Interacciones entre grupos funcionales (página 2)

La oxidación peryódica comprende la
formación preliminar de un diéster cíclico
del ácido peryódico, que por un proceso de
descomposición produce dos fragmentos carbonílicos
y el ácido yódico.

 Ejemplos:

2. Compuestos
α -hidroxicarbonilicos:   Hidroxialdehidos,
Hidroxicetonas e HidroxiÁcidos

a) (- Hidroxialdehídos.

Estos compuestos son comunes a la familia de
los azúcares (la glucosa es uno
de ellos), razón por la cual son obtenidos en el laboratorio
por procesos no
muy comunes, es decir por procesos especiales, motivo por la cual
no será estudiado en este nivel.

b) Las α-hidroxicetonas a partir de ésteres
alifáticos: Condensación aciloínica.

La reducción bimolecular que acopla dos ésteres
carboxílicos por la reacción con sodio
metálico en un solvente inerte y bajo reflujo, da una alfa
(() hidroxicetona que es conocida como una aciloína. Esta
reacción es favorecida cuando el grupo alquilo
es un alquilo superior con las cadenas alquílicas largas,
pueden usarse solventes hirvientes. La versión
intramolecular de esta reacción ha sido extensivamente
utilizada para el cierre de anillos de tamaños
diferentes.

Estos compuestos se denominan aciloínas y la
reacción recibe el nombre de condensación
aciloínica. El producto
inicial de la reacción es la sal disódica de un
enediol, que se hidroliza posteriormente produciendo la
aciloína. Ejemplo:

Si la reacción se lleva a cabo en presencia de un
donador de protón, como el alcohol, tiene
lugar la reducción simple del éster al alcohol
correspondiente (Reducción de Bouveault-Blanc).

La condensación aciloínica es un método
útil para la síntesis
de compuestos cíclicos, sobre todo los de tamaño
medio  (8-13 eslabones). En estos casos, la reacción
debe efectuarse bajo condiciones de alta dilución para
evitar reacciones intermoleculares.

Ejemplos de condensación aciloínica
intramolecular:

El mecanismo de esta reacción es similar al del
acoplamiento pinacolínico. En primer lugar, el
éster se convierte en anión radicalario por
transferencia de un electrón del metal, quizás
directamente al carbono
carbonílico polarizado positivamente. A
continuación las especies resultantes se dimerizan dando
el dianión del diol correspondiente.

 Mecanismo de la condensación
aciloínica:

Los alquenos, alquinos y éteres. no
resultan afectados por estas condiciones de reacción. La
fructosa es un (-hidroxicetona.

c). Las α-hidroxicetonas a partir de
aldehídos: condensación benzoínica:

Una segunda aproximación a la preparación de
α-hidroxicetonas es la dimerización de
aldehídos en presencia del correspondiente catalizador.
Por ejemplo, al tratar el bencenocarboxialdehído
(benzaldehído) con una cantidad catalítica de
cianuro sódico en etanol acuoso se obtienen con buen
rendimiento la 2-hidroxi-1,2-difeniletanona. Ejemplo:

                       
                       
Benzaldehído                  
                 
 2-hidroxi-1,2-difeniletanona

                                                               
                               
                                        
(Benzoína)

Mecanismo de la condensación
benzoínica: 

HIDROXIÁCIDOS

En la naturaleza
existen numerosos hidroxiácidos importantes y poseen
nombres vulgares de uso corriente. El ácido láctico
es responsable del olor y sabor característicos de la
leche agria.
El ácido maleíco se encuentra en los jugos de
frutas. El ácido tartárico se conoce desde tiempos
inmemoriales como sal monopotásica (crema
tartárica) que se deposita en el fondo del recipiente que
contiene al vino. El ácido cítrico es un
ácido hidroxitricarboxílico que abunda mucho en la
naturaleza.

d)  α-hidroxiácidos:

El método más corriente para obtener
α-hidroxiácidos consiste en la hidrólisis de
α-haloácidos, (se obtienen por la reacción de
Hell-Volhard-Zelinsky). Ejemplo:

    Ácido
butanoico                                                                                  
Ác.-2-hidroxi-butanoico

Los α-hidroxiácidos se obtienen también
por hidrólisis de las cianohidrinas, que resultan de la
reacción de HCN con aldehídos  o cetonas. Dado
que la adición de HCN a un grupo carbonilo se invierte en
las condiciones fuertemente básicas necesarias para
hidrolizar un nitrilo a un ácido, dicha hidrólisis
se efectúa en condiciones ácidas. Ejemplo:

