Sinopsis: Síntesis y reacciones de los principales compuestos orgánicos (página 4)

Ejemplos:

¿El ion halonio puede reaccionar con otros
nucleófilos? En presencia de otros de otros
nucleófilos, el ion haluro competirá con ellos para
atrapar al ion halonio cíclico.  Por ejemplo la
bromación del ciclopenteno en presencia de un exceso de
ion cloruro (añadido como sal) da una mezcla de
trans-1,2-dibromociclopentano y
trans-1-bromo-2-ciclopentano. 

De este mismo modo se pueden explicar la
formación de las halohidrinas y haloéteres
vecinales. 

Ejemplos:

         
Ciclopenteno                                                                                                                
               trans-2-Bromociclopentanol

 Ciclohexeno   
Trans-1-bromo-2-metoxiciclohexano

HIDRATACIÓN ELECTRÓFILA

Cuando un alqueno se trata con una disolución
acuosa de un ácido que contenga un contraión que
sea un mal nucleófilo, como el ácido
sulfúrico, el agua juega
el papel de nucleófilo e intercepta al carbocatión
que se ha formado después de la protonación
inicial. En la reacción global, los elementos del agua se han
adicionado al doble enlace, o sea, ha tenido lugar una
hidratación. Este proceso es el
inverso de la deshidratación de alcoholes
inducida en medio ácido. El mecanismo es el mismo pero a
la inversa.

Mecanismo de
hidratación.

Ejemplo:

Otro método de
obtener alcoholes o éteres desde alquenos es la
oximercuración-desmercuración, ya comentada en el
capítulo 13. Estos métodos en
general conducen al producto
más sustituido, adición
Markovnikov. 

HIDROBORACIÓN-OXIDACIÓN

El resultado global de una
hidroboración-oxidación, es la adición de
agua a un doble enlace. Al contrario de las hidrataciones
descritas anteriormente, esta es
anti-Markovnikov.

El borano, BH3, se adiciona al doble enlace sin
activación catalítica. Esta reacción se
denomina hidroboración. La hidroboración,
además de ser estereoespecífica
(adición sin), es también
regioselectiva. Al contrario de las adiciones electrófilas
descritas con anterioridad, sólo controlan la
regioselectividad los factores estéricos (y no los
electrónicos): el boro se une al carbono de
menos impedido (menos sustituido).

La posterior oxidación del producto de
hidroboración con peróxido de hidrógeno en medio básico acuoso, da
lugar a la oxidación del alquilborano, produciendo
la formación del alcohol.

Mecanismo propuesto:

Hidroboración

Oxidación

Ejemplos:

 HIDROBORACIÓN-HALOGENACIÓN:
HIDROHALOGENACIÓN ANTI-MARKOVNIKOV

Los alquilboranos también pueden ser precursores
de haloalcanos. El resultado global de esta
hidroboración-halogenación es la
hidrohalogenación de un alqueno de forma regioselectiva y
estereoespecífica. El halógeno, al contrario de las
adiciones Markovnikov, se coloca en el carbono menos
sustituido.

Ejemplos.

EPOXIDACIÓN DE ALQUENOS

El grupo -OH de
los ácidos
peroxicarboxílicos, RCO3H, contienen un oxígeno
electrófilo. Estos compuestos reaccionan con los alquenos,
adicionando este oxígeno al doble enlace con
formación de oxaciclopropanos. El otro producto de la
reacción es el ácido carboxílico, que se
elimina mediante extracciones con base acuosa. (véase el
mecanismo en el capítulo 13, formación de
epóxidos).

DIHIDROXILACIÓN ANTI VECINAL (FORMACIÓN
DE DIOLES TRANS)

Al tratar un oxaciclopropano con agua, en presencia de
cantidades catalíticas de un ácido o una base,
tiene lugar la apertura del ciclo con formación del
correspondiente diol vecinal. En esta reacción el agua
ataca nucleofílicamente al anillo de tres miembros por la
parte opuesta a donde se encuentra el oxígeno.
 

DIHIDROXILACIÓN SIN VECINAL (FORMACIÓN
DE DIOLES CIS)

El permanganato potásico reacciona, en
solución fría, con los alquenos para dar los
correspondientes dioles vecinales sin. El otro producto
de esta reacción es el dióxido de manganeso, que es
un oxidante débil e insoluble en el medio de
reacción. En estas condiciones neutras el MnO2 no
reacciona ni con el alqueno ni con el diol.

¿Cuál es el mecanismo de esta
transformación? La reacción del enlace ?
con permanganato constituye una adición
concertada con movimiento
simultáneo de tres pares de electrones para dar un
éster cíclico que contiene Mn(V). Por razones
estéricas, la única manera de formarse el producto
es cuando los dos átomos de oxígeno se introducen
por el mismo lado del doble enlace: sin. Este intermedio
es reactivo y en presencia de agua se hidroliza para dar el diol
libre.

