Sinopsis: Síntesis y reacciones de los principales compuestos orgánicos (página 5)

 Adición Nucleofílica
de Reactivos de Grignard: Formación de Alcoholes.

La síntesis
de alcoholes por reacción de reactivos de Grignard con
cetonas y aldehídos es simplemente una adición
nucleofílica. Las adiciones de Grignard suelen ser
irreversibles.

                               
Carbonilo                          
                                             
 Alcohol

Para más detalles véase capítulo de
alcoholes (cap. 12) y reactivos organometálicos (cap.
16).

Adición Nucleofílica de Hidruro:
Reducción.

La reducción de aldehídos y cetonas para
producir alcoholes es otra reacción de adición
nucleofílica cuyo mecanismo ha sido estudiado en
capítulo 12. Para mayor información remítase a dicho
tema.

Adición Nucleofílica de Aminas:
Formación de Iminas y Enaminas.

Las aminas primarias, RNH2, experimentan adición
a los aldehídos y las cetonas para producir iminas,
R2C=NR. Las aminas secundarias hacen lo mismo para
producir enaminas (-eno + -amina; amina
insaturada).

                                   
Una
imina                              
     Una enamina

 Mecanismo de la
formación de imina (o derivado) por la reacción de
una cetona o un aldehído con compuestos derivados del
amoniaco.

Las enaminas se forman cuando una cetona o un
aldehído reaccionan con una amina secundaria, R2NH. Hasta
la fase del ion iminio, el proceso es
idéntico al de formación de iminas, pero en este
punto no existe un protón en el nitrógeno que pueda
ser perdido para producir un producto neutro. En cambio, se
pierde un protón del átomo de
carbono alfa y
se obtiene una enamina.

Ejemplo:

                       
                       
    Ciclohexanona                                  
  Enamina de la ciclohexanona

Adición Nucleofílica de Hidrazina:
Reacción de Wolff – Kishner.

Una variante importante de la formación de iminas
anteriormente descritas es el tratamiento de una cetona o
aldehído con hidrazina (H2N-NH2), en presencia de KOH.
Esta reacción, descubierta independientemente en 1911 por
Ludwig Wolff en Alemania y por
N. M. Kishner en Rusia, es un
método
sintético en extremo valioso para la conversión de
cetonas o aldehídos en alcanos, R2C=O ?
R2CH2.

La reacción de Wolff – Kishner
frecuentemente se realiza a 240ºC en dietilenglicol a
ebullición como solvente, pero una modificación en
la cual se usa dimetilsulfóxido como solvente permite que
el proceso ocurra a temperatura
cercana a la ambiental.

Reducción de Clemmensen:

Además de la reacción de Wolff-Kishner,
existe un segundo proceso, llamado reducción de
Clemmensen, que también realiza la conversión de
cetonas o aldehídos a los alcanos correspondientes. La
reducción de Clemmensen, cuyo mecanismo es complejo y no
se comprende del todo, implica el tratamiento del compuesto
carbonílico con amalgama de cinc, Zn(Hg) y HCl acuoso
concentrado. Esta reacción se usa principalmente cuando la
cetona o el aldehído iniciales son sensibles a las
condiciones fuertemente básicas que se requieren para la
reducción de Wolff-Kisner.

           
                                Propiofenona                                  
    Propilbenceno (86%)

 Adición
Nucleofílica de Alcoholes: Formación de
Acetales.

Cetonas y aldehídos reaccionan en forma
reversible con alcoholes en presencia de un catalizador
ácido para producir acetales, R2C(OR")2,
antiguamente también llamados
cetales.

                               Cetona/aldehído                                                               
Un Acetal

La adición nucleofílica inicial del
alcohol al
grupo carbonilo produce un hidroxiéter llamado
hemiacetal, análogo al gem-diol formado
por la adición de agua. Los hemiacetales se forman de
manera reversible, normalmente con el equilibrio en
favor del compuesto carbonílico. Sin embargo, en presencia
de ácido puede ocurrir una reacción posterior. La
protonación del grupo hidroxilo, seguida por la
pérdida de agua a través de un mecanismo tipo E1,
forma un catión (un ion oxonio, R3O+) que
une entonces un segundo equivalente de alcohol para producir el
acetal.