  
2-Hexanona                                                                                      
  Ácido-2-hidroxi-2-metil-hexanoico

e) Transposición del ácido
bencílico

Otros hidroxiácidos se obtienen por hidrólisis
de lactonas, que se obtienen mediante la oxidación de
Baeyer-Villiger de las cetonas. Ejemplo:

                       
   
2-Metil-ciclohexanona                                                                  
Ácido-6-hidroxi-heptanoico

                                                                                                               
                
                 
(e-hidroxiácido)

Si se emplea la cetona cíclica adecuada, se puede
obtener el hidroxiácido deseado, el problema radica que
los hidroxiácidos mayores están en equilibrio con
su forma cíclica (lactona). La lactonización, al
igual que la esterificación normal, es un proceso en
equilibrio; sólo cuando la lactona tiene un anillo de
cinco o seis eslabones existe una cantidad importante de lactona
en el equilibrio. Ejemplos:

3. ACIDOS
(-OXOCARBOXILICOS ((-ALDEHIDOACIDOS Y
(-CETOACIDOS)

Los compuestos reunidos bajo la denominación de
ácidos
oxocarboxílicos, que comprenden los aldehidoácidos
y los cetoácidos, tienen una gran importancia en la serie
alifática y, tanto por su relación bioquímica
con los oxiácidos, como por las reacciones de
síntesis que pueden producirse a partir de ellos o de sus
derivados, constituyen un importante grupo de compuestos
orgánicos, sobre los cuales se están trabajando
intensamente en los últimos tiempos.

a) compuestos (-cetoácidos.

Las reacciones especiales, que utilizan los cetoácidos
como intermediarios o materiales de
partida, pueden ser de los siguientes tipos:

• Ruptura oxidante con peróxido de hidrógeno,
  catalizada por sales solubles ferrosas, o disolución
  amoniacal de óxido de plata, se elimina el grupo ceto
  del compuesto, para originar un ácido
  carboxílico alifático.

• El desprendimiento de CO2 por acción del
  ácido sulfúrico concentrado, origina un
  ácido carboxílico alifático.

• La descarboxilación que puede producirse por
  calentamiento con compuestos amínicos para producir
  aldehídos.

El ácido pirúvico CH3COCOOH es el más
sencillo de los cetoácidos y se lo puede preparar a partir
de compuestos que existen en abundancia en la naturaleza, como
son los carbohidratos.

También existen cetoácidos
dicarboxílicos, denominados mesoxálicos:
HOOC-CO-COOH, estos diácidos se obtienen por
hidrólisis ácida de los ésteres
mesooxálicos, que a su vez son preparados a partir de la
oxidación con dióxido de selenio (oxidación
de Reilly) de un diéster como el éster
malónico o la hidrólisis de los alfa -dibromados
diéster.

b) compuestos (-aldehidoácidos.

El ácido glioxílico OCH-COOH, es el más
sencillo de los aldehídos y es considerado como uno de los
antecedentes bioquímicos de la glicina.

4.
Preparación de compuestos
β-dicarbonílicos

Existen los 1,2-compuestos, que aunque son bastante raros,
sí poseen ciertas propiedades químicas
interesantes. El grupo más importante de compuestos
dicarbonílicos es el de los 1,3-isómeros debido a
su importancia en la síntesis.

a) Compuestos β-dicarbonílicos por
condensación de Claisen.

Los compuestos 1,3-dicarbonílicos se obtienen siempre
utilizando una reacción de condensación tipo
Claisen. Las β-dicetonas y los β-cetoaldehídos
se obtienen por una condensación de Claisen cruzada,
utilizando una cetona y un éster. En la
condensación de Claisen cruzada de cetonas y
ésteres se obtienen buenos resultados, debido a que las
cetonas son notablemente más ácidas que los
ésteres, por lo tanto, en el medio básico la cetona
se desprotona en mayor grado que el éster.
 Ejemplos:

             
        (85%)

Los β-cetoésteres pueden hidrolizarse para dar
lugar a los β-cetoácidos los cuales sufren una
descarboxilación  térmicamente de la
misma manera que los 1,3-diácidos.

Los ácidos dicarboxílicos experimentan diversas
reacciones térmicas, una de ellas es la
descarboxilación cuando se calientan, por ejemplo el
ácido malónico se descarboxila suavemente cuando se
calienta a 150 ºC y produce ácido acético.

                                               
  Ácido
malónico                            
Ácido acético

 Descarboxilación:

El mecanismo de descarboxilación de
β-cetoácidos es idéntico al descrito para
diácidos, transcurre a través de un estado de
transición de seis centros, concertado.