La dihidroxilación sin puede conseguirse con
mejores rendimientos usando tetróxido de osmio OsO4, muy
similar al permanganato en su modo de acción.
Si se utilizan en cantidades estequiométricas se pueden
aislar los ésteres cíclicos, pero normalmente estos
se reducen con H2S o bisulfito, NaHSO3. Sin embargo, al ser el
OsO4 caro y muy tóxico se utilizan cantidades
catalíticas en presencia de cantidades
estequiométricas de peróxido de
hidrógeno.

Mecanismo de oxidación de los alquenos con
permanganato:

Dihidroxilación vecinal sin con
tetróxido de osmio.

REACCIÓN DE OZONOLISIS DE
ALQUENOS

En todas las reacciones de adición de alquenos
que se han considerado hasta aquí, el esqueleto carbonado
del material de partida ha permanecido intacto. El doble enlace
carbono-carbono se ha transformado en nuevos grupos
funcionales, por adición de diferentes reactivos, pero no
han roto o transpuesto enlaces del esqueleto de carbono. Sin
embargo existen reactivos fuertemente oxidantes que rompen los
enlaces carbono- carbono para producir dos fragmentos.

El ozono (O3) es el reactivo más útil para
la ruptura de dobles enlaces. Este compuesto que se elabora
convenientemente en el laboratorio
haciendo pasar oxígeno a través de una descarga
eléctrica de alto voltaje, se une rápidamente a los
alquenos a bajas temperaturas para formar intermedios
cíclicos llamados molozónidos. Una vez formados,
los molozónidos se transponen con rapidez para formar
ozónidos. Los ozónidos son explosivos, y por tanto
nunca se aíslan, sino que suelen tratarse con un agente
reductor, como zinc metálico en ácido
acético, para transformarse en compuestos
carbonilicos.

 Reacción de
ozonólisis.

                               
    
Alqueno                           
  
Ozónido             
      Productos
carbonílicos

 Mecanismo de la
ozonolisis: 

ETAPA 1 Formación y ruptura
del molozónido

                                                                               
Molozónido
                         
Oxido de carbonilo

ETAPA 2 Formación y
reducción del ozónido

Ejemplos.

 OZONOLISIS A ALCOHOLES
(OZONOLISIS REDUCTIVA).

Al tratar el ozónido con borohidruro
sódico se obtienen alcoholes. De esta forma, un doble
enlace puede romperse oxidativamente para producir alcoholes,
estamos hablando de una ozonolisis reductiva.

                      
   
4-Octeno                                                                          
1-Butanol  (95%)

Otros agentes oxidantes además del ozono
también causan ruptura del doble enlace. Por ejemplo, el
permanganato de potasio en solución neutra o ácida
provoca la ruptura del alqueno, formando productos
carbonílicos  con rendimiento bajo o moderado. Si en
el doble enlace están presentes hidrógenos, se
producen ácidos carboxílicos, si hay dos
hidrógenos en un mismo carbono, se forma CO2.

Ejemplo:

                               
 
3,7-Dimetil-1-octeno                                     
  Ácido-2,6-dimetilheptanoico (45%).

 ADICIÓN DE CARBENOS A
ALQUENOS: SÍNTESIS DE CICLOPROPANOS.

La última reacción de adición a
alquenos que se considerará en este capítulo es la
adición de un carbeno a un alqueno para producir un
ciclopropano. Un carbeno R2C: , es una molécula
neutra que contiene un carbono divalente con sólo seis
electrones en su capa de valencia. Por ello es altamente
reactivo, y sólo puede generarse sólo como un
intermediario de reacción, no como una sustancia
aislable.

Uno de los mejores métodos para generar un
carbeno sustituido es el tratamiento de cloroformo, CHCl3, con
una base fuerte como hidróxido de potasio. La
pérdida de un protón del CHCl3 genera el
anión triclorometano, -:CCl3, el cual libera un ion
cloruro para convertirse en diclorocarbeno, :CCl2. Si se
genera diclorocarbeno en presencia de un doble enlace, ocurre la
adición del carbeno, electrófilo, al doble enlace,
y se forma un diclorociclopropano. La adición es
estereoespecífica, lo cual significa que se forma un solo
estereoisómero como producto.

Ejemplo: 

El mejor método para producir ciclopropanos no
halogenados es la reacción de –Smith4
.

