Guía Ejercicios Curso Química Orgánica

UNIVERSIDAD ANDRÉS BELLO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS

GUÍA DE EJERCICIOS QUIMICA ORGANICA II PARA QUÍMICA Y FARMACIA QUIM 310

Revisado por el Departamento de Ciencias Químicas Versión Primer Semestre 2015

Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM II QUIM 310” 310” Primer Semestre 2015

INDICE GUÍA Nº 1

GUÍA Nº 2

GUÍA Nº 3

GUÍA Nº 4

GUÍA Nº 5

UNIDAD 1: COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS ORGANOMETÁLICOS

5

Objetivos específicos específicos de la Unidad 1

5

Ejercicios Desarrollados Desarrollados

6

Ejercicios Propuestos Propuestos

8

Respuestas Respuestas ejercicios seleccionados

11

UNIDAD 2: COMPUESTOS HIDROXILADOS HIDROXILADOS

17


17

Ejercicios Desarrollados

18


22


29

UNIDAD 2: ÉTERES Y EPÓXIDOS

36

Objetivos específicos de la Unidad 2

36


37


40


45

UNIDAD 3: COMPUESTOS CARBONÍLICOS: ALDEHIDOS Y CETONAS

51


51


52


55


67

UNIDAD 3: COMPUESTOS CARBONÍLICOS: ÁCIDOS CARBOXÍLICOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS. DERIVADOS.

71


71

Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Químicas

2


GUÍA Nº 6

GUÍA Nº 7

GUÍA Nº 8

GUÍA Nº 9

3


72


74


82

UNIDAD 3: COMPUESTOS CARBONÍLICOS: CARBONÍLICOS: CARBANIONES

85


85


86


88


94

UNIDAD 4: CARBOHIDRATOS CARBOHID RATOS

97

Objetivos específicos específicos la Unidad 4

97


98


104


110

UNIDAD 5: COMPUESTOS NITROGENADOS: AMINAS Y NITROCOMPUESTOS

116


116


117


120


131

UNIDAD 5: COMPUESTOS NITROGENADOS: NITROGENADOS: AMINOÁCIDOS AMINOÁCIDOS Y PÉPTIDOS

137

Objetivos específicos de la Unidad 5

137


138


142


147


Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015

ANEXOS

150

I.- ELECTRONEGATIVIDADES DE ELEMENTOS PRESENTES EN COMPUESTOS ORGÁNICOS.

150

II.- EFECTOS ELECTRÓNICOS DE LAS FUNCIONES ORGÁNICAS.

150

III.- pK a DE ALGUNAS FUNCIONES ORGÁNICAS

151

IV.- PRIORIDAD DE GRUPOS FUNCIONALES PRINCIPALES.

152

V.- ESTRUCTURAS DE CARBOHIDRATOS NATURALES

153

VI.- CONSTANTES FÍSICAS DE LOS AMINOÁCIDOS

154

SOLEMNES Y EXÁMENES ANTERIORES

156

BIBLIOGRAFÍA

197


4


GUÍA Nº 1 UNIDAD 1: COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS Objetivos específicos de la Unidad 1 1. Clasificar, sintetizar y nombrar compuestos organometálicos de litio, magnesio, cobre, cadmio y zinc. 2. Determinar el mecanismo de reacción de compuestos organometálicos a sustratos carbonados. 3. Proponer síntesis de compuestos a partir de compuestos organometálicos.

5



EJERCICIOS DESARROLLADOS 1.- Complete el siguiente esquema de síntesis: O Cl / AlCl3 / éter anhidro

i)

i) EtMgBr / éter anhidro

A C10H12O

ii) H3O+

B ii) H3O+

+

C

C12H18O isómeros ópticos

HBr

F

+

i) Mg / éter anhidro

G

ii) CO2

C13H18O2

D

+

E

C12H17Br

iii) H3O+

isómeros ópticos

isómeros ópticos

Respuesta: HO SEA (Reacción de Friedel-Craft)

O

Reacción de Grignard

O


Cl / AlCl3 / éter anhidro

i)

ii) H3O+

B

ii) H3O+

+

A C10H12O

HOOC

Br

HO

Br HBr


F

+

ii) CO2

+

isómeros ópticos

D Síntesis de alquilmagnesiano y adición a CO2

C12H18O

SN1

iii) H3O+

HOOC

C

C12H17Br

E

isómeros ópticos

G C13H18O2 isómeros ópticos


6


2.- Proponga una ruta sintética para preparar 1-fenil-4-penten-2-ona a partir de alcohol bencílico y 3 butenonitrilo.

Respuesta: i.- Escribir la estructura de los reactantes y del producto. OH CN

+ alcohol bencílico

O

3-butenonitrilo

1-fenil-4-penten-2-ona

ii.- Identificar en el producto los carbonos provenientes de los reactantes OH

NC O

iii.- Proponer una retrosíntesis del producto. La retrosíntesis consiste en cortar enlaces del producto para formar compuestos más pequeños que nos permiten llegar hasta los reactantes. X X

+

O

O

flecha de retrosíntesis

Br

OH

MgBr

+

N 3-butenonitrilo

alcohol bencílico

iv.- Proponer la síntesis del compuesto. En algunos casos los pasos de síntesis no son los mismos que de la retrosíntesis. MgBr

Br

OH HBr

Mg / éter anhidro

NC

+ : N - MgBr .. H3O+

O

7



EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Indique cuál de los siguientes compuestos son reactivos organometálicos. Justifique brevemente. a.- CH3CH2ONa b.- CH3CH2Li c.- CH3CH2BH2

d.- (CH3CH2)2Zn e.- CH3CH2MgBr f.- CH3C≡CNa

g.- divinilcuprato de litio h.- yoduro de 2-feniletilmagnesio i.- cloruro de etoximagnesio

j.- carbonato de sodio

2.- Ordene en forma decreciente de basicidad las siguientes especies CH3CH2O -1, CH3CH2-1, CH2=CH-1, CH3C≡C-1 3.- Indique cuál es el producto principal de la reacción de cada uno de los reactivos con bromuro de etilmagnesio y posterior tratamiento con agua en medio ácido. a.- CH3CH2CHO b.- C6H5CHO c.- CH3COCH3

d.- D2O e.- C6H5CO2CH3 f.- C6H5CO2H

g.- CH3CH2OH h.- CH3CH2 NH2 i.- CH3CH2CN

4.- Planifique una síntesis eficiente basada en un reactivo de Grignard de bromobenceno y cualquier otro reactivo orgánico o inorgánico para los siguientes compuestos. a.- (S )-1-feniletanol b.- difenilmetanol

c.- bromuro de bencilo d.- 2-fenilpropeno

e.- fenil propil cetona f.- ácido benzoico

*NOTA: en algunas reacciones se obtiene la mezcla de estereoisómeros. Use aquel que permita obtener el producto con la estereoquímica pedida. 5.- Escriba el o los productos de las siguientes reacciones. a.O

Li / éter

i)

ii) H3O+

b.-

CuLi / éter

i)

Cl O

ii) H3O+

c.CH2I2 / éter

Zn (Cu)


8


d.-

OEt

BrZn

O

i)

/ éter

O

H

ii) H3O+

e.i)

Mg / éter anhidro

Br ii) H3O+

O

6.- Escriba dos rutas sintéticas usando un compuesto organometálico para sintetizar los siguientes compuestos a.- 3-etil-1-fenil-3-pentanol b.- (S )-6-metil-4-octanona

c.- ( R)-2-hepten-4-ol d.- 7-metil-4-octanona

e.- 1-fenil-4-metil-3-pentanona f.-1-(( R)-2-metilciclopropil)-2-pentanona

*NOTA: Use los reactivos apropiados que permitan obtener el producto con la estereoquímica pedida. 7.- Complete los siguientes esquemas sintéticos. a.O

Br Mg / éter anhidro

i) H

A

C6H5MgBr

H2SO 4

B + C

ii) H3O+

D

+

E

C10H14O

C10H12

isómeros ópticos

isómeros geométricos

i) CH2I2 / Zn (Cu) / éter

E

F

ii) H3O+

isómero mayoritario

+

G

C11H14 isómeros ópticos

b.-

O O

HBr

i) Pr Li / éter

H

ii) H3O+

Mg / éter anhidro

A

B

C7H16O

OEt

i)

C C7H14MgBr

C7H14Br

ii) H3O+

D

C18H38O

c.Li

O

i) Me2CuLi

i)

/ éter

A ii) H3O+ C H O ii) H3O+ 6 12

H2SO 4

B + C C12H18O isómeros ópticos

9

D + E C12H16




i) Mg

O

Br

/ éter anhidro ii) H3O+

d.-

A C8H16O

H2SO4

B C8H14

i) CH 2I 2 / Zn (Cu)/ éter

ii) H3O+

C + D C9H16

isómeros ópticos Li

Cl O

e.-

i)

Cd

/ éter

i) CH 2I 2 / Zn (Cu) / éter

i)

ii) H3O+

A C10H10O

ii) H3O+

B+ C C16H16O

ii) H3O+

isómeros ópticos


D + E C17H18O isómeros ópticos

10


RESPUESTAS DE EJERCICIOS SELECCIONADOS 1.- Los compuestos organometálicos se caracterizan porque el metal está unido directamente a un átomo de carbono. De acuerdo a esto los compuestos a), i) y j) no son compuestos organometálicos porque el átomo metálico está unido a un átomo de oxígeno generando un compuesto iónico. 2.- Los aniones de carbono son más básicos que los del oxígeno debido a su menor electronegatividad: el oxígeno más electronegativo atraerá con mayor fuerza los electrones del enlace O-H y el H será más fácil de eliminar. Por otro lado, el C sp es más electronegativo que un C sp2 y éste más electronegativo que un C sp3. Por lo tanto, el C sp3 será una base más fuerte que el C sp2 y éste más básico que un C sp. Los p K a para los ácidos conjugados de éstos son: CH3CH2OH

CH3CH2O -1 + H+

p K a: 16

CH3CH3

CH3CH2-1 + H+

p K a: 50

CH2=CH2

CH2=CH-1 + H+

p K a: 44

CH3C≡CH

CH3C≡C-1 + H+

p K a: 25 CH 3CH2-1 > CH2=CH-1 > CH3C≡C-1 > CH3CH2O -1

Así, el orden de basicidad decreciente es: 3.H

a.-


O

ii) H3O+

OH

O

OH


H

b.-

ii)

*

H3O+ OH

O


c.-

ii) H3O+ d.-

D2O

i) EtMgBr / éter anhidro ii) H3O+

CH3CH2D

*

O

OH OMe

e.-

i) EtMgBr / éter anhidro ii) H3O+

O f.-

11

O OH

i) EtMgBr / éter anhidro ii)

H3O+

OMgBr

+

CH3CH3



i) EtMgBr / éter

CH3CH2OH

g.-

i) EtMgBr / éter

CH3CH2NH2

h.-

i.-

CH3CH2OMgBr +

ii) H3O+

CH3CH3

CH3CH2NHMgBr

ii) H3O+

+

CH3CH3


CN

ii) H3O+

O

4.- a.- (S )- -feniletanol - + O MgBr

O

Br

MgBr

Mg

OH

H3O+

H

éter anhidro

b.- difenilmetanol - + O MgBr

O

Br

MgBr EtO

Mg

OH H3O+

H

éter anhidro

c.- bromuro de bencilo Br

- + O MgBr

O

MgBr

Mg

H

OH

H3O+

H

Br HBr

éter anhidro

d.- 2-fenilpropeno O

Br

- + O MgBr

MgBr

Mg

OH

H3O+

H2SO4 (c)

éter anhidro

e.- fenil propil cetona - + N MgBr

Br

MgBr

Mg

CN

O H3O+

éter anhidro

f.- ácido benzoico Br

O MgBr

Mg

O C O

- + O MgBr

O H3O+

éter anhidro


OH

12


5.- a.O

OH

Li / éter

i)

OH

+

ii) H3O+

b.CuLi

i)

/ éter

Cl ii) H3O+

O

O

c.CH2I2 / éter

CH2I2 / éter

Zn (Cu)

Zn (Cu)

d.i) BrZn

O

O

OEt / éter

O

OH

H

+

OEt

ii) H3O+

e.-

O

OH

OEt

OH i)

Br

Mg / éter anhidro ii) H3O+

O

6.- a.- 3-etil-1-fenil-3-pentanol O Br

+ b

MgBr

Br

OH a

MgBr

b

c

a

+ O

c O OEt

13

+

2

MgBr


Br


Síntesis: Mg / éter

Br

MgBr O

Br

i)

ii) H3O+ Mg / éter

O

OH

O MgBr

OEt

i)

i)

MgBr

ii) H3O+

ii) H3O+

Mg / éter

Br

f.- 1-(2-metilciclopropil)-2-pentanona

Br

Br

Mg / éter Mg / éter

MgBr

MgBr Cl i)

CdCl2

i)

Cl O

Cl

b1

Cd

i)

ii) H3O+

b2

+

O

a

O

N

Cl

Cd

a1 b

O

CdCl2

ii) H3O+

ii) H3O+

+

O

i)

N ii) H3O+

a2

MgBr X

X

+ O

+ BrMg

O Mg / éter

Mg / éter

Br

+

N

N


+

Br

14


7.- a.Br

MgBr

OH

O

OH

i) H

Mg / éter anhidro

+

ii) H 3O+

A

B

C C10H14O

C6 H5MgBr

isómeros ópticos H2SO 4

+

E

D C10H12 isómeros geométricos

i) CH 2I 2 / Zn (Cu) / éter ii) H 3O+

+

E isómero mayoritario

F

G C11H14 isómeros ópticos

b.O H

OH i) Pr Li / éter ii) H3O+

Br HBr

A C7H16O

MgBr Mg

B

éter anhidro

C

C7H14Br

C7H14MgBr

O i)

OEt

ii) H3O+

OH

D C18H38O

c.15



Li

O

i) Me2CuLi ii) H3O+

O

/ éter

i)

+

ii) H3O+

A C6H12O

OH

HO

B

C


H2SO4

+ D

E C12H16 isómeros geométricos

d.OH Br

O

i) CH2I2 / Zn (Cu)/ éter

H2SO4


ii) H3O+

+

ii) H3O+

B C8H14

A C8H16O

C

C9H16

D

isómeros ópticos

e.Li

Cl O

i)

Cd

/ éter i)

ii) H3O+

O

B

A

+

Ph

HO

ii) H3O+

C 10H10O

C16H16O

HO

Ph

C

isómeros ópticos i) CH 2I 2 / Zn (Cu) / éter

ii) H3O+

HO

D

Ph

+ C17H18O

HO

Ph

E

isómeros ópticos


16


GUÍA Nº 2 UNIDAD 2: COMPUESTOS HIDROXILADOS. Objetivos específicos de la Unidad 2 1. Nombrar, clasificar y sintetizar alcoholes y fenoles. 2. Determinar el mecanismo de formación de alcoholes. 3. Determinar el mecanismo de reacción de alcoholes a sustratos carbonados. 4. Proponer síntesis de alcoholes a partir de otros sustratos carbonados.

17



EJERCICIOS DESARROLLADOS 1.- Para muchos alcoholes substituidos del tipo G-CH 2CH2OH en que G es OH, NH 2, NO2 o Br, la conformación gauche es más estable que la conformación anti. Explique utilizando proyecciones de Newman.

Respuesta: En la mayoría de los derivados 2-sustituidos del etanol la conformación anti es siempre la de menor energía. Sin embargo, algunos sustituyentes tienen la capacidad de formar un puente de hidrógeno intramolecular con el H del OH del etanol. Estos grupos tienen átomos electronegativos como son el OH, el NH 2, el NO2 y el Br. Este puente de hidrógeno intramolecular sólo es posible en la conformación tipo gauche de los derivados. Esta interacción no covalente es estabilizante y, por lo tanto, disminuye la energía de la conformación. Así, la energía por el puente de hidrógeno (1-6 kcal/mol) compensa la energía de repulsión de ambos grupos en la conformación tipo gauche haciéndola de menor energía en comparación con la conformación anti. En la figura se muestran las conformaciones gauche y anti de los derivados de etanol y la energía respectiva. H

.. N

H

- .. :O ..

H O .. :

H

O: ..

H

.. N ..

H H

H

:O .. anti

H

H

:O ..

H

H H

H

H

H

+ N

.. O

anti

H

H

H H

H

gauche

-: .. O ..

O: ..

H

H

H

H

.. : Br :

O: ..

H

gauche

H

.. O:

H

H

H

H

H

H

H

H

H

+ N

.. O

gauche

gauche

.. O:

.. : Br : H

H

H

H

:O .. anti

H

H

H

H

:O ..

H

H

anti

2.- Cuando el compuesto A se trata con NaH se obtiene el compuesto bicíclico B. Este compuesto también se obtiene cuando el compuesto C se trata con NaH, pero en este caso la velocidad de formación de B es mucho mayor. Explique cómo se forma B a partir de A. Explique por qué la formación de B es mucho más rápida a partir de C que de A. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Químicas

18


HO

O

O

H

H

O

+

NaH

THF

H

H

A

HO

H

O - Na+

+

O

+

O

NaH

THF

O - Na+

+

+

H2

O2N

H

C

H2

O H

NO2

+

B

O

H

O

B

Respuesta: 1º etapa: Reacción ácido-base entre el alcohol y el hidruro de sodio

O

H

H HO

NaH

O

O

H

H NaO

+

O

R

H2

R

R = H o NO2

El hidruro de sodio (base) reacciona con el alcohol (ácido) generándose el alcóxido correspondiente e hidrógeno molecular. Ésta es una típica reacción ácido-base de los alcoholes frente a bases fuertes. 2º etapa: Reacción de sustitución nucleofílica del alcóxido al éster

H NaO

O

H

O

SN2

O

O H

H

+

Na+ - O

R

R O H

H

El alcóxido es un nucleófilo fuerte que ataca al C primario unido al éster. Ambos grupos están cis en el anillo lo que favorece la sustitución nucleofílica intramolecular: el éster actúa como grupo saliente y el alcóxido como nucleófilo. Como la reacción nucleofílica es intramolecular se forma un ciclo, en este caso, de cinco miembros, formándose el éter bicíclico B. El anión benzoato es el grupo saliente en la reacción. Se elimina en forma de carboxilato; mientras más estable sea el carboxilato, mejor grupo saliente y, por lo tanto, menor será la velocidad de la sustitución nucleofílica. El compuesto C tiene un grupo nitro en posición para que estabiliza al carboxilato por efecto inductivo en mayor proporción que el H. Por tanto, el compuesto C tendrá una mayor velocidad de reacción que el compuesto A.

19



3.- A partir de trans-2-butenal y bromuro de etilo como únicos sustratos carbonados y utilizando los reactivos y solventes que estime conveniente proponga una síntesis para el 7-metil-2-nonen-4-ol

Respuesta: i) Primero, se dibuja el producto y los reactantes. OH

Br

+

O H

ii) Segundo, se identifican los carbonos de los reactantes en el compuesto. O H

O

OH H

Br

iii) Tercero, se hace una retrosíntesis de acuerdo a las reacciones estudiadas. O OH

adición 1,2

H

+ Br

Li

OH

O H adición 1,4

O

Br

Li

CuLi

+

H

iv) Cuarto, se plantea la síntesis del compuesto


20


Li

Br

Li

éter o THF

O

CuLi

i)

CuCl2

CuLi

O H

H ii)

H3O+

OH

i) NaBH 4 / éter

PBr 3

Br (Cl)

o

SOCl2 / py

ii) H3O+

o

BrH Li éter o THF

O i)

H

ii) H3O+

OH

21


Li


EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Escriba el nombre IUPAC de los siguientes alcoholes OH

OH

b)

a)

OH

c)

NH2

Br

OH

OH e) H3C

d)

f)

OH NO2

H3C

OH

2.- Escriba la estructura de los siguientes alcoholes a) b) c) d) e) f) g) h)

2-metil-2-butanol cis-1,2-ciclopentanodiol ( R ) - 2-fenilpentanol ( S ) – 3-buten-2-ol etilénglicol (1,2-etanodiol) alcohol p-nitrobencílico alcohol ( S )-1-feniletílico 4-amino-2-metilfenol

3.- Dada la siguiente tabla NOMBRE butanol isobutanol sec-butanol terc-butanol

ESTRUCTURA P.Eb. ° C CH3CH2CH2CH2OH 118 (CH3)2CHCH2OH 108 CH3CH2CH(OH)CH3 99,5 (CH3)3COH 83

Solubilidad (g/100g agua) 7,9 10,0 12,5 ∞

Explique adecuadamente la diferencia del punto de ebullición de los diferentes alcoholes isoméricos y las diferencias en la solubilidad en agua. 4.- Dada la siguiente tabla. NOMBRE pentano éter etílico 1-cloropropano butanal butanol

ESTRUCTURA CH3CH2CH2CH2CH3 CH3CH2OCH2CH3 CH3CH2CH2Cl CH3CH2CH2CHO CH3CH2CH2CH2OH

P.M. (g/mol) 72 74 79 72 74

Momento Dipolar (D) P.Eb. º C 0 36 1.18 35 2.10 47 2.72 76 1.63 118

Explique por qué el butanol presenta el punto de ebullición más alto respecto a compuestos de PM similar y momentos dipolares mayores.


22


5.- Dibuje las conformaciones posibles para el cis-1,3-ciclohexanodiol. a) ¿Cuál es la más estable de acuerdo a las interacciones 1,3-diaxiales? b) Sin embargo, la evidencia experimental indica que en este compuesto existen puentes de hidrógeno intramoleculares. De acuerdo a esto, ¿cuál sería la conformación más estable? 6.- Al tratar el 1-metilciclopenteno con KMnO 4 en medio básico se obtiene el diol cis, mientras que al tratarlo con ácido m-cloroperbenzoico (MCPBA) produce el isómero trans. Explique mediante mecanismos adecuados 7.- Escriba la estructura del o los productos de las siguientes reacciones del alqueno. Indique la estereoquímica del o los productos obtenidos.

H2O / H2SO4

H2 / Pd / C

Zn (Cu) / CH2I2

i) Hg(OAc)2 /H2O

i) B2H6 ii) H2O2 / NaOH

ii) NaBH4

KMnO4 /H2O i) MCPBA/CH2Cl2 ii) H3O+

Br 2 / H2O

8.- Proponga mecanismos que explique las siguientes reacciones: H2SO4

H Br Br

OH

OH

9.- En contacto con NaOH acuoso el ( R)-2-butanol retiene indefinidamente su actividad. Por el contrario cuando el ( R)-2-butanol se trata con una disolución acuosa de H 2SO4 diluido y se mide la rotación óptica se observa que con el paso del tiempo esta decrece hasta desaparecer. Proponga una explicación para estos hechos. 10.- Deduzca cuáles serán las estructuras de A, B, C y D en las siguientes reacciones: D D

NaCN, DMF

C

HBr

TsCl, piridina H H3C

OH

A

NaCN, DMF

El compuesto B tiene una desviación óptica específica de -

B

D?

11.- La reacción del compuesto I con el t-BuOK en DMSO proporciona el cis-2-buteno sin pérdida de deuterio, mientras que la misma reacción sobre el compuesto II proporciona el trans-2-buteno sin pérdida de deuterio. Proponga una explicación para estos hechos. 23



CH3 H D H OTs CH3

t -BuOK t -BuOH

CH3 D H H OTs CH3

D

H H3C

CH3

D

t -BuOK t -BuOH

H3C

CH3 H

II

I

12.- El compuesto bromodeuterado CH 3CH2CDBrCH3 se intentó preparar a partir de CH 3CH2CDOHCH3 por calentamiento en presencia de HBr y H 2SO4. Sin embargo, la reacción proporcionó una mezcla de CH3CH2CDBrCH3 y de CH3CHDCHBrCH3. Proponga una explicación para este hecho. D

D

H2SO4

CH3CH2-C-CH3

DH

CH3CH2-C-CH3

H Br

+ CH3C-C-CH3

Br

OH

H Br

13.- Cuando el trans-2-metilciclohexanol se somete a una reacción de deshidratación catalizada por ácidos se obtiene como producto mayoritario el 1-metilciclohexeno. Sin embargo, cuando el tosilderivado del trans2-metilciclohexanol se somete a una reacción de eliminación catalizada por base el producto mayoritario es el 3-metilciclohexeno. Proponga una explicación. CH3

CH3

CH3

OH

H2SO4

CH3 OTs EtONa / EtOH

TsCl / py

14.- Tres alcoholes isoméricos A, B y C, de fórmula molecular C 7H16O, se convierten en los correspondientes bromoderivados D, E y F, de fórmula molecular C 7H15Br. Cuando los bromocompuestos se hacen reaccionar con Mg, en éter etílico, se obtienen los reactivos organometálicos G, H, I (C7H5MgBr), que reaccionan con H 2O para dar el mismo compuesto: 2,4-dimetilpentano. a) Deduzca las estructuras de los compuestos A-I. b) ¿Qué productos se obtendrán cuando G, H e I se hagan reaccionar con D 2O? A (C7H16O)

D (C7H15Br) E (C7H15Br)

B (C7H16O) C (C7H16O)

F (C7H15Br)

Mg, éter

H2 O

G (C7H15MgBr)

H2 O

Mg, éter

CH3 CH3

H (C7H15MgBr)

Mg, éter

H3C I (C7H15MgBr)

CH3

H2 O

15.- Cuando el 1-metilciclohexanol se calienta en ácido sulfúrico se obtiene una mezcla de olefinas en relación 93:7. Además, la reacción es un proceso de equilibrio y siempre queda en la mezcla de reacción material de partida: H3C

CH3

OH H2SO4

CH2

+ ( 93

:

+ H2O 7)


24


Sin embargo, cuando el 1-bromo-1-metilciclohexano se calienta en dimetilformamida (DMF) en presencia de etóxido de sodio se obtiene, aproximadamente, la misma relación de olefinas pero el producto de partida desaparece por completo de la mezcla final de reacción (el proceso es irreversible). H3C

Br

CH3

CH2

EtONa, DMF

+ ( 93

+

:

NaBr

+

EtOH

7)

a) Explique mecanísticamente el proceso de eliminación en las dos reacciones anteriores. ¿Cómo es posible que el proceso de eliminación en a sea reversible? b) ¿Por qué el proceso b no es reversible? c) ¿Cómo se podría hacer irreversible el proceso a? 16.- La reacción de deshidratación del 2,2-dimetilciclohexanol por reacción con H 2SO4 proporciona una mezcla constituida por 3,3-dimetilciclohexeno y un producto A, de fórmula molecular C 8H14, que presenta cuatro grupos de señales diferentes en RMN de hidrógeno. Deduzca la estructura de A y explique mecanísticamente su formación. OH CH3 CH3

CH3 CH3

H2SO4

+ A (C8H14)

17.- Explique mecanísticamente las reacciones que se indican a continuación: a)

CH3 OH CH3

OH

CH3 Br

HBr

CH3

b)

H2SO4

CH3

CH3

18.- Cada uno de los tres alcoholes que se dan a continuación se somete a un calentamiento en presencia de ácido fosfórico. OH a)

b)

H3C

OH c)

HO

CH3

Basándose en el mecanismo de la reacción de eliminación, explique: a) Cuál de los tres alcoholes se deshidratará más rápidamente y cuál lo hará más lentamente. b) Qué producto o productos se formarán en el proceso de eliminación. 19.- Los alcoholes A y B, cuya estructura se da a continuación, reaccionan con HBr para dar el correspondiente bromuro de alquilo, mientras que el alcohol C reacciona con HBr dando lugar a una mezcla formada por dos bromuros de alquilo isoméricos ( X e Y).