                       
    
           
Una
cetona           
     Un hemiacetal
      Un acetal

Los acetales son compuestos extremadamente
útiles, debido a que pueden actuar como grupos
protectores de cetonas y aldehídos. Algunas veces
sucede que el grupo funcional interfiere en las reacciones
químicas que se intentan en otro lugar de una
molécula compleja. Por ejemplo, si se deseara reducir
solamente el grupo éster del  4-oxopentanoato de
etilo, el grupo ceto interferiría. El tratamiento del
cetoéster inicial con LiALH4 reduciría el grupo
ceto como el grupo éster, para formar un diol como
producto:

               
                                               
4-Oxopentanoato de
etilo                 
5-Hidroxi-2-pentanona

 El problema anterior, puede evitarse
protegiendo al grupo ceto como un acetal.

El la práctica, es conveniente usar etilenglicol
(HOCH2CH2OH) como el alcohol y así formar un acetal
cíclico. El mecanismo de formación de un acetal
cíclico usando un equivalente de etilenglicol es
exactamente el mismo que cuando se usan dos equivalentes de
metanol u otro monoalcohol. La única diferencia es que
ahora los dos grupos alcohol
están en la misma molécula y no en dos
moléculas

Mecanismo de la formación de un acetal
catalizada por ácido mediante la reacción de cetona
o aldehído con un alcohol.

Adición Nucleofílica de Tioles:
Formación de Tioacetales.

Los tioles, RSH, experimentan adición a
aldehídos y cetonas por una ruta reversible catalizada por
ácido para producir tioacetales, R"2C(SR)2. Como es de
esperar, el mecanismo de formación de un tioacetal es
idéntico en todos los aspectos al de formación de
un acetal, con la excepción de que se usa un tiol en vez
de un alcohol. A menudo se emplea etanoditiol; el tioacetal se
forma rápidamente y con alto rendimiento.

                       
                       
   
3-Metilciclohexanona                   
     Un tioacetal (96%)

Los tioacetales son útiles debido a que
experimentan desulfuración cuando se
tratan con níquel pulverizado de preparación
especial llamado níquel Raney (Ni Raney). Dado que
la desulfuración extrae azufre de una molécula
reemplazándolo por  hidrógeno, la formación de un
tioacetal seguida de la desulfuración con níquel
Raney es un excelente método para la reducción de
cetonas o aldehídos a alcanos.

 Adición
Nucleofílica de Iluros de Fósforo:
Reacción de Wittig.

Cetonas y aldehídos se convierten en alquenos por
medio de la reacción de Wittig. En este proceso, un
iluro de fósforo, R2C=(C6H5)3, se une a una cetona o un
aldehído para producir un intermediario dipolar llamado
betaina. La betaína intermediaria en la reacción de
Wittig no se aísla; se descompone para producir un alqueno
y óxido de trifenilfosfina. El resultado neto es el
reemplazo del oxígeno del carbono por el fragmento
orgánico que esencialmente estaba unido al
fósforo.

Los iluros de fósforo necesarios para la
reacción de Wittig se producen fácilmente por una
reacción SN2 de halogenuros de alquilo 1º y algunos
2º (pero no terciarios) con trifenilfosfina, R3P, son
excelentes nucleófilos en reacciones SN2, con altos
rendimientos de sales cristalinas de tetraorganofosfonio. El
protón en el carbono próximo al fósforo con
carga positiva es débilmente ácido y puede
extraerse con bases como hidruro de sodio o butil-litio (BuLi)
para generar el iluro neutro. (reactivo de Wittig), Por
ejemplo:

               
                          Trifenilfosfina                                                                    

Metilentrifenilfosforano

La reacción de Wittig es extremadamente
útil, y a partir de combinaciones apropiadas de fosforanos
y cetonas o aldehídos es posible elaborar una gran
cantidad de alquenos mono, di- y trisustituídos. Sin
embargo, no pueden elaborarse alquenos tetrasustituídos
debido presumiblemente al impedimento estérico de la
reacción.

 Mecanismo de la reacción de Wittig
entre una cetona o aldehído y un iluro de
fósforo.

Reacción de Cannizzaro:

Cuando un aldehído sin hidrógenos en el
carbono adyacente al grupo -CHO (como el benzaldehído) se
calienta en presencia de ion hidróxido, ocurre una
reacción de dismutación en la cual se producen un
equivalente de ácido carboxílico y un equivalente
de alcohol. La reacción fue descubierta en 1853 por S.
Cannizzaro
a lo cual se debe su nombre reacción de
Cannizzaro.