Ejemplo:

                       
   
Ciclohexeno                                                         
Biciclo (4.1.0) heptano (92%)

Alquinos

RESUMEN DE LAS REACCIONES DE LOS
ALQUINOS

1.-       
Formación de alquinos

           
(a) Deshidrohalogenación de dihalogenuros
vecinales

Ejemplos:

            
(b) Alquilación del ion acetiluro

                       
       
Acetileno                                                                   
Un alquino terminal

                               
       Un Alquino
terminal                                                   
Un alquino interno

Ejemplos:

2.-       
Reacciones de los alquinos

           
(a) Adición de HX, donde X = Br o Cl

Ejemplos:

           (b)
Adición de X2, donde X = Br o Cl

Ejemplos:

                       
(c) Hidratación catalizada por sulfato
mercúrico

                                               
Una metil cetona

Ejemplos:

                        
(d) Hidrobaración-oxidación

Ejemplos:

                        
(e) Reducción

                        
1.-         Por
hidrogenación catalítica

Ejemplos:

                               
2.-        Por litio
en amoniaco

                                                                                   
Un alqueno trans

Ejemplo:

                        
(f) Acidez: conversión en aniones acetiluro

Ejemplos:

                        
(g) Alquilación de aniones acetiluro

                       
       
Acerileno                                                                   
Un alquino terminal

                               
       Un Alquino
terminal                                                   
Un alquino interno

Ejemplos: (véase
alquilación del ion acetiluro)

                       
h) Ruptura oxidativa

Ejemplos:

FORMACIÓN DE ALQUINOS: REACCIONES DE
ELIMINACIÓN DE DIHALOGENUROS.

Los alquinos pueden obtenerse por eliminación de
HX a partir de halogenuros de alquilo de manera muy parecida a
como se obtenían los alquenos. Sin embargo, dado que un
alquino está doblemente insaturado, es necesario eliminar
dos moléculas de HX. El tratamiento de un 1,2-dihalogenuro
(un dihalogenuro vecinal) con un exceso de base fuerte, como KOH
o NaOH, da como resultado una doble eliminación, mediante
un mecanismo E2.

Los dihalogenuros vecinales requeridos se obtienen
fácilmente por adición de bromo o cloro a los
alquenos. De este modo, la secuencia global de
halogenació-deshidrohalogenación constituye un muy
buen método par transformar un alqueno en un alquino. Si
bien es posible utilizar distintas bases para la
deshidrohalogenación, normalmente se prefiere el amiduro
sódico, NaNH2, porque suele tener mayores rendimientos. La
doble deshidrohalogenación ocurre en pasos bien
diferenciados a través de un halogenuro vinílico
intermedio, lo cual sugiere que los halogenuros vinílicos
mismos se conviertan en alquinos cuando se tratan con bases
fuertes.

Ejemplo:

 REACCIONES DE ALQUINOS: ADICIÓN
DE HX Y X2.

Como regla general, los reactivos electrófilos se
unen a los alquinos del mismo modo que a los alquenos. Por
ejemplo, con HX,  los alquinos forman los productos de
adición esperados. Aunque usualmente las reacciones pueden
detenerse después de la adición de un equivalente
de HX, un exceso de ácido forma un dihalogenuro. Por
ejemplo, la reacción de 1-hexino con dos equivalentes de
HBr produce el 2,2-dibromohexano. La regioquímica de la
adición sigue la regla de Markovnikov. El
halógeno se une al carbono más sustituido del
triple enlace, y el hidrógeno lo hace al menos sustituido.
La mayoría de las veces se encuentra en el producto la
estereoquímica trans de H y X. Esto indica un
mecanismo similar a los de los alquenos es decir
vía carbocatión. En este caso el
intermedio formado es un carbocatión
vinílico.

                       
     Un alquino    
     Un carbocatión
vinílico       Un bromuro
vinílico

 Ejemplo:

               
1-Pentino                             
        
2-Bromo-1-pentino          
2,2-Dibromopentano

 Bromo y cloro también se unen a los
alquinos para formar productos de adición, y
también en este caso resulta una estereoquímica
trans. La adición es similar a la de los
alquenos.

Ejemplo:

                   
1-Butino             
      
(E)-1,2-Dibromo-1-buteno          
  1,1,2,2-Tetrabromobutano

HIDRATACIÓN DE
ALQUINOS.

Los alquinos pueden adicionar agua en analogía
con la hidratación de alquenos. La adición va en el
sentido Markovnikov para dar enoles que tautomerizan a cetonas.
La reacción esta catalizada por los iones mercurio. Los
alquinos simétricos internos dan solamente un compuesto
carbonílico; los no simétricos conducen a mezclas de
productos.

 Ejemplos:

Los tautómeros son tipos especiales de
isómeros que se interconvierten con rapidez por medio de
un equilibrio,
llamado ceto-enolico.