El producto inicial en el caso de un β-cetoácido
es la forma enólica de la cetona la cual por equilibrio
cetoenólico da el compuesto carbonílico
sencillo.

b)  Acidez de los compuestos
1,3-dicarbonílicos:

Los compuestos 1,3-dicarbonílicos que poseen un
hidrógeno unido al carbono que se encuentra
entre los dos grupos carbonilo,
son ácidos mucho más fuertes que los
aldehídos, cetonas o ésteres normales, debido a que
la carga en el ión enolato resultante puede deslocalizarse
en ambos grupos carbonilo.

                                                               
         
Ión enolato estabilizado por resonancia

En la Tabla 11.1 se muestran algunos valores de pKa
típicos para estos tipos de sistemas. La
acidez de los compuestos 1,3-dicarbonílicos es tan grande
que se convierten en sus bases conjugadas de forma cuantitativa
por acción
del ión hidróxido en agua o del
ión alcóxido en un disolvente
alcohólico.

TABLA 11.1.- Valores de pKa para sistemas
β-dicarbonílicos y análogos. 

c) Los aniones β-dicarbonílicos son
nucleófilos: 

La elevada acidez de los compuestos
β-cetocarbonílicos hace que se puedan utilizar en
síntesis, ya que los iones enolato que se obtienen por
desprotonación pueden alquilarse para dar derivados
sustituidos. Ejemplos:

5.
Síntesis acetoacética

Si se emplea acetoacetato de etilo como sustancia de partida,
la combinación de la alquilación, hidrólisis
y la descarboxilación proporciona una síntesis de
alquilmetilcetonas.

    
             Acetoacetato
de
etilo                                                                         
Una metilcetona

 Ejemplos:

6.
Síntesis malónica:

Consiste en la obtención de ácido
carboxílico a partir del malonato de dietilo o dimetilo,
en presencia de una base y un halogenuro de alquilo, con
posterior tratamiento en medio ácido y calor para dar
una descarboxilación. Su mecanismo se ilustra a
continuación en forma resumida.

Ejemplos:

La principal limitación de estas síntesis es la
eliminación bimolecular que puede experimentar el derivado
halogenado durante el proceso de alquilación, que se
produce por un mecanismo SN2. La importancia de dicha
reacción secundaria de eliminación depende de la
estructura del
R-X. Los haloalcanos terciarios que reaccionan con aniones
β-dicarbonílicos dan preferentemente productos de
eliminación.

Sin embargo, los aniones pueden ser atacados por haluros de
alcanoilo, α-bromoésteres, α -bromocetonas y
oxaciclopropanos.

7
Condensación de Knoevenagel:

8. La
adición de Michael

Al tratar los aniones β-dicarbonílicos con
compuestos carbonílicos a, β-insaturados se producen
adiciones 1,4 (adición de Michael). La reacción va
bien con cetonas a, β- insaturadas, aldehídos,
nitrilos, y derivados de ácidos carboxílicos,
requiriendo únicamente cantidades catalíticas de
base. Ejemplos:

9. PROBLEMAS
RESUELTOS:

1. Indicar los reactivos y condiciones que
podrían usarse para efectuar la preparación a
partir de las moléculas señaladas. transformaciones
indicadas.

2.- Proponer un plan de
síntesis aceptable para las moléculas objetivo que
se indican a continuación:

10. PROBLEMAS
PROPUESTOS:

1.- Justificar las siguientes transformaciones
químicas:

2.- Proponer un plan de síntesis
factibles, para las siguientes moléculas:

BIBLIOGRAFÍA

• 1. ALCUDIA F. "Problemas en
  Síntesis Orgánica". Edit. Alhambra 1978

• 2. CAREY F. A. "Química
  Orgánica". Tercera Edición. Editorial
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• 3. CASON J. "Química
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• 4. FOX M. A – WHITESELL J.
  "Química Orgánica". Segunda Edición.
  Edit. Pearson Educación 2000

• 5. HORN E. – STRAUSS M. "Problemas
  de Química Orgânica". Método
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  Orgánica". Quinta Edición. Edit. Addison-
  Wesley Iberoamericana. 1990.

• 7. McMURRY J. "Química
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• 8. REUSCH W.H. "Química
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• 9. SOLOMONS T.W.G. "Química
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• 10. WADE L.G. Jr. "Química
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  Síntesis Orgánica". (Introducción
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  Alambra. 1983.

• 12. WINGROVE A. – CARET R.
  "Química Orgánica". Edit. Harla. México.
  1984.

Sítios Webb.

1. http://www.utalca/quimica/profesor/astudilo.html

2. http://www.ugr.es/quiored/

3. http://www.chemihe/por.com/mechanisms.html

Autor:

Wilbert Rivera Muñoz