25



H3C

OH

HBr

OH

H3C

H3C

Br

CH3

H3C

HBr

Br

CH3 CH3 H3C

HBr

OH

+

X (C5H11Br)

Y (C5H11Br)

Con estos datos prediga cuál (o cuáles) de los alcoholes A, B o C anteriores reaccionarán con HBr mediante un mediante un mecanismo SN 2 y cuál (o cuáles) reaccionarán mediante un mecanismo SN 1. ¿Cuál será la estructura de X y de Y? 20.- Cuando el alcohol tetrahidrofurfurílico se hace reaccionar con un catalizador ácido se transforma en el dihidropirano. Explique mecanísticamente esta reacción de transposición. OH

O

O H+

alcohol tetrahidrofurfurílico

dihidropirano

21.- Cuando el alcohol A (C 8H18O), ópticamente activo, se somete a la siguiente secuencia de reacciones se obtiene el nitrilo C: A (C8H18O)

Ts Cl, pir idina

Na CN, DM F B

H3C

CH3 CH3

H

CN

C

a) ¿Qué tipo de reacción será la conversión de B en C? ¿Cuál será la estructura del alcohol A y la del tosilato B? b) De acuerdo con la siguiente secuencia sintética, ¿cuál será la estructura del compuesto D y la del nitrilo E? Explique mecanísticamente la formación de estos dos compuestos. ¿Qué relación estereoquímica existirá entre C y E? B

NaBr, DMF

D (C8H17Br)

NaCN, DMF

E (C9H17N)

22.- Proponga una ruta sintética para obtener los siguientes compuestos: a) 1-penten-3-ona a partir de bromuro de vinilo y propanol. b) ( R)-1-( p-metoxifenil)-1-butanol a partir de metoxibenceno y cloruro de butanoilo. c) cis-1-propil-1,2-ciclohexanodiol a partir de 2-ciclohexenona y bromuro de propilo. d) ácido (S )-2-ciclopentil-2-etilpentanoico a partir de ciclopentanocarbaldehido, etanol y propanol. e) ciclopentilmetanol a partir de 5-bromopentanal y formaldehido.

*NOTA: en algunas reacciones se obtiene la mezcla de estereoisómeros. Use aquel que permita obtener el producto con la estereoquímica pedida. 23.- Complete los siguientes esquemas de síntesis a)


26


MgBr

OMe

i)

O

NaH

i) ii)

B

A

H3O+

I C19H32O

C16H26O ii)

b) O

i) B2H6 / THF

PBr 3

A

ii) H2O2 / NaOH

i) Li / éter

B

ii) CdCl2

C6H13Br

C6H14O

i)

C

Cl

D

ii) H3O+

C10H20O

C12H26Cd

i) NaBH4 / éter

ii) H3O+

E + F C10H22O isómeros ópticos

c) Li

i)

PCC

OH

/ éter B + C

A

CH2Cl2

C5H12O

ii)

H3O+

C11H 16O isómeros ópticos

C isómero S

d)

i) Li / éter

SOCl2

D

py

E

C 11H15Cl

i) CO2

C12H16O2

ii) H3O+

O O

i)

EtMgBr / éter ii)

H3

O+

A

C 10H 22O 2

PCC B CH2Cl2 C 10H 20O 2

HBr

i)

C

Mg / éter ii)

C 10H 19BrO

H3

O+

+

E

C 10H 20O isómeros ópticos

e)

27

D


Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015 Li

O

CuLi / éter

i)

Cl

2 ii)

H2SO4

i)

A H3O+

C 7H 14O ii)

B H3O+

C 13H 20O

C

+

D

C 13H 18 isómeros geométricos

i)

C isómero

E

ii)

B2H6 H2O2 / NaOH

E

+

F

C 13H 20O isómeros ópticos


28


RESPUESTAS DE EJERCICIOS SELECCIONADOS 6.- Eso se explica a través del mecanismo de adición al doble enlace. El mecanismo de adición del permanganato es similar al del tetróxido de osmio.

CH3

O

CH3

O

OH

OH

Mn -O KMnO4

O OH -

+

CH3

+

O-

O Mn O

OH

diol c is adición s y n OH

O

CH3 CH3

El mecanismo de obtención del diol trans es en dos etapas. La primera es la formación del epóxido. Cl

CH3

O

O

O

CH3

H

O Cl

O

H

O

O

CH3

Cl

O

+

H

+

O O

O

CH3

CH3

+ O

O

H

Cl

La segunda etapa es la apertura del epóxido ya sea en medio ácido o en medio básico.

Mecanismo en medio ácido:

29



+

CH3

OH2

CH3

OH

+

O O

H

H

H3O+

+

CH3

O

H2O

O

O

CH3

O

+

H

O+

CH3

- H+

+

H

H

H

CH3

O

OH2

CH3

+

CH3

OH

diol t r a n s adición anti

La apertura del epóxido en medio ácido se hace por el carbono más sustituido puesto que el carbono más sustituido puede estabilizar mejor la densidad de carga positiva que se forma en el ataque del agua y rompimiento del enlace C-O del epóxido. La cara menos impedida al ataque del agua es la cara opuesta al anillo de tres miembros y, por ello, se obtiene el diol trans.

Mecanismo en medio básico: OH

CH3

OH

CH3

CH3 O-

OH

O

OH-

+

H2O

+

+

-

O

O

CH3

OH

CH3

OH

OH

CH3

diol t r a n s adición a n t i

La apertura del epóxido en medio básico se hace por el carbono menos sustituido puesto que el carbono menos sustituido tiene menor impedimento estérico al ataque del nucleófilo (SN 2). Al igual que en el medio ácido se obtiene el diol trans.


30


7.OH

H2O / H2SO4 H2 / Pd / C Zn (Cu) / CH 2I2

OH

OH

+

i) Hg(OAc)2 /H2O

i) B2H6 ii) H2O2 / NaOH

ii) NaBH4

OH KMnO4 /H2O

i) MCPBA/CH2Cl2 ii) H3O+

OH

Br 2 / H2O

OH

+

OH

OH

+

OH

OH

OH

OH

OH

+ Br

OH

Br

14.-

Br Br Br A

C

B

15.- a.H3C

OH

H3C

+ OH2

CH3

H2SO4

- H2O

- H+

H2O

+

CH3 -

CH2

H+ H+

+

La reacción es reversible puesto que la adición de agua al doble enlace es catalizada por ácidos. Para hacerla irreversible se debe eliminar el agua. Esto se hace ya sea por un método físico (destilación azeotrópica) o método químico (desecante o tamices moleculares)

31



EtOH

H H H

H

H H H Br

H H H

Br

EtONa E2

+

EtO-

+

H

H

H H H H H

Br

La adición al doble enlace no se cataliza con bases por lo que la eliminación del halogenuro es irreversible. 16.plano de simetría

CH3

CH3 tres hidrógenos diferentes tres señales de 1H-RMN

H H A (C8H14)

21.- a) H3C

CH3

TsCl, piridina

OH

CH3 A (C8H18O)

CH3 B

CH3 OTs

CH3

H

H3C

H3C

H B

NaCN, DMF

H3C

CH3 H CN

CH3 C

b)

HC CH3 CH3 CH3 NaBr, DMF H3C NaCN, DMF 3 H CN OTs CH3 CH3 Br H H D (C8H17Br) E (C9H17N)

C y E son enantiómeros. 22.- a) 1-penten-3-ona a partir de bromuro de vinilo y propanol.


32


OH

O

PCC / CH 2Cl2

H O

i)

Mg / éter

H

Br

PCC / CH 2Cl2

ii) H3O+

MgBr

OH

O

b) ( R)-1-( p-metoxifenil)-1-butanol a partir de metoxibenceno y cloruro de butanoilo. O

OMe

OMe O

OMe

Cl

+

AlCl3

O

i) NaBH4 / éter ii) H3O+ OMe

OMe

+ HO

HO

c) cis-1-propil-1,2-ciclohexanodiol a partir de 2-ciclohexenona y bromuro de propilo. Br

Li

Li

THF

HO

O i)

HO

HO

Li

H2

+

ii) H3O+

Pd / C H2SO4 /

OH

OH

OH

+

OH

KMnO4 / H2O

+ mayoritario

d) ácido ( S )-2-ciclopentil-2-etilpentanoico a partir de ciclopentanocarbaldehido, etanol y propanol.

33


Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015 OH O

H

PBr 3

Br

Mg / éter

HO

HO

i)

O PCC / CH2Cl2

+

MgBr

ii) H3O+

OH

PBr 3

MgBr

HO

Br

HO2C

Mg / éter

Br

HO

i) Mg / éter

HBr

ii) CO2

+

iii) H3O+

e) ciclopentilmetanol a partir de 5-bromopentanal y formaldehido. O

i) Mg / éter

H

PBr 3

i) Mg / éter

ii) H3O+

Br

HO

Br

OH

ii) HCHO iii) H3O+

23.- a) MgBr

i)

OMe

i) NaH OH

ii) H3O+

O

O

I

ii)

B

A b) i) B2H6 / THF

OH

ii) H2O2 / NaOH

PBr 3

Br

A

B

i) Li / éter

ii) CdCl2

Cd

C

O

i)

Cl

ii) H3O+ i) NaBH4 / éter OH

E

+

OH

F

ii) H3O+

O

D

c)


34


Li

H

PCC

OH

i)

isómero S

/ éter

O

+

OH

CH 2Cl 2

ii) H3O+

A

OH

B

C5H 12O

C C 11H 16O isómeros ópticos

SOCl2 / py

i) Li / éter ii CO2

COOH

iii) H3O+

Cl

D

E

C11H 15Cl

C12H16O2

d) OH

OH

OH

O

i) EtMgBr / éter

O

Br

HBr

PCC

ii) H3O+

CH 2Cl 2

OH

O

A

D

i) Mg / éter

O

B

+

ii) H3O+

C OH

E

Li

O

i) Cl

CuLi / éter

HO

O

ii) H3O+

ii) H3O+

A H

HO

B

H

HO

+

H

i) B2H6 ii) H 2O2 / NaOH

H

C

isómero E

E

35

D +

H 2SO4

i)

2

F


e)


GUÍA Nº 3 UNIDAD 2: ÉTERES Y EPÓXIDOS Objetivos específicos de la Unidad 2 1. Nombrar, clasificar y sintetizar éteres y epóxidos. 2. Determinar el mecanismo de formación de éteres y epóxidos. 3. Determinar el mecanismo de reacción de éteres y epóxidos. 4. Proponer síntesis de éteres y epóxidos a partir de otros sustratos carbonados.


36


EJERCICIOS DESARROLLADOS 1.- Escriba el mecanismo detallado de la siguiente reacción. OH

O

H2SO4 (cat.)

O

+

Respuesta: H OH

H+

+

OH

O

H +

O

+

+ - H+ O

O

+

2.- A partir de ciclopentilmetanol y bromuro de propilo como únicos compuestos carbonados y utilizando los reactivos y solventes que estime conveniente proponga una síntesis para el compuesto I.

O

I

Respuesta: i) Primero, hay que dibujar el producto y los reactantes.

HO

O

Br

ii) Segundo, hay que identificar el esqueleto carbonado de los reactantes en el producto.

37



Br Br Br

O HO

iii) Tercero, plantear una retrosíntesis

O

HO

X

O

MgX

+

+

Br

Br HO

O

HO

H

MgX

+

Br

iv) Por último, se propone la ruta sintética del producto

a)

Br

Mg / éter Li / THF o éter

Li

MgBr

o


38

Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015 OH

O

H

OH

b)

MgBr

i)

PCC / CH2Cl2

ii) H3O+ PCC / CH2Cl2 o KMnO4 / H+ o OHK2Cr 2O7 / H+

OH

O

O

i) NaH / DMF ii)

MgBr

i)

Br

ii) H3O+

3.- Indique los productos del siguiente esquema. Determine la desviación óptica específica del compuesto F. CH 3OH / H 2SO4

i)NaH

C MCPBA / CH 2Cl2

+

A

B

isómeros ópticos

ii) PrBr

[ ]= - 38º

D

A isómero S

PrONa / PrOH

E

i)NaH

F [ ]= ?

ii) CH3Br

Respuesta:

H CH 3OH / H 2SO4

H OH

MeO

C

O

i)NaH

O MeO

ii) PrBr

D [ ]= - 38º

A MCPBA / CH2Cl2

+ HO

O

PrONa / PrOH

O

H

B

CH3O

O

H

ii) CH3Br

E

39

i)NaH

F [ ]= + 38º



EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Escriba la estructura de los siguientes compuestos: a) isopropil metil éter b) t -butil fenil éter c) (2 Z , 4 R)-4-metoxi-2-hepteno d) (S )-2-(m-bromofeniloxi)-2-etilpentano e) cis-2,3-difeniloxirano f) trans-5,6-epoxidecano 2.- El calentamiento de un alcohol en ácido sulfúrico es un buen método para la preparación de un éter simétrico. Por ejemplo, el di- n-propil éter se puede obtener calentando el n-propanol en presencia de cantidades catalíticas de ácido sulfúrico: H2SO4

OH

2

O

n -propanol

dipropil éter

Sin embargo, este no es un buen método si se quiere conseguir un éter asimétricamente sustituido. a) ¿Qué compuestos se obtendrán cuando una mezcla de n-propanol y de isopropanol se calienta en ácido sulfúrico? OH

OH

H2SO4

+

n -propanol

isopropanol

b) ¿Cómo se podría obtener el isopropil n-propil éter? c) El calentamiento de una mezcla de t -butanol y MeOH en presencia de cantidades catalíticas de ácido sulfúrico proporciona fundamentalmente un único éter, de fórmula molecular C 5H12O. ¿Cuál debe ser la estructura de este éter? 3.- Cuando se trata el (-)-2-octanol ópticamente activo, de rotación específica – 8,24º, con sodio metálico y después con yoduro de etilo, el producto obtenido es el 2-etoxioctano, de rotación específica – 15,6º. Cuando se trata el (-)-2-octanol con cloruro de tionilo (SOCl 2) y a continuación con etóxido sódico, el producto obtenido también es 2-etoxioctano. ¿Cuál será la rotación óptica del 2-etoxioctano obtenido mediante este segundo procedimiento? 4.- La reacción del fenil metil éter con HBr lleva a la formación de fenol y de bromuro de metilo. O

fenil metil éter

CH3

OH

HBr

+ fenol

CH3Br

bromuro de metilo

Por otra parte, cuando el t- butil fenil éter reacciona con HBr se obtiene fenol y bromuro de t -butilo.


40


O

OH

HBr

Br

+ t -butil fenil éter

fenol

bromuro de t -butilo

Proponga un mecanismo para cada una de las dos reacciones anteriores y explique por qué en ninguna de ellas se forma bromuro de fenilo (C 6H5Br). 5.- Cuando el sec-butil metil éter, ópticamente activo, se hace reaccionar con HBr anhidro se obtiene bromuro de metilo y sec-butanol ópticamente activo. O

s ec -butil

H Br

CH3

CH3Br

metil éter

O

+

H

s ec -butanol

Proponga un mecanismo para la reacción anterior. 6.- Qué productos se obtendrán cuando los siguientes éteres se calienten en HI:

a)

O

O

b)

O

c)

O

d)

7.- Proponga un mecanismo para la siguiente reacción: O

O

O

MeONa / DMF

+ NaBr

Br

Además del éter cíclico que contiene el anillo de cinco eslabones también se forma una muy pequeña cantidad de un compuesto que es un éter cíclico de seis eslabones. ¿Cuál debe ser la estructura de este compuesto? ¿Por qué se forma en tan poca cantidad? 8.- Bajo las condiciones de catálisis básica, el óxido de propileno se puede polimerizar para dar polímeros cortos. Proponga un mecanismo para la formación del siguiente trímero:

3

O

OH

-

HO

O

O

OH

9.- Cuando el epóxido A se trata con metóxido de sodio en metanol, y la mezcla de reacción se acidifica, se obtiene un compuesto B, de fórmula molecular C 8H16O2. Por el contrario cuando el mismo epóxido A se trata con metanol, en presencia de cantidades catalíticas de ácido p-toluensulfónico, se obtiene un compuesto C isómero de B.

41


Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015 i) MeONa / MeOH

B (C8H16O2)

ii) H3O+

O MeOH, TsOH (cat.)

A

C (C8H16O2)

¿Cuáles deben ser las estructuras de B y de C? 10.- Cuando el bromoalcohol (bromohidrina) A se trata con etóxido de sodio en etanol se obtiene un epóxido B, ópticamente activo, de fórmula molecular C 4H8O. H

Br EtONa / EtOH

H HO

B (C4H8O) ópticamente activo

A

Sin embargo, cuando la bromohidrina C, diastereoisómerica de A, se trata en las mismas condiciones se obtiene un epóxido D ópticamente inactivo. Br H

EtONa / EtOH

H

D (C4H8O) ópticamente inactivo

HO C

¿Cuál debe ser la estructura de los epóxidos B y D? 11.- a) La reacción del éter A con HBr lleva a la formación de p-metilfenol y de bromuro de etilo. OH

O

HBr

+

Br

p -metilfenol

A

Proponga un mecanismo para la reacción anterior. ¿Por qué no se forma p-bromotolueno? b) Por otra parte, cuando el éter B reacciona con HBr se obtiene el bromuro C y metanol O

B

Br

HBr

+ C

OH

metanol

Proponga un mecanismo para la reacción anterior. ¿Por qué se forma muy preferentemente metanol y, sin embargo, no se forma apenas bromuro de metilo CH 3Br? 12.- La reacción del bromoalcohol A con NaOH proporciona un compuesto B (C8H14O). Cuando este compuesto se trata con HBr se obtiene una mezcla formada por los bromoalcoholes A y C.


42


OH

Br

OH NaOH

HBr

B (C8H14O)

+

Br

Br

OH

A

A

C

Deduzca la estructura del compuesto B y explique mecanísticamente la formación de A y C a partir de B. 13.- Cuando el compuesto A se hace reaccionar con MeOH en presencia de una cantidad catalítica de ácido se obtiene únicamente el compuesto B. El compuesto C no se forma en absoluto. Proponga una explicación para este hecho.

+

OMe

H2SO4 (cat.) MeOH

O

O

A

O

OMe

B

C ( no se forma)

14.- Cuando el compuesto A se disuelve en tetrahidrofurano (THF), en presencia de una cantidad catalítica de H2SO4, se obtiene el éter cíclico B. El compuesto C no se forma.

HO

H2SO4 (cat.)

HO

HO

THF

OH

O

A

B

O C ( no se forma)

Proponga un mecanismo que explique la formación de B a partir de A. Explique por qué el compuesto C no se forma en este proceso. 15.- Proponga un mecanismo que explique la siguiente transformación:

H+ O

HO

16.- La adición intramolecular en el compuesto A, promovida por cantidades catalíticas de ácido sulfúrico, puede formar el compuesto B o el C. Sin embargo, únicamente se forma el compuesto C. Proponga un mecanismo que explique este hecho experimental.

43



O

H2SO4 (cat.)

HO

O o

O

O

A

O

B

C

17.- proponga una ruta sintética para los siguientes compuestos: a) (S )-1-fenil-3-propoxi-2-propanol a partir de 3-fenilpropeno y bromuro de propilo. b) ( R)-1-fenil-1,2-dietoxi-2-metilpropano a partir de 1-fenil-2-metilpropeno y etanol. c) (1S , 2 R)-1-metil-1,2-cichohexanodiol a partir de ciclohexanona y bromuro de metilo. d) (4 R)-4-metil-5-nonanona a partir de (3 R)-3-metil-1-hexeno y bromuro de propilo.

*NOTA: en algunas reacciones se obtiene la mezcla de estereoisómeros. Use aquel que permita obtener el producto con la estereoquímica pedida. 18.- Complete los siguientes esquemas de síntesis. a) O

H

Li

i)

A + B

ii) H3O+


B isómero S

MCPBA

i) NaH / THF

ii) EtBr

C C8H16O

CH2Cl2

D + E C8H16O2

i) LiAlH4 / éter

i) NaH / THF

F + G

ii) i-PrOH /H2O

isómeros ópticos

H + I

C8H18O2

ii) Ph

isómeros ópticos

Br

C15H24O2

isómeros ópticos

b) Li

Br 2 H2O

A

+

NaOH / EtOH

B

i)

C

+

E

D

ii)

C 7H 12O

C 7H 13BrO

H3O+

F

C 13H 18O

G C 13H 16

isómeros ópticos

isómeros ópticos

isómeros ópticos

+

H2SO4

c) O

MgBr

i)

A ii) H3O+ C H O 11 16

SOCl 2

i) Mg / éter

B C11H15Cl

ii) HCHO

iii) H3O+

C C12H18O

PBr 3

D

i) Mg / éter

C12H17Br ii)

O

E C17H28O

iii) H3O+


44


d) Br 2 FeBr 3

B

A + B C 7H 7Br

i) Mg / éter

C +D

O


ii) H

H2SO4

E + F

C10H 14O

C 10H 12

isómeros ópticos


iii) H3O+

E

MCPBA / CH 2Cl2

isómero E

G + H C 10H 12O

isómeros ópticos

MeOH / H+

I + J C 11H 16O2

isómeros ópticos

SOCl 2

py

K + L C 11H 15Cl isómeros ópticos

i) Mg / éter ii) CO2

iii) H3O+

M + N C 12H 16O3

isómeros ópticos

45



RESPUESTAS DE EJERCICIOS SELECCIONADOS 3.- +15,6º 7.O-

O O

MeO O Br

MeO-

Br

+ O

-O

minoritario

Br

MeO

OMe

9.OH i) MeONa / MeOH ii) H3O+

OMe

B

O

OMe

MeOH, TsOH (cat.)

A

OH

C

12.B O-

OH

Br

-

HBr

NaOH

O

O+

H

Br

Br

OH

Br

+ OH

A

Br

A

A

16.H

HO

+

- H+

O

O O

O

b

H+

HO

+

O

+

O

H HO O

+

- H+

O

HO O

+

O

O

O

+

a


46


17.- a) (S )-1-fenil-3-propoxi-2-propanol a partir de 3-fenilpropeno y propanol.

OH

NaH

ONa

THF

O O

O ONa

PCC

OH

+

CH2Cl2

b) ( R)-1-fenil-1,2-dietoxi-2-metilpropano a partir de 1-fenil-2-metilpropeno y etanol. HBr

NaH

OH

Br

ONa

THF

O

OH

O

+

PCC

ONa

O

éter

CH2Cl2

i)NaH/THF ii) OH /

Br

H+

HO O

i)NaH/THF

O ii)

Br

O

c) (1S , 2 R)-1-metil-1,2-cichohexanodiol a partir de ciclohexanona y bromuro de metilo. Mg CH3Br

CH3MgBr

éter OH

HO

O

i) CH3MgBr

H2SO4

KMnO4 / NaOH

OH OH

ii) H3O+

OH

+

d) (4 R)-4-metil-5-nonanona a partir de (3 R)-3-metil-1-hexeno y bromuro de propilo

47



Mg

Br

MgBr

éter

O

+

MCPBA

OH

MgBr

i)

+ ii) H3O+

CH2Cl2

OH

O

PCC/ CH2Cl2

O

18.- a) O

H

i)

OH

OH

Li

+

ii) H3O+

A

O

i) NaH / THF

ii) EtBr

C

B isómero S

MCPBA / CH2Cl2

O

O

O

+ OH

+ O

ii) i-PrOH /H2O

OH

D

G

F

O

i) LiAlH 4 / éter

O

E

i) NaH / THF ii) Ph

O

Br

O

+ O

O

H

I

b)


48


OH

Br 2

OH

H2O

Br

NaH / THF

+

O Br

A

+

O

C

B

D Li

i) ii) H3O+ OH

H2SO4

OH Ph

Ph

G

+ Ph

E

F

c) OH

MgBr

O

Cl

SOCl 2

i) ii) H3O+

B

A

i) Mg / éter ii) HCHO

HO

iii) H3O+

Br

OH

i) Mg / éter

PBr 3

O ii) iii) H3O+

E

C

D

d)

Br 2

i) Mg / éter

Br

+

FeBr 3

A

O

Br

B

ii) H iii) H3O+

+ HO

HO

C


49


D


H2SO4

+

MeOH / H+

MCPBA / CH2Cl2

+

+

O

O OH

OH

J

I

O

O

H

G

E

SOCl 2 / py

isómero E

i) Mg / éter

+

iii) H3O+

Cl

K

+

ii) CO2

O

O

Cl

L

F

O

O COOH

M

COOH

N


50


GUÍA Nº 4 UNIDAD 3: COMPUESTOS CARBONÍLICOS Objetivos específicos de la Unidad 3 1. Nombrar, clasificar y sintetizar aldehidos y cetonas. 2. Determinar el mecanismo de formación de aldehidos y cetonas. 3. Determinar el mecanismo de reacción de aldehidos y cetonas. 4. Proponer síntesis de aldehidos y cetonas a partir de otros sustratos carbonados.

51



EJERCICIOS DESARROLLADOS 1.- Dibuje a) una representación de orbitales atómicos del grupo carbonilo, y b) las estructuras de resonancia. ¿Cuál es la principal diferencia entre los grupos C=O y C=C? Respuesta: a) El doble enlace entre el carbono y el oxígeno es semejante en su estructura orbitálica al doble enlace de los alquenos, aunque el doble enlace del grupo carbonilo es un poco más corto y fuerte

R 120º

.

.

C

O

R

longitud de enlace

: :

energía

enlace C = O

1,23Å

178 Kcal/mol

enlace C = C

1,34Å

146 Kcal/mol

120º

El enlace C=O es más corto debido a que el oxígeno posee un radio atómico menor en comparación con el átomo de carbono (91 pm y 65 pm, respectivamente). Esto también influye en la energía de enlace: mientras menor es la longitud de enlace, mayor es la energía de enlace y, por lo tanto, mayor es la estabilidad del enlace.

b) El enlace π del grupo carbonilo se forma por combinación de un orbital 2p del carbono con un orbital 2p del oxígeno. Si los orbitales interaccionan de forma constructiva se forma un orbital molecular π enlazante (π) y si la interacción es destructiva se forma un orbital molecular π antienlazante (π*). El oxígeno es más electronegativo que el carbono y su orbital 2p es de menor energía que el orbital 2p del carbono, por tanto, el orbital molecular π enlazante se formará con más de un 50% del orbital atómico 2p del oxígeno y con menos del 50% del orbital atómico 2p del carbono. De igual forma, el orbital molecular π* antienlazante se formará con menos de un 50% del orbital atómico 2p del oxígeno y con más del 50% del orbital atómico 2p del carbono.