                                               
  Tautómero 
enol                    
Tautómero ceto

                                               
 (meno
favorecido)                  
(más favorecido).

Mecanismo de la hidratación de un alquino
catalizada por ion mercúrico para formar una cetona. La
reacción produce un enol intermediario que
rápidamente se tautomeriza para convertirse en una
cetona.

           
                      
Una
cetona                         
Un enol

 HIDROBORACIÓN DE
ALQUINOS.

Los alquinos terminales pueden reaccionar con borano,
aunque en la práctica es difícil detener la
reacción en el paso del borano vinílico. En
circunstancias normales, experimentan una segunda adición
al borano vinílico intermedio. Para evitar esta doble
adición puede usarse un borano voluminoso
estéricamente impedido, como el
bis-(1,2-dimetilpropil)borano (que se conoce comúnmente
como disiamilborano) en lugar del borano normal (BH3). Cuando un
alquino terminal reacciona con disiamilborano, ocurre la
adición de B-H al triple enlace C-C con la
regioquímica anti Markovnikov esperada. Sin embargo, una
segunda adición es bastante lenta, puesto que el volumen
estérico del reactivo dialqilborano dificulta el
acercamiento al doble enlace. Por lo tanto, la oxidación
del borano vinílico forma primero un enol y finalmente un
aldehído.

Ejemplo:

Obsérvese que la secuencia de
hidroboración-oxidación es complementaria de la
reacción de hidratación directa de alquinos, ya que
resultan productos diferentes. La hidratación directa de
un alquino terminal con ácido acuoso y sulfato
mercúrico produce una metil cetona, mientras que la
hidroboración-oxidación del mismo alquino forma un
aldehído:

REDUCCIÓN DE
ALQUINOS.

Los alquinos pueden hidrogenarse en las
mismas condiciones empleadas para hidrogenar alquenos. Por lo
general, el platino o el paladio sobre carbón se colocan
en suspensión en una solución que contiene al
alquino, y la mezcla se pone en contacto con una atmósfera de
hidrógeno. En estas condiciones se produce la completa
saturación del triple enlace.

Ejemplos

La hidrogenación es un proceso por pasos, lo cual
permite en ciertos casos detener la reacción a nivel del
alqueno intermedio. Otra alternativa es evitar la
hidrogenación del alqueno a base de emplear catalizadores
modificados. Uno de tales sistemas es
paladio precipitado sobre carbonato cálcico y tratado con
acetato de plomo y quinoleína, y se conoce como
catalizar Lindlar . La superficie del metal en el
catalizador de Lindlar adopta una configuración menos
activa que la del paladio sobre carbón, de forma que
solamente el primer enlace?? del alquino, más reactivo, es
hidrogenado. Al tratarse de una adición sin,
constituye un método de síntesis
estereoselectiva de alqueno cis.

 Ejemplo:

                                   
1-Decino                                                    
 cis-5-Deceno (96%) 

Un segundo método para la conversión de
alquinos en alquenos es emplear sodio o litio metálico en
amoniaco líquido como disolvente. Este método es
complementario al de la reducción de Lindlar, puesto que
con él se producen alquenos trans en vez
de alquenos cis. El mecanismo en
sí implica la donación de un electrón al
triple enlace para producir un anión radical intermedio
(tiene número impar de electrones) como un anión
(tiene carga negativa). Este intermediario acepta un
protón del amoniaco para formar un radical
vinílico. La adición de un segundo electrón
al radical vinílico produce un anión
vinílico, el cual toma un segundo protón del
amoniaco para formar el alqueno trans como
producto.

Ejemplo:

                                          
5-Decino                                                
 trans-5-Deceno (78%)

 ACIDEZ DE LOS ALQUINOS: FORMACIÓN DE
ANIONES ACETILURO.

La diferencia más notable entre la química de los
alquenos y la de los alquinos es que los alquinos terminales son
débilmente ácidos. Cuando un alquino terminal se
trata con una base fuerte, como el amiduro sódico, NaNH2,
el hidrógeno terminal es eliminado y se forma un
anión acetiluro:

                                                                                                       
Anión Acetiluro

 ALQUILACIÓN DE ANIONES
ACETILURO.

La presencia de un par de electrones no compartidos hace
que los aniones acetiluro sean fuertemente nucleófilos.
Como resultado, cuando están disueltos en tetrahidrofurano
estos aniones reaccionan con halogenuros de alquilo, para
sustituir el halógeno y formar un nuevo alquino como
producto.