           
                       
           
Benzaldehído                    
Ácido benzoico        
Alcohol bencílico

 La reacción de Cannizzaro ocurre por
adición nucleofílica de ion hidróxido al
aldehído para formar un intermediario tetraédrico,
que libera ion hidruro como grupo saliente. Un segundo
equivalente de aldehído acepte entonces el ion hidruro en
otro paso de adición nucleofílica. El resultado
neto es que una molécula de aldehído experimenta
sustitución acílica de hidruro por
hidróxido, de modo que se oxida para convertirse en un
ácido, mientras que una segunda molécula de
aldehído experimenta una adición de hidruro y, por
tanto, se reduce para convertirse en un alcohol.

               
                                               
  Intermediario tetraédrico

La reacción de Cannizzaro tiene pocas
aplicaciones prácticas y se limita al formaldehído
y los benzaldehídos sustituidos.

Reacción de Reformatsky:
Preparación de
a-hidroxiésteres.

Si se trata un  éster ??bromado con cinc
metálico en presencia de un aldehído o cetona se
obtiene un a -hidroxiéster. Esta
reacción, conocida como reacción de
Reformastky, es la forma más importante de
preparar a- hidroxiácidos y sus
derivados.

El a-bromo éster y el cinc
reaccionan en éter para generar un compuesto
organometálico de cinc, que se adiciona al carbonilo del
aldehído o la cetona.

 Ejemplos:

 Aldehídos y Cetonas con Iluros de azufre
como reactivos de transferencia de
metilenos: 

Los iluros de azufre son nucleófilos y al igual
que en la primera etapa de la reacción de Wittig, atacan
al carbonilo de aldehído o cetona  para dar
betaínas azufradas.

Sin embargo, a diferencia de las betaínas
fosforadas en dichos aductos el sulfuro de dimetilo, que
actúa como grupo saliente es desplazado por ataque
nucleofílico del ion alcóxido con formación
de un oxaciclopropano. De esta forma, el iluro de azufre
actúa  como agente de transferencia de
metileno.

El iluro de azufre se prepara a partir de dimetilsulfuro
y yoduro de metilo y posterior tratamiento básico con BuLi
en THF, en un proceso análogo al reactivo de
Wittig.

Ejemplos:

                          
Ciclohexanona                                    
Betaína azufrada     
(82%)

Oxidación de Baeyer – Villiger.

El carbono carbonílico de los aldehídos y
cetonas puede ser atacado por el grupo hidroxilo de un
ácido peroxicarboxílico como si éste
procediera de un alcohol. El resultado es un análogo de un
hemiacetal con un grupo peróxido. Estos productos no
son estables y se descomponen a través de un estado de
transición de ocho electrones. En el aducto obtenido a
partir de un aldehído, es el hidrógeno el que migra
para dar dos ácidos carboxílicos. Uno se forma por
oxidación del aldehído, siendo el otro el
correspondiente al ácido peroxicarboxílico
original. En el aducto obtenido a partir de las cetonas, un grupo
alquilo migra de manera análoga para dar un éster.
Esta transformación de denomina oxidación de
Baeyer-Villiger.

Ejemplos: 

Con cetonas asimétricas es en principio posible
obtener dos ésteres diferentes. A partir de una serie de
experimentos
se ha establecido una lista de "aptitudes migratorias", la cual
indica la facilidad relativa de migración
de varios sustituyentes. Este orden depende de la estabilidad del
carbocatión en el carbono que migra.

 Aptitudes migratorias en la reacción
de Baeyer-Villiger

H > terciario > ciclohexilo >
secundario ? fenilo > primario > metilo

Aldehídos
y cetonas? a,ÃY-insaturados

(Síntesis y Reacciones de
sistemas
a ?ÃY-insaturados)

En éste capítulo discutiremos la
reactividad de aldehídos y cetonas en la posición
alfa (a), es decir el carbono contiguo al grupo
funcional. El carácter polar del grupo carbonilo tiene un
efecto acidificante sobre los hidrógenos a
y permite la formación de alcoholes a
?ÃY-insaturados (enoles) y sus aniones
correspondientes (iones enolatos).