Los orbitales π y π* del grupo carbonilo C=O se parecen a los orbitales π y π* del doble enlace C=C, con la diferencia de que son menos simétricos. Los dos electrones del enlace π ocupan el orbital molecular π enlazante y debido a la forma de este orbital existe más probabilidad de encontrar un electrón en la proximidad del átomo de oxígeno electronegativo que en la proximidad del átomo de carbono más electropositivo. Si se observa el diagrama de potencial electrostático del etileno (izquierda) con el del acetaldehido (derecha) puede observarse que la densidad de carga negativa (color rojo) en el etileno está simétricamente distribuida entre los dos átomos de carbono mientras que en el acetaldehido la densidad de carga negativa está centrada en el átomo de oxígeno.


52


Para el enlace C=O se pueden dibujar dos estructuras resonantes de acuerdo a las características de los átomos que lo forman. R C R'

R

.. O ..

.. -

+

C

: O ..

R'

La primera estructura resonante es la más importante porque implica más enlaces y menor separación de cargas. Sin embargo, la segunda estructura resonante, aunque menos importante que la primera, es la que explica el relativamente elevado momento dipolar, la reactividad del grupo carbonilo frente a la adición y el elevado punto de ebullición en comparación con los alquenos de pesos moleculares similares 2.- Escriba el mecanismo detallado de la hidrólisis del acetal I. O

O

+

H2O

O

H2SO4

HO

+ OH

I

O

O

O

+ O

O H

O

+

+

O

H

O H

I H2O

- H+

+O

O

O

H

H

OH

O

O

OH

O +

H

OH2

H

camino alternativo en una sola etapa intercambio protónico +

OH

-

HO

O

+ OH

3.- Proponga una síntesis para el compuesto I a partir de 2,2-dimetilciclohexanona, oxirano y bromometano como únicos reactivos carbonados. Utilice cualquier otro reactivo orgánico o inorgánico que estime necesarios.

53



O

O

CH3Br bromometano

O

O 2,2-dimetilciclohexanona

oxirano

I

Respuesta. i) Li / éter CH3Br

(CH3)2CuLi

CH3Br ii) CuCl

i) Mg / éter O ii)

OH

PCC

O

CH2Cl2

H

iii) H3O+ O

O

i) NaOH o EtONa/ EtOH o LDA/THF/-78º C

O i) (CH3)2CuLi / éter ii) H3O+

O

ii) H iii)

MCPBA / CH2Cl2

(H2O)

O O

alternativa i) Mg / éter CH3Br

OH

CH2Cl2

O

ii)

O

PCC H

iii) H3O+

O

i) Mg / éter CH3Br

OH O

ii)

O

PCC

O

CH2Cl2

H iii) H3O+ MCPBA / CH2Cl2

iii) H3O+

O

i) NaOH o EtONa/ EtOH o LDA/THF/-78º C

O

O H2 / Pd/ C

O

ii) iii) (H2O)


54


EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Escriba el nombre IUPAC de los siguientes compuestos carbonílicos. O

O b)

a) H

H

H

OH

O

d) MeO

O

O c) H

O

O

H3C f) H

e)

Br CH3

CHO

2.- Justifique los siguientes hechos experimentales: a) el alcohol n-butílico hierve a 118º C y el n-butiraldehido hierve a 76º C a pesar de tener pesos moleculares similares (74 y 72 g/mol, respectivamente) b) el enlace C=O (0,122 nm) es más corto que el enlace C _ O (0,141 nm) c) el momento dipolar del propanal (2,52 D) es mayor que el del 1-buteno (0,3 D) d) los compuestos carbonílicos son más solubles en agua que los correspondientes alcanos. 3.- La hidratación de aldehidos con agua en medio ácido da como producto el correspondiente hidrato. En la siguiente tabla se tienen las constantes de hidratación de algunos aldehidos.

aldehido HCHO CH3CHO CH3CH2CHO (CH3)2CHCHO (CH3)3CCHO CF3CHO

K hid. en H2O a 25 ºC

2,28 x 103 1,06 0,85 0,61 0,23 2,9 x 104

Explique las diferencias de las constantes de hidratación de estos aldehidos. 4.- La adición de HCN a aldehídos y cetonas es una reacción de equilibrio que puede estar más o menos desplazado hacia la estructura de la cianohidrina. HO

O R2

R1

+

CN

HCN R1

R2

Ordene los compuestos carbonílicos que se dan a continuación en orden decreciente de su constante de equilibrio para la formación de la cianohidrina. O

a)

H 3C

CH 3

H 3C

O

O

O H

H

H

b)

H3C

O H3C

O H3C OMe

5.- Las constantes de disociación ( K dis) de las cianohidrinas de acuerdo con la ecuación

55


NO 2


OH R

C

O K d is

R'

R

C

+

R'

HCN

CN cianohidrina

aldehido o cetona

cianuro de hidrógeno

han sido medidas para varias cianhidrinas. ¿Qué cianohidrina de cada uno de los siguientes pares tiene mayor constante de disociación? Justifique. H a)

HO

CN

CN

H

CH3

HO

OH

H3C

CN

b)

OH CN

6.- ¿Qué productos se obtendrán en la reacción del HCN con los siguientes compuestos carbonílicos? ¿Serán las mezclas de reacción obtenidas ópticamente activas? ¿Por qué? O

O

PhCH2O

O

H

H

7.- Utilice los alcoholes butílicos y cualquier producto inorgánico para preparar a) 2-metil-4- heptanona. b) 2,2-dimetil-3-hexanona. c) 2,2,5-trimetil-3-hexanona 8.- Cuando se disuelve el 5-hidroxipentanal en metanol que contiene una cantidad catalítica de ácido ptoluensulfónico se produce la siguiente reacción:

HO

CHO

+

CH3OH

TsOH

O

OMe

+

H2O

¿Qué tipo de compuesto es el producto de la reacción? Proponga un mecanismo que explique la reacción anterior. 9.- Los compuestos “marcados” en varias posiciones por isótopos como 14C (radiactivo), D (deuterio) y 18O se utilizan para estudiar los mecanismos de reacción. Sugiera una posible síntesis para cada uno de los compuestos marcados abajo utilizando 14CH3OH como fuente de 14C, D2O como fuente de D, y H218O como fuente de 18O. Una vez obtenido el compuesto marcado con 14C, puede utilizarse en síntesis posteriores. Utilice cualquier otro compuesto orgánico o inorgánico necesario.

a) CH314CH2OH, b) 14CH3CH2OH, c) 14CH3CH2CHO, d) C6H514CHO, e) 14CH3CHDOH, f ) CH3CH18O. 10.- Cuando la pentametilglucosa se trata con HCl acuoso diluido, a temperatura ambiente, se provoca la hidrólisis del grupo metil éter de C-1 y se obtiene una mezcla de las dos tetrametilglucosas A y B, cuya estructura se indica a continuación:


56


OMe

OMe O

MeO MeO

HCl / H2O

OMe MeO

OMe O

MeO MeO

OH

+

MeO

MeO

A

pentametilglucosa

O

MeO MeO

B

tetrametilglucosa

OH

Proponga un mecanismo que explique la conversión de la pentametilglucosa en las dos tetrametilglucosas A y B. ¿Por qué en las condiciones de hidrólisis ácida suave de la reacción anterior resulta atacado exclusivamente el grupo metil éter de C-1? ¿Por qué no son hidrolizados los otros grupos metil éter? 11.- Los acetales son fácilmente hidrolizados en medio ácido acuoso a los correspondientes compuestos carbonílicos. Sin embargo, en medio básico los acetales no se hidrolizan: O HCl dil. MeO

+

OMe

2

MeOH

NaOH dil. N.H.R.

Proponga una explicación para los anteriores hechos experimentales 12.- La reacción del benzaldehido con ( R)-1,2-octanodiol en benceno conteniendo una cantidad catalítica de ácido p-toluenosulfónico (TsOH) da cantidades iguales de dos productos con un rendimiento global del 94%. Ambos productos tienen fórmula molecular C 15H22O2. Sugiera las estructuras para ambos compuestos. 13.- Algunos hidroxialdehidos o hidroxicetonas son más estables en su forma hemiacetálica o acetálica cíclicas que como compuestos de cadena abierta. Deduzca la estructura de la cadena abierta de cada uno de los siguientes compuestos. O

HO O

O

O O

HO

OH

OH

O

brevicomina atrayente sexual del escarabajo del pino occidental

talaromicina A micotoxina

14.- Sugiera una ruta sintética para obtener el producto B a partir del compuesto A.

O OMe

O A

57

O B



15.- Complete el siguiente esquema de síntesis. O

CH3

Cl AlCl3

OH

HBr

C

A MAYORITARIO

Mg / éter

D

+

B

i) A / éter ii) H3O+

E+F

H2SO4 /

G+H

MCPBA / CH 2Cl2

I+J+K+L

16.- La reacción del butanal (CH 3CH2CH2CHO) con un reactivo de Grignard RMgBr proporcionó, después de la hidrólisis ácida de la mezcla de reacción, un alcohol secundario A (C7H16O). La reacción de A con una disolución acuosa ácida de Na 2Cr 2O7 proporcionó una cetona B, cuya reacción con RMgBr llevó, después de la hidrólisis ácida, a un alcohol C (C 10H22O). Deduzca la estructura de A, B y C, así como la estructura del reactivo de Grignard, sabiendo que ni A ni C son ópticamente activos. 17.- La reacción de un aldehído ópticamente activo A (C 9H10O) con bromuro de metilmagnesio, seguida de la hidrólisis ácida de la mezcla de reacción, proporciona una mezcla de dos alcoholes isoméricos B (C10H14O) y C (C10H14O). A (C9H10O)

i) CH3MgBr / éter

B (C10H14O) + C (C10H14O)

ii) H3O+

Estos dos compuestos, fácilmente separables por cromatografía, se convierten en los respectivos tosilatos. Cuando el tosilato de B se trata con NaBr en acetona se obtiene un único bromocompuesto D (C10H13Br), ópticamente activo. Del mismo modo, la reacción del tosilato de C con NaBr en acetona proporciona un único bromocompuesto E (C10H13Br), isómero de D y también ópticamente activo. Cuando el bromocompuesto D se hace reaccionar con NaOEt en etanol se produce una reacción de eliminación que proporciona mayoritariamente la olefina F (C10H12). Por otra parte, cuando el bromocompuesto E se hace reaccionar con NaOEt en etanol, también se produce una reacción de eliminación que forma mayoritariamente la olefina G (C10H12), isómera de F. B (C10H14O) C (C10H14O)

TsCl / py

tosilato de B

TsCl / py tosilato de C

NaBr acetona NaBr acetona

D (C10H13Br)

E (C10H13Br)

EtONa / EtOH

EtONa / EtOH

F (C10H12)

G (C10H12)

Con estos datos, y sabiendo que la configuración del estereocentro del aldehído A es R, deduzca las estructuras de A, B, C, D, E, F y G. 18.- Cuando se deja estar en agua marcada con 18 O se encuentra que el formaldehído y su hidrato incorporan este isótopo de oxígeno. Sugiera una explicación razonable para esta observación. 19.- Indique cómo se podrían preparar las olefinas que se indican a continuación mediante el empleo de la reacción de Wittig.


58


HOOC

20.- ¿Cuál de las dos rutas sintéticas que se proponen a continuación es la más indicada para la preparación del metilenciclohexano? ¿Por qué?

ruta a

O

ruta b Ph3P=CH2

i) MeLi ii) H3PO4 /

21.- Cuando el éter A se hace reaccionar con Ph 3P se obtiene un compuesto B, de naturaleza salina. La reacción de B con butil-litio (BuLi) origina el compuesto C, que reacciona con la 3-pentanona para dar óxido de trifenilfosfina (Ph3P=O) y el compuesto D. La reacción de hidrólisis ácida de D proporciona pmetilfenol y un compuesto de naturaleza aldehídica E (C6H12O). O O

Cl

Ph3P

BuLi B

D + Ph3PO C13H18O

C

A H3O+ OH

+

E (C6H12O)

Con estos datos deduzca las estructuras de B, C, D y E. Explique mecanísticamente la formación de E. 22.- La reacción de un compuesto aromático A (C7H6O) con el fosforano que se indica a continuación condujo a la obtención de dos compuestos isoméricos B y C de fórmula molecular C 9H10. Deduzca las estructuras de A, B y C. A

+

- + CH3CH-PPh3

B

+

C

23.- El cloruro de isopropilo se trata con trifenilfosfina (Ph 3P) y luego con NaOEt. Se añade CH 3CH0 al producto de reacción para dar un compuesto de fórmula C 5H10. Cuando C5H10 se trata con diborano y luego con Cr03, se obtiene una cetona. Indique la fórmula estructural de C 5H10 y el nombre de la cetona. 24.- Como parte de la síntesis total de la vitamina D3, se convirtió el compuesto I en II en varias etapas, dos de las cuales emplean la reacción de Wittig. Indique cómo se podría haber efectuado esta conversión

59



CHO

H OH I

H II

25.- Escriba un esquema de síntesis de los siguientes compuestos a partir de los compuestos carbonados que se indican. Considere utilizar la reacción de Wittig en alguna etapa. a)

+

O

+

Br

O b)

OEt

+

O

Br

c)

O

+ OH

d)

O

O

+

+

Br

H

O O

+

Br

H disparlure

26.- Cuando la acetona reacciona con la hidroxilamina (NH 2OH) se obtiene un compuesto A (C3H7 NO). De igual modo la ciclohexanona reacciona con la hidroxilamina (NH 2OH) para dar lugar a un compuesto B (C6H11 NO). Sin embargo, cuando la hidroxilamina reacciona con el acetaldehído se obtiene una mezcla formada por dos compuestos isoméricos C y D de fórmula molecular C 2H5 NO. a) Deduzca la estructura de los compuestos A, B, C y D. b) Explique por qué las oximas son más ácidas que la hidroxilamina. 27.- Los compuestos que contienen doble enlace carbono-nitrógeno tienen isomería igual que los alquenos. Determine la estructura de los siguientes compuestos. a) b) c) d)

( Z )-CH3CH=NCH3 ( E )-oxima del acetaldehído ( Z )-hidrazona de la 2-butanona ( E )-semicarbazona de la acetofenona

28.- Complete el siguiente esquema de síntesis. O MCPBA

A

i) CH3MgBr / éter ii) H3O+

B

PCC

C

TsOH

D

+

E

isómeros ópticos


60


29.- Proponga una ruta sintética para los siguientes compuestos: a) ( R)-6-decanolida a partir de ciclohexanol y butanol. b) 3-ciclopentilpropeno a partir de ciclopentanona, oxirano y metanol. c) 4,4-dimetil-6-hepten-2-ona a partir de acetona y bromuro de alilo. d) 1-fenil-1-hexanona a partir de bromobenceno, oxirano y etanol. e) [(1 R,2 R)-2-propilciclopentil]acetato de etilo a partir de ciclopentanol, propanol y bromoacetato de etilo.

*NOTA: en algunas reacciones se obtiene la mezcla de estereoisómeros. Use aquel que permita obtener el producto con la estereoquímica pedida. 30.- Complete los siguientes esquemas de síntesis i)

O

MgBr

K2Cr 2O7

A + B

H ii)

H3O+

H2SO4

C8H18O

H2C

C

MCPBA

PPh3

C8H16O

D C9H18

E + F

CH2Cl2

C9H18O

Li

i)

isómeros ópticos

ii) H3O+ i) NaH / THF

I + J C18H308O isómeros ópticos

a) b)

ii) CH3CH2CH2Br

G + H C15H24O

isómeros ópticos

O PPh3

O Cl

EtONa

K C25H22PClO

OH

L

EtOH

H3O+

M

C5H10O

C11H14O

C25H21OP

N +

c) O

Br

Br

PPh3

H

O H

NaH

Ñ

THF

C39H36P2Br 2

O

P

C39H34P2

C11H10

d) trans -2-octeno

MCPBA

Q C8H16O

Ph2PLi

R C8H16O

CH3I

[S]

c is -2-octeno

C21H29PLiIO

31.- Proponga una explicación para los siguientes hechos experimentales: cuando la cetona A, ópticamente activa, se trata con una disolución de NaOH acuosa y se mide la rotación óptica de la disolución se comprueba que ésta desciende gradualmente hasta alcanzar el valor 0. Si la reacción se efectúa con NaOD en D2O, no sólo se pierde la actividad óptica de la cetona de partida, sino que se obtiene la cetona deuterada B.

61


Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015 NaOH, H2O

[ ]D = 0

O Ph

O

Ph

NaOD, D2O

Ph

D

Ph [ ] = 0 D

32.- Cuando cada uno de los compuestos carbonílicos que se dan a continuación se tratan con D 2O y NaOD se producen reacciones de intercambio hidrógeno-deuterio. Para cada una de estas reacciones se da la fórmula molecular del compuesto deuterado obtenido. Deduzca la estructura de cada uno de estos compuestos deuterados y explique su formación. a)

O

NaOD, D2O

b)

O NaOD, D2O

C4H3D5O

C4H3D3O

O c)

NaOD, D2O

d)

NaOD, D2O

C7H8D2O

C6H4D4O O

33.- Explique mecanísticamente cada una de las siguientes transformaciones.

O

a)

O O

NaOH, H2O

b)

O NaOH, H2O

H

OH

H

O

34.- La metil isobutil cetona (CH 3COCH2CH(CH3)2) (MIBK ) es un importante disolvente industrial que se prepara en dos pasos a partir de la acetona. Sabiendo que uno de los pasos implicados en la síntesis de la MIBK es una reacción de condensación aldólica proponga una síntesis para este compuesto. 35.- Proponga un mecanismo para la siguiente reacción: MeO

H

OMe

O

H2O TsOH (cat.) MeO

OMe

36.- Cuando la 1,4-ciclooctadiona se trata con una disolución acuosa que contiene cantidades catalíticas de ácido p-toluensulfónico se obtiene una cetona de fórmula molecular C 8H10O. Asigne una estructura a esta cetona y escriba un mecanismo que explique su formación.


62


O

O

H2O, TsOH

C8H10O

37.- Cuando la bromocetona A se trata con t -butóxido de potasio en t -butanol a temperatura ambiente se forma la cetona bicíclica B. Por el contrario, cuando la bromocetona A se trata con LDA (diisopropilamiduro de litio) a -78º C en THF se obtiene el compuesto C. Proponga una explicación mecanística. O

O

O OK

LDA Br

THF, -78º C C

OH ,

25º C

A

B

38.- Explique mecanísticamente las siguientes transformaciones químicas: O

O

a)

H

+

HCl (cat.)

+

H2O

O O O

b)

KOH (cat.)

H

c)

+

O

H2O

O

KOH, H2O O

EtOH

O

+

O

H2O

O

d)

H2SO4, H2O

+

H2O

O

39.- El clorhidrato de bupropiona también llamada anfebutamona es un antidepresivo que se vende con la denominación comercial de Buxon® (Laboratorio Saval). También se utiliza como coadyuvante en el tratamiento del tabaquismo. Su síntesis a partir de benceno se indica a continuación:

63



Cl O AlCl3

A C9H10O

Cl2, AlCl 3

B C9H9ClO

Cl2, AcOH

C C9H8Cl2O

NH2

clorhidrato de bupropiona

C13H18ClNO.HCl

Deduzca las estructuras de A, B y C e indique para cada paso de la síntesis anterior el mecanismo de la reacción. 40.- En la naturaleza existen compuestos denominados glicósidos cianogénicos, tales como la lotaustralina, que liberan ácido cianhídrico en medio ácido diluido. Escriba el mecanismo detallado de la hidrólisis ácida de la lotaustralina. OH O HO

O

HO OH

CN


64


RESPUESTAS DE EJERCICIOS SELECCIONADOS O

a)

O H

>HC H

O

3

4.9.- a) CH314CH2OH

>HC

H

b)

O

3

O

O

>

H3C

CH 3

>

H3C

H3C

NO2

HBr

CH3OH

Mg

CH3Br

PCC

14C H OH 3

CH3MgBr

éter

H 14CHO

CH2Cl2

OMe

i) CH3MgBr

ii) H3O+

CH3 14CH2OH

b) 14CH3CH2OH HBr

14C H OH 3

PCC

CH3OH

HBr

14CH CH OH 3 2

PCC

CH3OH

CH2Cl2

14CH CH Br 3 2

HCHO

i) CH3MgBr 14 CH3CH2OH

ii) H3O+

Mg

14CH CH MgBr 3 2

éter

i) 14CH3CH2MgBr

ii) H3O+

14C H MgBr 3

éter

HCHO

CH2Cl2

c) 14CH3CH2CHO

Mg

14C H Br 3

14CH CH CH OH 3 2 2

PCC CH2Cl2

14CH CH CHO 3 2

d) C6H514CHO Br

MgBr

Mg éter

MgBr 14C H

3OH

PCC CH2Cl2

14C H OH 2

i)

H 14C HO

PCC CH2Cl2

ii) H3O+

e) 14CH3CHDOH LiAlH4

D 2O éter

14CH CH OH 3 2

LiAlD4

PCC CH2Cl2

14CH CHO 3

i) LiAlD4 ii) H3O+

14CH CHD OH 3

f ) CH3CH18O. CH3CH2Br

65

H218O

CH3CH218OH

PCC CH2Cl2

CH3CH 18O


14C HO


OH OH

H

O

H

+

+

OH

OH

O

HO

TsOH

OH

H

- H+

O

OH

H+

OH

OH

OH

- H2O

+

+O

O

O

O

O

O

+

+

+

- H+

O

H

+

O

OH2

- H+ H

O

O

O

12.13.O

OH

O HO

O

HO

HO

OH

HO

O

OH OH

16.O H

+ MgBr

OH

O

A

B

MgBr

OH

C

RMgBr

17.-


66


C9H10O: IDH = 5, es decir, 5 insaturaciones. El C=O es una insaturación y las otras 4 corresponden a un anillo bencénico. Por lo tanto, A puede ser: O H

H

H

O

O

I

II

III

El aldehido I no es ópticamente activo. II tiene configuración R por lo que corresponde a A. De aquí se obtienen las estructuras de B a G.

H O

+

OH

A

OTs

OH

+

OTs

C

B

+

Br

F

G

+

Br

E

D

21.O

+ O

Cl

PPh3Cl-

O

Ph3P

O

BuLi

PPh3

O

C

B

D H+

+

O

O

OH

+

H2O H

O

+

H+

+ OH

O

- H+

O

OH

H

+ OH

- H+

E (C6H12O)

H O

24.-

67


OH2

+


Br PPh3

-+

Br Ph3P NaH CHO

Ph3P

H2 Pd / C

H OH

H OH

H OH

I

PCC / CH2Cl2

O PPh3

Br

H

NaH

-+

Br Ph3P

Ph3P

H

II

29.- a) ( R)-6-decanolida a partir de ciclohexanol y butanol. OH

PBr 3

O

OH K2Cr 2O7 / H+

O

Br H N

N

+

Br

i) ii) H3O+

O

MCPBA / CH2Cl2

O O

b) 3-ciclopentilpropeno a partir de ciclopentanona, oxirano y metanol. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Químicas

68


CH3OH

PBr 3

i) PPh3 / PhCH 3

CH3Br

CH2=PPh3

ii) NaH

O

OH O

OH

Br

i) NaBH 4 / éter

H PCC / CH 2Cl2

i) Mg / éter

PBr 3

ii) H3O+

ii)

O

iii) H3O+

CH2=PPh3

H

c) 4,4dimetil-6-hepten-2-ona a partir de acetona y bromuro de alilo. Li / éter

Br

LiCu

CuCl

Li

LiCu

O

O

i) NaOH

i)

ii)

O ii) H3O+

d) 1-fenil-1-hexanona a partir de bromobenceno, oxirano y etanol. MgBr

Br Mg / éter

CH3CH2OH

PBr 3

CH3CH2Br

i) Mg / éter ii)

OH

O

PBr 3

Br i) Mg / éter

iii) H3O+

ii)

O

iii) H3O+

OH MgBr PCC / CH2Cl2 i)

PCC / CH2Cl2

O

H

OH ii) H 3O+

O

e) [(1 R,2 R)-2-propilciclopentil]acetato de etilo a partir de ciclopentanol, propanol y bromoacetato de etilo.

69



O

O i) PPh3 / PhCH3

OEt

OEt

OH

H N O

OH

Br

PPh3

ii) EtONa / EtOH

Br

PBr 3

O

i)

O

PCC / CH2Cl2

+

ii)

Br

iii) H3O+

O OEt PPh3

O

O

O

EtO

EtO

EtO

H2

+

Pd / C

32.-

mayoritario a)

O

O

NaOD, D2O

b)

D D

O

O NaOD, D2O

D D

D

D D D C4H3D3O

C4H3D5O

O

O

D

NaOD, D2O

c)

D D

D

d)

D

NaOD, D2O

D O

O

C6H4D4O

C7H8D2O

39.Cl O

C

B

A O

O

O

Cl2, AlCl3

O

Cl2, AcOH

NH2

+ NH Cl-

Cl

AlCl3 Cl

Cl


Cl

70


GUÍA Nº 5 UNIDAD 3: COMPUESTOS CARBONÍLICOS Objetivos específicos de la Unidad 3 1. Nombrar, clasificar y sintetizar ácidos carboxílicos y derivados. 2. Determinar el mecanismo de formación de ácidos carboxílicos y derivados. 3. Determinar el mecanismo de reacción de ácidos carboxílicos y derivados. 4. Proponer síntesis de ácidos carboxílicos y derivados a partir de otros sustratos carbonados.

71



EJERCICIOS DESARROLLADOS 1.- Explique los siguientes hechos experimentales. OEt

p.eb. ºC

OH

O

O

99

141

NH2 O 213

Respuesta: El punto de ebullición de los compuestos carbonílicos de la tabla va aumentando a medida que se pueden formar puentes de hidrógeno entre las moléculas. El éster no puede formar puentes de hidrógeno intermoleculares por lo cual tiene un menor punto de ebullición. En la amida los puentes de hidrógeno son mucho más débiles que en el ácido carboxílico: el enlace N __ H…O es de 8 kJ/mol mientras que el enlace O __ H…O es de 21 kJ/mol. Esto se debe a que el enlace N __ H está menos polarizado que el enlace O __ H. Sin embargo, la amida no sustituida puede formar dos puentes de hidrógeno lo que aumenta la cohesión de las moléculas y aumenta el punto de ebullición. 2.- Complete el siguiente esquema de síntesis: Br

i) CO2

Li, éter

A (C6H 5Li)

SOCl2 / py

B ii) H3O+

(C7H 6O2)

i) Pr 2Cd / éter

C

(C7H 5ClO)

ii) H3O+

D (C10H 12O)

i) NaOH ii) HCHO iii) (-H2O)

MCPBA / CH2Cl2

G

i) Me2CuLi / éter

F

(C12H 16O2)

E

(C12H 16O)

ii) H3O+

(C11H 12O)

Respuesta: O Br

Li

Li, éter

i) CO2

O OH

SOCl2 / py

Cl

ii) H 3O+

C

B

A

i) Pr 2Cd / éter ii) H3O+

O

O

i) NaOH

O

ii) HCHO i) Me2CuLi / éter

iii) (-H2O)

ii) H3O+

F

E

D

MCPBA / CH 2Cl2

O O

G

3.- Proponga un mecanismo detallado para la hidrólisis en medio ácido de la lactona A.