La alquilación de alquinos no se limita al ion
acetiluro. Cualquier alquino terminal puede convertirse en un
anión acetiluro correspondiente y alquilarse por
tratamiento con un halogenuro de alquilo para formar un alquino
interno. Debido a su generalidad, la alquilación de
acetiluros es el mejor método para formar alquinos
sustituidos a partir de precursores más simples. La
alquilación de iones acetiluro se limita al uso de
bromuros y yoduros de alquilo primarios, RCH2X, por razones
estéricas, dado que son sustituciones nucleófilicas
del tipo SN2. Además de su reactividad como
nucleófilos, los iones acetiluro son suficientemente
fuertes para causar deshidrohalogenación en vez de
sustitución cuando reaccionan con halogenuros de alquilo
secundarios o terciarios.

Ejemplos:

RUPTURA OXIDATIVA DE
ALQUINOS.

Los alquinos, como los alquenos, pueden romperse por
reacción con agentes oxidantes fuertes, como el
permanganato de potasio u ozono. Sin embargo, un triple enlace
suele ser menos reactivo que un doble enlace, y los rendimientos
de los productos de ruptura algunas veces son bajos. La
reacción es demasiado compleja mecanísticamente
para ser tratada con detalles. Los productos que se obtienen son
ácidos carboxílicos. Si se oxida un alquino
terminal se forma CO2 como uno de los productos.

 Ejemplos:

               
                 
 3-Hexino
            
                              Ácido
propanoico (2 moles)

                               
                 
Butino                            
Ácido propanoico

Reactivos
organometálicos

Los reactivos organometálicos son una fuente de
carbono nucleofílico, y por lo tanto de
gran utilidad en la
química orgánica sobre todo en síntesis.
Recuérdese que hasta ahora siempre hemos visto al carbono
en sus compuestos estudiados como un centro
electrófilo.

En este capítulo veremos los métodos de
preparación de reactivos
organometálicos, RM. Ellos pueden obtenerse
tratando haloalcanos con metales,
particularmente litio y magnesio, en los que un átomo de
carbono de un grupo orgánico se encuentra unido a un
metal. Estas especies son bases y nucleófilos fuertes y
son extremadamente útiles en síntesis
orgánica.

Puesto que los metales son elementos electropositivos,
los enlaces metal-carbono pueden tener un alto grado de carácter iónico. Es decir, las
estructuras
resonantes dipolares contribuyen a menudo de forma importante a
las estructuras de estos compuestos.

[R-M ? R-M+] =
d-?R-Md+      

El grado de covalencia de este género de
enlaces metal-carbono depende considerablemente del metal y se
relaciona con la electronegatividad del mismo. Los compuestos
organometálicos de los metales alcalinos pueden ser
considerados simplemente como sales iónicas del
catión metálico alcalino y el correspondiente
anión orgánico denominado
carbanión.

Muchos de los compuestos organometálicos se
descomponen con el agua; no obstante, son solubles en varios
disolventes orgánicos apróticos. Los disolventes
típicos son los éteres y los alcanos. Hay un
elevado número de compuestos organometálicos usados
en síntesis orgánica, debido a su solubilidad en
disolventes adecuados y a su reactividad extrema, no se purifican
normalmente y se hace uso de sus disoluciones sin aislamiento
previo.

REACTIVOS DE GRIGNARD.

Los halogenuros orgánicos de muy variadas
estructuras, -de alquilo, de arilo y vinílicos- reaccionan
con magnesio metálico en éter o tetrahidrofurano
(THF) como disolvente para producir halogenuros de
alquil-magnesio, RMgX. Estos productos, llamados reactivos de
Grignard en honor a su descubridor, Víctor
Grignard[1]
, son ejemplos de compuestos organometálicos, ya que
contienen un enlace carbono-metal.

Donde R = alquilo 1º, 2º o
3º, arilo o alquenilo;  X = Cl, Br o I.

 Ejemplo.

Muchas clases de halogenuros orgánicos forman
reactivos de Grignard. El impedimento estérico en los
halogenuros no parece ser un factor determinante en la
formación de los reactivos de Grignard, dado que
reaccionan fácilmente halogenuros de todo tipo, sean
primarios, secundarios o terciarios. Los halogenuros de arilo y
de alquenilo también reaccionan, aunque en estos casos es
mejor usar tetrahidrofurano como solvente. El halogenuro puede
ser Cl, Br o I, aunque los cloruros son algo menos reactivos que
los bromuros y los yoduros. Los fluoruros orgánicos rara
vez reaccionan con magnesio.

 Como podría esperarse en base en lo
expuesto sobre a la electronegatividad y la polaridad de los
enlaces, el enlace carbono-magnesio está altamente
polarizado, lo cual hace al átomo de carbono
nucleófilo y básico:

En sentido formal, puede considerarse que un reactivo de
Grignard es un anión de carbono o carboanión; es
decir, la sal de magnesio de un hidrocarburo ácido. Sin
embargo es más exacto considerar que los reactivos de
Grignard contienen un enlace C-Mg covalente altamente polar, y no
un enlace iónico entre C- y +MgX.