Los pKa de aldehídos y cetonas van de 19
a 21, valores
considerablemente inferiores a los pKa del eteno (44) o
etino (25), aunque mayores que los de los alcoholes (15-19)
¿Cuál es la razón de la relativa acidez de
los aldehídos y cetonas? Existen dos razones
fundamentales: una es el efecto inductivo atrayente de electrones
del carbono carbonílico, polarizado positivamente y otra
de mayor importancia, es que los iones enolatos formados se
hallan estabilizados por resonancia.

A continuación veremos las reacciones del carbono
a, fruto de la enolización como
también los métodos
sintéticos y reacciones de sistemas a,
ÃY-insaturados de cetonas y aldehídos.

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ALFA DE
GRUPOS CARBONILOS DE CETONAS Y ALDEHÍDOS:

Las reacciones de sustitución alfa ocurren en la
posición contigua al grupo carbonilo -la
posición alfa (a)- implican la
sustitución de un átomo de hidrógeno alfa
por algún otro grupo. Se verifican a través de la
formación de un enol o ion enolato como intermedios. Su
estudio se iniciará aprendiendo un poco más de
estas dos especies.

TAUTOMERÍA CETO-ENOL

 Los compuestos carbonílicos que
tienen átomos de hidrógenos en sus carbonos alfa se
interconvierten en forma rápida con sus correspondientes
enoles (eno + ol, alcohol insaturado). Esta
rápida interconversión entre dos especies
químicamente distintas es una clase especial
de isomería conocida como tautomería. A los
isómeros individuales se les llama
tautómeros.

En el equilibrio, la mayoría de los compuestos
carbonílicos existen casi exclusivamente en la forma ceto,
y suele ser difícil aislar el enol en forma pura. Por
ejemplo, a temperatura ambiente la
ciclohexanona contiene sólo alrededor de 0.0001% de su
tautómero enol, y la acetona sólo alrededor de
0.0000001% de su enol. El porcentaje del tautómero enol es
aún menor en los ácidos carboxílicos y en
sus derivados de acilo,  como ésteres y amidas. Si
bien los enoles son difíciles de aislar y en el equilibrio
están presentes sólo en pequeña cantidad,
son extremadamente importantes e intervienen en gran parte de la
química de
los compuestos carbonílicos.

La tautomería ceto-enol de los compuestos
carbonílicos está catalizada tanto por
ácidos como por bases. La catálisis ácida
implica la protonación del átomo de oxígeno
del carbonilo (una base de Lewis), para formar un catión
intermediario que puede perder un protón del carbono a y
producir enol neutro.

 La formación de un enol catalizada por base
ocurre vía una reacción ácido-base entre el
catalizador y el compuesto carbonílico. Este último
actúa como un ácido prótico débil y
dona a la base uno de sus hidrógenos a?. Entonces el
anión resultante -un ion enolato- vuelve a protonarse para
producir un compuesto neutro.

PREPARACIÓN DE
ENOLATOS:

Cuando cetonas y aldehídos se tratan con bases
fuertes, éstas provocan la desprotonación del
carbono ?; debido al carácter ácido de estos
hidrógenos. Los pKa de aldehídos y cetonas
van de 19 a 21, valores considerablemente inferiores a los
pKa de alquenos y alquinos, aunque mayores a los de los
alcoholes. Los aniones formados por desprotonación, los
iones enolato, se hallan estabilizados por
resonancia.

Producir cantidades estequiométricas de un
enolato a partir de un aldehído es difícil debido a
las reacciones secundarias (condensación aldólica).
Las cetonas, sin embargo, pueden desprotonarse con
diisopropilamiduro de litio o hidruro
potásico. 

RESUMEN DE LAS
REACCIONES

 ALQUILACIÓN SENCILLA
Y DOBLE DE ENOLATOS.

La mayoría de alquilaciones tiene lugar sobre el
carbono ?, la reacción constituye un procedimiento
general de introducción de un sustituyente alquilo en
la posición contigua a un carbonilo. Uno de los problemas de
este tipo de reacción es controlar la
dialquilación. En las condiciones de reacción, la
cetona monoalquilada puede ser desprotonada por el enolato de
partida y ser objeto de alquilaciones sucesivas. Otra
complicación es la que surge al alquilar cetonas
asimétricas, ambas posiciones ? pueden sufrir el ataque
del electrófilo.