72


O

O H2O

O

OH

H2SO4 ( cat)

OH

A

Respuesta: HO

OH+

O H+

O

O

H2O

+ OH2 O

- H+

HO

OH O

H+

+OH

O - H+ OH

OH

OH

HO

OH + H O

OH

A

73



EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Escriba la estructura de los siguientes ácidos carboxílicos y derivados a) ácido -dimetilcaproico b) ácido (2 R, 4S )-2-metil-4-etiloctanoico c) ácido -fenilbutírico d) ácido ftálico e) ácido p-hidroxibenzoico f) cloruro de butirilo g) bromuro de (3 S , 4 R, 5 Z )-4-cloro-3-hidroxi-5-heptanoilo h) yoduro de (1S , 4 R)-4-etil-3-metil-2-ciclohexenocarbonilo i) anhídrido acético benzoico j) anhídrido ftálico k) fumarato de dietilo l) pivaloato de (2 R, 3 E )-2-metil-3-pentenilo m) (S )-3-metil-3-ciclohexenocarboxilato de sec-butilo n) ( E )- N -etil- N -fenil-3-metil-2-pentenamida ñ) (1 R, 4 R)-4-cloro- N , 3-dietil-2-ciclopentenocarboxamida 2.- A menudo se enmascaran grupos carboxilos por reacción con dihidropirano, el cual genera ésteres estables frente a bases pero que hidrolizan rápidamente con ácidos acuosos diluidos. Explique mecanísticamente la formación de éstos ésteres y su fácil hidrólisis. + RCOOH

TsOH

R

O

H3O+

O O

O

+ RCOOH HO

O

3.- Cuando se trata el alcohol sec-butílico ópticamente activo (+13,8º) con cloruro de tosilo y el tosilato resultante se hace reaccionar con benzoato de sodio, se obtiene el benzoato de sec-butilo. La hidrólisis alcalina de este éster dio alcohol sec-butílico de rotación -13,8º. Explique mecanísticamente este hecho experimental. 4.- Indique los reactivos necesarios para convertir los siguientes compuestos en ácido benzoico. CH2OH CH3

CN

COOH

COCH 3

Br


74


5.- Complete las siguientes s iguientes reacciones. reacciones. KOH NH3

OH

i) LiAlH 4

ii) H3O+

O

PCl3

SOCl2

OH

H+ 6.- Indique los reactivos necesarios para realizar las siguientes transformaciones. CN

O N H

O OH

Br

O O H

75


OH


7.- Complete los siguientes esquemas de síntesis a) Br

i) Mg / éter ii)

O

PBr 3

A C8H10O

NaCN

B

H2SO4 dil

C

C9H10O 2

C9H9N

C8H9Br

SOCl2

D

E

C9H9ClO

iii) H3O+

Cd PPh3

G

F C12H16O

C14H 20

b) O

P / Br 2

KOH

A + B

OEt

i) (CH3)2CuLi / éter

C + D

C6H11BrO2

E

ii) H3O+

C6H10O2

C7H14O2


isómeros ópticos

Li

i) ii) H3O+

O i) KMnO4

J + K

H + I TsOH

C20H24O2

H2SO4

G

C17H20O2

ii)

H3O+

OH

OH

F

C17H18

C17H20O

c) COOH

SOCl2 O

A

EtOH

C11H11ClO2

B C13H16O3

TsOH

i) CH3MgBr

C ii) H O+ 3

C16H22O4

EtOH

E + F

D TsOH

C15H22O2

C13H18O2

isómeros ópticos

d) O

MgBr

i)

A ii) H3O+

i) B2H6 / THF

PBr 3

B

C

C5H9Br

C5H10O

PCC

ii)H2O2 / OH- C 5H 11BrO CH 2Cl 2

D

C 5H 9BrO i) Mg / éter ii) H3O+

NH2

H

G

C11H13NO

C 5H 8O2

MCPBA

CH 2Cl 2

F C 5H 8O

PCC

CH 2Cl 2


E C5H10O

76


e) OH

COOH

i)

SOCl2

py

)2 CuLi

(

C + D

B

A

ii) H3O+, pH= 4,5 C 15H 18O2

C 9H 7ClO

C 18H 26O2

isómeros ópticos

f)

H

H

CH3MgBr

i) CO2

A

C2Mg 2Br 2

ii) H3O+

NH2

PBr 3

B

C

D

C4Br 2O2

C4H2O4

C12H20N2O2

g) O

i) CH3MgBr

MCPBA CH2Cl2

A C8H 14O2

B ii) H3

O+

CH3OH

PCC CH2Cl2

C 10H 22O2

C C 10H 20O2

D + E

TsOH

C 11H 22O2 isómeros ópticos

7.- ¿Cuál de los estereosiómeros del ácido 4-hidroxiciclohexanocarboxílico 4-hidroxiciclohexanocarboxílico puede formar una lactona? ¿Cuál es la conformación del anillo que permite esta reacción? Fundamente adecuadamente. 8.- En soluciones acuosas de ácido diluidas el compuesto A es convertido el mevalonolactona. Escriba un mecanismo mecanismo detallado de esta conv conversión. ersión. O O

H3O+

O COOH

O

O

+

H

OH

A

9.- Al tratar 2,4-pentadiona con KCN y AcOH, seguido de hidrólisis, se obtienen dos productos A y B, ambos ácidos dicarboxílicos de fórmula C 7H12O6. A funde a 98º C. Al ser calentado, B da primero un ácido lactónico (C7H10O5 , p.f. 90º C) y, finalmente, finalmente, una dilactona (C 7H8O4 , p.f. 105º C) a) ¿Qué estructura debe tener B para formar fácilmente tanto una mono como una dilactona? b) ¿Cuál es la estructura de A? 10.- La reacción de saponificación del éster A (ópticamente activo), con la marca isotópica en el oxígeno señalado, proporciona acetato sódico y un alcohol B (C9H12O).

77



O

NaOH

acetato sódico

H2O

18

O A

+

B (C9H12O)

¿Será el alcohol B ópticamente activo? ¿Cuál de los dos productos de la reacción contendrá la marca isotópica? 11.- a) La reacción del metanol que contiene 18O con cloruro de p-toluensulfonilo -toluensulfonilo proporciona propo rciona un compuesto A, que reacciona con NaOH para dar MeOH, que no contiene marca isotópica, y un producto B. O S Cl O

CH318O H

NaOH

A

py

CH3OH

+ B

b) Por otro lado, cuando el metanol marcado isotópicamente reacciona con cloruro c loruro de acetilo en piridina se obtiene un compuesto C. La reacción de C con NaOH proporciona un compuesto D y metanol marcado isotópicamente. O

CH318OH Cl

NaOH

C

CH318OH

+ D

Proponga una explicación para los anteriores hechos experimentales y deduzca las estructuras de A, B, C y D. 12.- Un compuesto A (C 6H10O2), ópticamente activo (configuración (configuración R en el estereocentro), reacciona con un equivalente de NaOH para formar un compuesto B, que se transforma en A al acidificar la disolución. La reducción de A con LiAlH4 proporciona el compuesto C (C6H14O2), que no tiene actividad óptica. La reacción del compuesto C con Ac2O en piridina conduce a un diacetato d iacetato D. Por último, la oxidación de C con CrO3 en H2SO4 permite la obtención del ácido 3-metilpentanodioico. 3-metilpentanodioico.

B

NaOH H3O+

i) LiAlH4 / THF

A ii) i-PrOH/ H O 2

C 6H 10O2

Ac2O

C

py

C 6H 14O2

D

CrO3, H2SO4 O

HO

O OH

Con estos datos deduzca las estructuras de A, B, C y D. 13.- Los triglicéridos se sintetizan a partir del glicerol 3-fosfato y del acilCoA por una serie de pasos que comienza con el siguiente paso. Escriba el mecanismo de la reacción.


78


O O

CH2OH OH -2 CH2OPO3

+

R

S

CoA

CH2O R OH -2 CH2OPO3

glicerol-3-fosfato glicerol-3-fosfato aciltransferasa aciltransferasa

CoASH

+

glicerol-3-fosfato

14.- La N,N -dietil-dietil-m-toluamida (DEET) es el ingrediente activo de muchos repelentes para insectos. Proponga una ruta sintética de este compuesto a partir de m-bromotolueno. CH 3

CH 3

N

Br O

15.-

-lactamasas que las -lactámicos -lactámicos denominados suicidas, como el sulbactam lactamasas permitiendo que las penicilinas lleguen a la pared celular de las bacterias y ejerzan su acción bactericida. bactericida. Explique mediante mediante mecanismos mecanismos la acción del sulbact sulbact -lactamasas. -lactamasas. O

O S Enz

OH

N O COOH

16.- La reacción del ( R)-2-metilheptanodiato de etilo con un exceso de EtONa en EtOH a reflujo proporciona, proporciona, después de acidificar la mezcla de reacci r eacción, ón, el cetoéster A. El cetoéster B no se forma en este proceso. O EtO

O

O OEt

i) EtONa / EtOH

O

O

O

OEt +

OEt

i) H3O+ A

B

Proponga una explicación mecanística. 17.- Deduzca las estructuras de los compuestos A, B, C y D.

79



O

a)

O

EtO

i) EtONa / EtOH

OEt

ii) Br

O

b)

2

OEt

EtO

A

Br

EtONa / EtOH

HCl, H2O

C

HCl, H2O

B

D

O

18.- La ionización del malonato de dietilo con EtONa en EtOH seguida de reacción con el bromocompuesto A proporciona B (C16H22O4), que por saponificación con NaOH acuosa, acidificación y calentamiento a reflujo conduce al ácido C (C10H12O2). La reacción de C con SOCl2 proporciona un cloruro de ácido D (C10H11ClO) que alreaccionar con AlCl 3 forma el compuesto bicíclico E. O EtO

O

i) EtONa, EtOH OEt

ii) PhCH2CH2Br

B C16H22O4

i) NaOH ii) HCl,

C C10H12O2

SOCl2

D C10H11ClO AlCl3 O

E Deduzca las estructuras de los compuestos B, C y D y explique mecanísticamente todas las reacciones implicadas en la anterior secuencia sintética. 19.- La reacción del ácido propiónico (CH 3CH2COOH) con etanol a reflujo en presencia de cantidades catalíticas de H 2SO4 proporciona una compuesto A (C5H10O2). Cuando A se trata con NaOEt en EtOH se obtiene, después de acidificar la mezcla de reacción, un compuesto B (C8H14O3). La reacción de B con un equivalente de NaOEt en EtOH, seguida de adición de bromuro de alilo (CH 2=CHCHBr) a la mezcla de reacción lleva a la obtención de C (C11H18O3), cuya saponificación con NaOH acuosa, seguida de acidificación acidificación y calentamiento proporciona proporciona D (C 8H14O). La reacción de E con NH2OH genera una mezcla de dos oximas isoméricas. Con estos datos deduzca las estructuras de A, B, C y D y explique todas las reacciones que tienen lugar. 20.- Cuando el diéster A se trata con epóxido de sodio en etanol se obtiene, después de la acidificación de la mezcla de reacción, un compuesto B (C10H16O3), que mediante mediante saponificación con NaOH acuosa, seguida de acidificación acidificación y calentamiento proporciona proporciona C (C7H12O). La reacción de C con ácido m-cloroperoxibenzoico proporciona D (C7H12O2), que por reducción con LiAlH 4 en THF conduce el 2,3-dimetil-1,5-pentanodi 2,3- dimetil-1,5-pentanodiol. ol.


80

Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015 O OEt

EtO O

A

i) EtONa, EtOH ii) H3O+

B + C C10H16O3

i) NaOH ii) HCl,

D

MCPBA / CH 2Cl2

E C7H12O2

C7H12O

i) LiAlH4 / éter ii) i-PrOH/ H2O

HO

OH

Con estos datos deduzca las estructuras de B, C y D y explique todas las reacciones que tienen lugar. ¿Será el 2,3-dimetil-1,5-pentanodiol obtenido en el proceso ópticamente activo, o se formará como racemato? 21.- Proponga una ruta sintética para los siguientes compuestos: a) ciclopentilacetato de 3-butenoilo a partir de bromuro de ciclopentilo, oxirano y bromuro de vinilo. b) N -fenilpivaloilamida a partir de t -butanol y anilina. c) 3,3-dimetil-5-pentanolida a partir de bromuro de metilo y 2,5-hexanodiona. d) ácido hexanoico a partir de metanol y oxirano. e) ácido oleico (ácido cis-9-octadecenoico) a partir de oxirano, bromuro de alilo y bromuro de metilo.

*NOTA: en algunas reacciones se obtiene la mezcla de estereoisómeros. Use aquel que permita obtener el producto con la estereoquímica pedida. 22.- La mezcla de isómeros del ácido 3-metil-2-hexenoico ha sido identificado como el causante del olor del sudor humano. Sintetice este compuesto a partir de reactantes con menos de 3 carbonos.

.

81



RESPUESTAS DE EJERCICIOS SELECCIONADOS 4.CH2OH

CN

CH3

KMnO4 / H2SO4 o K2Cr 2O7 / H2SO4

KMnO4 / H2SO4 /

H3O+ o

COOH

i) Mg / éter ii) CO2 iii) H3O+

i) Zn(Hg) / HCl ii) KMnO4 / H2SO4 /

COCH3

i) NaOH ii) H3O+

Br

7.- c) COOH

COOEt

COOEt

COCl

EtOH

SOCl 2

O

OH O

O

OH

O

B

A

O

TsOH

C i) CH3MgBr ii) H3O+

O

O

OEt

HO

OEt

EtOH

+

E CH3MgBr H

H éter

MgBr

O

D

F MgBr

A

TsOH

i) CO2 ii) H3O+

HOOC

COOH

PBr 3

f)

ClOC

B

COCl C

NH2

H

O

O

N

N

H

D


82


MeO

O

OH

i) CH3MgBr

O

MCPBA

OH

OH

O

ii) H3

CH2Cl2

OH

PCC

CH3OH

CH2Cl2

O+

D +

TsOH

C

B

A

O

O

MeO

E

g) 9.O

O

COOH

HO

HOOC

KCN

HO

OH

+

+ OH

AcOH

COOH

OH

OH COOH

COOH

COOH

A

B

mezcla enantiomérica tienen igual p.f., no se separan p.f. = 98º C O

O O

O

O

HO

HOOC

O

O

+

O

OH

O COOH

O

O

O dilactona de p.f. = 105º C

ambos dan el mismo ácido lactónico de p.f. = 90º C

12.O

O OH OH

NaOH

O

Ac2O

i) LiAlH4 / THF

HO

ii) i-PrOH/ H2O

H3O+

B

OH

O

O

O

py

O

D

C

A

CrO3, H2SO4 O

O

HO

OH

17.O

a) EtO

O

O

O

i) EtONa / EtOH OEt

ii) Br

Br

EtO

OEt

OH

A

83

O

HCl, H2O

B


Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015 O O

b)

2

OEt

EtO

O

O OEt

EtONa / EtOH

HCl, H2O

EtO

O

O

O

O

C 20.O

O

EtO

i)EtONa, EtOH EtO

O

EtO

+

i) NaOH

EtO

ii) H3O+

ii) HCl, O

O

O

A

O

D

C

B

MCPBA / CH 2Cl2

HO HO

i) LiAlH4 / éter ii) i-PrOH/ H 2O

O O

E


84


GUÍA Nº 6 UNIDAD 3: COMPUESTOS CARBONÍLICOS Objetivos específicos de la Unidad 3 1. Determinar la formación de carbaniones de aldehidos, cetonas, ésteres y nitrocompuestos. 2. Determinar el mecanismo de reacción de carbaniones de aldehidos, cetonas, ésteres y nitrocompuestos. 3. Proponer síntesis de compuestos a partir de carbaniones de aldehidos, cetonas, ésteres y nitrocompuestos.

85



EJERCICIOS DESARROLLADOS 1.- Los compuestos 1,3-dicarbonílicos existen en forma enólica en concentraciones apreciables. Indique la forma enólica de la 2,4-pentanodiona e indique los factores que la estabilizan. Respuesta: H

O

O

O

O

O

H

O

La forma enólica de la 2,4-pentanodiona, también llamada acetilacetona, se estabiliza al formarse un puente de hidrógeno intramolecular entre el grupo OH y el O del carbonilo. Además, se forma un sistema de dobles enlaces conjugados aumentando la estabilidad por resonancia. En el equilibrio la forma enólica se encuentra en un 85%. 2.- El sabor picante del ají cacho de cabra ( Capsicum annuum) es debido a un alcaloide llamado capsaicina, que estimula los receptores de calor y dolor de la epidermis provocando así una irrigación sanguínea más intensa. La capsaicina se sintetizó en 1955. Determine la estructura de este alcaloide de acuerdo al siguiente esquema de síntesis. O

O i) EtO

OEt

-

Na+

PBr 3

A

OH

B

C8H15Br

ii) KOH, H2O,

C

C11H18O4

C10H18O2

iii) H3O+ SOCl2

MeO NH2 HO

D

capsaicina

C10H17ClO

C18H27NO3

Respuesta O i) EtO

OEt + Na

PBr 3 Br

OH A MeO O

HO N

NH2

ii) KOH, H2O, iii) H3O+

O OH O

B

O

H D

OH

O Cl

OMe

O

SOCl2

OH C

capsaicina OH

3.- Complete el siguiente esquema de síntesis:


86


O

O

Na+

-

OEt

O

OEt

A + B ( C12H 20O5)

isómeros ópticos

B isómero S

EtONa

i) NaOH

C + D

EtOH

( C10H 14O4)

ii) H3

isómeros ópticos

i) NaOH

E

O+

( C7H 10O2)

iii)

F + G

O

( C11H 16O3)

ii)

diasterómeros

iii) H3O+

EtONa / EtOH (- H2O)

H + I + J ( C11H 14O2)

Respuesta O

O

Na+ O

-

O

O

O

O

OEt

O

O

OEt

EtONa

+ EtO

EtO O

EtO

O

EtOH

O

EtO

O

O O

OEt

C

B

A

+

OEt

D

isómero S

i) NaOH ii) H3O+ iii)

O

O

i) NaOH O

O

O

ii)

O

+ iii) H3O+

O

O

G

F

O

E

EtONa/EtOH (-H2O)

O

O

O

+

+ O

H

87

O

I

O

J



EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Escriba la estructura del enolato de los siguientes compuestos carbonílicos. Dibuje las estructuras resonantes que explican la estabilidad del ión enolato. a) 2-metil-1,3-ciclopentanodiona b) 2-oxociclohexanocarbaldehido c) 2-etilmalonato de dietilo d) 2-nitrobutirato de etilo e) 2-acetilbutanonitrilo 2.- Dibuje la estructura de los enoles de los siguientes compuestos carbonílicos e indique la o las razones por las cuales son más estables que sus respectivos precursores. a) 2,4-heptanodiona b) 2,4-ciclohexadienona c) 1-fenil-1,3-butanodiona 3.- El ácido terreico es un antibiótico natural aislado de Aspergillus terreus. Su estructura real es el isómero enólico de la estructura mostrada. Escriba las dos posibles estructuras enólicas del este ácido e indique cuál de ellas es la más estable. O O O O

4.- En el siguiente esquema se muestran los valores de p K a para los átomos de hidrógeno señalado. Dé una explicación razonable para estos valores.

O

O H pKa

H

H

MeO 25

H

H 19

O

O H

MeO

H

H

O

O

H

H

11

9

20 5.- Al tratar la (2 R, 4S )-2,4D = -48º con NaOH diluido y posterior acidificación se obtiene una mezcla de compuestos carbonílicos Explique mediante mecanismos este hecho experimental.

6.- Complete los siguientes esquemas de síntesis.


88


a) O N

EtONa

O

OEt

i) NaOH

A + B

C 8H14O3 isómeros ópticos

OEt

H3O+

ii) iii)

H

C

C6H 10O TsOH

Br

i)

D

E + F

ii) H3O+

C10H 17N

C 9H16O isómeros ópticos

MCPBA / CH2Cl2

G + H C9H 16O2 isómeros ópticos

b) Li

O

OEt

EtONa

O O

A + B

ii) H3O+

C12H12O 3 iii) isómeros ópticos

OEt

i)

Ph3P

i) NaOH

OEt

D

C

C13H14O2

C9H8O

ii) H3O+

E C23H20O

c) O

EtONa

OEt

A

C 6H 10O3 ii) Br

i) EtONa

Br

B + C

EtONa

C 12H 21BrO3

D

i) NaOH

C 12H 20O3

iii)

isómeros ópticos

Ph3P

G + H

H3O+

C 10H 18O

isómeros ópticos

d)

89

E

C 9H 16O

ii) H3O+


O

F C 11H 20O

Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015 O i) EtONa

OEt EtO

A

Br

ii) Br

O

EtONa

i) NaOH

B

ii) H3O+ C11H18O 4 iii)

C11H19BrO4

i) LiAlH4 / éter

C

D

ii) H3O+

C6H10O 2

C6H 12O

PCC / CH2Cl2

E

F + G C15H18

C6H10O

Ph3P


e) O Na+ -

O

O

OEt OEt

EtON

A

i) NaOH

B + C

C 13H 22O 5

C 11H 16O 4 isómeros ópticos

ii) H3O+ iii)

ii) EtONa

D

Br

C8H 12O 2 ii) Br

E

C 12H 19BrO2 EtONa

Zn (Hg)

G

C 12H22

F

HC C12H18O 2

f) O i) EtONa O

EtONa

A

B

i)

(

i) NaBH4 / éter

isómero S

ii) H3

O+

C11H18O

isómeros ópticos

ii)

D

C + D

ii) H3O+

C7H10O

C7H12O2

)2

CuLi

PCl3

E + F

i) Mg / éter

G + H

C11H20O

C11H19Cl

isómeros ópticos

isómeros ópticos

ii) CO2 iii) H3O+

I + J C12H22O2 isómeros ópticos

g) O

Na+ -

EtOOC

COOEt

O

OEt OEt

i) NaOH

A + B

C 15H 22O8 isómeros geométricos

ii) H3O+ iii)

C + D C 6H 6O6


ác. aconítico h)


90


O

Na+

Br

-

OEt

O

i) NaOH

A

B

+ C11H20O4 ii) H3O C H O 6 12 2 iii)

OEt

NH3

i) Br 2 / PBr 3

E + F

C + D

ii) H3O+

C6H13NO2

C6H11Br

isómeros ópticos

isómeros ópticos

(±) leucina

i) O

H

O

O Br

i)

Zn OEt

éter

B + C

A

ii) H3O+ iii)

C4H7ZnBrO2

C11H12O2

D + E

EtONa


EtONa

F C12H12O2

C14H18O3 isómeros ópticos i) EtONa

Br

ii) Br

NH2NH2 / NaOH

J C17H24

EtONa

I

C17H20O2

G + H C17H21BrO2 isómeros ópticos

j) O

O

O

H

O i)

N

H TsOH

A C 9H 15NO

ii) H3O+

O

-

B

OEt Na+

C + D + E + F + G + H + I + J

C 12H12O

C 18H22O4

iii)

isómeros ópticos i) NaOH ii) H3O+ iii)

Ñ + O + P + Q C 15H16O

isómeros ópticos

i) EtONa

ii)

K + L + M + N C 15H 18O2

isómeros ópticos

k)

91



O

O N

OEt

i)

H

A

TsOH

C9H15N

OHOH

B + C

ii) H3O+

TsOH

C10H16O3 isómeros ópticos

D + E C12H20O4 isómeros ópticos i) CH3 MgBr / éter

ii) H3O+ MeOH

H + I + J + K

F + G

TsOH



l) O

O i) EtONa

O

ii) CH 3 I

OEt

A + B

i)

i) EtONa

ii) CH 3 I


C C8H14O3

OEt ZnBr

ii) H3O+

PCl5

D + E


F + G

C12H21ClO 4

isómeros ópticos KCN

H3O+

J + K

C9H14O 6 isómeros ópticos

H + I

C13H21NO4 (-EtOH) isómeros ópticos

ác. canforónico

m) O

O

Na+ -

OEt

EtO

O

OEt OEt

A + B + C + D

O

C15 H24O8

fumarato de dietilo

isómeros ópticos


E + F C6H8O6 isómeros ópticos

n) O O EtONa

+

O

tetraciclona C29H20O

p) Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Químicas

92


O

MCPBA

A

CH2Cl2

i) EtONa

C4H6O2 ii)

O

H2 / Ni

B

C7H10O2

i) LiAlH4 / THF

C + D

E + F


ii) i -PrOH - H2O


PCl5 H3O+

K + L

KCN

I + J

G + H C7H14 Cl2

C9H14N2 isómeros ópticos


isómeros ópticos

q)

CuLi

i)

O

i) BrMg

OEt

ii) H2O

A

H2 / Pd / CaCO CaCO3

C7H12O2

H3O+

B C7H14O2

C

ii) H3O+

C 5H 8O

D C12H16O

r) O

Br 2 AcOH

93

A + B C5H7BrO isómeros ópticos

i) NaOH

SOCl 2

C

ii) H3O+ C5H8O2

py

D

i) Pr 2Cd

C5H7ClO ii) H3O+

MCPBA

E

F

C8H14O CH 2Cl2 C8H14O2



RESPUESTAS RESPUESTAS DE EJERCICIOS SELECCIONADOS 3.O

O

O O

OH

O

O

O

O OH I

O II

O

más estable

El enol II es más estable puesto que puede formar un puente de hidrógeno con el oxígeno carbonílico y se 4.- El grupo ceto es un grupo más atractor de electrones que el grupo éster. El efecto atractor de electrones del carbonilo en el grupo éster se ve compensado con el efecto dador de electrones del metoxi a diferencia del grupo met ilo de la acetona. Por ello, el Hacetato de metilo. Al agregar agregar un grupo carbonilo carbonilo la acidez aumenta debido debido al doble efecto aceptor aceptor de electrones del carbonilo. De allí que el H-pentanodiona sean más ácidos que sus pares monocarbonílicos. monocarbonílicos. La diferencia entre la acidez de estos últimos se debe a la mayor mayor fuerza como atractor de electrones del grupo ceto por sobre el grupo éster. 5.O

H+

H 3C

-

O H3C

O

CH 3

OH-

H

H 3C

+

CH 3

CH 3 O CH 3

H3C

en este carbanión hay una mayor superposición del orbital s p 3 del C- con el sistema del carbonilo

H+

O CH 3

H3C más estable


94


6.- c) O

O

O

EtONa

OEt

OEt

O

i) EtONa

A O

O

OEt

+

OEt

Br

ii) Br

O

O

C

B H

Br

Br EtONa

O

G

O

+

Ph3P

H3O+

O

O

O

i) NaOH

OEt ii) H3O+ iii)

O

F

H

E

D

H

g) O

Na+ -

EtOOC

COOEt

O

OEt

EtOOC

COOEt O

COOEt O

OEt

EtOOC

+

OEt

OEt O

O

OEt

OEt

B

A


HOOC

COOH O

COOH O +

HOOC OH

OH

C

ác. aconítico

j)

95


D

Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015 O O

O

O O

H

N

O

N

O

O

i)

-

H

ii) H3O+ iii)

TsOH

A

O

O OEt

*

*

B

OEt

*

Na+

los 8 estereoisómeros ópticos i) NaOH ii) H3O+ iii) O

O

O

O

O

O i) EtONa

+

+

+

*

*

ii)

los 4 estereoisómeros ópticos

Ñ + O + P + Q

l) HO O

O

O

i) EtONa O

O

i)

ii) CH3 I O

OEt

O

i) EtONa

+

ii) CH3 I

OEt

O

O

OEt

B

A

OEt

OEt

D

O

OEt

OEt

ZnBr

ii) H3

O

+

O+ O

HO

C

OEt

E O

OEt

PCl5

ác. canforónico HOOC

OH

O

O

OH

NC OH

+

J

q)

O

HOOC

O

H3O+

OH

K

O

OEt

O

ii) H2O

OEt

Cl OEt

+ O

OEt

O

KCN

OEt

O

+

OEt

O

OEt

F

OEt

G

H2 / Pd / CaCO3

HO

O

Cl OEt

I

H

i) BrMg

O

NC

O

HO

OEt

OEt

B

A

H3O+ i)

CuLi

O

O H

D

ii) H3O+


C

H

96


GUÍA Nº 7 UNIDAD 4: CARBOHIDRATOS Objetivos específicos de la Unidad 1. Nombrar y clasificar monosacáridos de origen natural. 2. Estudiar el mecanismo de formación y de hidrólisis de monosacáridos en su forma hemiacetálica. 3. Estudiar el mecanismo de mutarrotación, isomerización y epimerización de monosacáridos. 4. Estudiar el mecanismo de formación y de hidrólisis de glicósidos y oligosacáridos. 5. Estudiar las reacciones químicas de monosacáridos y oligosacáridos. 6. Estudiar los métodos de síntesis de monosacáridos. 7. Nombrar y clasificar oligosacáridos de origen natural. 8. Dilucidar la estructura de monosacáridos y oligosacáridos mediante análisis químico y enzimático.

