El anillo bencénico con la |
La acilación del naftaleno está sujeta a un
interesante efecto del disolvente. La reacción en
disulfuro de carbono o disolvente halogenados, produce un ataque
predominantemente en la posición ( , sin embargo, en
solución de nitrobenceno, el tamaño del agente
electrofílico atacante se incrementa por
solvatación con el nitrobenceno, atacándose la
posición(, que es menos impedida estéricamente.
La succinoilación del naftaleno en
|
El tetralín, se acila exclusivamente
|
Ejemplo: Sintetizar el ácido p-bromobenzoico a
partir del benceno.
(MOb 16). Es necesario preguntarse El análisis sintético hacia
|
Un segundo ejemplo de interés,
es la síntesis del 4-cloro-1-nitro-2-propilbenceno (Mob.
17) a partir de benceno, en principio hay tres posibles
precursores disustituidos, pero sólo uno de ellos es el
adecuado.
La síntesis final de la MOb 17, se puede encarar Primero se acila el benceno con un cloruro de propanoilo El anillo acilado luego de clora con cloro Cl+ hacia | la posición meta requerida |
Preguntas: Cuáles son las reacciones que
justifican las siguientes transformaciones?.
MOb. 20 | MOb. 24 |
MOb. 21 | MOb. 25 |
MOb, 22 | MOb 26 |
MOb 23 | MOb. 27 |
Soluciones:
MOb. 20. No existe la posibilidad de que el | sobre el etilbenceno |
MOb. 21 . El para nitroestireno, no es En tal virtud la molécula precursora Este precursor se obtiene por |
MOb. 22. La simetría de la También es una buena ruta si se
|
MOb 23. La molécula precursora puede De este modo se evita la presencia del Zn |
MOb. 24. La posición del bromo en la El grupo alquilico, sobre el anillo |
MOb. 25. El diol de esta molécula
|
MOb. 26. La molécula precursora,
|
MOb. 27. La estrategia pasa por definir la El alqueno menos sustituido es el que
|
4.2. PROBLEMAS PROPUESTOS:
A partir de materiales simples y asequibles como
materiales de partida, proponer un plan de síntesis para
la preparación en el laboratorio de las siguientes
moléculas:
Alcoholes
5.1. PROBLEMAS RESUELTOS
Proponer un plan de síntesis, para las moléculas
objetivo señaladas a partir de moléculas simples
que se indican (MOb 26 -38). Para ello utilice los reactivos y
condiciones de reacción que crea necesarios:
Estrategia: La molécula de partida (MOb El Br se introduce en la. | posición deseada con el NBS y el alqueno es |
Estrategia: Se trata de un tío Este haluro se prepara por la acción del NBS, |
Estrategia: Es similar a la utilizada en la
|
Estrategia: La MOb 31 tiene un incremento de |
Estrategia: La MOb 32, muestra
|
Estrategia: Se propone como
|
Estrategia: La MOb, tiene el doble |
Estrategia: La cetona metílica de la MOb El alcohol se formó por la acción del
|
Estrategia: El material de partida se oxida a |
Estrategia: Como la MOB 37 es un |
Estrategia: Los haluro se obtiene a partir de
|
5.2. PROBLEMAS PROPUESTOS
1. ¿Qué reactivo de Grignard y que compuesto
carbonílico utilizaría como materia prima
para preparar los siguientes alcoholes?
2. La testosterona[2]es una de
las hormonas esteroidales masculinas más importantes.
Cuando se deshidrata tratándola con acido, se
efectúa una transposición para dar el producto
que se muestra. Proponga un mecanismo para explicar dicha
reacción.4. A partir de la testosterona (problema 2),
¿Cómo prepararía las sustancias
siguientes?
5. Partiendo de materiales simples y asequibles,
proponer una ruta de síntesis, para cada una de
las siguientes moléculas:
5. Proponer las reacciones
químicas que respalden la transformación
que se indica, pueden hacerse en varios pasos y con los
reactivos que crea más necesarios.a) 3-metil-2-2-pentanol
b) 3-metil-3-pentanol
A partir del alcohol
sec-butílico
Éteres y
epóxidos
6.1. PROBLEMAS RESUELTOS
1. ¿Cómo prepararía los éteres
indicados (MOb 39 al 44)?