Ejemplos:

Mecanismo de la alquilación de la
ciclohexanona:

 ALQUILACIÓN
VÍA ENAMINAS.

Las enaminas son ricas en electrones debido a la
presencia del sustituyente nitrógeno. La resonancia entre
el par de electrones solitario de dicho nitrógeno y el
doble enlace posibilita el que éste pueda ser atacado por
electrófilos. En efecto, las enaminas en presencia de
haloalcanos se alquilan en el carbono ? dando sales de iminio. El
tratamiento acuoso de éstas las hidroliza por un mecanismo
inverso al formulado para su formación. El resultado final
es una cetona alquilada y la amina secundaria
original.

 Ejemplos:

                                               
Enamina de
ciclohexanona            
  2-Butilcicloxexanona (44%)

                                               
        2,2-Dimetilbutanal
(70%)

Mecanismo de la alquilación vía
enamina para la 3-Pentanona:

       
             2-Metilpentanona

HALOGENACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS A
TRAVÉS DE INTERMEDIOS DE TIPO ENOLATO O
ENOL.

Los aldehídos y cetonas reaccionan con
halógeno mediante el carbono a al grupo carbonilo. En
presencia de ácido, por ejemplo, la halogenación
suele detenerse tras la incorporación del primer
halógeno. La velocidad de
halogenación catalizada por ácidos es independiente
de la concentración de halógeno, lo cual sugiere un
primer paso determinante de la velocidad que involucra al
sustrato carbonílico. Dicho paso es la enolización.
El halógeno ataca a continuación  al doble
enlace para dar un halocarbocatión intermedio,
estabilizado por el oxígeno. La desprotonación
subsiguiente de dicha especie proporciona el producto.

 Ejemplos:

 Mecanismo de la
bromación catalizada por ácido de la propanona
(acetona):

 ETAPA 1.-
Enolización

ETAPA 2.- Ataque del halógeno

ETAPA 3.- Desprotonación

La entrada de un segundo halógeno es
prácticamente nula. Para poder repetir
la enolización, el compuesto halocarbonílico debe
enolizarse de nuevo por el mecanismo  habitual catalizado
por ácidos. Sin embargo, la capacidad atrayente de
electrones del halógeno hace que la protonación, el
primer paso de la enolización, sea más
difícil que en el compuesto carbonílico
original. Los rendimientos de la monohalogenación suelen
ser altos.

 La halogenación catalizada por bases es
totalmente diferente. En este caso lo difícil es detener
la reacción, por lo que no suele tener utilidad. Con
metilcetonas, sin embargo, el sustituyente trihalometil
resultante actúa como grupo saliente en condiciones
básicas y el producto final es en muchos casos un
ácido carboxílico y el trihalometano
(Reacción del haloformo).

  3-Metil-2-butanona                           
1,1,1-Tribromo-3-Metil-2-butanona           
Ácido 2-Metilpropanoico     
Bromformo

 Mecanismo de bromación
catalizada por base de una metil
cetona: 

ETAPA 1.- Formación del enolato

ETAPA 2.- Ataque nucleófilo sobre el
bromo

ETAPA 3.- Bromación completa

ETAPA 4.- Formación de ácido
carboxílico

CONDENSACIÓN ALDÓLICA.- ATAQUE DE
ENOLATOS SOBRE LA FUNCIÓN CARBONILO.

Los enolatos pueden atacar al carbono carbonílico
para dar compuestos hidroxi-carbonílicos. La
eliminación subsiguiente de agua conduce a
aldehídos y cetonas ???-insaturados. La secuencia global
de ambos pasos constituye una reacción de
condensación.

La condensación aldólica es general para
aldehídos, aunque también puede realizarse con
éxito
sobre cetonas. El mecanismo de esta reacción es un ejemplo
característico de la química de enolatos. En
condiciones básicas empleadas, existe un equilibrio entre
aldehídos y su enolato correspondiente. Éste, que
se halla rodeado de aldehído en exceso, utiliza su carbono
nucleófilo para atacar al carbonilo de una molécula
de aldehído. La protonación del alcóxido
resultante proporciona el aducto aldólico inicial, el
3-hidroxibutanal, al cual se le ha dado el nombre corriente de
aldol.

Mecanismo de formación del
aldol:

ETAPA 1.- Formación del enolato.

 ETAPA 2.- Ataque nucleófilo.