97



EJERCICIOS DESARROLLADOS 1.- Para la Glucosa p roponga una estructura en sus formas α y β hemiacetálicas cíclicas de seis miembros usando la representación de Haworth. CHO H OH HO H H

H OH OH CH2OH

D-glucosa

Respuesta: C anomérico 6

H rotación

H

1 2

O

6

C

H

H C OH

H

3

HO C H 4

H C OH 5

H C OH 6

4

CH2OH

4

C

C

6

5

H

CH2OH

OH

H

OH OH C3 H

C2

C H 1 O

OH

4

5

C OH

3

H

C OH

CH2OH C H OH C

5

OH H C2

CH2OH

OH

O

C H OH C

H C

1

C 2H

3

H

OH

-D-(+)-glucopiranosa C H 1 O

+ 6

OH

H

D-(+)-glucosa

4

5

C OH

CH2OH C H OH C

O

3

H

H

H C

1

C 2 OH OH

-D-(+)-glucopiranosa

2.- Proponga un mecanismo detallado para la siguiente reacción de la D-ribosa en medio alcalino. H

O

H H H

OH OH OH CH2OH

D -ribosa

NaOH H2O

CH2OH O H OH H OH CH2OH D-ribulosa


98


Respuesta. Las aldosas en medio alcalino experimentan una epimerización del C-  y la transformación en 2-cetosas. Las cetosas experimentan la transformación en aldosas epiméricas en el C- . La reacción es a través de un mecanismo de tautomerismo ceto-enólico catalizado por base.

H H H H

.. O C .... C OH ¨ C OH C OH CH2OH

NaOH H2O

.. H O.. C .. - C OH ¨ H C OH H C OH CH2OH

D-ribosa H .. HO ¨ H H

.. O ..

.. O: H C .. .. C OH ¨ H C OH H C OH CH2OH

H2O NaOH

+

C NaOH C H C OH H2O C OH CH2OH

H .. HO ¨ H H

.. O C .. CC OH C OH CH2OH

enodiol .. OH H C ..

¨ C OH ¨ H C OH H C OH CH2OH NaOH

H2O

.. OH C .. ¨ -: C O ¨ H C OH H C OH CH2OH H

D-arabinosa

.. H - OH C .. ¨ C O ¨ H C OH H C OH CH2OH NaOH

H2O

H

ribulosa

99

.. H C OH ¨ C O: ¨ H C OH H C OH CH2OH



3.- Complete las siguientes reacciones para la D-lixosa. HC N NHPh N NHPh COOH HO

H

HO

H

H

OH

HO

H

H

OH

CH2OH

CH2OH

HO

H

H

COOH

H

N

CHO

O

NH2

H

+

OH

HO

OH

H

H

OH

CH2OH

CH2OH

HNO3

NaOH

H H

O H OMe

CH3I exceso / Ag2O

OMe H

OMe H

CH2OH

CHO

OH

HO

H

HO

H

H

H

HO NaBH4 / CH3OH / H 2O

H

HO

H

H

OH

OH CH2OH

CH2OH Br 2 / H2O CH3OH / HCl(g) i) HCN ii) H3O+ iii) H2 /BaSO4 ó Na (Hg)

COOH HO

H

HO

H

H

OH

HO

CH2OH

HO H

OH H H OH CH2OH

+

HO

H

HO

H

HO H

O OMe

H

CHO

CHO H

H H OH

OH

H

H

OH

H

H

OH CH2OH

4.- La -chaconina es un glicoalcaloide tóxico y amargo que se encuentra en los brotes de la papa ( Solanum tuberosum) Tiene propiedades antifúngicas e insecticidas que utiliza la planta como defensa. Está formada por la solanidina (aglicona) y por chacotriosa (C 18H33O14). Determine la estructura y el nombre de la chacotriosa de acuerdo a las siguientes evidencias experimentales: i.- Da positivo el test de Tollens. ii.- La hidrólisis ácida de la chacotriosa produce D-glucosa y L-ramnosa. iii.- El tratamiento con -glicosidasa produce D-glucosa y L-ramnosa. iv.- La metilación exhaustiva con yoduro de metilo en presencia de óxido de plata y posterior hidrólisis ácida produce 3,6-di-O-metil-D-glucosa y 2,3,4-tri-O-metil-L-ramnosa. CH2OH

OH

O OH

OH

O CH3

OH

OH OH D-glucosa

OH OH L-ramnosa 6-deoxi-L-manosa


100


Respuesta: i.- Da positivo el test de Tollens : esto indica que es un azúcar reductor, es decir, posee un OH anomérico libre. ii.- La hidrólisis ácida de la chacotriosa produce D-glucosa y L-ramnosa : ambas son hexosas, es decir, monosacáridos de 6 C. La fórmula molecular es C18H33O14 lo que indica que es un trisacárido (18 C : 6 = 3). Esto también se puede determinar por el nombre (chaco triosa) Por lo tanto, el trisacárido puede estar formado por dos glucosas y una ramnosa o dos ramnosas y una glucosa. Para esto contamos los O considerando que la glucosa tiene 6 y la ramnosa sólo 5. Si hay dos glucosas y una ramnosa el total es 17 átomos de O pero hay que descontar dos puesto que comparten 2 átomos de O (enlace glicosídico); o sea, 15 átomos de O. Si son dos ramnosas y una glucosa da en total 16 átomos de O menos dos de los enlaces glicosídicos; o sea, 14 átomos de O. Comparando con la fórmula molecular (C 18H33O14) el trisacárido consta de dos ramnosas y una glucosa. También se puede determinar por la metilación exhaustiva ya que la glucosa tiene dos de los cuatro OH libres de la cadena y la ramnosa todos los OH, lo cual indica que hay dos ramnosas unidas a una glucosa. iii.- El tratamiento con -glicosidasa produce D-glucosa y L-ramnosa : todos los enlaces glicosídicos son del tipo  por lo tanto, todos son anómeros  iv.- La metilación exhaustiva con yoduro de metilo en presencia de óxido de plata y posterior hidrólisis ácida produce 3,6-di-O-metil-D-glucosa y 2,3,4-tri-O-metil-L-ramnosa: las ramnosas se metilan en el O de C-2, C-3 y C-4. El OH de C-5 no se metila lo que indica que está formando el ciclo piranósico. Es decir, la única posibilidad de unión es a través del OH del C anomérico. Como ambas ramnosas tienen el mismo patrón de metilación, entonces, ambas están unidas a la glucosa por los OH del C anomérico. Y corresponden a los anómeros . Que la chacotriosa sea reductora nos indica que la glucosa es el monosacárido con el OH anomérico libre. La glucosa de metila en los O de C-3 y C-6. Esto indica que las ramnosas están unidas a la glucosa en los O de C-2 y C-4 puesto que no se metilan, es decir, no están disponibles para la metilación. El O de C-5 está formando el anillo piranósico. CH2OMe

OMe

O OMe

OH

O

OH

CH3

OH OH 3,6-di-O-metil-D-glucosa

OMe OMe 2,3,4-tri-O-metil- -L-ramnopiranosa

Por lo tanto la estructura y el nombre de la chacotriosa son:

101



CH2OH O OH OH

O CH3 OH

OH

O O

OH

OH OH

OH

O CH3

2,4-di-O- -L-ramnopiranosil-D-glucosa o 2,4-di-O- -L-ramnopiranosil-D-glucopiranosa.


102


EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Defina o explique los siguientes conceptos: a.- monosacárido b.- disacárido c.- oligosacárido d.- polisacárido

e.- aldosa f.- cetosa g.- mutarrotación h.- epímeros

i.- anómeros j.- azúcar reductor k.- piranosa l.- furanosa

2.- Clasifique cada proyección de Fischer de los siguientes carbohidratos según la función carbonílica (aldosa o cetosa), según la Serie o Familia (D o L) y según el número de átomos de carbono: CHO HO H HO H H

H OH OH CH2OH 1

CHO H OH HO H HO

H OH H CH2OH 2

CH2OH O HO H CH2OH

CHO H OH HO H H OH CH2OH

CH2OH O H OH HO H CH2OH

3

4

5

H HO HO HO

CH2OH O OH H H H CH2OH 6

3.- Dibuje la estructura en proyección de Fischer para los siguientes carbohidratos: a.- Enantiómero de la D- b.- Enantiómero de la L- c.- Epímero en el d.- Epímero en el ribosa fructosa carbono 2 de la D-xilosa carbono 4 de la dgalactosa

103



4.- Dibuje los siguientes monosacáridos como una proyección de Fischer, y escriba el nombre IUPAC de cada uno asignando la configuración absoluta.

HO

H

O

H

HO

OH HO

H

H

O

HO

H

OH

HO

H H

OH

H

OH

HO

H H

OH

OH

HO

H

O

5.- Asigne la configuración R, S a cada centro estereogénico en los siguientes monosacáridos e indique si son de la serie D o L: CHO H OH HO H H OH CH2OH

CHO HO H HO H CH2OH 1

CH2OH O HO H

2

H OH CH2OH 3

6.- La (+)-arabinosa, una aldopentosa que está ampliamente distribuida en las plantas, se nombra sistemáticamente como (2 R,3S ,4S )-2,3,4,5-tetrahidroxipentanal. Dibuje la proyección de Fischer de la (+)arabinosa, e identifíquela como un azúcar D o un azúcar L. 7.- Dibuje la estructura de la α y β-D-fructofuranosa. CH2OH O HO

H

H

OH

H

OH CH2OH

8.- Dibuje en proyección de Haworth y de Fischer los siguientes azúcares de la serie D y determine si se trata de un anómero α o β:

O

O

O

O

O

O O

O

O

O

O O

O

O

O

1

2

O


O

3

104


9.- Para la galactosa, CHO H OH HO HO H

H H OH CH2OH

a.- Dibuje la estructura de la β-D-galactopiranosa usando la proyección de Haworth. Cuide la estereoquímica de cada centro asimétrico. b.- Dibuje la conformación tipo silla más estable para la β-D-galactopiranosa. c.- Dibuje la β-D-galactofuranosa en la proyección de Haworth. 10.- Dibuje la -D-ribofuranosa, la -D-tagatofuranosa, la -L-altrofuranosa y la -L-ribopiranosa en la proyección de Haworth. 11.- Dibuje la β-D-manopiranosa y la β-L-galactopiranosa en su conformación tipo silla más estable, indicando como axiales o ecuatoriales cada sustituyente en el anillo. 12.- Escriba el mecanismo detallado de formación de α-D-arabinofuranosa y la -D-arabinopiranosa en medio ácido. CHO HO H H OH H OH CH2OH

O O

+ H+

O

O

O

+ O

- H+

O

O

O O

13.- Proponga un mecanismo detallado para la formación del α-D-arabinofuranósido de isopropilo. O

O

O O

O

14.- Proponga un mecanismo detallado de la hidrólisis ácida de la sacarosa. OH O HO

HO OH O

HO O

OH OH

H+ H2O

CH2OH

105



15.- Las configuraciones de los estereoisómeros del ácido tartárico se determinaron a partir de las siguientes síntesis: i.- D-(+)-gliceraldehido más HCN proporciona dos isómeros ( A y B). ii.- La hidrólisis de A y de B por separado utilizando hidróxido de bario acuoso da lugar a C y D, respectivamente. iii.- La oxidación de C y D con ácido nítrico da lugar a ácido (-)-tartárico y a ácido meso-tartárico, respectivamente. Sabiendo la configuración absoluta del D-(+)-gliceraldehido utilice proyecciones de Fischer para representar las configuraciones absolutas de A, B, C y D. Represente las configuraciones absolutas de los tres estereoisómeros del ácido (+)-tartárico, ácido (-)-tartárico y ácido meso-tartárico. 16.- En la via de las pentosafosfato la enzima ribulosa-5-fosfato-3-epimerasa transforma la D-ribulosa-5fosfato en D-xilulosa-5-fosfato a través de un reordenamiento enodiol.. Proponga un mecanismo para este reordenamiento. CH2OH O ribulosa-5-fosfato-3-epimerasa H OH H OH CH2OPO3 D-ribulosa-5-fosfato

CH2OH O HO H H OH CH2OPO3 D-xilulosa-5-fosfato

17.- Cuando una D-aldohexosa X se oxida con ácido nítrico da un ácido aldárico ópticamente inactivo. Cuando la D-aldohexosa X se somete a una degradación de Ruff produce una aldopentosa Y que por oxidación da un ácido ópticamente activo. Determine la identidad de X e Y. 18.- Indique los productos que se obtienen cuando la D-galactosa reacciona con cada uno de los siguientes reactivos. a.- con Br 2 en agua. b.- NaOH en agua. c.- metanol en medio HCl gaseoso. d.- hidróxido de plata amoniacal ( Ag(NH3)2+OH-). e.- NaBH4 y posterior hidrólisis. f.- sulfato de dimetilo en medio básico. g.- con Br 2 en agua y posterior oxidación con peróxido de hidrógeno en presencia de sulfato férrico. h.- ácido cianhídrico, luego hidrólisis y posterior reducción con amalgama de sodio. i.- exceso de ácido peryódico. j.- fenilhidracina en medio básico. 19.- Escriba ecuaciones para indicar cómo podría convertir la D-(+)-glucosa en: a.- -D-glucopiranósido de metilo. b.- 2,3,4,6-tetra-O-metil- -D-glucopiranósido de metilo. c.- 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-glucopiranosa. d.- D-manosa. e.- D-arabinosa. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Químicas

106


f.- ácido meso-tartárico. g.- hexa-O-acetil-D-glucitol. h.- D-fructosa. i.- D-heptulosa. CHO CHO H

HO

OH

HO

H

H

H

OH

HO

H

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

CH2OH

CH2OH

D-glucosa

D-heptulosa

20.- La (+)-gulosa fue sintetizada por Fischer de acuerdo a la siguiente secuencia: HNO3

D-(+)-glucos

A B

Na(Hg)

ácido D-(+)-glucárico

C ácido aldónico

Na(Hg)

E ácido aldónico

-H2O -H2O

-H2O

lactona D lactona F

lactonasA y B Na(Hg) Na(Hg)

D-(+)-glucos (+)-gulosa

Dé las estructuras de A a F. ¿Cuál es la configuración de la (+)-gulosa? ¿Es un miembro de la serie D o L? ¿Por qué? 21.- Represente los siguientes disacáridos utilizando las proyecciones de Haworth y conformaciones tipo silla de piranosas. a.- 4-O-(-D-glucopiranosil)-D-galactopiranosa. b.- 6-O-(-D-galactopiranosil)-D-glucopiranosa. c.- -D-fructofuranosil- -D-manopiranósido. d.- 3-O-(-L-ribulofuranosil)-D-ribopiranosa. e.- -L-ramnopiranosil--L-ramnopiranósido. 22.- Escriba el nombre de los siguientes azúcares. a)

CH2OH H

OMe

O OH

H CH2OH

CH2OH O

O

H

OH

OH

H

H

b)

HOCH2 HO

O O OH

OH

OH O

HO HO

H

107


O


c)

CH2OH H

d)

CH2OH

O

H

OMe HO H

OH

O

H H

H H H

O

OMe

O

OH

OH

OMe H

OH

CH2OH H O

H

O

H

H

OH

HO H H

OMe

H H

OH

OH H

23.- Al alimentar un perro con borneol (ROH) se excreta via urinaria en forma de un compuesto P (C6H9O6OR) en donde R representa en grupo bornilo. El compuesto P no reduce la solución de Benedict. Reacciona con bicarbonato de sodio desprendiendo bastante gas. El tratamiento de P con ácido acuoso produce borneol (ROH) y ácido D-glucurónico, que con agua de bromo se oxida a ácido D-glucárico. ¿Cuál es la estructura de P? CO2

NaHCO3

H3O+

OH

+

OC6H 9O6

borneol

ácido glucurónico

Br 2 / H2O

OH

Benedict ( - ) HOOC

P HO

OH

O

HO OH

OH

ácido glucárico

24.- La salicina (C13H18O7) que se encuentra en el sauce ( Salix spp) es hidrolizada por la emulsina a Dglucosa y a saligenina (C 7H8O2). La salicina no reduce el reactivo de Tollens. La oxidación de la salicina con ácido nítrico da un compuesto que se puede hidrolizar a ácido D-glucurónico y ácido salicílico. La metilación de la salicina produce pentametilsalicina que por hidrólisis da 2,3,4,6-tetra- O-metil-D-glucosa. Dé la estructura de la salicina. 25.- El azúcar escaso D-(-)- micarosa se encuentra como parte de moléculas de varios antibióticos. Empleando la evidencia siguiente, deduzca la estructura y configuración de la micarosa. KMnO4 i) lactona de CH3CH(OH)CH=C(CH3)CH2COOH

hidroxilación

A

Na(Hg)

(±)-micarosa

C7H12O 4

ii) El tratamiento de la D-micarosa con metanol en medio ácido da el D-micarósido de metilo el que al tratarlo con sulfato de dimetilo y posterior hidrólisis ácida proporciona el 3,4-di- O-metil-D-micarosa. iii) El análisis de resonancia magnética nuclear de protones ( 1 H -RMN) indica que los hidrógenos de C4 y C5 del -micarósido de t -butilo se encuentran en posición axial.


108


26.- Represente las estructuras de los productos de la hidrólisis ácida de los siguientes azúcares: a.- 2,4,6-tri-O-metil--D-manipiranósido de etilo. b.- octa-O-metil-sacarosa. c.- ácido octa- O-metil-lactobiónico. d.- octa-O-metil-maltosa. 27.- La (+)- gentobiosa (C ( C12H22O11) se encuentra encuentra en las raíces de la genciana. genciana. Es un azúcar reductor, reductor, forma una ozasona, sufre mutarrotación y es hidrolizada por ácidos acuosos o por emulsina a D-glucosa. La metilación de la (+)-gentobiosa seguida de hidrólisis da la 2,3,4,6-tetra- O-metil-D-glucosa y la 2,3,4-tri-Ometil-D-glucosa.¿Cuál metil-D-glucosa.¿Cuál es la estructura y el nombre de la (+)-gentobiosa? 28.- La (+)-trehalosa (C 12H22O11) es un azúcar no reductor que se encuent encuentra ra en las setas. Sólo da D-glucosa al ser hidrolizada por maltasa. La metilación da un derivado octa-O-metílico que por hidrólisis ácida proporciona sólo sólo 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-glucosa. -metil-D-glucosa. ¿Cuál es la estructura y el nombre de la (+)-trehal (+)-tr ehalosa? osa? 29.- La (+)- rafinosa (C18H32O16) es un azúcar no reductor presente en la remolacha. La hidrólisis hidró lisis ácida da D-fructosa, D-galactosa D-galactosa y D-glucosa. La hidrólisis hidrólisis enzimática enzimática con -galactosidasa da D-galactosa D-galactosa y sacarosa, mientras que con invertasa (una enzima que hidroliza sacarosa) se obtiene D-fructosa D- fructosa y melibiosa, un disacárido. La metilación de la rafinosa seguida de hidrólisis da 1,3,4,6-tetra- O-metil-D-fructosa, 2,3,4,6tetra-O-metil-D-galactosa y 2,3,4-tri- O-metil-D-glucosa. ¿Cuáles son las estructuras de la rafinosa y la melibiosa? 30.- El constituyente principal de la cápsula que rodea al neumococo tipo III es un polisacárido de PM alrededor de 150000. La hidrólisis produce produ ce cantidades equimolares equimolares de D-glucosa y ácido D-glucurónico. D-glucurónico. La hidrólisis parcial da ácido celobiurónico, el ácido urónico relacionado con la celobiosa. La metilación, seguida de hidrólisis, da cantidades equimolares de 2,3,6-tri- O-metil-D-glucosa y ácido 2,3-di- O-metil-Dglucurónico. ¿Cuál ¿Cuál es la estructura probable de este polisacárido? 31.- Se tiene los siguientes resultados experimentales acerca de un oligosacárido. i- No reaccion r eaccionaa con el reactivo de Benedict. ii- Hidrólisis con maltasa produce fructosa, manosa y un disacárido que reacciona con Br 2 / H2O. iii- Hidrólisis con emulsina se obtiene galactosa y un trisacárido trisacárido que no mutarrota. iv- Metilación exhaustiva con MeI / Ag 2O y posterior hidrólisis conduce a 2,3,6-tri-O-metil-D-glucosa; 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-manosa; 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-manosa; 1,3,4-tri-O-metil-D-fructosa 1,3,4-t ri-O-metil-D-fructosa y 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-galactosa. 2,3,4,6 -tetra-O-metil-D-galactosa. Represente Represente la estructura del oligosacá o ligosacárido rido original o riginal.. 32.- Un oligosac o ligosacárido árido A presenta las siguientes características: i.- No mutarrota. ii.- Hidrólisis de A con maltasa origina galactosa y un oligosacárido B que al reaccionar con Br 2 / H2O y posterior hidrólisis hidrólisis rinde ácido glucónico glucónico y galactosa. galactosa. iii.- Hidrólisis de A con emulsina produce galactosa y un disacárido C que no reacciona con fenilhidracina. iv.- Metilación exhaustiva con MeI / Ag 2O y posterior hidrólisis se obtienen 2 moles de 2,3,4,6-tetra-Ometil-D-galactosa; un mol de 2,3,6-tri-O-metil-D-glucosa 2,3,6-tri-O-metil-D-g lucosa y un mol de 2,3,4-tri-O-metil-D-galactosa. 2,3,4 -tri-O-metil-D-galactosa. Represente Represente la estructura de A. 33.- La estaquiosa es un tetrasacárico que se encuentra en las semilla se soja o soya ( Glycine max), leguminosa leguminosa muy utilizada ut ilizada por su aporte proteico y lipídico. La soja es utilizada también como alimento para animales, en forma de harina de soja, área en la que compite internacionalmente con la harina de pescado.

109



i) La hidrólisis ácida de la estaquiosa produce D-galactosa, D-glucosa y D-fructosa en proporción 2 : 1 : 1. ii) La estaquiosa no reduce la disolución de Tollens y no proporciona una osazona con difenilhidrazina. iii) La hidrólisis por -glicosidasa proporciona D-galactosa y sacarosa. Mientras que la hidrólisis por sacarasa proporciona proporciona D-fructosa y un trisacárido. iv) La metilación exhaustiva de la estaquiosa con sulfato de dimetilo en medio básico y posterior hidrólisis ácida proporciona 2,3,4,6-tetra- O-metil-D-galactosa, 2,3,4-tri-O-metil-D-galactosa, 2,3,4-tri-O-metil-Dglucosa y 1,3,4,6-tetra- O-metil-D-fructosa. Con estos antecedentes indique la estructura de la estaquiosa. Escriba todas las reacciones antes mencionada con la estructura propuesta que dé cuenta de los hechos experimentales. 34.- El tetrasacárido sialil-Lewis (sLea) forma parte de glicoproteínas de membrana de células endoteliales que unen proteinas llamadas selectinas, involucradas en la unión de leucocitos a células endoteliales. Esta interacción favorece la diapedesis, proceso por el cual los leucocitos son capaces de atravesar fenestraciones de los capilares para dirigirse al sitio de infección.

i) La hidrólisis ácida de sLe a proporciona ácido siálico (ácido N -acetilneuramínico), -acetilneuramínico), D-galactosa, L-fucosa (6-deoxi-L-galactosa) (6-deoxi-L-galactosa) y N -acetil-D-glucosamina. -acetil-D-glucosamina. ii) El tetrasacárido sialil-Lewis sialil- Lewis reduce la solución de Tollens y proporciona propor ciona una osazona. iii) La hidrólisis por -glicosidasas proporciona ácido siálico, L-fucosa y un disacárido A reductor. La hidrólisis por -glicosidasas -glicosidasas proporcion pro porcionaa un disacárido d isacárido B y un disacárido C. iv) El tratamiento del disacárido A con -glicosidasas proporciona D-galactosa y N -acetil-D-glucosamina. -acetil-D-glucosamina. Por otro lado, el disacárido disacárido B con -glicosidasas proporciona ácido siálico y D-galactosa, mientras que el disacárido C con -glicosidasas proporciona L-fucosa y N -acetil-D-glucosamina. -acetil-D-glucosamina. v) La metilación metilación exhaustiva exhaustiva del tetrasacárido sialil-Lewis con sulfato sulfato de dimetilo en medio medio básico y posterior hidrólisis ácida proporciona ácido 4, 7, 8, 9-tetra9-t etra- O-metil-siálico, 2,4,6-tri-O-metil-D-galactosa, 6O-metil- N N -acetil-D-glucosamina -acetil-D-glucosamina y 2,3,4-tri- O-metil-L-fucosa. Con estos antecedentes antecedentes proponga una una estructura para el tetrasacárido tetrasacárido sialil-Lewis.