 Debido a su carácter
nucleófilo/básico, los reactivos de Grignard
reaccionan tanto con ácidos como con una amplia variedad
de electrófilos, tal como hemos comentado a lo largo de
los capítulos anteriores. Por ejemplo, reaccionan con
dadores de protones (ácidos de Bronsted) como H2O, ROH,
RCOOH o RNH2, para formar hidrocarburos.
La secuencia total es un método sintético
útil para transformar un halogenuro de alquilo en un
alcano. R-X ? R-H, (véase capítulo 8).
También reaccionan con compuestos carbonílicos para
dar alcoholes, R-CO-R" ? R-CH(OH)-R", (véase
capítulo 12 y 17).

 Ejemplos:

REACTIVOS DE ALQUIL-LITIO Y
OTROS.

Es posible obtener otros reactivos de
organometálicos de manera semejante a como se hace para
los reactivos de Grignard. Por ejemplo, los compuestos de
alquil-litio pueden producirse por reacción de un
halogenuro de alquilo con litio metálico:

                               
1-Bromobutano                                   
   
           
Butil-litio

Los compuestos de alquil-litio son tanto
nucleófilos como bases, y su comportamiento
químico es semejante en muchos aspectos al de los
halogenuros de alquil-magnesio. Como los compuestos
organolíticos son más difíciles de manejar,
se prefiere el uso de los reactivos de Grignard en el caso de
adiciones sencillas a compuestos carbonílicos. Sin
embargo, la mayor reactividad de los reactivos
organolíticos permite su adición a grupos carbonilo
bastante impedidos, con buenos rendimientos.

Otros compuestos organometálicos como los
organosódicos y organopotásicos; son tan reactivos
que rara vez se utilizan para adiciones a grupos carbonilos.
Deben ser manejados con sumo cuidado, pues reaccionan con
éteres y pueden inflamarse espontáneamente en
contacto con el aire. En cambio, los
compuestos organocíncicos (organocinc) son no demasiado
reactivos, por lo que dan lugar a reacciones muy selectivas.
Así, mientras que los reactivos de Grignard reaccionan
fácilmente con ésteres, los derivados de cinc son
prácticamente inertes frentes a ellos, aunque, sin
embargo, se adicionan al grupo carbonilo de aldehídos y
cetonas.  Esta selectividad se utiliza en la
reacción de Reformatsky. Se prepara el
derivado organocíncico de un a-halogenoéster y se
adiciona a continuación sobre un compuesto
carbonílico. La reacción constituye un
método de preparación de
ÃY-hidroxiésteres.

    
         
romoacetato de
etilo               
Bromocincacetato de
etilo           
3-Fenil-3-hidroxi-propanoato
                  
                                                                                               
                               
de etilo (64%).

 Transmetalación.

Los compuestos organometálicos con metales que no
sean litio o magnesio pueden prepararse por una reacción
nucleófila del alquil-litio o del reactivo de Grignard con
haluros metálicos. Esta transformación se denomina
transmetalación ya que convierte un
organometálico en otro.

 Transmetalación general

R-M    + M"-X  
?  R-M"    +    M-X

Transmetalaciones:

 4 RMgX    +    
SiO4   ?    
SiR4     +     4
MgX2

  
                                
      Tetraalquisilano

2 RMgX    +   
CdX2   ?    CdR2
   +     2 MgX2

                                   
      Dialquilcadmio

3 RLi     +    
AlX3       ?   
R3Al    +      4
LiX

                                   
       Trialquilaluminio

RLi    +     
CuI          
?      RCu     
+      LiI

                                   
       Alquilcobre

RCu      
+      RLi  
    ?    
R2CuLi

                                   
       Dialquilcuprato de
litio

REACCIONES DE LOS COMPUESTOS
ORGANOMETÁLICOS:

 1.-       
Hidrólisis (obtención de alcanos)

 2.-       
Acoplamiento de halogenuros de alquilo con compuestos
organometálicos.

 3.-       
Adiciones nucleofílicas.

 4.-       
Adición de compuestos organometálicos a
aldehídos y cetonas (obtención de
alcoholes).

 5.-       
Adición de compuestos organometálicos a
ésteres

6.-        Apertura
nucleofílica del oxaciclopropano por compuestos
organometálicos.

Aldehídos
y cetonas

REACCIONES DE ADICIÓN
NUCLEOFÍLICA

Los aldehídos y cetonas se
encuentran entre los compuestos de mayor importancia, tanto en
bioquímica
como en la industria
química. En el laboratorio, los aldehídos
normalmente se elaboran por ruptura oxidativa de alquenos, por
oxidación de alcoholes primarios o por reducción
parcial de cloruros de ácidos o ésteres. Las
cetonas se producen de manera similar por ruptura oxidativa de
alquenos, por oxidación de alcoholes secundarios, o por
adición de diorganocupratos a cloruros de
ácido.

La reacción de adición
nucleofílica es la reacción más
importante de los aldehídos y las cetonas, siendo posible
elaborar una gran cantidad de productos por adición
nucleofílica. Las reacciones son aplicables a cetonas y
aldehídos, pero en general estos últimos son
más reactivos por razones tanto estéricas como
electrónicas.

Propiedades de Aldehídos y
Cetonas.-

El doble enlace carbono-oxígeno de los grupos
carbonilos es similar en muchos aspectos al doble enlace
carbono-carbono de los alquenos. El átomo de carbono
carbonílico tiene hibridación sp2 y tres enlaces
sigma. El cuarto electrón de valencia permanece en un
orbital p del carbono, y por superposición con un
orbital p del oxígeno forma con él un
enlace pi. El átomo de oxígeno tiene otros dos
pares de electrones no compartidos, que ocupan los dos orbitales
restantes.

 Como los alquenos, los
compuestos carbonílicos son planares respecto al doble
enlace, y tienen ángulos de enlace de 120º
aproximadamente. Como podría esperarse, el doble enlace
carbono-oxígeno es más corto (1.22 Aº contra
1.43 Aº) y más fuerte (175 kJ/mol contra 92 kJ/mol)
que un enlace sencillo carbono-oxígeno. Los dobles enlaces
carbono-oxígeno se encuentran polarizados debido a la
elevada electronegatividad del oxígeno respecto a la del
carbono.

 La consecuencia más importante de la
polarización del grupo carbonilo es la reactividad
química del doble enlace carbono-oxígeno. En vista
de que el carbono carbonílico tiene carga parcial
positiva, éste es un sitio electrófilo y es atacado
por nucleófilos. A la inversa, el oxígeno
carboxílico tiene carga parcial negativa y es un sitio
nucleófilo (básico).

Otra consecuencia de la polaridad del enlace
carbonílico es que las moléculas de
aldehídos y cetonas se asocian débilmente, lo cual
hace que tengan puntos de ebullición mayores que los
alcanos con peso molecular semejante. Sin embargo, debido a que
no pueden formar puentes de hidrógeno, los
aldehídos y las cetonas tienen puntos de ebullición
menores que los alcoholes correspondientes. El
formaldehído, el aldehído más simple, es
gaseoso a temperatura
ambiente, pero
todos los otros aldehídos y cetonas son
líquidos.

Elaboración de Aldehídos y
Cetonas.-

Uno de los mejores métodos para la
síntesis de aldehídos es la oxidación de
alcoholes primarios y ruptura oxidativa de alquenos. Para la
síntesis de cetonas los métodos son análogos
a los de aldehídos (véase capítulo de
alcoholes y alquenos), en todo caso los resumimos en forma de
tabla:

 Oxidación de
Aldehídos y Cetonas.-

Los aldehídos son rápidamente oxidados
para producir ácidos carboxílicos, pero las cetonas
no son reactivas hacia la oxidación excepto en condiciones
muy vigorosas. Esta diferencia de comportamiento es consecuencia
de las diferencias estructurales entre los dos grupos
funcionales: Los aldehídos tienen un protón -CHO
que puede ser extraído con facilidad durante la
oxidación, pero no así las cetonas.

Muchos agentes oxidantes convierten aldehídos en
ácidos carboxílicos, entre ellos el ácido
nítrico caliente y el permanganato de potasio, pero el
reactivo de Jones, CrO3 en ácido sulfúrico acuoso,
es una elección más común a la
pequeña escala del
laboratorio. Las oxidaciones de Jones ocurren con rapidez a
temperatura ambiente y tienen buenos rendimientos de
productos.

                                   
Heptanal                                               
Ácido heptanoico (85%) 

Un inconveniente de la oxidación de Jones es que
las condiciones en que se realiza son ácidas, y las
moléculas sensibles pueden experimentar
descomposición catalizada por ácido. Cuando existe
esta posibilidad de descomposición, con frecuencia las
oxidaciones de aldehídos se realizan usando una
solución diluida de óxido de plata, Ag2O, en
amoniaco acuoso (reactivo de Tollens).

                                 
      
Benzaldehído                
         
Ácido benzoico

Las cetonas son inertes a la mayoría de los
agentes oxidantes comunes, pero experimentan con lentitud una
reacción de ruptura cuando se tratan con KMnO4 alcalino
caliente. El enlace carbono-carbono próximo al grupo
carbonilo se rompe, y se producen fragmentos de ácidos
carboxílicos. La reacción sólo es
útil para cetonas simétricas como ciclohexanona,
puesto que apartir de cetonas no simétricas se forman
mezclas de productos.

                                               
Ciclohexanona                                    
Ácido hexanodioico (79%)

 Reacciones de Adición
Nucleofílica de Aldehídos y
Cetonas.-

La reacción más importante de
aldehídos y cetonas es la reacción de
adición nucleofílica. Un nucleófilo
ataca al átomo de carbono del grupo carbonilo,
electrófilo, en una dirección aproximadamente perpendicular al
plano de los orbitales sp2 del carbonilo. El carbono
carbonílico experimenta una hibridación de sp2 a
sp3, y se produce un ion alcóxido intermediario con
configuración geométrica tetraédrica. El
nucleófilo atacante puede tener carga negativa (Nu:-) o
ser neutro (:Nu-H). Sin embargo, en este último caso suele
tener un átomo de hidrógeno que puede ser eliminado
posteriormente.

                          
                                   
(1)                               
       (2)

Dos posibles vías de
reacción posterior a la adición de un
nucleófilo a una cetona o un
aldehído

La adición nucleofílica a cetonas y
aldehídos suele tener dos variantes. (1) El intermedio
tetraédrico puede ser protonado para formar un alcohol, o
(2) el átomo de oxígeno del carbonilo puede
eliminarse (como HO- o como H2O) para formar un nuevo doble
enlace carbono-nucleófilo.

 Las principales se ilustran a continuación
en la roseta:

Algunas reacciones de
adición nucleófilica de cetonas y
aldehídos

Reactividad Relativa de Aldehídos y
Cetonas.-

Los aldehídos son en general más reactivos
que las cetonas hacia la sustitución nucleofílica
por razones tanto estéricas como electrónicas. Por
razones estéricas, porque la presencia de dos
sustituyentes relativamente grandes en las cetonas, contra un
solo sustituyente grande en los aldehídos, hace que los
neutrófilos atacantes puedan aproximarse con mayor
facilidad a los aldehídos. Electrónicamente, el
mayor grado de polaridad del grupo carbonilo de los
aldehídos los hace más reactivos que las
cetonas.

 Adición
Nucleofílica de H2O:
Hidratación

Los aldehídos y cetonas reaccionan con agua para
producir 1,1-dioles o dioles geminales (llamados
comúnmente gem-dioles). La reacción de
hidratación es reversible; los gem-dioles pueden eliminar
agua para regenerar cetonas o aldehídos. La
posición exacta del equilibrio entre gem-dioles y cetonas
o aldehídos depende de la estructura del
compuesto carbonílico. Aunque en la mayoría de los
casos el equilibrio favorece fuertemente al compuesto
carbonílico.

La adición nucleofílica de agua a cetonas
y aldehídos es un proceso lento en agua pura, pero se
cataliza tanto con ácido como con base. Si bien como en
todas las reacciones catalizadas en ácido o en base no
cambian la posición del equilibrio, influyen fuertemente
en la velocidad de
la reacción de hidratación.

Adición Nucleofílica de HCN:
Cianohidrinas. 

Los aldehídos y las cetonas no impedidas
reaccionan con HCN para producir cianohidrinas, RCH(OH)CN, por
tratamiento con HCN, el benzaldehído forma la cianohidrina
llamada mandelonitrilo, con un rendimiento del 88%.

                                   
     
Benzaldehído       
Mandelonitrilo (88%).

La reacción ocurre muy lentamente con HCN puro,
pero es rápida cuando se agrega una cantidad mínima
de base o ion cianuro. Es posible entender este resultado
recordando que el HCN, es un ácido débil con pKa =
9.1, no se disocia ni es nucleófilo. Sin embargo, el ion
cianuro es fuertemente nucleófilo, la adición a
cetonas y aldehídos ocurre por la vía típica
de adición nucleofílica. La protonación del
intermediario tetraédrico aniónico produce la
cianohidrina y regenera el ion cianuro:

La formación de cianohidrinas es útil
debido a las reacciones posteriores que puede experimentar. Por
ejemplo, los nitrilos (RCN) pueden reducirse con LiAlH4 para
producir aminas primarias (RCH2NH2), y también
hidrolizarse con ácido acuoso para formar ácidos
carboxilicos. Por tanto, la formación de cianohidrinas
constituye un método para transformar aldehídos o
cetonas en otros grupos funcionales al mismo tiempo que
alarga la cadena en un átomo de carbono.