ETAPA 3.- Protonación.

A temperaturas elevadas el aldol se convierte en su
enolato, que sufre una eliminación de ion hidróxido
para dar lugar al producto final. El resultado neto es la
deshidratación del aldol catalizada por hidróxido.
Las condensaciones aldólicas suelen ser de diferentes
tipos, entre las que están las intramoleculares que
conducen a la formación de anillos.

Mecanismo de la
deshidratación:

Ejemplos de condensaciones
aldólicas: 

PREPARACIÓN Y QUÍMICA DE LOS
ALDEHÍDOS Y CETONAS a, ÃY
-INSATURADOS.-

Los aldehídos y cetonas
a,ÃY-insaturados contienen dos grupos
funcionales. Al igual que otros compuestos difuncionales, su
química puede ser simplemente una composición de
las reactividades de los dos tipos de doble enlace o bien, 
puede involucrar a la función
enona de forma global. En este apartado revisaremos los
métodos de preparación de dichas
moléculas.

Los aldehídos y cetonas
a,ÃY-insaturados pueden prepararse por
reacciones ya conocidas por el estudiante que han sido comentadas
con anterioridad en este capítulo, conjuntamente con otras
ya estudiadas, como por ejemplo las eliminaciones. Éste es
el caso de la halogenación en el carbono
a, y posterior eliminación en medio
básico. 

Otro método eficaz de formar cetonas y
aldehídos ???-insaturados es por la reacción de
Wittig. Por ejemplo, el 2-cloroetanal puede convertirse en la sal
de fosfonio y posteriormente ser desprotonado al iluro
correspondiente; que reacciona un aldehído  para dar
la formación  de un aldehído
???-insaturado. 

Ejemplo:

Otro de los métodos empleados comúnmente
para la preparación de los aldehídos y cetonas
a,ÃY-insaturados es la
isomerización en medio ácido o básico de
sistemas a,ÃY-insaturados. Así por
ejemplo, los compuestos carbonílicos
a,ÃY-insaturados se transponen
fácilmente a sus isómeros conjugados. Se dice que
el doble enlace carbono-carbono "entra en conjugación" con
el grupo carbonilo.

Ejemplos:

La ruta catalizada por ácidos transcurre a
través del dienol conjugado. La protonación en el
extremo más alejado del grupo hidroxilo genera un
carbocatión estabilizado por resonancia que se desprotona
en el oxígeno para dar el producto. En la reacción
catalizada por bases, el intermedio es el ion dienolato
conjugado, que sufre reprotonación en el carbono extremo.
Ambos mecanismos se ilustran a continuación:

Mecanismo de la isomerización catalizada
por ácidos de compuestos carbonílicos?
a,ÃY– insaturados:

Mecanismo de la isomerización catalizada
por bases de compuestos carbonílicos
a,ÃY–insaturados:

REACCIONES QUE SUFREN LOS ALDEHÍDOS Y CETONAS
a?, ÃY-?INSATURADOS.

Los aldehídos y cetonas a,ÃY-insaturados
dan lugar a muchas reacciones perfectamente predecibles a partir
de la química ya conocida de los dobles enlaces
carbono-carbono y carbono-oxígeno. Por ejemplo la
hidrogenación con paladio sobre carbono da el compuesto
carbonílico saturado. Ciertos catalizadores especiales
provocan la reducción selectiva del grupo
carbonílico sin afectar al doble enlace del
alqueno.

La halogenación es otra de las reacciones que
sufre solamente el doble enlace carbono-carbono. Por ejemplo la
bromación proporciona un compuesto
dibromocarbonílico.

                                               
      
3-Penten-2-ona                   
       
3,4-Dibromo-2-pentanona

ADICIONES 1,4 A ALDEHÍDOS Y CETONAS a,
ÃY-INSATURADOS.

Las reacciones anteriormente comentadas pueden
clasificarse como adiciones 1,2 a alguno  de los enlaces?
del sistema, ya sea
el carbono-carbono o el carbono-oxígeno. Sin embargo,
algunos reactivos se adicionan de forma 1,4 al sistema conjugado,
lo que se denomina adición conjugada. En tales
transformaciones la parte nucleófila del reactivo se une
al carbono a y la electrófila (normalmente un
protón) se une al oxígeno carbonílico . El
producto inicial es un enol, que sufre posteriormente un
reordenamiento a la forma ceto.