CHO HO H H OH H3C O H OH HO H OH OH CH3 -L-fucosa L-fucosa

H H AcHN OH HO H H OH H

COOH O H OH H H OH OH CH2OH

ácido D-siálico

CH2OH HO H AcNH HO

H

COOH O OH

OH

H HO H H

CHO NHAc H OH OH CH2OH

ácido -D-siálico Acetil-D-glucosamina

HOCH2 HO

O OH

HO AcNH

H

Acetil- -D-glucosamina


110


RESPUESTAS RESPUESTAS EJERCICIOS SELECCIONADOS 4.CH2OH O HO H HO H HO H CH2OH

CHO H OH CHO H OH H OH CH2OH

H HO HO

D-eritrosa

OH H H CH2OH

L-manosa

(2R , 3R )-2,3,4-trihidroxibutanal )-2,3,4-trihidroxibutanal

L-psicosa

(2R, 3R, 4S , 5S )-2,3,4,5,6-pentahidroxihexanal )-2,3,4,5,6-pentahidroxihexanal

(3S, 4S, 5S)-1,3,4,5,6-pentahidroxi-2-h 5S)-1,3,4,5,6-pentahidroxi-2-hexanona exanona

5.L CHO HO H S HO H CH2OH S

D CHO H R OH HO S H H R OH CH2OH

HO S H R H OH CH2OH

2

3

1

6.-

D CH2OH O

CHO H R OH HO S H S HO H CH2OH (+)-L-arabinosa

7.CH2OH H

CH2OH

O

CH2OH

OH

OH O

H

OH

OH

H

H

H OH

H

OH

-D-fructofuranosa

CH2OH

-D-fructofuranosa

11.-

ec HO

OH ax OH ec O HO ec -D-manopiranosa

111

ec OH

HO ec

O

OH ec

ec OH

HOec ax OH -L-galactopiranosa



15.COOH H OH HO H COOH

COOH HO H H OH COOH

ácido L-(+)-tartárico

ácido D-(-)-tartárico

COOH H OH H OH COOH ácido m e s o - tartárico

16.- La enzima epimerasa en el sitio activo posee un grupo básico que actúa como el NaOH en el mecanismo de epimerización de aldosas. De acuerdo a esto el mecanismo será el siguiente: carbanión estabilizado por el grupo ceto

CH2OH

CH2OH

O B

+

O

H

OH

H

OH

BH+

+

-

OH

H

CH2OPO3

OH CH2OPO3

D-ribulosa-5-fosfato

CH2OH O OH H

CH2OH

OH

CH2OPO3

CH2OH

O HO H

H

O

+

:B

OH CH2OPO3

D-xilulosa-5-fosfato

HO H

-

+

+ HB

OH CH2OPO3

carbanión estabilizado por el grupo ceto

17.- X es la D-galactosa e Y es la D-lixosa.


112


20.lactonas O OH

OH HNO3

HO

-H2O

HO

OH

OH

OH

OH

CH2OH

COOH

OH O

HO

+

HO OH O

OH

OH C

COOH

O

A

ácido D-(+)-glucárico

D-(+)-glucosa

COOH

C

COOH

CHO

B

Na(Hg)

O C

lactonas O

H

O

C

C

OH HO

+

OH O

-H2O

OH C O

O D

COOH OH

+

HO

OH C

H OH

O

HO

Na(Hg)

H

HO

OH

OH

OH

OH C

COOH

O

C

F

E

ácidos aldónicos Na(Hg)

CHO

Na(Hg)

CH2OH

CHO

OH

HO HO

HO

OH HO

OH HO

OH

OH

OH

OH

CHO

CH2OH

CH2OH D-(+)-glucosa

L-(+)-gulosa

21.OH

CH2OH O

HO

O

HO OH

salicina

25.(-)-D-micarosa

CHO

CH3 H3C

HO

OH

H3C

CH3 OH

OH

H

O

O

OH

OH

H

H3C

OH

H

OH

H

OH CH3

27, 28.-

113


H


OH OH CH2OH OH O CH2OH

O OH

O O OH

OH

O O OH OH

OH OH

OH

OH

OH OH

gentobiosa

trehalosa -D-glucopiranosil- -D-glucopiranósido

6-O-( -D-glucopiranosil)-D-glucosa

29.CH2OH OH O OH

CH2OH OH O OH

O OH

O OH

O OH

O OH OH

OH O OH

OH

OH

CH2OH

OH

OH

melibiosa

O CH2OH

6-O- -D-glucopiranosil-D-glucopiranósido

rafinosa 6-O-( -D-glucopiranosil)- -D-glucopiranosil- -D-fructofuranósido

30.HO

COOH

COOH

O

O OH

HO

O

OH

O

O

O

OH

O

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

n

31, 32.-


114


(1

CH2 OH

6) CH2

O OH

(1

4)

CH2 OH

O

OH

(1

1)

O

O

OH

O O

OH

O

OH

CH2OH

CH2OH

OH

OH OH

-D-manopiranosa

OH

OH

(1

-D-galactopiranosa

-D-glucopiranosa

-D-fructofuranosa

sacarosa

6)

CH2OH OH

O

(1

CH2 O OH

OH

1)

(1

O

1) CH2OH

CH2 O

OH

O

O

OH

OH

OH

-D-galactopiranosa

OH

CH2OH

OH

O

-D-galactopiranosa

OH

OH

-D-fructofuranosa

-D-glucopiranosa

33.CH2OH O OH OH

O OH OH

O

OH

estaquiosa

O OH OH OH

CH2OH O

O

OH O OH

OH

115

CH2OH



GUÍA Nº 8 UNIDAD 5: COMPUESTOS NITROGENADOS Objetivos específicos de la Unidad 1. Nombrar, clasificar y sintetizar nitrocompuestos y aminas alifáticas y a romáticas. 2. Determinar el mecanismo de formación de aminas y nitrocompuestos. 3. Determinar el mecanismo de reacción de aminas y nitrocompuestos. 4. Proponer la síntesis de aminas. 5. Proponer la síntesis de derivados del benceno a partir de nitrocompuestos.


116


EJERCICIOS DESARROLLADOS 1.- La colina, un constituyente de los fosfolípidos, tiene fórmula molecular C 5H15 NO2. Este compuesto se disuelve rápidamente en agua para formar una disolución fuertemente básica. La colina se puede preparar mediante la reacción entre el óxido de etileno y la trimetilamina en agua.

O

+

(CH 3)3N

+

C5H15NO2

H2O

colina

Con estos datos deduzca la estructura de la colina.

Respuesta: O O

-

+ N

N ..

OH H2O

+ N

OH

2.- Complete las siguientes reacciones para las aminas A y B.

Respuesta: a.-

N N

+

O H O i) CH3I (exceso) ii) Ag2O / H2O iii)

H2N

H N

Cl O

A

O H / H2 / Pd, C

H

NaNO2 / HCl / H 2O

OH

N

+

117


-


b.I

F

NO2

NO2

NO2

i) NaNO2 / HCl

i) NaNO2 / HCl

ii) H2PO2

ii) KI

i) NaNO2 / HCl ii) HBF4 OMe

OH

NH2 i) NaNO2 / HCl

i) NaNO2 / HCl

ii) H2O

NO2

OMe

NO2 B

N

N

ii) NO2

i) NaNO2 / HCl ii) CuCN

Fe / HCl NH2

CN

NH2

NO2

3.- Un alumno sintetizó el m-yodobenzonitrilo a partir de m-dinitrobenceno. Para ello utilizó los siguientes reactivos en su síntesis: NO2

[(NH4)2S]n polisulfuro de amonio NO2

m -dinitrobenceno

NaNO2 nitrito de sodio NO2

Fe hierro metálico

H Cl ácido clorhídrico concentrado

CuCN cianuro cuproso

KI yoduro de potasio

CN

NO2

I m -yodobenzonitrilo

Proponga el esquema de síntesis que el alumno siguió para obtener el producto deseado.


118


Respuesta:

[(NH4)2S]n

NaNO2 / HCl NH2

NO2

+

NO2

NO2

NO2

Cl N2

KI +

N2

CN CuCN I

119

Cl I

NO2

NH2 -

NaNO2 / HCl

Fe / HCl I


I

-


EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Nombrar o escribir la estructura de las siguientes aminas: c)

b)

a)

O

N

d)

Cl

N H

NH2

e)

NH2

NH2

f)

g)

N OMe NH2 h) (S )-N ,N -dimetil-3-ciclohexenamina

i) (2R ,4S )-2-amino-4-heptanol

j) N-etil-2-feniletilamina

k) N -metil-m -toluidina

2.- Ordene en forma decreciente de basicidad las siguientes aminas. NH 2

H N

a)

H N

b)

H N

N

NH 2

NH 2

NH 2

NH 2

CH 3

NO2

c)

3.- Dé una explicación razonable para los siguientes hechos experimentales a.- la 4-metilpiperidina tiene un punto de ebullición más alto que la N -metilpiperidina. H N

CH 3

H 3C N

4-metilpiperidina

N-metilpiperidina

p.eb. 129ºC

p.eb. 106ºC


120


b.- Cuando la 4- t -butil- N -metilpiperidina es tratada con cloruro de bencilo se forman dos sales de amonio cuaternario isoméricas en cantidades equivalentes.

H3 C N c.- Cuando el hidróxido de tetrametilamonio es calentado a 130º C se forma trimetilamina y metanol. d.- El producto mayoritario de la reacción de 1-propanamina con nitrito de sodio en ácido clorhídrico diluido es 2-propanol. 4.- Cuando la metilamina reacciona con un exceso de óxido de etileno se obtiene un compuesto A que por reacción con una solución acuosa de HCl se convierte en un compuesto cíclico B. La neutralización de la disolución ácida con NaOH da el compuesto C.

CH3NH2

HCl

O

+

A

NaOH

B

O

N CH3

exceso

C Deduzca cuáles deben ser las estructuras de A y de B y proponga mecanismos que expliquen su formación. 5.- Escribir las estructuras de los posibles alquenos formados por eliminación de Hofmann de cada una de las siguientes aminas. H2 N

NH2 N

c)

b)

a)

d)

e)

N

N H

6.- Deduzca la estructura de los compuestos A, B y C en la siguiente secuencia de reacciones:

Ph H H3 C

N(CH3)2 H

Ag2O

CH3I A

Ph

B H2O

C C15H14

7.- Una amina A (C6H15 N), ópticamente activa, se transforma en 4-metil-1-penteno cuando se somete a la siguiente secuencia de reacciones.

A C6H15N

i) CH3I exceso ii) Ag2O / H2O iii)

4-metil-1-penteno

Deduzca cuál debe ser la estructura de A si la configuración del estereocentro es S .

121



8.- Proponga una secuencia sintética basada en el proceso de eliminación de Hofmann que permita la transformación del tropideno en tropilideno (1,3,5-cicloheptatetraeno). H3 C

N

tropideno

tropilideno

9.- La coniina es un alcaloide tóxico, de fórmula molecular C 8H17 N, principio activo de la cicuta, el brebaje que acabó con la vida del filósofo griego Sócrates. Cuando la coniina se hace reaccionar con exceso de MeI se transforma en un yoduro de tetraalquilamonio B, C10H22 N(+)I(-) que, por reacción con Ag 2O húmedo y posterior calentamiento, se transforma en la amina A. coniina C8H17N

CH 3I exceso

Ag2O / H2O

H3 C

N

CH 3

B C10H22N +I-

A Con estos datos, y sabiendo que la coniina es una amina secundaria, con un único estereocentro, proponga una estructura para este alcaloide. 10.- Un compuesto A (C6H13 N) se obtuvo por reacción del 1,5-pentanodiol (HOCH 2CH2CH2CH2CH2OH) con dos equivalentes de cloruro de tosilo en piridina y adición subsiguiente, al cabo de 1 hora de reacción, de metilamina (CH3 NH2). La reacción de A con yoduro de metilo proporcionó un compuesto de naturaleza salina B (C 7H16 NI) que al ser calentado en una disolución acuosa de óxido de plata originó el compuesto C (C7H15 N). Cuando este compuesto se hizo reaccionar con yoduro de metilo se obtuvo una sal D (C8H18 NI) que por reacción una disolución acuosa de óxido de plata proporcionó el 1,4-pentadieno. OH

i) TsCl 2 eq. ii) CH3NH 2

CH 3I exceso A

Ag2O / H2O B

C CH 3I exceso

OH Ag2O / H2O

D 1,4-pentadieno

Con estos datos deduzca las estructuras de A, B, C y D y explique todas las reacciones que tienen lugar. 11.- La eliminación de Hofmann de una amina que contiene un grupo hidro xi en un carbono β da lugar a un oxaciclopropano en lugar de un alqueno. Proponer un mecanismo para esta transformación.


122


NH2

i) CH3I exceso

R

R

ii) Ag2O / H2O

OH

O

iii) 12.- Proponga una ruta sintética para la síntesis de la amina a partir del reactivo propuesto. a) 1-butanol a 1-pentanamina b) Ciclohexanol a N -metilciclohexilamina c) Cloruro de t -butilo a 2,2-dimetil-1-propanamina d) Isopropanol a 1-amino-2-metil-2-propanol e) Isopropanol a 1-amino-2 propanol f) Isopropanol a 1-( N , N -dimetilamino)-2-propanol g) C6 H5

O

N

a O

C6H5

13.- Cuando el alcohol A se trata con cloruro de p-toluensulfonilo en piridina y el tosilato obtenido se hace reaccionar con azida sódica (NaN 3) se obtiene una azida de alquilo B (C16H17 N3) que, por reducción con LiAlH4 proporciona una amina quiral C (C16H19 N). La reacción de C con un exceso de yoduro de metilo da una sal de amonio D (C19H26 NI) que por tratamiento con óxido de plata húmedo y calentamiento posterior conduce a un único alqueno E (C16H16). OH

i) LiAlH4 / éter

i) TsCl, py B (C16H17N3)

ii) NaN 3

ii) PrOH / H2O

C (C16H19N)

A

CH3I exceso ii) Ag2O, H2O E (C16H16)

iii)

D (C19H26NI)

Con estos datos deduzca las estructuras de B, C, D y E y explique mecanísticamente, con indicación clara de la estereoquímica, la formación de B, D y E.¿Cuál es el producto de la eliminación de Cope de la amina C? 14.- La reacción de la ciclopentilmetilamina con ácido nitroso proporciona una mezcla formada por dos alcoholes y tres olefinas: NH2

OH

OH NaNO2

+

+

HCl

+

+

Explique mecanísticamente como se forman los compuestos anteriores. 123



15.- Proponga mecanismos que expliquen las siguientes conversiones: NH2 OH a)

NH2

O

CHO OH

NaNO2 , HCl , H 2O

b)

NaNO2 , HCl , H 2O

16.- Proponga secuencias sintéticas que permitan conseguir las siguientes transformaciones: NH2

OH

a) (S )-2-pentanol

(R )-2-pentilamina NH2

OH

b) (S )-2-pentilamina

(S )-2-pentanol

17.- a) El feniramidol, un relajante muscular, y el propanolol, un beta-bloqueante, son dos fármacos que se obtienen del modo que se indica a continuación: O O

N

NH2

+

O Ph

+

C13H14N2O feniramidol

NH2

C16H21NO propanolol

Con estos datos deduzca las estructuras del feniramidol y del propanolol. b) Uno de los pasos clave en la síntesis de las dofetilida, un medicamento empleado para combatir las arritmias cardiacas, se indica en el siguiente esquema:

H N

CH3

+

O

A (C11H16N2O3)

O2N ¿Cuál debe ser la estructura del compuesto A? 18.- Cuando la amina A se somete a la secuencia de reacciones que se indica a continuación se obtiene el alqueno B, ópticamente activo. Por otro lado, la reacción de A con una disolución acuosa de NaNO 2 y HCl proporciona el alqueno C, isómero de B.


124

Guía de Ejercicios Curso de “Química Orgánica II QUIM 310” Primer Semestre 2015 i) CH3I exceso ii) Ag2O, H2O iii) NH 2

B (C7H12)

NaNO2 , HCl

+

H2O C

D

a) Deduzca mecanísticamente la estructura de B. b) Proponga un mecanismo que explique la formación de C y D a partir de A 19.- A continuación se indican una serie de síntesis de aminas, indicar en cada caso si la síntesis será buena, mala o no tendrá lugar. En estos dos últimos casos proponer una síntesis alternativa de la amina final a partir del mismo producto de partida o de otro de estructura y funcionalidad similar: i) KCN ii) LiAlH 4 / éter

a)

Cl

NH2

iii) PrOH / H 2O i) NaN 3

b) Cl

ii) LiAlH 4 / éter

NH2

iii) PrOH / H2O O c)

Br 2, NaOH, H2O

NH2

CH3NH2

Br

d) O

i) e)

NH2

NHCH 3

NH2

Cl ii) LiAlH 4 / éter

iii) PrOH / H2O

20.- El apenetil, un anorexígeno que se utiliza en las píldoras de dieta de adelgazamiento, tiene la estructura que se indica a continuación. Proponer una síntesis de apenetil a partir de los materiales de partida indicados.

H

125

N

a) C6H5CH 2COCH3 b) C6H5CH 2CH(Br)CH3 c) C6H5CH 2CH(CH 3)COOH



21.- La mescalina, una amina alucinógena que se obtiene del cactus peyote, se sintetiza en dos pasos a partir del bromuro de 3,4,5-trimetoxibencilo. El primer paso es una SN2 con cianuro de sodio y el segundo paso es una reducción con hidruro de litio y aluminio. Escriba la estructura de la mescalina. 22.- Proponga una estructura para el producto con fórmula C 9H17 N que resulta de la reducción catalítica de 2-(2-cianoetil)ciclohexanona.

O CN

H2 / Pt

C9H17N

23.- Prediga qué productos se obtienen cuando las siguientes amidas se tratan con solución acuosa alcalina de bromo. O

O

O NH2

a)

O

H H

NH 2 c)

b) H N 2

NH 2

24.- El amoniaco y las aminas sufren reacciones tipo Michael con sistemas carb Indique los productos principales de las siguientes reacciones tipo Michael.

O

CH3NH2

a)

b)

py

-insaturados.

N H

O

py O

O

N H

c)

py O NH2

d)

espontánea

C15H27NO

25.- Proponga un mecanismo para la siguiente transformación O

O

N CH3

OMe

+ O

CH3NH2

+

CH3OH

O


126


26.- Una de las reacciones para determinar la secuencia de nucleótidos en una cadena de ADN es la reacción con hidracina. Proponga un mecanismo para la reacción de la 1-metiltimina con hidracina. O

O H3C

N

H

H3C

H2NNH2

N H N H

H3C N

N O CH3

O

NH2

27.- Los aniones de los nitroalcanos sufren reacciones similares a las de los enolatos: alquilaciones y condensaciones. Escribir los productos que se esperarían en cada una de las secuencias de reacción siguientes: i) NaNO2, DMF ii) CH3ONa / CH3OH a)

Cl

i) CH3NO2 / NaOH H

b)

Cl

iii)

ii) H3O+

i) NaNO2, DMF

Br

c)

O

ii) NaOH iii) O

28.- Diseñar una síntesis para cada uno de los siguientes bencenos sustituidos a partir de benceno OH

F

Cl a)

b)

OH

c)

d) Cl

COOH

Br

NO2 COOH

Cl f)

e)

Br

g)

Br

CN

COOH Br

Cl I

Br

OH h) O 2N

NO2

Br

29.- Utilizando los reactivos que sean necesarios, explique cómo podría realizar las siguientes síntesis: H N a)

O NH2

b)

127

H O N S O

CH3



H

N

c)

N(CH3)2 O

O

OH

HN

d)

e)

NO2

H3C

H N

H3C

30.- Complete los siguientes esquemas de síntesis a.O

H

HCHO

HCN

A

NaOH

H3O+ / calor

B + C

C6 H11 NO2

C5H10O2

[D]

E + F

C6 H12O4

C6 H10O3 O

i)

NH 2 ONa

ii) H 3O+

G + H C9H17 NO5 (+- )- ácido pantoténico ( vita. B 5)

b.CH3 HNO3 / H2SO4

A + B C 7H 7NO 2

HO

KMnO4 / H2SO4

B

SOCl 2

C C 7H 5NO 4


N

Fe / HCl

D

E

C 7H 4NClO3

C 13H 18N 2O4

F C 13H 20N 2O2 novocaína

c.O HNO3 / H2SO4

NH2NH2 / NaOH

A

C

B

C 10H 11NO3

Ac2O

Fe / HCl

C 10H 13NO2

C 10H 15N

AcOH

HNO3 / H2SO4

O2N

O

D C 12H 17N

N H i) NaOH ii) H3O+

i) NaNO2 / HCl

H3 O+

I C 11H 13FO2

H C 11H 12NF

ii) CuCN

Fe / HCl

G C 10H 14NF

F

i) NaNO2 / HCl

C 10H 12NFO2

ii) HBF 4

E

C 10H 14N 2O 2


128


d.CH3 HNO3 / H2SO4

A + B C7H7NO2

Fe / HCl

i) NaNO2 / HCl

B

C

C7H9N

C8H7N

ii) CuCN

i) KMnO4 / NaOH

D

C8H6O4

ii) HCl

SOCl2 / py

E C8H4Cl2O2

F C12H16N2O2


(CH3)2NH

G C12H20N2

e.O

O NaOH

- H2O

O

H

A C6H8O

N H

py

B + C

Ph3P

OEt

i) NaOH

D + E

ii) H3O+

C15H25NO2

C10H17NO isómeros ópticos

F + G

C13H21NO2 isómeros ópticos

isómeros ópticos

i) SOCl2 / py ii) PrNH2

i) LiAlH 4

J + K

H + I

ii) H 3O+

C16H30N2

C16H28N2O

f.O

H

OH

i) TsCl / py

ii) NaCN / DMF

i) Li AlH 4

A C8H15 N

ii) H 3O+

B C8 H19 N

H2 / Pd / C

C C14 H31 N

O Cl

i) Li AlH 4

E C18 H37N

129

Py

D

ii) H 3O+ C H NO 18 35



g.O EtONa / EtOH

O

OEt

i) NaOH

A C10H16O 3

OEt

N

i)

ii) H3O+ iii)

H

C + D

B

C7H12O ii) PrBr iii) H3O+


(CH3)2NH

H2 / Pd / C

i) CH 3I

G + H

E + F

ii) Ag2O / H 2O

C 10H18

iii)

isómeros ópticos

C12H25N

enantiómeros

h.NO2 i) NaNO2 / HCl

NH 2

ii) CuCl

NH 2

A

Fe /HCl

i) NaNO2 / HCl

B C6H5NCl2

C6H3NCl2O2

ii) CuCN

C C7H3NCl2 Li i)

ii) H3O+

O

i) H3O+

H + I

ii) SOCl2 / py

C16H12Cl2O

isómeros ópticos iii) AlCl3

H 2 / Pd / C

F + G C18H18Cl2O2

E C18H16Cl2O2

Ph3P

/ éter

OEt

D C13H8Cl2O

isómeros ópticos

CH3NH2 H 2 / Pd / C

J + K + L + M C17H17Cl2N isómeros ópticos

sertralina


130


RESPUESTAS DE EJERCICIOS SELECCIONADOS 2.NH 2

>

>

a) NH 2

H N

b)

N

>

>

H N

NH 2

NH 2

>

c)

H N

NH 2

> NO 2

CH 3

5.-

a)

+

e)

d)

c)

b)

N

7.-

NH2 9.-

H 3C N

coniina

131

H

CH3I exceso

+ N

I-

Ag2O / H2O

B


N

CH3


13.Cope

N

NH HCHO / H2 / Pd / C

i) H2O2

ii)

HCHO / H2 / Pd / C

N3

OH i) TsCl, py ii) NaN

NH2

i) LiAlH 4 / éter

ii) PrOH / H 2O

3

C

B

A

CH 3I exceso

Hoffman

i) Ag 2O, H2O

N+

I

ii)

-

D

E

15.-

a)

+

+ H

N2

NH2 OH

OH NaNO2 , HCl , H 2O

O

O

- H+

- N2

intermediario inestable el OH actúa como nucleófilo como está anti al N2 lo hace mediante una SN 2

b)

+

+

N2

NH2 OH

+

OH NaNO2 , HCl , H 2O

..

H O

CHO

OH

- N2

- H+

intermediario inestable el OH no actúa como nucleófilo puesto que está s y n al N2. Se produce un reordenamiento tipo pinacol que lo presentan los 1,2-dioles


132


20.i) LiAlH4 / éter

NaN3

Br

ii) i -PrOH/H2O

N3

NH2

b CH3CHO H2 / Pd / C

H H O

N H

H2 / Pd / C

N

a i) LiAlH4 / éter ii) i -PrOH/H2O

CH3COCl

Br 2 / NaOH

O

HN

NH2

NH2

O

NH3

SOCl2

COCl

py

COOH

c

22.-

CN

H

N

O

O

H 2 / Pt

N

NH2

C9H17N

intermediarios no aislables

23.-

H

NH2 a)

133

b)

H2N

NH2

c)


NH2 H


26.H

-O

O H3C

N N

H

H2NNH2

N

H3C

+

N

O

N

CH3

-O

N .. H

N

H3C

+

O

NH2

H

H

H3 C

N

+

O

NH2

H

H H

N

O

O

CH3

O H

H

N ..

N ..