Estrategia: La naturaleza de los | no participa de la síntesis de Williamson |
Estrategia: El sustituyente alquilico en | propeno, como se indica en el esquema |
Estrategia, La molécula precursora |
Estrategia: La naturaleza de os
|
Estrategia; El dieter trans, El ciclohexeno se forma por |
Estrategia: La estructura simple |
2. Justifique con las reacciones necesarias las siguientes
transformaciones.(MOb. 45 al 50 )
Estrategia: La síntesis de Se podría pensar que el alqueno |
Estrategia. Una reacción
|
Estrategia: La apertura del
|
Estrategia: Es posible en esta MOb 48 | previamente hidrogenada parcialmente hasta el alqueno |
Estrategia: El éter no
|
Estrategia: El diol trans, se El alqueno es producto de la
|
1. El safrol, una sustancia aislada del aceite de
sasafrás, se utiliza en perfumería. Proponga
una síntesis del safrol (MOb 51) a partir del catecol
(1, 2-bencenodiol)
6.2. PROBLEMAS PROPUESTOS
1. Partiendo de materiales simples y asequibles, proponer una
ruta de síntesis factibles, para cada una de las
siguientes moléculas:
2. Proponer las reacciones que ocurren en las transformaciones
que se indican, puede ocurrir la misma en varias etapas.
Aminas
7.1. PROBLEMAS RESUELTOS
En relación con el estudio de
anticoagulantes[3]se preparó la MOb 52,
cuya estructura sugería una actividad potencial. Proponga
un plan probable de síntesis para esta molécula.
Solución:
La estrategia, pasa por analizar las Posteriormente la amina se formara por la El compuesto halonitrilo, se forma por la El butadieno necesario se obtiene a partir |
La Efedrina (MOb 53), es un aminoalcohol muy
utilizado en el tratamiento del asma bronquial.
Proponga un plan de síntesis para este fármaco, a
partir de materias primas simples. Solución:
La MOb 53, es un aminoalcohol, los cuales La molécula precursora es un La amina es preparada a partir del |
La ciclopentamina (MOb 54), es un estimulante del
sistema nervioso
central, semejante a la anfetamina. Proponga una
síntesis de la MOB 54 a partir de materias primas de cinco
carbonos o menos.
Solución:
La MOb 54, es una amina secundaria, que por El alquilo terminal se prepara por la |
La tetracaina (MOb 55) es una sustancia usada en
medicina como
anestésico espinal en punciones lumbares. Proponga un plan
de síntesis razonable. Solución:
L a MOb 55 tiene el grupo funcional amino
El grupo éster protege un grupo
De este modo los materiales de partida
|
¿Cómo sintetizaría el
estimulante cardiaco propanolol (MOb. 56) a partir de
1-hidroxinaftaleno y cualquier otro reactivo que sea necesario?.
Solución:
La MOb 56. Es un amino alcohol con una Entonces, la molécula precursora Éste último se obtiene del |
7.2. PROBLEMAS PROPUESTOS:
El prontosil es un colorante azoico |
La mefenesina es un fármaco que se |
Proponer una síntesis para el
|
Proponer un plan de síntesis para las
siguientes moléculas:
| |||
|
| ||
1. Justificar las siguientes
transformaciones químicas:
Aldehídos
y cetonas
8.1. PROBLEMAS PROPUESTOS I. Proponer rutas de
síntesis factibles para las siguientes
moléculas:
8.2. PROBLEMAS RESUELTOS
1. ¿Como efectuaría las siguientes
transformaciones químicas?
Estrategia: La MOb 57, es una La cetona metílica se obtiene a |
Estrategia: Comparando la |
Estrategia: L MOb 60, es un ceto alcohol, El nucleófilo lo provee, el Grignard |
Estrategia: Si bien la MOB 59, una |
Estrategia: El grupo funcional El alcohol se prepara por la |
Estrategia: La ciclohexanona, MOb A su vez el alqueno se forma por |
2. Proponer un plan de síntesis para las
moléculas objetivo (63 – 70), a partir de materias
primas simples.
Estrategia: El acido insaturado | formado entre la cetona y un trifenil |
Estrategia: Para preparar la El alcohol se forma a partir de la El haluro requerido se forma a partir de la El aldehído se prepara a partir de |
Estrategia: La estructura Con este propósito se requiere de un |
Estrategia: El doble enlace de la Esta estrategia genera dos moléculas Los materiales de partida son el benceno y |
Estrategia: De la estructura de la Ello significa que el material de partida |
Estrategia: La molécula
|
Estrategia: La metanfetamina (MOb |
Es importante recordar, que los diseños de
síntesis propuestos hasta el momento, están
concebidos en base a las reacciones hasta el momento estudiadas,
razón por la cual es necesario destacar que es posible
proponer otras rutas en base a otras reacciones que se
irán estudiando.
Estrategia: La molécula Sin embargo existen otras reacciones que
|
8.3. PROBLEMAS PROPUESTOS II
1. Complete las reacciones que se indican. Si no
ocurre reacción escriba N.R.
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
2. Partiendo de materiales simples y asequibles,
proponer un plan de síntesis para las moléculas que
se indican:
3. Proponer las reacciones que justiquen las
transformaciones que se indican. Pueden ser en varios pasos y
podrá utilizar los reactivos que sean necesarios:
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