Las adiciones 1,4 son realizadas tanto en medio
ácido como  medio básico.

Ejemplos:

(a) Adición de cianuro de
hidrógeno.   

 Mecanismo de
adición:

 (b) Adiciones 1,4 de Agua, Alcoholes y
Aminas.

Adición de Alcoholes:

Mecanismo de adición:

 (c) Los reactivos organometálicos dan
adiciones del tipo 1,2 ó 1,4.

 Los reactivos organometálicos pueden
adicionarse a la función
carbonilo a,ÃY-insaturada de forma
1,2 ó 1,4. Los reactivos organolíticos, por
ejemplo, reaccionan preferentemente mediante ataque
nucleofílico sobre el carbono carbonílico. En
cambio las adiciones 1,4 suelen ocurrir con reactivos del tipo
R2CuLi, mediante un mecanismo bastante complejo para discutir en
este capítulo.

 REACCIÓN DE MICHAEL Y ANELACIÓN
DE ROBINSON. 

Los iones enolatos dan adiciones conjugadas a
aldehídos y cetonas
a,ÃY-insaturados, una reacción que
se conoce como reacción de Michael. Dicha
transformación funciona mejor con enolatos derivados de
compuestos ÃY-dicarbonílicos, si
bien también tiene lugar con sistemas más
sencillos. El mecanismo de la reacción de Michael incluye
el ataque nucleófilo del ion enolato sobre el carbono
a, del compuesto carbonílico insaturado,
seguido de protonación.

Ejemplos de reacción de Michael.

 Mecanismo de la reacción de
Michael:

Los productos obtenidos por la reacción de
Michael en ciertos casos pueden dar lugar a una posterior
condensación aldólica intramolecular, con la
formación de un anillo. La secuencia sintética, que
comprende una adición de Michael seguida por una
condensación aldólica intramolecular,  se
llama también anelación de Robinson. La
anelación de Robinson ha sido empleada extensamente en la
síntesis de anillos.

 Ejemplos de Anelación de
Robinson:

                   
Producto final de la reacción de

                                                                                                
Robinson (86%)

Sustitución electrofílica
aromática 

La sustitución electrofílica
aromática es la reacción más importante de
los compuestos aromáticos. Es posible introducir al anillo
muchos sustituyentes distintos por este proceso. Si se elige el
reactivo apropiado pueden efectuarse reacciones de
bromación, cloración, nitración,
sulfonación, alquilación y
acilación, estas seis son reacciones directas, y
a partir de ellas se pueden introducir otros grupos.

En este capítulo estudiaremos estas seis
reacciones, más las que se puedan obtener a partir de
ellas, como así mismo la introducción de un segundo
sustituyente.

La reacción más importante de los
compuestos aromáticos es la sustitución
electrofílica aromática. Es decir la
introducción de un electrófilo (E+).

Seleccionando las condiciones y los reactivos
apropiados, el anillo aromático se puede halogenar,
nitrar, sulfonar, acilar y alquilar. Todas estas reacciones y
muchas otras proceden a través de un mecanismo
similar.

HALOGENACIÓN DEL
BENCENO

El benceno es normalmente inerte en presencia de
halógenos, debido a que los halógenos no son lo
suficientemente electrófilos para destruir su
aromaticidad. Sin embargo, los halógenos pueden activarse
mediante ácidos de Lewis como los haluros de hierro, FeX3
o de aluminio,
AlX3, para dar electrófilos más
potentes.

MECANISMO DE LA
BROMACIÓN:

1) Activación del bromo por un ácido de
Lewis (FeBr3)

2) Ataque electrófilo sobre el benceno por bromo
activado

3) El FeBr4- formado en la etapa anterior actúa
ahora como base abstrayendo el protón del catión
hexadienilo.

En resumen, la halogenación del benceno se hace
más exotérmica al pasar del I2 (endotérmica)
a F2 (explosiva). Las cloraciones y bromaciones se consiguen
utilizando ácidos de Lewis como catalizadores que
polarizan el enlace X-X y activan el halógeno aumentando
su poder electrófilo.

La dificultad termodinámica de la yodación puede
evitarse añadiendo una sal de plata a la mezcla de
nitración, que activa y elimina el producto el producto
(yoduro) de la reacción por
precipitación.