H3C

N H

H3C

N .. H

+

-

N H

N

N

O

-

H

H

H3C

H

CH3

O H3C

H

H

N

H

O

H

CH3 N

H

H

O H3C

N H N

H3C

H

O

NH2

27.-

a)

Cl

Cl

iii)

NO2

O

i) NaNO2, DMF ii) CH3ONa / CH3OH

NO2

b)

+

H

i) CH3NO2 / NaOH

H

ii) H3O+ NO2 O

O

c)

Br

i) NaNO2, DMF

ii) NaOH

NO 2

+

NO2

iii)

O


134


30.- a.OH

OH

O

i) NaOH

O

ii) HCHO iii) H 3O+

H

HCN

OH

OH H CN

H

A

OH

+

B

C

H CN

H3O+ / calor O O

O

O

+

H OH

H

OH

OH

OH H COOH

OH

OH H COOH

[D]

F

E

+

O i)

NH 2 ONa

ii) H 3 O+

OH

OH

O

OH H N

OH H

OH

H O

O

G

H O

N

OH

H

(+- )- ácido pantoténico ( vit. B 5)

e.O

O

O N H

NaOH - H2O

O

O

+

py

H

A

N

N

C

B

O Ph 3P

O

OH

O

O

OH

OEt

OEt

O

OEt

i) NaOH

+

+

ii) H3O+

N

N

N

F

G

N

E

D

i) SOCl2 / py ii) PrNH2

O

H N

O

H N

H N

H N

i) LiAlH4

N

135

+

ii) H3O+

+ N

N


N


g.O

O

O

O

O

OEt

OEt

EtONa / EtOH

i) NaOH

OEt

ii) H 3O+

B

iii)

A

i)

N H

ii) PrBr iii) H3O+

N

N

+

O

(CH3)2NH

O

+

H2 / Pd / C

G

F

D

E

enantiómeros i) CH3I ii) Ag2O / H2O iii)

+

H

G

h.NH 2

NO 2

NO 2 i) NaNO2 / HCl

NH 2

i) NaNO2 / HCl

Fe /HCl

ii) CuCl

Cl

Cl

NH 2

O

Cl

A

B

C

OEt

i) PhLi / éter ii) H 3O+

OEt

Ph3P

F +

Cl

OEt

Cl

E

iii) AlCl3

N

H

* *

CH3NH2

+

H 2 / Pd / C Cl

Cl

D

O

O

ii) SOCl2 / py

G

OEt

Cl

Cl

i) H 3O+

Cl

O

O

Cl

Cl

Cl

Cl

H 2 / Pd / C

O

ii) CuCN

Cl

O

Cl

CN

Cl

Cl

Cl

Cl

H

I

J + K + L + M 4 estereoisómeros

sertralina


136


GUÍA Nº 9 UNIDAD 5: COMPUESTOS NITROGENADOS Objetivos específicos de la Unidad 1. Nombrar, clasificar y sintetizar aminoácidos. 2. Determinar el comportamiento de los aminoácidos en disoluciones acuosas. 3. Estudiar los métodos de síntesis de aminoácidos. 4. Nombrar y clasificar péptidos. 5. Determinar la estructura primaria de péptidos mediante análisis químico y enzimático.

137



EJERCICIOS DESARROLLADOS 1.- El aminoácido (-)-histidina tiene los siguientes valores de p K a: p Ka1 = 1,82; p Ka2 = 6,00 y p Ka3 = 9,17. Al respecto determine: a.- el punto isoeléctrico de la histidina (PI) Respuesta: En el caso de la histidina, que tiene dos grupos básicos y un grupo ácido, el PI debe encontrarse en un pH promedio entre las dos funciones básicas. Es decir, en un punto en que haya un 50% de de especies con el NH2 protonado y un 50% de especies en que está el N imidazólico protonado, de manera que la carga positiva total sea igual a la carga negativa del grupo carboxilato. PI = p K a2 + p K a3 2

=

(6.00 + 9.17) / 2 = 7.6

b.- la especie en que se encuentra la histidina a: i) en un tampón AcOH/ AcONa de pH = 4.5 ii) pH = 7.0 iii) en un tampón NH 4Cl / NH3 de pH = 10

Respuesta: pK a = 1.82 O

OH pK a =9.17

NH2 H

N

N pK a = 6.00

histidina (his, H) pH = 4.5

O

pH = 7.0

O-

O

NH3+ H

N

N + H

pH = 10

O

O NH3+

H

N

N

ONH2

H

N

N

A un pH ácido están protonado ambos grupos básicos. Como el pH es mayor que el p Ka del carboxilo, éste grupo está mayormente desprotonado formando un carboxilato. La especie tiene carga total de +1. A pH = 7 sólo está protonado el grupo más básico. El N imidazólico está mayormente desprotonado. A pH básico todas las funciones están desprotonadas y la carga total de la especie es -1. Por lo tanto, el PI, es decir, el pH en que la carga total es cero, debe encontrarse entre pH 7 y pH 10, como se ha determinada anteriormente.


138


2.- Dados los siguientes aminoácidos naturales: OH

COOH

SCH3

OH H2N

COOH

metionina

H2N

COOH

H2N

ácido aspártico

COOH

H2N

tirosina

COOH serina

Determine el aminoácido resultante de: i)

la reacción de fenilisotiocianato (Reactivo de Edman) con el tetrapéptido Tir.Ser.Met.Asp

Respuesta: DNB-Tir o bien sólo Tir o bien Tirosina ii)

la reacción de carboxipeptidasa con el tetrapéptido Met.Tir.Asp.Ser

Respuesta: Ser o Serina iii)

la reacción de 2,4-dinitrofluorobenceno (reactivo de Sanger) con el tetrapéptido Ser.Asp.Met.Tir

Respuesta: Ser o Serina iv)

escriba la estructura química del tetrapéptido Ser.Tir.Met.Asp indicando claramente los enlaces peptídicos.

Respuesta: enlaces peptídicos

SCH3

HO H N

+HN 3 O

HO

H

O

N

N H

O O

O -O

O

3.- La sustancia P es un neurotransmisor central que está involucrado en la percepción del dolor. En el sistema nervioso periférico actúa como vasodilatador. Determine la secuencia de aminoácidos de la sustancia P de acuerdo a los siguientes hechos experimentales:

139



i.- por hidrólisis completa, separación de los aminoácidos, y determinación de las cantidades, muestra la composición: Arg, Fen2, Gln, Gli, Leu, Lis, Met y Pro 2 ii.- en estudios de degradación de Edman produce Arginina y en el análisis con carboxipeptidasa produce Metionina. iii.- el tratamiento con bromuro de cianógeno y posterior hidrólisis produce Leu-HSL. iv.- el tratamiento con tripsina produce: a) Arg b) un dipéptido que contiene Prolina y Lisina c) un heptapéptido que contiene Fen 2, Gln, Gli, Leu, Met y Pro el que produce Prolina-DNB con DNFB (2,4-dinitrofluorobenceno o reactivo de Sanger) v.- el tratamiento con quimotripsina produce: a) Fen Lis y Pro 2

b) un tripéptido formado por Gli, Leu y Met

c) un hexapéptido formado por Arg, Fen, Gln,

Justifique adecuadamente.

Respuesta: i.- La hidrólisis completa da cuenta de la proporción y de la identidad de los aminoácidos constituyentes. Según esta evidencia el péptido contiene Arg, Fen, Gln, Gli, Leu, Lis, Met y Pro en una relación 1 : 2 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 2, respectivamente . Por lo tanto, la sustancia P es un decapéptido. ii.- El tratamiento con el reactivo de Edman produce DNB-Arg. Esto indica que la Arg es el aa. N-terminal en la sustancia P. El análisis por carboxipeptidasa produce primero Met indicando que éste es el aa. Cterminal en el péptido. Así se tiene los dos aa. terminales:

Arg.?.?.?.?.?.?.?.?.Met iii.- La reacción con BrCN produce produce Leu-HSL. Esto indica que la Leu está unida a Met (la Met se transforma en HSL con BrCN) Así se determina otro aa. de la cadena polipeptídica.

Arg.?.?.?.?.?.?.?.Leu.Met iv.- tripsina genera tres fragmentos: a) Arg. Éste es el aa. N-terminal b) el dipéptido de Pro y Lis. Como la tripsina hidroliza el extremo carboxilo de la Lis, entonces el dipéptido es Pro.Lis Como la Arg es terminal entonces quedan determinados dos nuevos aa. de la cadena. Arg.Pro.Lis.?.?.?.?.?.Leu.Met


140


c) el heptapéptido contiene a la Met que es el aa. C-terminal. Además este heptapéptido tiene Pro como aa. N-terminal determinado por el reactivo de Sanger. Así, este heptapéptido es del tipo Pro.?.?.?.?.Leu.Met. Como Arg y Met son terminales, entonces el dipéptido Pro.Lis debe estar entre Arg y el heptapéptido. Por lo tanto se tiene la siguiente secuencia:

Arg.Pro.Lis.Pro.?.?.?.?.Leu.Met v.- La quimotripsina produce: a) Fen b) el tripéptido formado por Gli, Leu y Met. Como ya se sabe la posición de Leu y Met, entonces el tripéptido se obtiene la posición de Gli. La cadena queda como sigue:

Arg.Pro.Lis.Pro.?.?.?.Gli.Leu.Met c) el hexapéptido está formado por Arg, Fen, Gln, Lis y Pro 2. Arg es el aa. N-terminal. Sabemos que Lis y Pro están formando la unidad Pro.Lis. Entonces Fen debe ser aa. C-terminal en este péptido ya que la quimotripsina hidroliza el extremo carboxilo de Fen. Así el hexapéptido debe tener la siguiente secuencia parcial:

Arg.Pro.Lis.Pro.?.Fen Como el aa. que falta de este hexapéptido es Gln, entonces el hexapéptido completo es: Arg.Pro.Lis.Pro.Gln.Fen Esto nos proporciona la siguiente secuencia parcial para la sustancia P.

Arg.Pro.Lis.Pro.Gln.Fen.?.Gli.Leu.Met Como queda una Fen libre ésta debe estar unida al otro residuo de Fen del hexapéptido y a Gli del tripéptido. Por lo tanto la sustancia P tiene la siguiente secuencia:

Arg.Pro.Lis.Pro. Gln. Fen. Fen.Gli.Leu.Met

141



EJERCICIOS PROPUESTOS 1.- Indique los centros ácidos y básicos de los siguientes aminoácidos. a) valina b) triptofano

c) ácido glutámico d) histidina

e) asparagina f) lisina

2.- Calcule el punto isoeléctrico de los aminoácidos de la pregunta 1. 3.- El punto isoeléctrico de la valina es 5,97. ¿A qué polo migrará ese aminoácido en una electroforesis que se realiza a pH 7,0? 4.- Para las siguientes mezclas de aminoácidos, prediga la dirección y la velocidad relativa de migración de cada componente: a) valina, ácido glutámico e histidina a pH= 7,6 b) glicina, fenilalanina y serina a pH= 5,7 c) glicina, fenilalanina y serina a pH= 5,5 d) glicina, fenilalanina y serina a pH= 6,0 5.- La glicina, al igual que la alanina, tiene un punto isoeléctrico de 6,0. Escriba las estructuras de las formas predominantes de la glicina a pH= 2,0; 6,0 y 10,0. 6.- ¿Cómo podría explicar el hecho de que el triptofano tenga menor punto isoeléctrico que la histidina, pese a que ambos tienen átomos de nitrógeno en el anillo de cinco miembros? ¿Cuál nitrógeno del anillo de cinco miembros de la histidina es más básico? 7.- Escriba las diferentes formas iónicas que presenta el ácido aspártico cuando, partiendo de una solución del mismo a pH 2,0 se eleva paulatinamente el pH. ¿A qué pH dicho aminoácido no se movería en un campo eléctrico? 8.- Escriba la forma que presenta cada uno de los siguientes aminoácidos a pH 8,0: isoleucina, tirosina, treonina, ácido aspártico, histidina y lisina. 9.- Se tiene una solución con una mezcla de Ala, Val, Glu, Lys y Thr. Si se hiciera una electroforesis en papel a pH 6.0, colocando una pequeña muestra de la mezcla en el centro del papel, ¿cuántas manchas se verían y cuál sería su posición relativa luego de revelar los aminoácidos con ninhidrina? 10.- Dibuje la fórmula estructural del pentapéptido glicilclicilalanilfenilalanilleucina. Indique todos los enlaces peptídicos. 11.-Dibuje la estructura completa del siguiente péptido a pH 4. Lis.Asn.Cis.Glu.Pro.Ile.Asp. 12.- Escriba la estructura a pH 8 del tetrapéptido EKYF. 13.- Proponga una síntesis para los siguientes aminoácidos: a) fenilalanina e isoleucina mediante síntesis de Strecker b) tirosina y ácido glutámico mediante síntesis ftalimidomalónica


142


-bromoácido 14.- Escriba la reacción de DNFB con valina, triptofano, lisina y ácido aspártico. 15.- Escriba los productos de la reacción de feniltioisocianato con alanina, metionina, serina y tirosina. 16.- ¿Qué aminoácidos naturales pueden participar en la formación de puentes de hidrógeno a través de sus grupos laterales R? Escriba la fórmula química de dos de estos aminoácidos e indique el/los átomos que podrían actuar como dadores o aceptores de puentes de H. 17.- Dado el siguiente péptido: Glu.Tir.Lis.Cis.Leu.Val S S Gli.Arg.Cis.Ile.Lis.Ser

Indique qué resultados obtendrían si hace: a) un tratamiento con carboxipeptidasa (indiquen cuál es el primer producto obtenido). b) determinación de aminoácido N-terminal por Sanger. c) hidrólisis con tripsina, y análisis cuali-cuantitativo posterior. d) Idem c) con previo tratamiento con 2-mercaptoetanol. e) Hidrólisis con quimotripsina y posterior análisis cuali-cuantitativo. f) Idem e) con previo tratamiento con 2-mercaptoetanol. 18.- ¿Qué productos se pueden esperar de a) hidrólisis completa y b) hidrólisis parcial del tetrapéptido Ala.Glu.Gli.Leu? 19.- a) Prediga la acción de la tripsina sobre los siguientes péptidos. i) ii) iii) iv)

Lis.Asp.Gli.Ala.Ala.Glu.Ser.Gli. Ala.Ala.His.Arg.Glu.Lis.Fen.Ile. Tir.Cis.Lis.Ala.Arg.Arg.Gli. Fen.Ala.Glu.Ser.Ala.Gli.

b) Si cada uno de los fragmentos resultantes por digestión tríptica se trata a continuación con 2,4dinitrofluorobenceno (DNFB), y luego se realiza la hidrólisis de los enlaces peptídicos, ¿cuál o cuáles serían los 2,4-dinitrofenil-aminoácidos resultantes? 20.- a) Escriba los péptidos formados cuando se trata con quimotripsina el siguiente polipéptido: VAKEEFVMYCEWMGGF b) Suponga que los péptidos reaccionan posteriormente con bromuro de cianógeno; escriba una lista de los productos obtenidos. 21.- Indique los péptidos que se obtendrían al tratar el siguiente polipéptido:

Val.Ile.Cis.Ala.Lis.Met.Glu.Gli.Ile.Fen.Ile

143



Con a) tripsina; b) quimotripsina; c) pepsina; d) bromuro de cianógeno. 22.- ¿Cuál es la secuencia de aminoácidos en los péptidos siguientes? a) un tripéptido Gli, Leu, Asp que se hidroliza parcialmente a los dipéptidos

Gli.Leu

Asp.GIi ;

b) un heptapéptido Gli, Ser, His2, Ala2, Asp que se hidroliza a los tripéptidos

Gli.Ser.Asp His.Ala.Gli

Asp.His.Ala.

23.- Determine la secuencia de aminoácidos de un péptido que: i) por hidrólisis completa, separación de los aminoácidos, y determinación de las cantidades, muestra la composición: Leu2, Arg, CiSH, Glu, Ileu, Val 2, Tir, Fen ii) en estudios de secuenciación reacciona con DNFB para producir por hidrólisis N-DNF tirosina, y rinde valina con carboxipeptidasa. iii) experimenta hidrólisis parcial a los tripéptidos

Leu.Val.Val

Leu.Arg.CiSH

Tir.Ile.Fen

Fen.Glu.Leu

Arg.CiSH.Leu

24.- Indique la secuencia de un nonapéptido del que se conocen los siguientes datos: a) La hidrólisis total con ácido clorhídrico acuoso proporciona leu, gly 4, tir 2, ala2. b) el tratamiento del péptido con carboxipeptidasa permite aislar primeramente el aminoácido alanina c) al tratar el péptido con fenil isotiocianato se aisló leucina d) la hidrólisis parcial, con proteasas, proporcionó los siguientes péptidos: e) Gli.Gli.Tir Tir.Ala Ala.Gli.Gli.Gli Leu.Gli.Tir Tir.Ala.Gli 25.- Un pentapéptido del que sólo se conoce su secuencia parcial ( aa1.Cis.Tir.Lis.Met.aa5) se sometió a varios tratamientos para tratar de descubrir su secuencia completa. i) El tratamiento del pentapéptido con fenilisocianato permite identificar un aminoácido polar con un grupo -carboxilo. ii) El tratamiento con carboxipeptidasa permitió identificar un aminoácido cuyo carbono alfa no es quiral. a) Escribir la secuencia completa y la estructura del pentapéptido a pH 9. b) Qué péptidos se obtendrían al tratar el pentapéptido con BrCN? 26.- Determinar la secuencia de un tetrapéptido que presenta las siguientes reacciones: a) Realizando la degradación de Edman se consiguió separar la leucina b) Con BrCN produce un tripéptido y un aminoácido con un resto R que tiene un grupo carboxilo terminal y que también puede obtenerse por hidrólisis de la asparagina. c) Con tripsina da lugar a dos dipéptidos. Uno de los dipéptidos contiene Arg y el otro contiene el mismo aminoácido del apartado b) y un aminoácido azufrado. Escribir su estructura completa a pH 9. 27.- Determinar la secuencia de aminoácidos de un péptido que: Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Químicas

144


i.- por hidrólisis completa, separación de los aminoácidos, y determinación de las cantidades, muestra la composición: Leu2, Arg, CiSH, Glu, Ileu, Val 2, Tir, Fen ii.- en estudios de secuenciación reacciona con DNFB para producir por hidrólisis DNF-Tir, y produce Val con carboxipeptidasa; iii) experimenta hidrólisis parcial a los tripéptidos

Leu.Val.Val

Leu.Arg.CiSH Tir.Ileu.Fen Fen.Glu.Leu Arg.CiSH.Leu

28.- Se ha aislado un octapéptido a partir de un hongo que previene la calvicie y que tiene interés por sus posibilidades comerciales. i) El análisis de aminoácidos da una composición: Lis2, Asp1, Tir1, Fen1, Gli1, Ser1, Ala1. ii) El péptido intacto reacciona con DNFB y tras la hidrólisis ácida del mismo se obtiene DNF-alanina. iii) La digestión con tripsina da péptidos con la composición: Lis1, Ala1, Ser1 y Gli1, Fen1, Lis1, más un dipéptido. iv) La reacción con quimotripsina libera ácido aspártico , un tetrapéptido de composición: Lis1, Ser1, Fen1, Ala1 y un tripéptido que libera DNF-glicina tras reaccionar con DNFB seguido de hidrólisis ácida. ¿Cuál es la secuencia del péptido problema? 29.- Determinar la secuencia de aminoácidos original de un péptido si: a) Su composición de aminoácidos después de la hidrólisis ácida completa es Arg, Ser, Met, Glu 2, Pro, Fen, Leu, Lis, Tir ; b) Después de la digestión con Tripsina, se obtuvo la misma composición anterior; el secuenciamiento de Sanger dio el orden parcial Gln, luego Tir, después Ser y Arg c) La digestión con Quimotripsina produjo dos péptidos: uno de composición Arg, Fen, Ser, Pro y de secuencia parcial Ser.Arg; y el otro compuesto por Leu, Lis, Tir, Met, Glu 2, con secuencia parcial Leu.Met.Glu d) La ruptura con Bromuro de Cianógeno dio un péptido compuesto por Glu2, Tir, Pro, Fen, LeuHSL, Lis, Ser, Arg mediante hidrólisis ácida completa. La reacción de Edman de este péptido dio la secuencia parcial Glu.Lis.Gln e) Se sabe además que no tiene extremos amino ni carboxilo terminal, luego de la verificación por dansilación y digestión con carboxipeptidasa. 30.- Un péptido denominado OPTp tiene la siguiente composición de aminoácidos: Arg, Cis, Glu, Gli, Lis, Met, Fen, Pro, Tir, Val . Mediante dansilación se determinó que el extremo amino terminal era Fen, y el carboxilo terminal era el residuo de Gln (mediante carboxipeptidasa). La digestión con Tripsina produjo tres péptidos: i.- T1: Val, Glu, Tir ii.- T2: Lis, Pro, Fen iii.- T3: Cis, Met, Arg, Gli La digestión con Quimotripsina dió Fen y dos péptidos:

145



i.- Q1: Met, Lis, Pro, Tir, Gli, Cis, Arg ii.- Q2: Val, Glu La ruptura con CNBr dió también dos péptidos: i.- C1: Lis, Fen, Pro, Gli-HSL ii.- C2: Glu, Tir, Val, Arg, Cis cuya reacción con Edman produjo Cis.Arg.Tir Determinar la secuencia de aminoácidos. 31.- Para determinar la secuencia del péptido Isb3, cuya composición determinada por hidrólisis ácida y cromatografía de capa fina fue Met, Asn, Asp, Ile, Val, Glu, Gli, Gln, Lis, Fen, Arg, Tir, Pro, Cis, Ser , se realizaron las siguientes digestiones: i.- Empleando Bromuro de Cianógeno (CNBr), dio dos péptidos: a) CNB1: Asp, Asn, Ile, Lis, Pro, Gli, Val, Met , cuya reacción de Sanger dio primero Ile, luego Asp; b) CNB2: el resto de aminoácidos, cuya reacción de Sanger dio Gln y luego Tir; ii.- La digestión con Tripsina produjo tres péptidos: a) T1: Val, Gln, Cis, Gli, Asn, Met, Tir, Fen, Arg , la reacción de Sanger dio primero Asn y luego Gli; b) T2: Glu, Ser, cuya reacción de Edman dio Glu primero y luego Ser; c) T3: Pro, Ile, Asp, Lis , cuya reacción de Sanger dio Ile y luego Asp iii.- La digestión con Quimotripsina produjo tres péptidos: a) Q1: Pro, Tir, Met, Lis, Asn, Asp, Gli, Gln, Val, Ile cuya reacción de Sanger dio primero Ile y después Asp b) Q2: Arg, Glu, Ser cuya reacción de Sanger dio primero Arg y luego Glu c) Q3: Cis, Fen cuya reacción de Edman dio Cis iv.- Digestión con Hidroxilamina: a) H1: Gli, Val, Met, Cis, Ser, Gln, Glu, Arg, Fen, Tir cuya reacción de Edman dio Gli, luego Val, y después Met; b) H2: Asp, Asn, Lis, Ile, Pro cuya reacción de Edman dio Ile, luego Asp y después Pro Determinar la secuencia de este péptido. 32.- Se obtuvieron los siguientes datos, acerca de la estructura de una cadena polipeptídica. La hidrólisis total produjo Gli, Ala, Val2, Leu2, Ile, Cis4, Asp 2, Glu4, Ser 2, Tir 2. El tratamiento de la cadena con 2,4dinitrofluorobenceno, seguido de hidrólisis ácida, rindió 2,4-dinitrofenil-glicina. El análisis del grupo Cterminal dio aspartato. La hidrólisis ácida parcial proporcionó los siguientes oligopéptidos, entre otros:

Cis.Cis.Ala Glu.Asp.Tir Glu.Glu.Cis Glu.Leu.Glu Cis.Asp Tir.Cis Ser.Val.Cis Glu.Cis.Cis Ser.Leu.Tir Leu.Tir.Glu Gli.Ile.Val.Glu.Glu. La hidrólisis con pepsina rindió dos péptidos: uno que por hidrólisis dio Ser.Val.Cis y Ser.Leu , y otro que por hidrólisis dio Tir.Glu.Leu y Glu.Asp. Formular una estructura que esté de acuerdo con los datos anteriores


146


RESPUESTAS DE EJERCICIOS SELECCIONADOS 3.- Al ánodo puesto que tiene carga total negativa por la desprotonación del grupo NH 3+ 4.- a) La valina tiene un PI = 5,96 por lo tanto está mayormente con carga total negativa a pH=7,6 y se migra al ánodo. El ácido glutámico tiene un PI = 3,22 por lo tanto tendrá carga total negativa y migra al ánodo. La histidina tiene un PI = 7,59 por lo tanto no migrará a este pH. El ácido glutámico tiene mayor carga negativa (posee dos carboxilatos) por lo que migra con mayor velocidad al ánodo que la valina. b) La glicina tiene un PI = 5,97, por lo tanto, hay mayor número de moléculas con carga negativa y migra al ánodo. La fenilalanina tiene un PI = 5,48 y tiene mayor número de moléculas con carga positiva y migra al cátodo. La serina tiene un PI de 5,88 por lo tanto a pH= 5.7 hay mayor número de especies con carga negativa y migra al ánodo. Pero la glicina está más ionizada que la serina a este pH por lo que migra con mayor velocidad. c) La glicina tiene un PI = 5,97, por lo tanto, hay mayor número de moléculas con carga negativa y migra al ánodo. La fenilalanina tiene un PI = 5,48 por lo que prácticamente no migra a pH = 5.5. La serina tiene un PI de 5,88 por lo tanto a pH= 5.5 hay mayor número de especies con carga negativa y migra al ánodo. Pero la glicina está más ionizada que la serina a este pH por lo que migra con mayor velocidad d) La glicina tiene un PI = 5,97, por lo tanto, prácticamente no migra a pH = 6.0. La fenilalanina tiene un PI = 5,48 y hay mayor número de especies cargadas positivamente por lo que migra al cátodo. La serina tiene un PI de 5,88 por lo tanto a pH= 6.0 hay mayor número de especies con carga negativa y migra al ánodo. 6.- El N del anillo de pirrol del triptofano no es básico ya que el par de electrones está formando parte de la ina tiene un N con un par de electrones en un orbital sp2 y, por lo tanto, se comporta como base. Por lo tanto, el triptofano tiene un menor PI parecido al PI de los aminoácidos neutros. De la histidina el N sin H es el más básico. 11.-

+ H3N

O H

O

H

O

N

N NH3 +

OH

O

H2N

O

N SH

H

H

N O

N O

O

O

N

OO-

H O

17.a) Val y Ser b) Glu y Gli

147



c) Gli.Arg

Cis.Leu.Val S S

Glu.Tir.Lis

Cis.Ile.Lis

Ser

d) Gli.Arg

Glu.Tir.Lis

Cis.Leu.Val

Cis.Ile.Lis

Ser

e) Glu.Tir

Lis.Cis.Leu.Val S S Gli.Arg.Cis.Ile.Lis.Ser

f) Glu.Tir

Lis.Cis.Leu.Val

Gli.Arg.Cis.Ile.Lis.Ser

18.- a) Ala, Glu, Gli y Leu. En relación 1 : 1 : 1 : 1 b) Ala.Glu Glu.Gli Gli.Leu Ala.Glu.Gli Glu.Gli.Leu 19.- a) i) Lis Asp.Gli.Ala.Ala.Glu.Ser.Gli Fen.Ile ii) Ala.Ala.His.Arg Glu.Lis iii) Tir.Cis.Lis Ala.Arg Arg Gli iv) Fen.Ala.Glu.Ser.Ala.Gli. b) i) Lis Asp ii) Ala Glu Fen iii) Tir Ala Arg Gli iv) Fen 20.- a) VAKEEF VMY CEW MGGF b) VAKEEF V-HSL Y CEW HSL

GGF

21.- a) Val.Ile.Cis.Ala.Lis Glu.Gli.Ile.Fen.Ile b) Val.Ile.Cis.Ala.Lis.Glu.Gli.Ile.Fen Ile c) Val.Ile.Cis.Ala.Lis.Met.Glu.Gli.Ile Fen.Ile d) Val.Ile.Cis.Ala.Lis-HSL Glu.Gli.Ile.Fen.Ile 22.- a) Asp.GIi.Leu b) His.Ala.Gli.Ser.Asp.Hi.Ala 23.- Tir.Ile.Fen.Glu.Leu.Arg.Cis.Leu.Val.Val 24.- Leu.Gli.Tir.Ala.Gli.Gli.Gli.Tir.Ala


148


25.- a) Asp.Cis.Tir.Lis.Met.Gli b) Asp.Cis.Tir.Lis y Gli. 26.- Leu.Arg.Asp.Met O H N

+ H3N

OH

O

N

N H

O

N

+ H2N

O O-

O H

SCH3

NH2

27.- Tir.Ile.Fen.Glu.Leu.Arg.Cis.Leu.Val.Val 28.- Ala.Ser.Lis.Fen.Gli.Lis.Tir.Asp 29.- Es un decapéptido cíclico

Gln.Tir.Ser.Arg.Pro.Fen.Leu.Met.Glu.Lis 30.- Fen.Pro.Lis.Gli.Met.Cis.Arg.Tir.Val.Gln 31.- Ile.Asp.Pro.Lis.Asn.Gli.Val.Met.Gln.Tir.Cis.Fen.Arg.Glu.Ser 32.- Gli.Ile.Val.Glu.Glu.Cis.Cis.Ala.Ser.Val.Cis.Ser.Leu.Tir.Glu.Leu.Glu.Asp.Tir.Cis.Asp

149



ANEXOS I.- ELECTRONEGATIVIDADES ORGÁNICOS.

DE

ELEMENTOS

PRESENTES

EN

COMPUESTOS

H 2.1 C 2.5

N 3.1

O 3.5

F 4.0

P 2.1

S 2.4

Cl 2.8 Br 2.7 I 2.2

II.- EFECTOS ELECTRÓNICOS DE LAS FUNCIONES ORGÁNICAS.


150


+M, +I alquilo

+M, -I

-M, -I

OH, OR

NO2

SH, SR

CN

F, Cl, Br, I

CHO COR CO2H COOR

III.- pK a DE ALGUNAS FUNCIONES ORGÁNICAS

151



ÁCIDO

BASE CONJUGADA

pKa

C H

C-

C H

C

..

N H

.. N

35

C H

C-

25

COOR C H

COOR C -

25

CO C H

CHO C-

18-20

.. ..O

..O

H

50

-

44

..

.. +

N H

.. PhO ..

N H

..

H

O .. C .. O H

PhO .. O .. C .. O-

16 10 9 5

Los valores de p K a varían de acuerdo a los grupos unidos al centro ácido.

IV.- PRIORIDAD DE GRUPOS FUNCIONALES PRINCIPALES.


152


La prioridad más elevada se encuentra en la parte superior de la tabla. Grupo funcional ácido carboxílico ácido sulfónico anhídrido éster halogenuro de acilo amida nitrilo aldehído cetona alcohol fenol tiol amina imina alquino alqueno alcano

Nombre como sufijo Ácido – oico ácido – carboxílico (ciclos) ácido -sulfónico anhídrido -oico anhídrido -carboxílico -oato de -ilo -carboxilato de – ilo (ciclos) halogenuro de -oilo halogenuro de – carbonilo (ciclos) -amida -carboxamida (ciclos) -nitrilo -carbonitrilo (ciclos) -al -carbaldehído (ciclos) -ona -ol -ol -tiol -amina -imina -ino -eno -ano

Nombre como prefijo carboxi sulfo

alcoxicarbonil halocarbonil amido ciano oxo formil oxo hidroxi hidroxi mercapto amino imino alquinil alquenil alquil

Grupos subordinados Grupo funcional éter halogenuro nitro sulfuro azida diazo

Nombre como prefijo alcoxi halo (cloro, bromo, etc.) nitro alquiltio azido diazo

V.- ESTRUCTURAS DE CARBOHIDRATOS NATURALES 153



V.I. CETOSAS cetopentosas

cetotetrosa

CH2OH O CH2OH dihidroxicetona

CH2OH O H OH CH2OH

CH2OH O H OH H OH CH2OH

cetohexosas CH2OH CH2OH O O H OH HO H H OH H OH H OH H OH CH2OH CH2OH

D-ribulosa

D-psicosa

CH2OH O

D-eritrulosa HO H

H OH CH2OH

D-xilulosa

D-fructosa CH2OH O HO H HO H H OH CH2OH

CH2OH O H OH HO H H OH CH2OH

D-tagatosa

D-sorbosa

V.II.- ALDOSAS CHO H OH CH2OH D-(+)-gliceraldehido

aldotetrosas CHO H OH H OH CH2OH

CHO H OH H OH CH2OH D-(-)-treosa

D-(-)-eritrosa

ET aldopentosas CHO H OH H OH H OH CH2OH

CHO HO H H OH H OH CH2OH

D-(-)-ribosa

D-(-)-arabinosa

CHO H OH HO H H OH CH2OH

CHO HO H HO H H OH CH2OH

D-(+)-xilosa

D-(-)-lixosa

RAXL aldohexosas H H H H

CHO OH OH OH OH CH2OH

D-(+)-alosa

All

HO H H H

CHO H OH OH OH CH2OH

D-(+)-altrosa

altruist

H HO H H

CHO OH H OH OH CH2OH

D-(+)-glucosa

gladly

HO HO H H

CHO H H OH OH CH2OH

H H HO H

CHO CHO OH HO H OH H OH H HO H OH H OH CH2OH CH2OH

D-(+)-manosa

D-(-)-gulosa

D-(-)-idosa

make

gum

in

H HO HO H

CHO OH H H OH CH2OH

HO HO HO H

CHO H H H OH CH2OH

D-(+)-galactosa D-(+)-talosa

gallon

tanks

VI.- CONSTANTES FÍSICAS DE LOS AMINOÁCIDOS


154


155




156


SOLEMNES Y EXÁMENES DE SEMESTRES ANTERIORES. UNIVERSIDAD ANDRÉS BELLO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS SOLEMNE 1 DE QUÍMICA ORGÁNICA II- MIÉRCOLES 15 DE ABRIL DE 2009 Nombre:…………………………………………………………………. Nota:…………

Ptje.:………………..

1.- Complete las siguientes reacciones para el alqueno A indicando la estereoquímica cuando sea necesario.

i) Hg(OAc)2 / H2O ii) NaBH4

CH2I2 / Zn (Cu)

H2SO4 - H2O

KMnO4 / NaOH

i) MCPBA / CH2Cl2

ii) H3O+

A

MCPBA / CH2Cl2

i) Hg(OAc)2 / EtOH

i) B2H6

ii) NaBH4

ii) H2O2 / NaOH

2.- Escriba un mecanismo detallado para la conversión de I en II. 157



O

OH O

CH3 CH3

i) CH3MgBr / éter ii) H3O+

I

+

OH

II


158


3.- Complete los siguientes esquemas de síntesis O CuLi

i) O

A

ii) H3O+

+

B

(C6H10O2) isómeros ópticos

i) CH3MgBr / éter

C

A isómero S

a.-

(C6H10O2 )

159

ii)

H3O+

(C8H18O2 )

PCC / CH2Cl2

SOCl2

i) Mg / éter

D

E

(C8H16O2 )

(C8H15ClO)

F ii) H3O+

+

G

(C8H16O) isómeros ópticos



b.Li

MCPBA / CH2Cl2

i) NaH / THF

i)

H

+

J + K

I


ii) H3

O+


L + ii)

Br

M



160


4.- El linalol es un terpeno que se encuentra en la esencia de lavanda, bergamota y menta. Proponga un esquema de síntesis para el linalol a partir de oxirano, butenona y bromuro de isobutenilo como únicas fuentes de carbono y cualquier reactivo inorgánico u orgánico necesario. Br bromuro de isobutenilo

OH

O oxirano

(±)-linalol

O butenona

161



Nom bre:

Universidad Andr é s Bell o

Departamento de Ciencias Químicas Prueba Solemne 1 Recuperativa de Química Orgánica II L un es 28 de Septi embr e de 2009 ………………………………………. Ptje.:……………….. Nota:…………

…… …… …… …… ……

1.- Complete las siguientes reacciones para el alcohol A indicando la estereoquímica cuando sea necesario. (11 puntos)

i) TsCl / py

i) NaH ii) (CH3)2CHCH2I

ii) LiAlH4

H2SO4

OH HBr

KMnO4 / NaOH

A SOCl2

SOCl2 / py

i) TsCl / py ii) NaI


162


2.- Escriba un mecanismo detallado para la conversión de I en II. (10 puntos)

HO H2SO4 calor I

163

II



3.- Complete los siguientes esquemas de síntesis a.- (9 puntos) O i)(CH ) CuLi / éter 3 2

i) CH3CH2Li / éter

C

isómero c is

(C7 H12O)

ii) H3O+

+

B


D

isómeros ópticos

(C9 H18O)

+

(C7H12O)

ii) H3O+

A

A

H2SO4 (c)

KMnO4 / NaOH

E (C9 H16 )

F

+

G

(C9H18O2 ) isómeros ópticos


164


b.- (6 puntos) i) B2H6 / THF ii) H2O2 / NaOH

H (C8H10O)

PCC / CH2Cl2

I (C8H8O)

i)

MgBr / éter ii) H3O+

J

+

K

isómeros ópticos

(C10H14O) i) NaH / THF OTs

ii)

L

+

M

isómeros ópticos

(C13H20O)

165



4.- Proponga un esquema de síntesis para el compuesto A a partir de ciclohexanol, cloruro de metilo y oxirano como únicas fuentes de carbono y cualquier reactivo inorgánico u orgánico necesario. (9 puntos) Br

ciclohexanol

OH

CH3OH cloruro de metilo O

A

oxirano


166


Uni versidad André s Bello Departamento de Ciencias Quími cas- F acul tad de Ecol ogía y Recur sos Naturales Solemn e 2 de Quími ca Or gánica I I - Jueves 22 de Octu bre de 2009

______________________________________________________________________ Nombre: _____________________________________Número de Matrícula: _______________ Puntaje: _______Nota:_________ 1.- Complete las siguientes reacciones para la 2,2-dimetilciclopentanona. Indique la estereoquímica del o los productos cuando sea necesario (16 puntos)

i) N

i) CH3CH2MgBr / éter ii) H3O+

Br 2 / CH3COOH

H

ii) CH3CH2Br iii) H3O+

O Ph3P=CHCOCH3

O i) NaBH4 / éter ii) H3O+ Zn(Hg) HCN

HCl

NH2 NH2

i) NaOH O

ii)

H

CH3CH2OH / TsOH iii) (- H2O)

167



2.- Escriba el mecanismo detallado de la formación del acetal I. (6 puntos)

O

HO

TsOH

+ OH

O

O

+

H2O

I


168


3.- Complete los siguientes esquemas de síntesis (15 puntos) MCPBA / CH2Cl2

A

a)

+

B

isómeros ópticos

(C 3H 6O)

MgBr

B isómero S

169

i)

/ éter ii) H3O+

C

K2Cr 2O7 / H+

(C 9H 12O)

O D

i) LDA, THF, -78º C

(C 9H 10O) ii) CH3CH2CH2Br iii) H3O+

E

Ph3P

(C 12H 16O)


F (C 16H 22O)


Br b)

Li, éter

G (C6H11Li)

i) CO2 ii) H3O+

H

SOCl2 / py

(C7H12O 2)

i) Bu2Cd / éter

I

(C7H11ClO)

ii) H3O+

J

(C11H 20O)

i) LDA / THF / -78º C ii) HCHO iii)

M (C14H26O 2)

MCPBA / CH 2Cl2

L

i) Et2CuLi / éter

(C14H 26O)

ii) H3O+

(-H2O)

K (C12H20O)


170


4.- Un eximio estudiante sintetizó el compuesto I a partir de 2,2-dimetilciclopentanona, oxirano y bromometano como únicos reactivos carbonados. Proponga una síntesis para el compuesto I a partir de estos reactivos y cualquier otro reactivo orgánico o inorgánico que estime necesarios. (9 puntos) O

CH3Br

O

bromometano

O

O 2,2-dimetilciclopentanona

oxirano

I

171



Uni versidad André s Bello Departamento de Ciencias Quími cas- F acul tad de Ecol ogía y Recur sos Naturales Solemn e 2 de Qu í mi ca Orgánica I I - L unes 17 de M ayo de 2010

______________________________________________________________________

Nombre: _____________________________________Número de Matrícula: _______________ Puntaje: _______Nota:_________

1.- Complete las siguientes reacciones para la t-butil metil cetona. Indique la estereoquímica del producto cuando sea necesario (15 puntos)

i) CH3CH2CH2MgI / éter ii) H3O+

i)

Ph3P=CHCOOCH 2CH3 N H

ii) CH3CH2Br iii) H3O+

CH3CH2 NH2 Zn(Hg) / HCl

MCPBA/ CH2Cl2 HCN

HOCH2CH2OH / TsOH

i) NaOH ii) PhCHO iii)

(- H2O)


172


2.- Escriba el MECANISMO DETALLADO de la siguiente reacción. (8 puntos) O

HO H3O+ O

HO O

173



3.- Complete los siguientes esquemas de síntesis (15 puntos). O

OH

OH

i) CH3MgBr / éter

A

OEt

TsOH

(C12H20O4)

ii) H3O+

B

(C10H18O 2)

H2SO4

C

(C10H16O)

O

H2 / Pd / C

i) LDA / THF / -78ºC

D (2R , 5R )

ii) EtBr

F + G (C12H22O)

NH2NH2 / NaOH

D + E H + I

(C10H18O)

(C12H24)

isómeros ópticos


174


b) O

O O

i) EtONa / EtOH ii)

(- H 2O)

J (C 9H 14O)

H2 / Pd / C

PPh 3

K + L

(C 9H 16O) isómeros ópticos

M + N (C 12H 22O) isómeros ópticos

H 3O +

Ñ + O + P + Q (C 10H 17O) isómeros ópticos

175



4.- El Citral es una mezcla de dos terpenos de fórmula molecular C10H16O. El isómero E es conocido por geranial o citral A mientras que el isómero Z es conocido como neral o citral B. El Geranial tiene un olor fuerte de limón mientras que el Neral tiene un olor de limón menos intenso pero más dulce. El Citral es, por lo tanto, un compuesto usado en la perfumería por su efecto cítrico. Proponga una síntesis del citral a partir de acetona, bromoetanal y 4-oxopentanoato de etilo como únicas fuentes de carbono. Utilice los reactivos orgánicos e inorgánicos que estime necesarios (7 puntos)


176


Uni versidad André s Bello Departamento de Ciencias Quími cas- F acul tad de Ecol ogía y Recur sos Naturales Solemn e 3 de Qu í mi ca Or gáni ca I I - M artes 17 de Noviembre de 2009

______________________________________________________________________ Nombre: _____________________________________Número de Matrícula: _______________ Puntaje: _______Nota:_________

1.- Complete las siguientes reacciones para la L-ramnosa. (11 puntos)

H

Br 2 / H2O

N

NH2

i) Br 2 / H2O

ii) CaCO3 iii) H2O2 / Fe2 (SO4 )3

CHO

O

-ramnopiranósido

H H ii) CH3I exceso / Ag2O HO HO

i) CH3CH2OH / HCl(g)

OH NaBH4 / CH3OH / H2O OH H H CH3

HIO4

NaOH i) HCN ii) H3O+ iii) H2 /BaSO4 / H2O

177



2.- Proponga un mecanismo detallado para la esterificación en medio ácido del ácido S -5hidroxihexanoico. (6 puntos) O

O HO

H2SO4 ( cat)

OH

O

+

H2O


178


3.- Complete los siguientes esquemas de síntesis. (7 puntos) a.O EtO

O

i) EtONa / EtOH

OEt

O ii)

A C13H22O5

EtONa / EtOH

+ C + D+

B

E

C11H16O4

estereoisómeros i) NaOH ii) H3O+ iii)

G C8H16

179

Zn (Hg) / HCl


F C8H12O2


b.- (8 puntos) O HO i) Br 2 / P

NaCN

H + I C8H7BrO2

ii) H3O+

acetona

isómeros ópticos

J+ K C9H7NO2

H3O+

isómeros ópticos EtOH / H2SO4

O

2 EtOH

+

P fenobarbital C11H12N2O3

H2 N

NH2

Py

L C9H8O4

N C15H20O4

i) EtONa / EtOH ii) Br

M C13H16O4


180


4.- La solanina es un glico-alcaloide tóxico y amargo que se encuentra en los brotes de la papa (Solanum tuberosum) Tiene propiedades narcóticas por lo que era utilizada en el tratamiento de epilepsia. No se descompone con el cocimiento pero sí con los jugos gástricos. Está formada por la solanidina (aglicona) y por solatriosa (C 18H32O15). Determine la estructura de la solatriosa de acuerdo a las siguientes evidencias experimentales: (10 puntos) i.- Da positivo el test de Tollens. ii.- La hidrólisis ácida de la solatriosa produce D-glucosa, D-galactosa y L-ramnosa. iii.-glicosidasa produce D-glucosa y un disacárido A. iv.-glicosidasa produce L-ramnosa y un disacárido B. v.- La metilación exhaustiva con yoduro de metilo en presencia de óxido de plata y posterior hidrólisis ácida produce 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-glucosa, 4,6-di-O-metil-D-galactosa y 2,3,4-tri-O-metil-Lramnosa. vi.- La metilación exhaustiva del disacárido A y posterior hidrólisis ácida produce 3,4,6-tri-O-metilD-galactosa y 2,3,4-tri-O-metil-L-ramnosa. vii.- La metilación exhaustiva del disacárido B y posterior hidrólisis ácida produce 2,3,4,6-tetra-Ometil-D-glucosa y 2,4,6-tri-O-metil-D-galactosa. Escriba el nombre de la solatriosa.(3 puntos) CH2OH

CH2OH OH

O OH

OH

OH

O OH

OH

O CH3

OH OH D-glucosa

181

OH D-galactosa



OH


Uni versidad André s Bello Departamento de Ciencias Quími cas- F acul tad de Ecol ogía y Recur sos Naturales Solemne 3 de Qu ímica Or gánica I I - M ié rcol es 23 de Junio de 2010

Nombre: _____________________________________ Número de Matrícula: _______________ Puntaje: _______ Nota:_________ 1.- Complete las siguientes reacciones para la m -metilanilina indicando la estereoquímica cuando sea necesario. (12 puntos)

O Cl

H

O

O

i)

/ py

/ H2, Pd/C

ii) CH3I exceso iii) Ag 2O / H2O iv)

Cl i)

/ py

NH2

O

i) NaNO2 / HCl ii) HBF4

ii) LiAlH 4 / éter iii) i -PrOH / H2O

i) NaNO2 / HCl CH3CH2I exceso

/ H2, Pd/C

O

ii) CuCN iii) H3O+


182


2.- Proponga un mecanismo detallado para la hidrólisis en medio ácido de la lactona A (6 puntos) O

O O

H2O

OH

H2SO4 ( cat)

A

183

OH



3.- Complete los siguientes esquemas de síntesis. (8 puntos) a.O

EtO

O

i) EtONa / EtOH

OEt

i) NaOH

A + C11H18O5 ii) H3O

O ii)

iii)

B C6H10O3

i) SOCl2 / py ii) EtOH

C C8H14O3

EtONa / EtOH

i) PCC / CH2Cl2

F

G + H C9H10O2

+

ii) EtONa / EtOH iii)

E C9H14O3

i) EtONa / EtOH ii)

O

D C6H8O2

isómeros


184


b.- (7 puntos) O

OEt O

H AcONH4 / AcOOH /

O OEt

(- H2O)

H C11H18O4

i) (CH3)2CuLi / éter ii) H3O+

I + J C12H22O4

i) EtONa / EtOH

Br

ii)

isómeros ópticos

K

+

L

C15H26O4

isómeros ópticos

O H2N

NH2

Py

M + N + 2 EtOH secobarbital C12H18N2O3 isómeros ópticos

185



4.-chaconina es un glicoalcaloide tóxico y amargo que se encuentra en los brotes de la papa (Solanum tuberosum ) Tiene propiedades antifúngicas e insecticidas que utiliza la planta como defensa. Está formada por la solanidina (aglicona) y por chacotriosa (C 18H33O14). Determine la estructura de la chacotriosa de acuerdo a las siguientes evidencias experimentales: (10 puntos) i.- Da positivo el test de Tollens. ii.- La hidrólisis ácida de la chacotriosa produce D-glucosa y L-ramnosa. iii.- El tratamien -glicosidasa produce D-glucosa y L-ramnosa. iv.- La metilación exhaustiva con yoduro de metilo en presencia de óxido de plata y posterior hidrólisis ácida produce 3,6-di-O-metil-D-glucosa y 2,3,4-tri-O-metil-L-ramnosa. Escriba el nombre de la chacotriosa (2 puntos) CH2OH

OH

O OH

OH

O CH3

OH

OH OH D-glucosa



186


Uni versidad André s Bello Departamento de Ciencias Quími cas- F acul tad de Ecol ogía y Recur sos Naturales Exam en de Quími ca Orgánica I I - Ju eves 3 de Di ciembre de 2009

____________________________________________________________________

Nombre: __________________________________Número de Matrícula: _______________ Puntaje: _______Nota:_________

1.- Complete las siguientes reacciones indicando la estereoquímica del o los productos cuando sea necesario (16 puntos)

O

O

Cl

H

O i)

i) CH3I (exceso)

ii) Ag2O / H2O iii)

NH2

Cl

ii) LiAlH 4 / éter

iii) i -PrOH / H2O

O NaNO2 / HCl

187

H / H2 / Pd, C



i) NaNO2 / HCl

i) NaNO2 / HCl ii) KI

ii)

OMe

NH2 i) NaNO2 / HCl

Fe / HCl

ii) H2O

NO2

i) NaNO2 / HCl ii) H3PO2

i) NaNO2 / HCl ii) H3BF4


188


2.- El aminoácido (-)-cisteína tiene un p K a1 = 1,91; p K a2 = 8,14 y p K a3 = 10,28. Determine: i) El punto isoeléctrico de la cisteína (2 puntos) ii) La estructura de la cisteína a pH = 5.07 (2 puntos) iii) La estructura de la cisteína en un tampón AcOH/ AcONa de pH = 4.5 (2 puntos) iv) La estructura de la cisteína en un tampón NH 4Cl / NH3 de pH = 10 (2 puntos)

Punto isoeléctrico:

O

OH cisteína (cis)

HS

pH = 5.07

189

NH2

pH = 4.5

pH = 10



3.- Complete los siguientes esquemas de síntesis: a) (8 puntos) EtO

OEt O

A

O

SOCl 2 / py

i) NaOH

i) EtONa / EtOH Br

ii) H3O+

(C15H20O4)

ii)

iii)

B

C

(C10H12O2)

(C10H11ClO)

AlCl 3 E

+

i) LDA / THF / - 40ºC

F


CH3CH2NH2 / H 2 / Pd / C

E isómero R

G

+

ii)

D Br (C10H10O)

iii) H3O+

H

(C16H25N) isómeros ópticos


190


b) (5 puntos) O OH

HNO3 / H2SO4

HO

i) NaOH

J (C7 H5 NO5) ii)

SOCl 2 / py

K Br (C H NO ) 10 11 5

L (C10H10NClO4)

iii) H3O+

O

i) ii) H3O+

191

N H

M (C6 H15NO)

L

H2 / Pd / C proparacaína

N (C16H24N2O5)

(C16H26N2O3) anestésico de uso oftalmológico



4.- Proponga una síntesis del aminoácido ornitina a partir de oxirano, azida de sodio, cloruro de amonio y cianuro de potasio y cualquier reactivo orgánico o inorgánico que estime necesarios. (8 puntos) O

O

OH

H2N NH2

NaN3

(±)-ornitina

NH4Cl / KCN


192


Uni versidad André s Bello Departamento de Ciencias Quími cas- F acul tad de Ecol ogía y Recur sos Naturales Ex amen de Quími ca Or gáni ca I I - M artes 13 de Jul io de 2010

____________________________________________________________________ Nombre: ______________________________ Número de Matrícula: _______________ Puntaje: _______Nota:_________

1.- Complete las siguientes reacciones. Indique la estereoquímica del o los productos cuando sea necesario (12 puntos)

O SOCl2 / py

Cl

+

i) NaBH4 / éter ii) H3O+

EtNH2

O

i) CH 3I (exceso)

NH3 H2 / Pd / C

ii) Ag 2O / H2O

iii)

i) LDA / THF / -78 ºC ii) EtBr iii) H3O+

Zn(Hg)

CH2=PPh3

HCl

193



2.- Escriba el mecanismo detallado de la hidrólisis ácida del dipéptido ala.val (5 puntos)

H N

+ H3N

O OH

O

+ H2O

H+

+ H3N

OH

+

+ H3N

O OH

O

ala.val

alanina


valina

194


3.- Complete los siguientes esquemas de síntesis a.- (12 puntos) O

NH2

py

A

PCC/ CH2Cl2

(C6H 15NO)

Cl2

B

(C6H 13NO)

C

AcOH

i) NaBH4 / éter

(C6H 12NClO)

D

ii) H3O+

E

(C6H 14NClO)

isómeros ópticos

OH i) NaNO2 / HCl i) CuCN

F (C7H 5NO)

H3O+

G

i) LiAlH4 / éter

H

i) SOCl2 / py

(C7H 6O3) ii) i-PrOH / H 2O (C H O ) 7 8 2

ii) NaCN

I (C8H 7NO)

NH2

i) SOCl2 / py ii) NH3

atenolol

K

+

L

(C14H 22N 2O3)

i) NaH / THF ii) D + E

J (C8H 9NO2)

isómeros ópticos

195

+



b.- (6 puntos) OH

Cd

O O

i) PPh3 / tolueno ii) NaH

L (C22H21PO2)

M (C7H12O2 )

SOCl2 / py

i)

N (C7H11 ClO)

Ñ

ii) H3O+ (C H O) 9 14

Br i) CH3Li / éter ii) H3O+

O+ P (C10H18O)

linalool isómeros ópticos


196


4.-El aminoácido (+)-arginina tiene tres pKa: 2,17; 9,04 y 12,48. a.- Asigne los pKa a cada grupo de la arginina (3 puntos)

HN

O

H N NH2

OH NH2

b.- Calcule el punto isoeléctrico de la arginina (1 puntos)

c.- Indique la especie mayoritaria en que se encuentra la arginina: v) vi) vii)

en una solución de HCl 0.1 M (2 puntos) en un tampón AcOH/ AcONa de pH = 4.5 (2 puntos) en un tampón NH 4Cl / NH3 de pH = 10 (2 puntos)

pH = 1.0

197

pH = 4.5

pH = 10


Guía Ejercicios Curso Química Orgánica

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