Para la fluoración del benceno puede emplearse la
reacción de Schiemann.

La sal de diazonio para la reacción de Schiemann
a su vez se prepara a partir de anilina:

NITRACIÓN DEL BENCENO:

Los anillos aromáticos se pueden nitrar por
reacción con una mezcla de ácido nítrico y
ácido sulfúrico concentrado. Se piensa que en
ésta reacción el electrófilo es el ion
nitronio, NO2+, que se genera a partir del ácido
nítrico por protonación y pérdida de
agua.

MECANISMO DE LA
NITRACIÓN:

1) Activación del ácido nítrico por
el ácido sulfúrico (formación del ion
nitronio)

ion nitronio

2) Ataque electrófilico sobre el ion
nitronio

3) Abstracción del protón por parte de la
base conjugada del ácido sulfúrico.

La nitración de anillos aromáticos es una
reacción de particular importancia, debido a que los
nitroarenos que se producen pueden reducirse con reactivos como
hierro o cloruro estannoso para formar aninoarenos
(anilina).

SULFONACIÓN DEL BENCENO:

El ácido sulfúrico concentrado no
reacciona con el benceno a temperatura ambiente excepto por
protonación. Sin embargo, una forma más reactiva,
llamada "ácido sulfúrico fumante"
da lugar a un ataque electrófilico por SO3. El
ácido sulfúrico fumante comercial se prepara por
adición de aproximadamente un 8% de trióxido de
azufre (SO3), a ácido sulfúrico concentrado. El
electrófilo reactivo es HSO3+ o SO3 neutro, dependiendo de
las condiciones de reacción.

MECANISMO DE LA
SULFONACIÓN:

ácido bencenosulfónico
(95%)

La sulfonación es reversible, tiene utilidad
sintética, debido a que el sustituyente ácido
sulfónico puede utilizarse como grupo protector para
dirigir la sustitución.

ALQUILACIÓN DEL BENCENO: REACCIÓN DE
FRIEDEL-CRAFTS

En 1877, Charles Friedel[1]1] y James
Crafts[2]2] descubrieron que los haloalcanos
reaccionan con benceno en presencia de cloruro de aluminio, para
dar el producto de alquilación. La reacción de
Friedel-Crafts es una sustitución electrofílica
aromática en la cual el anillo aromático ataca a un
carbocatión electófilico. El carbocatión se
genera cuando el catalizador AlCl3 ayuda al halogenuro de alquilo
a ionizarse, de forma muy similar a como el FeBr3 cataliza las
bromaciones aromáticas polarizando al bromo.

MECANISMO DE LA
ALQUILACIÓN:

1) Activación del haloalcano

2) Ataque electrófilo

3) Pérdida del protón

Las alquilaciones de Friedel-Crafts intramoleculares
pueden utilizarse para la construcción de un nuevo anillo fusionado
con el núcleo bencénico.

Las alquilaciones de Friedel-Crafts pueden llevarse a
cabo con cualquier producto de partida, como un alcohol o un
alqueno que pueda generar carbocationes:

Si bien las alquilaciones de Friedel-Crafts son
útiles en términos generales para la
síntesis de alquilbencenos, están sujetas a ciertas
limitaciones. Una de ellas es que sólo se pueden usar
halogenuros de alquilo, la reacción no funciona con
halogenuros de arilo y halogenuros
vinílicos. Una segunda limitación es que
las reacciones de Friedel-crafts no proceden con anillos
aromáticos que estén sustituidos con grupos
fuertemente desactivadores. Una tercera limitación es que
estas reacciones son difícil de detener en el producto
monosustituido, suelen dar el producto disustituido en
para como producto principal.

ACILACIÓN DE FRIEDEL-CRAFTS

La reacción consiste en la introducción
del grupo acilo -COR, al anillo aromático. El
mecanismo de la acilación de Friedel-Crafts es similar al
de la alquilación. El electrófilo reactivo es un
catión de acilo estabilizado por resonancia, el cual se
genera por reacción entre el cloruro de acilo y el AlCl3.
A diferencia de las alquilaciones, las acilaciones nunca proceden
más de una vez en un anillo , debido a que el acilbenceno
producido es siempre menos reactivo que el material de partida no
acilado.

MECANISMO DE LA
ACILACIÓN:

Las reacciones anteriormente comentadas se pueden
resumir dela siguiente forma: