Solucionario Morrison

QUIMICA ORGANICA PROBLEMAS RESUELTOS

QUIMICA ORGANICA PROBLEMAS RESUELTOS Quinta edición

Robert Thornton Morrison Robert Neilson Boyd New York University Versión en español de

José Manuel Méndez Stivalet

Universidad NacionalAutónoma de México Y Fernando León CedeÍí0 Universidad NacionalAutónoma de México Con la colaboración de Rosa Zugazagoitia Herranz Universidad Autónoma Metropolitana, UnidadXochimilco, México

* Addison-Wesley Iberoamericana vv Argentina o Chile O Colombiao Españao Estados Unidos MBxicoo Puerto RicooVenezuela

Versión en español de la obra titulada Study Guide to Organic Chemistry, Fifth Edition, de Roberth Thornton Morrison y Robert Neilson Boyd, publicada originalmenteen inglés porAllynandBacon,Inc.,Boston,Massachusetts,E.U.A.CopyrightO1987,1983,1975. Esta edición en españolcs la cínica autorizada. La inclusión en la obra delos espectros pertcnecicntes a Sadtler Standard Spectra@ por Dcrccortesía de Sadtler Research Laboratories, división de Bio-Rad Labcratories, Inc. chos reservados.

O 1992por Addison - Wesley Iberoamericana,S.A. Wilmington, Delaware,E.U.A.

Impreso enEstados Unidos. Printed in U.S.A. ISBN 0-201- 62933-X 4 5 6 7 8 9 10-CRS-99 98 97 96

Indice general Agradecimientos vii Al estudiante ix Advertencia x 1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

30

Estructura y propiedades 1 Metano Energía de activación. Estado de transición 13 AIcanos Sustitución por radicales libres 25 Estereoquímica I. Estereoisómeros 47 Halogenuros de alquilo Sustitución nucleofilica alifática 77 Función del disolvente Enlace secundario 91 Alquenos I. Estructura y preparación Eliminación 97 Alquenos 11. Reacciones del doble enlace carbono-carbono Adición electrofilica y de radicales libres 1I 7 Estereoquímica 11. Reacciones estereoselectivas y estereoespecíficas 133 Conjugación y resonancia Dienos 151 Alquinos 169 Hidrocarburosalicíclicos 177 Aromaticidad Benceno 211 Sustitución electrofílica aromática 2 19 Compuestos aromáticos-alifáticos Arenos y sus derivados 229 Espectroscopia y estructura 249 Alcoholes I. Preparación y propiedades físicas 283 Alcoholes 11. Reacciones295 Eteres y epóxidos 323 Sinforia Efectos de grupos vecinos. Catálisis por complejos de metales de transición 345 Aldehídos y cetonas Adición nucleofilica 353 Estereoquímica 111. Ligantes y caras enantiotópicas y diastereotópicas 373 Acidoscarboxílicos 385 Derivados funcionalesde los ácidos carboxílicos Sustitución nucleofílica del acilo 41 1 Carbaniones I Condensaciones aldólicas y de Claisen 437 Aminas I. Preparación y propiedades físicas 465 Aminas 11. Reacciones 473 Fenoles S05 Halogenuros de aril0 Sustitución nucleofílica aromática 535 Carbaniones I1 Síntesis malónica y acetoacética 553 V

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

Compuestoscarbonílicos a,p - nosaturados Adición conjugada Transposiciones Carbono como vecino. Iones no clásicos 611 Orbitales moleculares. Simem'a Orbital. 637 Compuestos aromáticos polinucleares 663 Compuestosheterocíclicos 697 Macromoléculas. Polímeros y polimerización 725 Grasas 741 Carbohidratos I. Monosacátidos 751 CarbohidratosIT. Disacáridos y polisacáridos 789 Aminoácidos y proteínas 813 Procesos bioquímicos Biología molecular 833

Análisis de espectros 835 Fórmulas estereoquímicas de compuestos cíclicos 882 Síntesis: trabajo retroactivo 882 Análisis de espectros 883 Síntesis: un enfoque sistemático 884

581

Agradecimientos Nuestro agradecimiento a Sadtler Research Laboratories por los espectros de infrarrojo marcados “Sadtler” y al Infrared Data Committee del Japón por aquellos marcados VRDC”, así como al doctor David Kritchevsky, del Wistarlnstitute, por habernos permitido citarla letra de su canción, ‘%amesol”.

Al estudiante En este momento, frente al cúmulo de material desconocido que contiene su libro, seguramente se estará preguntando:iqué se supone que deboextraer de todo esto? La mejor manera de descubrirlo es resolviendo problemas: primero, para ver si ha y principios acerca de los cuales ha estado leyendo; segundo, comprendido los hechos y lo que es más importante, para aprender autilizarestosmétodos químicos del mismo modo práctico como lo hace un químico orgánico. Dése una oportunidad honesta para trabajar cada problema; no lo abandone con a leer la parte pertinente del ytexto piénseZa. Use papel demasiada premura. Vuelva y lápiz y realmente trabajeen ella. Sólo cuandoha realizado todo esto, compare su respuesta con la que se da en esta Guía de Estudio. Si estuvo en la senda correcta, enhorabuena. se desvió del Si camino, trate de averiguar ddnde sucedió. Siga cuidadosamente la explicación para darse cuenta de cómo debe enfrentar este tipo de problemas la próxima vez. Debe aprender a utilizar su química orgánica aún sin estrenar y, para lograrlo, es preciso esforzarse. Debe tratar de resolver problemas difíciles, y no siempre lo logrará; pero puede aprender de sus fracasos tanto como de sus éxitos. Con algunas de las respuestas hemos indicado referencias a textos químicos.No será necesario leer todos estos trabajos "-0 incluso, quizás ninguno de ellos-; sin su interés, ahonde en él. En todo caso, lea embargo, si alguno de los temas despierta una -o dos, o tres- de estas publicaciones, de manera que pueda apreciar con detalles tangibles el tipo de trabajo experimental que subyace a toda ciencia. Robert Thornton Morrison Robert Neilson Boyd

Advertencia Las referencias a una página de esta Guía de Estudio se indicarán como "página O00 deestaGuíade Estudio". Se entenderá que toda otra referencia corresponde a una página de Química Orgánica, quinta edicio'n, de R. T. Morrison y R. N. Boyd.

Estructura y propiedades

1.1

Iónicos: a, e, f. En general, esperamosla transferencia electrónica“enlace iónico“ entre átomos que se o hacia la derecha, en la tabla periódica típicamente hallan muy separados, hacia la izquierda entre metales del extremo izquierdo y no metales ubicados a la derecha. Esperamos el compartimiento de electrones -enlace covalente-entre átomos que no están tan separados: entre S y O, por ejemplo, o entre N y C; y también entreH y casi todo átomo perteneciente a los grupos111a VII. (Véanse también los compuestos covalentes en el problema 1.2.)

(a)

H (b) H : S :

K’ : B r :

..

(c)

. . : F: . . ..

:F:N:F:

H H .. .. (e) c a z + : .O.. .: S. :. ~ : ” ( f ) H : N : H - : ~ I : - (g) H : P : H :

o

:

,

:O:

1.2

H

,

H

:o:

(a) H : O . . .: O : H

(b) : N : : : N :

(e)

(f) - : O : : C : : O : (g) H:O ..:C ....: O : H

H:C:::N:

H (d) : C..i : C..: c.l. : ..a :

(c) H : O : N : : O :

o:

(h) H:C :O:H .. .. H

:O:

(d) :O .. : N : : O : H H (h) H : C :C:H .. .. H H

CAPITULO 1

13

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

(a)

1S

2P

2s

Na

Mg

todos son semejantes al Ne

Al

si P S

1

CI

8

Ar

@)Loselementos dela misma familia tienen igual configuraci6n electrónica su para nivel energCtico miis elevado. (c)Los elementos metAlicos a la izquierda de la tabla peri6dica pierden electrones para adquirir una configuración 2,8; los elementos nometlicos situados a la derecha ganan una configuración 2,8,8. electrones para adoptar

1.4

Para alcanzarla forma de cada molkula, vemos cuántos orbitales necesita el átomo central para sujetar no s610 los 6tomos unidos a 61, sino tambi6n todo par de electrones no sp3si necesita tres, sp2;si dos, compartido. Si precisa de cuatro orbitales, utilizarh orbitales sp. A continuación se indica la forma en cada caso: primero, si se incluyen pares no compartidos; luego, entreparhtesis, si S610 se consideran los núcleos atómicos. (a)Tetraédrica, comoCH, en la figura 1.10, piigina 16. (Tetraédrica.) (b)Tem&ica, comoNH,en la figura l.12, pAgina 18.(Piramidal,con rfngulostetruédricos.) (c)Tetra&ca, como %O en la figura1.14, phgina 19. (Plana,con un ángulo retraédrico.) (d)Tetra&lrica, como

9. (Piramidal,con ángulos tetruédricos.) H.

I

NH4 +

2

HIO'

CH,OH

I

"'y

5

H

"

H

CH,NHZ

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

1.S

CAPITULO 1

La estructura (a), no la (b), puesto que en (a) se anularían mutuamcnte los dipolos.

c1

c1 1.6

Lineal. Esta la es única forma que permite la anulación los dos de dipolos carbono-oxígeno.

AI igual queen BeCI, (Fig. 1.6, pág. 13), esta linealidad resulta de la hibridación sp en el átomo central; en COZhay traslapo adicional para generar enlaces dobles (Sec. 7.2). 1.7

(a) Esperaríamosun momento dipolar nulo. Si el nitrógeno presentara hibridación sp2,la molécula sería plana y simCtrica (como BF,, se anulm'an mutuamente. De hecho, N%, Fig. 1.8,pág. 15), y los tres dipolos de los enlaces tiene p = 1.46 D. Por tanto, la molécula no es plana, ni hibridadasp2. (b) Esperaríamos queNF, tuviese un dipolo mucho mayor que NH,.

Si el nitrógeno usara orbitales p para enlazar,NH, y NF, serían piramidales, como se indica en la página 25, excepto que los Bngulosde enlace serían de 90" en lugar de lspáginas 24 a 25, en tanto, se tome tetraédricos. El razonamiento es el mismo que el dea se en consideración el par de electrones no compartido. Ahora el par no compartido encontraría en un orbital 2s simétrico en torno al N , y no proporciom'a un dipolo que se los grandes dipolos N-F darían alNF, opusiera alos dipolos delos enlaces. Sin oposición un momento dipolar mucho mayor que elN,. delDe hecho,NF,tiene un momento dipolar mucho menor queNH,;por tanto, el par no compartido no se encuentraun en orbital 2s, y la molécula nose halla p-hibridada. 1.8

Asociados: d, e. Simplemente dibujamos la estructura de cada molécula y buscamos H ligado aO o a N. Sólo si encontramos O-H o N-H esperamos que el compuesto se halle asociado. los H de los grupos recurrentes CH, no se pueden hallar implicados (Podemos observar que en puentes de hidrógeno.)

"I

Y

H

H

(a) H-C-0-6

I

I

No asociado

H -H

I I

(b) H"C--F H No asociado

H

I I

(c) H-C--CI

H No asociado

CAPITULO 1

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

J

( f ) CH,

N

I

C'H No asociado

1.9

.,

En cada caso, enfocamos nuestra atención sobreel átomo que tiene el prodn que se va a perder, es decir,el átomo que se quedará con el par electrónico no compartido en labase conjugada que se va a formar. Cuanto mejor acomoda este átomo dichos electrones, tanto mayor será la can tidad de base conjugada que y, sepor formará consiguiente, por definición, tanto m's fuerre será el úcid0 conjugado. H:L

t-

Acido

Sujeta al protdn

:H ' e :Z

+

H:B

Base conjugada Mantiene al par de

electrones no compartidos

Consideraremos dos factores que determinan la capacidad un átomo de para acomodar los electrones: (i) Su electronegatividad, puesto que, por definición, un átomo más electronegativo tiene mayor avidez de electrones. Entre los átomos del mismo pcriodode la tabla periódica, la electronegatividad aumenta a medida que nos desplazamoshacia la derecha. (ii) Su tamaño, puesto queun átomo más grande permite una mayor dispersión dela carga de los electrones y, como veremos( S a . 5.21),esto tiendea estabilizar a una partícula tamaño aumenta a medidaque nos cargada.Entreátomosde lamismafamilia,el desplazamos hacia abajo en la tabla. (a) CH,NH, < CH,OH

El oxígeno y el nitrógeno se encuentran en el mismo periodo de la tabla periódica, y el oxígeno esel mds electronegativo. (b) CH,OH < CH,SH

El azufre y el oxígeno pertenecena la mismafamilia de la tabla periódica, y el azufre es el m's grande de los dos. 4

CAPITULO 1

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

(c) NH,

’

< H,O

’

Una vez más, el oxígenoy el nitrógeno se encuentranen el mismoperiodo de la tabla periódica, y el oxígeno es el mbs electronegativo. 1.10

Apelando a nuestros conocimientos generales de química, llegamos los a siguientes 6rdenes de acidez. (Sabemos, por ejemplo, que %O+, y no H20.es el ácido fuerte en soluciones acuosas de compuestos como el ácido sulfúrico.) (b) NH,’

> NH3

(d) HzO > OH

(c) H2S > HS

(e) Observamos que, entre moléculas estrechamente relacionadas en las cuales el mismo átomo pierde el protón, cargapositiva

--”+

acidezincrementada

carganegativa

+ acidezdisminuida

¿Cómojustificamosesto?Siguiendo el planteamientodelproblemaprecedente, se van consideramos las diversas bases conjugadas queformandoy la habilidadde cada una cargados negativamente- que queda al para acomodarel par de electrones -recordemos, perderse el protón. Este acomodoes m& fácil para la base conjugada neutra se genera que de un kid0 cargado positivamente,

Neutro

H,O’ + : B e . H z 0 Positivo

+

H:B

más difícil parala base conjugada cargada negativamenteseque genera de un ácido neutro, H,O Negativa

+

:B

Z=Z

OH

+

H:B

Neutro

y aún más difícil para la base conjugada con doble carga, la cual proviene de un ácido cargado negativamente. OH- + :B Negativo

02- + H:B Doblemente negativa

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

CAPITULO 1

1.1 1

Utilizando nuevamente el planteamiento del problema 1.9, centramos nuestra atención en Cuanto mejor acomoda el átomo que tiene el par de electrones no compartido en la base. el átomo estos electrones, tanto menos disponibles están para ser compartidos y tanto mris débil será la base. Un orden de basicidad relativaes necesariamente opuesto al orden de acidez relativa de los ácidos conjugados.

(a) CH,- > NH,- > O H - > F.

(b) NH, > H 2 0 > HF

(c) SH" > C1-

En (a), (b) y (c), los átomos de cada serie se encuentran en el mismo periodo de la tabla periódica, por lo que el acomodo del par electrónico depende de la electronegatividad: cuanto más electronegativo es el elemento, tanto más débil la base. es (d) F - > C1- > Br- > 1-

(e) OH- > S H - > SeH-

En (d) y (e), los átomos de cada serie se encuentran en la misma familia de la tabla periMca, por lo que el acomodo depende deltamaíio: cuando más grande sea el átomo, tanto más débil será la base.

1.12

CH,NH2 > CH30H > CH,F Aplicamos el mismo planteamiento del problema anterior. En esta serie, la basicidad varia inversamente con la electronegatividad: cuanto más electronegativo sea el átomo, tanto más débilserá la base.

1.13

Planteamos este problema como lo hicimos antes con el problema 1.10. Nuevamente apelamos a nuestros conocimientos generales de química, y llegamos a los siguientes órdenes de basicidad. (Sabemos, por ejemplo, que es el OH-, y no H20, el que hace fuertemente básica la solución acuosa de NaOH.)

(d)Observamos que, entre moléculas estrechamente relacionadas en las que el mismo á tiene el par no compartido, carganegativa

+ basicidadaumentada,

cargapositiva

+ basicidaddisminuida

'Para explicar esto, consideremos el par electrónico no compartido en cada base y cuán disponible se encuentra para ser compartido. Para un átomo dado, es evidente que la disponibilidad de electronesesmayoren una molécularicaenelectrones,cargada negativamente, y menor en UM molécula pobre en electrones y cargada positivamente. 6

CAPITULO 1

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

(a)

Mg" 2 : 61:

~

. . .H. . . (b) :CI:C:CI: ...... H

: o :

(e) K + : .o .: .c. ~. :. o :

(f)

:O:

:CI :

:Cl:S1:C¡ ...... :CI: ..

. .: .O. :. . (b) H : O . .:.S. :.O. : H :O:

(e) H : O : N : : O :

(f)

:O:N::o:

(i)

(j)

H:C::O:

H:C:::C:H

H

. . . .

(c) :'i: . . C. .I :

(E) Ba"

(d) N a ' :O:CI ....

. .: .O. :. . :O:S:O:'-

H

(h) H:C . .:.N. : H

:o

H H

..

. .: .O. :. . (c) H : O . . :. S. .: .O : ~

:o:

..

:CI:

(d)

H

H

(h) H:C::C:H

(k) H:C . .:.O. : H

(I)

o :

3.

:CI:F::b:

H . . .H. .H. H:C . .: C . .: .C. : H H H H

Para llegar a la forma de cada molécula, seguimos el procedimiento del problema 1.4 y vemos cuántos orbitales necesita el átomo central para retener tanto átomos como pares A continuaciónse indica la forma para cada caso: primero, si electrónicos no compartidos. se incluyen pares no compartidos; luego, entre parkntesis, si solamente se consideran núcleos atómicos. (a)Trigonal, comoBF, en la figura 1.8,página 15.(Trigonal.) (b)Tetraédrica, como N 5 en la figura l. página 12, 18. (Pirumidal, con cíngulos tetruédricos.) (c)Trigonal, comoBF,. (Trigonal.) (d)Tetraédnca, comoH20 en lafigura 1.14,página 19.(Plana,con un úngulo tetraédrico.) (e)Tetraédrica, comoH20. (Plana, con un úngulo tetraédrico.)

(0 Tetraédrica, comoH20. (Plana, con un úngulo fefraédrico.) (g)Tetraédrico, comoCH, en la figura 1.10,página 16.(Tetraédrica.) 7

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

CAPITULO 1

(h)Tetraédrica, comoNH,. (Piramidal,con úngulos tetraédricos.)

CH, :

N

F

4.

Octakdnca, es decir, dos pirámides cuadradas base con base.

5.

(a) Hacia el Br (el átomo más electronegativo). (b)Hacia elC1 (el átomomás electronegativo). (c)No p o a lr (se anulan). (d)Se alejade los átomos de H, bisecandoel ángulo entrelos átomos de C1 (vectores). (e) A 180" del enlaceC-H

(compárese con lafig. 1.16, pág.24).

(f) Similar a la molécula de H,O (Fig. 1.17, pág.25).

(g)Similar a la molécula de H,O (Fig. 1.17, pág.25). (h)Hacia el par no compartido en el N (Fig. 1.17, pág.25). (i) Se aleja delos átomos deC1, bisecando el ángulo entre los átomos de F. 8 .

,

~

'

_

"

y

(

_

~

~

~

~

~

~

_

.

I

_

"

~

u

"

"

I

~

~

~

~

"

-

~

ESTRUCTURA CAPITULO Y PROPIEDADES

6.

1

(a)El F es más electronegativo que el C1, y atrae más a los electrones; e para HF es más e más grande evidentemente desplaza al menor d, resultando así grande que para HCl. Esta un mayor p. (b)Esd claro que ladireccióndeldipoloes,en ambos casos,hacia el Faltamente electronegativo. Puestoquedes en esencia el mismo endos las moléculas,el mayor p para elatrae electrones del D con másfacilidad que del CD$ indica un mayor e. Desde luego, F en relación con H; es decir, el D libera electrones más fácilmente que H. elPor consiguiente, C. el enlaceC-H, la unión C-D tiene un dipolo del D al

7.

El compuesto de Li es iónico, comoUM sal; el compuesto deBe es no-iónico, covalente.

8.

El punto de ebullición se eleva mediante puentesde hidrógeno (asociación)enue las mismas moléculasde un compuesto; la solubilidad se aumenta mediante puentes de hidrógeno entre moléculas de soluto y moléculas de disolvente. Las moléculas del alcohol forman y con lasmolkulas de agua, aumentando puentes entresí, elevando el punto de ebullición, de hidrógeno con el la solubilidad.Las moléculas del éter sólo pueden establecer puentes agua, la que proporciona H unido a O; esto eleva la solubilidad pero, en ausencia de asociación, el bajo punto de ebullición es “normal” para peso el molecular.

H?O+ Acido más fuerte

+

HCO3HlCO? Base más fuerte

c

+

OHHC03Base más Acido más fuerte fuerte NH3 + HjO+ Base másAcidomás fuerte fuerte

CN + H20 Base másAcidomás débil débil

+

>

__ > c

__

HHZ0 Base másAcido más fuerte fuerte C,*+ Hz0 Base másAcidomás fuerte fuerte

Acido más débil

+

+

CO,” Base más débil

NH,’ Acidomás débil

HCN Acido más fuerte

+

+

HzO Base más débil Hz0 Acido más débil

H20 Base más dCbil

OHBase más fuerte

Hz. + O H Acido más Base más débil débil 20HBase más débil

+

C,H2 Acido más dkbil

CAPITULO 1

10.

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

(a) Y O ' , puestoque HCi

+

H,O

z--z

Acido más fuerte

H 30'+

c]

Acido más dkbil

(b)HCI. (c)La solución en bencenolaesmás fuertemente ácida; contiene HC1 no disociado, el cual se observa en la reacción en(a). es más fuerte que H3@, como

11.

La protonación reversible de un par electrónicono compartido enun átomo de oxígeno (pág. 34) convierte el compuesto orgánico en un compuesto iónico "una sal-, el cual es soluble en el disolvente fuertemente polar, ácido sulfúrico concentrado.

I

---O:

+

Compuesto Compuesto orgánico

12.

H2S04

*

I

--O:H'

+

HSO,

iónico soluble en H,SO,

Dentro deuna serie de oxiácidos relacionados, a mayor número de oxígenos, más fuerte el ácido.

Para interpretar esto, seguimos el planteamientodel problema 1.9recién visto. Centram nuestra atenciónen la base conjugada quese forma cuando cada ácido pierde un protón: la base conjugada el par de electronesqueda, que tanto más débil es cuanto mejor acomoda la basey, en consecuencia, tantomás fuerte es el ácido. Con un ácido sin carga, como en este caso, la base conjugada es un anión, y el acomodo del parde electrones implica la dispersión de la carga negativa que confiere a la base. Esta carga negativa " e l par de electrones adicional- se dispersa sobre los oxígenos de la base; cuanto mayor sea el nlimero de oxígenos, tanto mayor será la dispersión de carga,tanto más débil será la base y, en consecuencia, tanto más fuerte será el ácido.

13.

Lo que aquí se le pide que haga es algo que debe realizar muchísimas veces, como todo

químico orgánico. Se necesita práctica para escribir fórmulas como éstas, y estar segurode Al principio es particularmente fácil escribir que se han considerado todas las posibilidades. dos fórmulas que parecen ser dferentes y no darse cuenta de que representan a la misma molécula -simplemente invertidas, quizás, o dobladas en alguna parte. La manera más usar modelos mofeculures.Si cree que dos estructuras son segura de evitar esta trampa es distintas, construya sus modelosy tratede hacerlos coincidirtodas en sus partes. Inviértalos,

ESTRUCTURA CAPITULO Y PROPIEDADES

1

dóblelos, tuCnalos, girelos átomos entomo a sus enlaces: haga cualquier cosa con ellos, dos excepto romper uniones; ahora, aún si no coinciden los modelos, tiene entre manos estructuras diferentes que representan dos molkulas distintas. H H H (a)

/

¡

I

1

H-C-C-N-H

H H H

y ? ? H-C-N-C-H

I

H H

H

(b)

I

I

H

H-L-Cd-H

I

l

l

H H H

H H-C-H

" I H

H H H H

(c)

1

1

1

1

I

l

l

1

H-C-C-C-C-H H-C-C-C-H

H H HH H H

I

I

H H H H

l

l

H H H

I l l (d) H-C-C-C-CI H-C-C-C-H l i l H H H

I

H ~

l

l 1

C I H

H H H 1 1 1 H-C-.O-C-C-H

'

H

(f)

H H 1 1 H-C-C=O 1

H

14.

Y ?

H--C=C-O-H

1

1

H H

H H H-C-C-H \ /

O

Para minimizar la descomposición de un compuesto inestable. El calor rompe enlaces, por lo que ocasiona descomposición. Prácticamente todo compuesto orgánico sufre alguna descomposición al ser calentado, lo que se puede apreciar UM destilación.Un compuesto inestable por el oscurecimiento gradual del residuo durante contiene enlaces relativamente débiles y es muy propenso a descomponerse; la destilación flush minimiza el tiempo de calentamiento y, por lo tanto, la descomposición.

Metano Energía de activación. Estado de transición

2.1

Escribimos cada ecuación e identificamos los enlaces que se rompen (lado izquierdo de la ecuación) y losque se generan(ladoderecho).Consultandolatabladeenergíasde disociación homolítica de enlaces (Tabla 1.2 de la pAg. 21, o en la parte final del libro) vemos cuánta energía se absorbe o libera cuando cada uno de estos enlaces se rompe o se forma, y escribimos este valor debajo de la unión. Ahora, siguiendo el esquema determinamos el cambio global del contenido calórico, de cálculos ilustrado en la 50, página H , del sistema. Si se libera más calor que el que seH decrece, absorbe,AH es negativo y la se libera, H crece, AH espositivo reacción esexotérm'ca. Si se absorbe más calor que el que y la reacciónes endotérm'ca. (a) CH3-H

70

46

+

Br-Br

"f

+

CH3-Br

88

104

I58

I50

(b) CHj-H

+

1-1

"--f

+

CH3-l

36

56

F-F

CH3-F

104 38 244 142

I08

104 140

(C)

CH3-H

H-Br

+

AH

=

- 8 kcal

H-I 71

I27

+

A H = + I 3 kcal

H-F 136

A H = - 102 kcal

CAPITULO 2

METANO

2.2

Para cada halógeno escribirnos ecuaciones que correspondan (l), (2) a y (3) de la pagina5 l.

2.3

Puesto que cada una de estas reacciones solamente implican una ruptura de enlaces, sin formación de uniones, esperamos que E , sea igual aAH (véase la pág.55).

Luego seguimosel procedimiento recién descrito para el problema 2.1.

Como es fácil calcular,la hornólisis de la unión C l - C l tiene una E , mucho más baja que la homólisis del enlace C%-H, y ocurre contanto mayor rapidez que es, con mucho, el paso preferible para iniciar la cadena. Al igual que en el paso (2) de esta reacción (Sec. 2.21), la naturaleza del paso (1) queda determinada, en definitiva,por las fuerzas relativas de los dos enlaces.En la primera etapade la cloracih (tkrmica), la unión que se rompe es mús & M . CI-41, ya que es el enlace 2.4

El curso de nuestro razonamiento es al igual que aplicamos a la cloración en la seccidn 2.21. El mecanismo que efectivamentese sigue implica a( 2 a ) y (3a).

+ CH, CH,. + BrZ Br.

~--+

HBr

+

CH3Br

CH,.

+

Br.

CAPITULO 2

METANO

Como alternativase podría recurrir a (2b) y (3b).

+ CH, H . + Brz

Br.

---+CH,Br -+

HBr

+

+

H.

Br.

Nuevamente fijamos nuestra atención en el paso (2),esya aquí que donde se dividen las dos vías; lo que sucede en (2) determina lo que debeocurrir en (3). Usando energías de ls reacciones correspondientes (2a) disociación homolítica de enlaces, calculamos a AHpara y (2b). Para (2a), AH es + 16 kcal; Ela, debe seral menos de esa magnitud y, como sabemos, es realmente de18 kcal.

Para (2b),AH es +34 kcal; Elcfdebe seral menos de 34 kcal, y probablemente es mucho mayor.

Cuando un átomo de bromo choca con una molécula de metano, es concebible que pueda ocurrir cualesquiera de las dos reacciones, pero solamente si la colisión proporciona 34que suficiente energía.Es muchísimo más probable que el choque proporcione 18 kcal kcal. (Sucede que aquí la diferencia en E , 16 kcal, es la misma que entre los pasos que de vecesm4s compiten en la cloración; también aquí podemos calcular i2.5 quemillones es probable que ocurra (2a) que (2b)!) Apreciamos U M vez más que las moléculas hacenlo que les es m4s fácil. 2.5

En el catión metilo,C y , el carbono tiene el mismo número de electrones que el boro en a átomos. Como el boro,aquí el carbono BF, (Sec. l. 10) y análogamentese halla unido tres de enlace de 120”. La podríamos presenta hibridaciónsp2;la molécula es plana, con ángulos el en (b)se encuentra representar como enla figura 2.10 (pág. 65), excepto que orbitalp vacw. En el anión metilo, C%:-, el carbono no sólo liga tres htomos, sino tambi6n un par en (Sec.l. 12). Como el electrónico no compartido,por lo quese asemeja al nitrógeno NH, sp3;hay una disposición tetraédrica, (que nitrógeno, el carbono aquí presenta hibridación no compartidoen uno de los vértices del tetraedm. (Compare contiene) un par de electrones con la Fig.l.12, pág. 18.) Si sólo consideramos núcleos atómicos, esperamos que C%:- sea piramidal, con hngulos tetraédricos. (También suponemos que, como el N€& el anión metilo -y sus homólogos más grandes- sufrid UM inversión rápida (pág. 19).)

Las formas delas tres partículas metilo dependen, por lo tanto, del número de electrones sin electrones no compartidos, es trigonal; el no compartidos sobre el carbono: catwn, el anión, con un par no Compartido,es tetraédrico; y el radical libre,con un solo electrón no compartido, es trigonal,o bien intermedio entre trigonal y tetraédrico. 15

CAPITULO 2

2.6

METANO

(a)Forma halogenuro de plata insoluble en presencia de ácido nítrico. @)El hervor elimina HCN y H2S, volátiles, que de lo contrario interferirían la prueba del halogenuro (puesse formm'an AgCN y Ag,S).

2.7

(a)Porqueel %C y %H suman bastante menos de 100%.En ausencia de cualesquieraotros elementos, se considera quela parte faltante es oxígeno.

(b) 100% - (52.1 % C + 13. lo/; H) = 34.8"/, O peso C1 = 20.68 x

c1

---; =

AgC 1

35.45 20.68 + ~mg 143.32

%C1= peso CVpeso muestra x 100 = 20.68 x

35.45 1 x-x 143.32 7.36

_____

100

%Cl = 69.504

2.9

(c)

2AgCI peso AgCl = peso muestra x - 84.93 CHZCl,

(4

429.96 3AgC1 peso AgCl = peso muestra x ____ = 7.36 CHCI,

(e)

peso AgCl = peso muestra

(a)

X

4AgCI _____

CCI,

peso C = 8.86 x

C COZ

~

~ = 7.36

= 7.36

286.64

x

~

- 24.84 mg -

_ _ - 26.51 mg 19,37

X

+ 573.28 153,83= 27.43

= 8.86 x

% c =peso c/peso muestra x 100 = 8.86 x

~

mg

12.01 44.01 mg ~

1 12.01 x x 100 44.01 3.02 ~.

~

%C = 80.1% peso H = 5.43

%H =peso H/peso muestra

X

2H H,O

5.43 X

__

2.016 18.02 mg ~

2.016 18.02

1 3.02

x 100 = 5.43 x -x __ x 100

%H

= 20.1%

80.1 20.1 = 19.9 átomo-gramos C: ~- - 6.67 átomo-gramos H : 1 .O08 12.01 ~

C : 6.67/6.67 = 1.0

H : 20.1/6.67 = 3.0 Fórmula empírica = CH,

METANO

CAPITULO 2

(b) Como en (a) %Cy %H. utilizando lospesos apropiados para la muestra, COZ y 30, obtenemos C : 2.67 átomo-gramos H : 5.38 átomo-gramos PCSO

c1

C1= 13.49 X

AgCl ~

=

13.49 X

~

35.45 143.32 mg

1 35.45 y&= peso Cl/peso muestra x 1O0 = 13.49 x _ _ x - x 100 143.32 5.32 %Cl = 62.7% c1:

62.7 35.45

~- -

1.77 átomo-gramos

Pero no podemos aceptarC,,5YCl, de modoque multiplicamos por 2 a fin de obtenerun número entero para cada clase de átomo; esto da una fórmula empírica de C,H,CI,. 2.10

CH = 13; 78/13 = 6 unidades ( 0 ; la fórmulamolecular es C,H,.

2.11

peso C = 10.32 X

C

coz

~

12.01

= 10.32 X __

%C =peso C/peso muestra x 100 = 10.32 x

44.01 mg

12.01 1 x-x100 44.01 5.17 ~

%C = 54.5

2.016 1 %H =peso H/peso muestra x 100 = 4.23 x __ x - x 18.02 5.17

100

%H = 9.2

La deficiencia de36.3% (100 - (54.5 + 9.2)) se debe al oxígeno. 54.5 9.2 c: ~- 4.53 átomo-gramos H : - = 9.2 átomo-gramos O: 12.01 1.o

c: 4.53 = 2.0 2.27 ~

H:

9.2 = 4.0 2.21

~

36.3 = 2.27 átomo-gramos 16.0

~

2.27 o: -= 2.27

Fórmula empírica= CzH40;cada unidad pesa 44. 88/44 = 2C2H40unidades; entoncesla fórmula molecular esC4qOz

1

CAPITULO 2

1.

METANO

Siguiendo los procedimientos de los problemas 2.7,Z.g y 2.9, obtenemos X : 93.97; C,6.3%H. Y : 64.0% C,4.57,,H , 31.4% C1. 2 : 62.0%C, 10.30/, H, 27.701~ O. Para el compuesto Z, se calcula 27.7%O de 100 - (62.004 C + 10.3% H).

C3H,CI = 78.54 p.m. %C=-

%H=-

3c

x loo="--

C,H,CI

3 x 12.01 78.54

x 100 = 45.9% C

7H 7 x 1.008 x loo=C,H,CI 78.54

%a=

CI C?H,CI

~

x loo="

100 = 8.904 H

X

35.45 X 100 = 45.1% C1 78.54

aplicaci6n deeste procedimiento noslleva alo siguiente: (b) 52.1%C 13.1% H 34.8%O

3.

(c) 54.5% C (d) 41.8%C (e) 20.0% C (f) 55.6%C 9.2%H 4.7%H 6.7%H 6.2%H 10.8%N 36.3%O 18.6%O 26.6%O 16.3%N 46.7%N 27.4%C1 18.6%S

Seguimos el procedimiento del problema2.9. En (c), (d) y (0,se determina el oxígenopor diferencia. (4

85.6 c: 12.01 = 7.13 átomo-gramos ~

C: 7.13/7.13 = 1.0

H:

~

14.4 = 14.29 átomo-gramos 1.008

H : 14.29/7.13 = 2.0

Fórmula empírica C H 2 92.2 c: 12.01 = 7.68 ~

C: 7.68/7.68 = 1 .O

H:

7.8 ~

1 .O08

=

7.74

H: 7.74/7.68 = 1.O

Fórmula empírica C H 40.0 c: 12.01 = 3.33 ~

C : 3.33/3.33 = 1.0

H:

~

6.7 = 6.65 1.O08

H:6.65/3.33 = 2.0 Fórmula empírica CHzO

18

53.3 O : ~16.00 - 3'33

O : 3.33/3.33 = 1.0

CAPITULO 2

METANO

(4

29.8 c : -- - 2.48 12.01 C : 2.48/1.24= 2.0

H:

~

6.3 = 6.25 1.O08

H : 6.25/1.24= 5.0

C1:

44.0 = 1.24 35.45

O:

~

~

19.9 16.00

O: 1.24/1.24 = 1.0

CI: 1.24/1.24= 1.0

Fórmula empírica C2H,0CI 13.6

48.7 c : ~- - 4.05 12.01 C : 4.05/2.70 = 1.5

H:

~

1.O08

=

13.49

H : 13.49/2.70 = 5.0

N:

~

37.8 = 2.70 14.01

N : 2.70/2.70 = 1.0

Esto da CI5H,N, de modo que multiplicamos por 2 para obtener números enteros. Fórmula empírica C3H,0N2 c:

25.2

~- -

12.01

C : 2.10/1.40 = 1.5

2.10

H:

~

2.8 = 2.78 C1: 1.O08

H: 2.78p.40 = 2.0

49.6 35.45

~- -

1.40

C1: 1.40/1.40 = 1.0

O:

22.4 16.0

-=

O : 1.40/1.40 = 1.0

Multiplicamos C,,H,OCI por 2 para obtener números enteros. Fórmula empírica C3H,02CI,

4.

Se calcula 18.9%O pordiferencia.

C : 5.9/0.3 = 20 H : 6.2/0.3 = 21 O: 1.2/0.3 = 4

Fórmula empírica de la papaverina = C,%,,O,N.

5.

De maneraanáloga (14.7%O calculadopordiferencia): C = 4 .H 3 =4.3

0=0.9

N = 0 .S9 = 0 .N 3a=0.3

Fórmula empírica del anaranjado demetilo = C,,H,J03N3SNa.

1.40

N : 0.3/0.3 = 1

CAPITULO 2 6.

METANO

(a)Como enelproblema 2.9: 85.8*/, C, 14.3% H 14.3

85.8 c: "-7.1 12.0

H:

Fórmula empírica

=

14.3

-=

I .o

C H 2 ; peso unitario = 14

84/14 = 6 unidades CH,. Fórmula molecular = C,H,

7.

-

53.3% O se calcula por diferencia.

-

C: 40.0% del p.m. de 60

-"-f

24 g C/rnol

H : 6.7% del p.m. de 60 -+ 4.0 g H/mol

O : 53.3Xdelp.m.de60

~

32gO/mol

2 C por molécula

-+ 4

---+

H por molécula

2 0 por molécula

Fórmula molecular = C2H,02

8.

Tiene la mitad de los átomos que en el problema7 = CH,O.

9.

Comoenelproblema

7:

12.2% O se calcula por diferencia.

C: 0.733 x 262 = 192 g C/mol

16 C por molécula

---f

H : 0.038 x 262 = 10.0 g H/mol

~

1 0 H por molécula

->

O : 0. 122 x 262 = 32.0 g O/mol

+2

N : 0. 107 x 262

--+

=

28.0 g Njmol

O por molécula

2 N por molécula

Fórmula molecular de indigo = C, 6 H ,oOzN

10.

(a)La molécula más pequeiia posible debe contener al menos un átorno de azufre. %S =

IS p. mol. mín

3.4 x 100

=

p. mol. mín = 942

(b)5734/942 = aprox. 6 de las unidades mínimas.

Por lo tanto, hay 6 S p o r molécula. 20

32.06 p. mol. mín

x 100

CAPITULO 2

METANO

11.

Seguimoselprocedimientodelproblema 2.l . (a) H-H

38

+

-

F-F

104

272

142

(b) H-H 58

+

Cl-Cl

104 ~~

206

162

(c) H-H 46

+

Br-Br

104

176

2H-F 2 x 136

AH

+

2 x 103

I04 142

2H-Br 2 x 88

2 x 71

-

140

46

+

Br-Br

98

46

+ Br-Br

85 131

(8) H2C=CHCH2-H 46

+

A H = -2

Br-Br

88

+

C2H,-Br

-

144

( f ) C6HsCH2-H

H-Br

AH= -13

+ H-Br

C,H,CH,-Br

-

51

88

A H = -8

139

+

H2C=CHCH2-Br

H-Br

47

88 I35

134

AH= -I

(h) Seguimos el procedimiento del problema2.2. la paso: Br-Br

"-+

2Br.

AH

=

+46 kcal

C6HSCH, C2H, H2C=CHCH,

2 0 p a ~ 0 : AH = 3er paso: AH =

12.

(a)

-26

2H"I

36

(e) C2H,-H

I30

AH = -44

AH 1-1

-

2H"Cl

150

(d) H-H

=

+ 10 kcal -

23 kcal

- 3 kcal - 5 kcal

O kcal

- 1 kcal

CAPITULO 2

METANO

Para la reacción endotérmica (ii), EsI debe seral menos de la magnitud del AH, o sea, 16 kcal; para la reacci6n(i), Elctpodria ser cero. (En realidad esde 13 kcal.) La reacciónde menor E , es la que sucede. En ambas reaccionesse rompe el mismo enlace (CH,-H); lo que difierees el enlace que se forma. En el análisis final, la reacción sigue el curso sugerido porque un enlace C-H es más fuerte queun enlace C - C . (b)Altamente improbable, puesto que Eact para la reacción que compite C1, escon mucho menor. En una mezcla50:50 de CH, y CI,, la colisi6nde CH, con cualquier clase de molécula C1, tiene tiene la misma probabilidad. Sin embargo, la reacción altamente exotérmica con una Eat, muy pequefía, viéndosc favorecida en gran medida frente a la reacciónEact con una de 13 kcal.

CHjCI

13.

+

C1.

AH =

-

26

E,,,, rnuypequeh

(a) CH, no solamente puede reaccionar con Brz para generar producto, sino también con HBr para regenerar CH,, conlo que retardala reacción. (Esta última es el inverso del paso propagador de la cadena.)

CH,Br

+

Br.

A H = -24

E,,, rnuypequerin

Como vimos en la página 54, la EacIpara la reacción con HBr es de 2 kcal. Esta es más grande que la pequeñísima ESIpara la reacción conBr,, pero por supuesto es lo suficientemente pequeña para que parte de la reacción siga esta ruta competitiva cuando la de concentración HBr es elevaday la colisión es probable.

METANO

CAPITULO 2

(%)En este caso, la competencia implicaría la reacción C q . yentre HC 1,reacción que tiene una Eaude3 kcal (pág.54). Esta esUM reacción más difícil que la que implica HBr (E,= 2 kcal) y, desde luego,no puede competir contxito con la reacción entreCH; y Cl,.

+

CH,CI

+

CH,

CI.

AH

CI.

AH

=

-26

= -

E,,, muypequeh

E:,,, = 3

1

(c)A medida que avanza la reacción,se acumula HBr como uno de SUS productos. Este comienza a competir con Brz (2%. por ,como en la parte (a) y a invertirasí el proceso de la halogenación.

14.

(a)Las pruebas apuntan a una reacción en cadena por radicales libres, análoga a la de la cloración del metano. El razonamiento es igual al descrito en la sección 2.12. luz

CI-CI CI.

H.

+

+ 2CI.

H-H

+ Cl-Cl

-+ "-----f

HCI HCI

+ H. + C1.

etc.

(b)Un mecanismo similar contendría un paso propagador de la cadenaunacon E,,al menos de átomos deI . para de 33 kcal, demasiado elevada para competir con la recombinación regenerar I,.

15.

(4

(CH3)IPb + Pb + 4CH3. Espejo nuevo calor

I' h +

Espejo antiguo

(CHI)JP~ Efluente

(b)Cuanto más lejos hayan de difundirse los radicales CY.,tanto más tiempo hay para que se combinen entresí, CHJ.

+

'CH,

+ CH,~-CH3

y tanto más baja será su concentración cuando alcancen el espejo antiguo. Cuanto más baja es su concentración, tanto más lenta es su reacciijn con el espejo. 23

CAPITULO 2

METANO

Tal combinación esun proceso poco probabledebido a la baja concentraci6n de estas partículas; en una mezcla de cloración, por ejemplo, s610 sucede raras veces porque tienen una oportunidad mucho mayor de chocar con molkulas de Cl,.y, en consecuencia, de 48). Sin embargo, a l s en condiciones especlales de los experimentos reaccionar con ellas (pág. de Paneth -arrastre de las partículas a lo largo de un tubo de cuarzo mediante un gas inerte- no hay ningunaotra cosa con la cual pudieran reaccionar, de modo que reaccionan (lentamente) entresí.

(Este trabajo se encuentra resumidoen WhelandG.W., Advanced Organic Chemism, 3a. ed., Wiley, Nueva York, 1960, págs. 733-737 y. más detalladamente, en SteacieE. W. 1, págs. R., Atom and Free RadicalReactions, 2a. ed., Reinhold, Nueva York, 1954; Vol. 37-53. Para conocer un desarrollo fascinante de esta química, véase Rice F. O., “The Chemistry of Jupiter”, Sei. Am.Junio de 1956.) Este esun ejemplo de algo que sucede muy a menudo en química orgánica: un avance en la teoría sólo es posible gracias la invención a de una nuevatécnica experimental” e n este caso, el método del espejo, de Paneth-. Como veremos, los carbocationes se pueden estudiar sin gran dificultad porque George Olah bág. 193) descubrióun nuevo medio en pesarade que, como los radicales libres, el cud no pueden hallar nada con qué reaccionar, se trata de partículas usualmentemuy reactivas. Emil Fischer (pág. 1265) develó el vasto campo de los carbohidratos mediante el empleo de una sencilla reacción que había descubierto: la conversi6n de azúcares en osazonas “reacci6n que, entre otras cosas, transforma los azúcares quese presentan como jarabesde dificil manejoen compuestos cristalinos, fácilmente idcntificables-.La secuencia de los centenares de aminoácidos que conforman la gigantesca cadena de una proteína se determina ahora automáticamente en por computador, desarrollado por Pehr Edman forma rutinaria, en un analizador controlado (pág. 1337) a partirsude descubrimiento de una reacción entre isotiocianatode fenilo y uno de los extremos de UM cadena proteínica.Y esta listapodría continuar indefinidamente.

Esperamos que C,H,. el producido de este modo reaccione C1, con de la misma manera que C Y . ,para generar cloruro de etilo y CI ., por la vía

Luego elC1. generado en esta forma puede iniciar una cadena de halogenación que incluya al metano.

3 Alcanos Sustitución por radicales libres

Observación:En todos los problemas este de capítulo quese relacionan con la isomería, por el momento desdeñaremos la existencia de estereoisómeros.Una vezque el lector haya 4, sería instructivo que retomara algunos de estos problemas para ver estudiado el capítulo sus respuestas. cómo podría modificar 3.1

Dentro de algunas semanas el lector estará escribiendo estructurasidmeras con rapidez y facilidad; quizá le resulte difícil recordar en un principio, que, estees un trabajo que requiere esfuerzo. Esd aprendiendo un nuevo idioma, el de la química orgánica, y uno de los a Su primera prhctica en este sentido la tuvo con el primeros pasos es aprender escribirlo. problema 13(pág. 38),yahoraleconvendriareleerlarespuestaparaesteproblemadelapág. 10de estaGuía de Estudio. Considere con particular seriedad la recomendaciónde utilizar modelos moleculares: esta es la única manerade asegurarse realmente de que dos fórmulas en verdad representan moléculasidmeras distintas. En estos momentos quizá lo m b adecuado sea quitar los hidrógenos de las moléculasy concentrar nuestra atención en los esqueletosde carbono y en los átomos de cloro ligados a estos esqueletos.

Al igual que con todos los problemas de este t i p o , seremos sistemáticos. Primero dibujamos una cadena recta de carbonos correspondiente a n-butano.

c-c-c-c

CAPITULO 3

ALCANOS

(La anotamos en la línea recta. Podríamos doblarla o escribirla en zig-zag y seguiría representando el mismo compuesto; sin embargo, hacemos las cosas tan fáciles para nosotros comosea posible.) Ligamos un C1 a un extremo de la cadena @or ejemplo al C-1) y, dejhndolo allí, agregamos el segundoC1 sucesivamente a cadauno de los carbonos: al C-1, C-2, C-3 y C-4.

Tenemos ahora cuatro estructuras y hemos agotados las posibles estructuras que contienen Cl sobreun carbono terminal. Podemos aseguramos con facilidad de que todas ellas son diferentes entre si: es imposible interconvertirlas sin romper enlaces y formar otros nuevos. A continuación, colocamos nuestro primer C1 en el C-2 y repetimos el procedimiento, recordando queya hemos empleado las posiciones terminales. Esto nos da dos idmeros adicionales, para darun total de seis.

c1 I c c c c I c1

c

C--C--C

I

1

c1 c1

Seguimos el procedimiento de (a), comenzando esta vez con la cadenade carbonos ramificada del isobutano.Los modelos nos revelarán una característica particularmente importante de la molCcula del isobutano:los tresgrupos metilo son equivalentes, aunque dibujemos dos de ellos en sentido horizontaly el tercero hacia arriba(o hacia abajo). 3.2

No. Cada uno de ellos puededar origen a dos compuestos monoclomdos.

3.3

Por la repulsión devan der Waals entre metilos “grandes”. aglomeración de metilos

CH 3 A %

C‘H i

CAPITULO 3

ALCANOS

Rotación

-+

Rotación -+

CAPITULO 3

ALCASOS

(c)

(d)Suponiendo 0.8 kcal por interacciónoblicua metilo-metilo, y 3.0 kcal por energía torsional m k 0.4 kcalpara dos eclipsamientos metilo-hidrdgeno y 2.2 a 3.9 kcal por eclipsamientometilo-metilo(delaFig. 3.8), llegamosa l a s siguientespredicciones tentativas:

b > 4.4-6.1 > a > 3.4

c

> 4.4-6.1 > d > 3.4 > e

La magnitud defdepende del valor del eclipsamiento metilo-metilo. 3.5

Aplicamoselenfoquesistemáticoexpuestoen

el problema 3.1.

Br

CAPITULO 3

ALCANOS

Br

(c) C-C-C--C-Br Br

Br

C- C--C ~C

I

Br ~

C

C -C-C-C 1

Br Br

3.6

1

1

C--C

I

C

I

I I

C-C--C-Br

C-C--C

Br

BrBr

I

C - - C -C--C

C ~C

C

/

C -C-C Br

Br

(b) Orden de losidmeros como en el (a)Orden de los isómeros problema 3.5(a): como en la página 85:

n-hexano2,4-dimetilpentano n-heptano 3,3-dimetilpentano 2-metilhexano 2-metilpentano 3-etilpentano 3-metilhexano 3-metilpentano 2,2-dimetilpentano 2,2,3-trimetilbutano 2,2-dimetilbutano 23-dimetilpentano 2,3-dimetilbutano

3.7

(b) Orden de los isómeros como (a)Orden delosisómeros comoenelproblema3.5(b):enelproblema3.5(c):

1 -cloropentano 2-cloropentano 3-cloropcntano 1-cloro-2-metilbutano 2-cloro-2-metilbutano 3-cloro-2-metilbutano 1-cloro-3-metilbutano l-cloro-2,2-dimetilpropano

1,l-dibromobutano 1,2-dibromobutano 1,3-dibromobutano 1,4-dibromobutano 2,2-dibromobutano 2,3-dibromobutano l,l-dibromo-2-metilpropano 1,2-dibrom0-2-metilpropano 1,3-dibromo-2-metilpropano

I

C C C

C

Br

CAPITULO 3

ALCANOS

3.8

Las tres gráficas presentan unatasade aumento que se amortiguacon el aumento del número de carbonos.

3.9

Se liga hidrógeno (H o D) al mismo carbono que estaba unido a Mg.

Cloruro de n-propilmagnesio

CHJCHLCH2D Propano-1-d

C H J C H K H J Propano

CHJYHCHJ MyCl

CHjCHCH, I D

Cloruro de isopropilmagnesio

3.10

(a) Todos los que tienen el esqueleto de carbono del n-pentano:

c--c-c"c-c Br

Propano-2-d

Br

I

C

c- c ~-c--C c-c- q "C-C ,

I

Br

(b) Todos los que tienen el esqueleto de carbono del 2-metilbutano (isopentano):

Br

Br

I

Br

I

(c) Todos los quetienen el esqueleto de carbono del 2,3-dimetilbutano:

c Br

c c

q c c - c -c c

I 1 - C - - C -c

I

1

Br

(d) Sólo el bromuro de neopentilo tiene el esqueleto de carbono apropiado:

C-C-C

I

C

1

Br

CAPITULO 3

ALCANOS

@)Utilicela primera, ya que en esta síntesis R'X es primario. (Corey, E. J. y Posner, G. H., "Carbon-Carbon Bond Formation by Selective Coupling of n-Alkylcopper Reagents with Organic Halides",J. Am. Chem. Soc., 90,5615 (1968); House, H. O., et al., "Reaction of Lithium Dialkyl-and Diarylcuprates with Organic Halides", J. Am. Chem. Soc., 91,4871 (1969).)

C

(b) C-C

1

C

C-C

I

CI

3.13

C

C

I

C-C --C-C I

CI

I

I

C-C-C--C 1

C-C---C-C

I CI

CI

Los productos son:

c c

C (a) C---C--C

I c1

C-c-c I

CI

(b) C---&C

I

I c1

~

I c1

~

c c

C

I c- c-c I c1

1

(c) C C C C

I

I

C C-C-C ~

I

(d) C-C-C-C-C

I

c1

c-c

-C--c-~c

I

CI

CI

C--C-C--C-

I

C

CI

31

CAPITULO 3

ALCANOS

c

c

c

c'

'

c

Las proporciones de los productos son:

(a) 4470 I-CI 56:( 2-CI

(c) 55

(b) 64",{, 1 36:; 3 '

I('

(d) 21

45".,, 3

1-CI

531;, 2-C1

2636 3-C1

(e) 28% l-Cl-2-Me

(f) 45,'

23:/; 2-Cl-2-Me 250',

l-C1-2,2,3-triMe

(8) 33q{ I-C1-2,2,4-triMe

3-CI-2,2,3-triMe

28% 3-C1-2,2,4-triMe

2-CI-3-Me 35% I-C1-2,3,3-triMe 30°/,

18% 4-C1-2,2,4-triMe

149{ 1-Cl-3-Me

22%I-C1-2,4,4-triMe

Estas proporcionesde productos anticipadasse pueden calcular con método el indicado en de 5.0:3.8: 1 dadas allí. Para (a), sería: la página106, usando las reactividades relativas 1.0 6.0 n-PrCIno. d c 1'' H reactividadde H 1" 6 =x -- x i-PrC1 no. d e 2 ' H reactividadde H 2" 2 3.8 7.6 ~"

~~

~"

Luego,

" " 1" = _ _6.0 __- x 6.0

%" 2'

=

+ 7.6

7.6 6.0

+ 7.6 X

100 = 44"D

100 = 5604,

ALCANOS

Para (d):

1-C1:6H, cada uno con reactividad 1.0 2-C1:4H, cada uno con reactividad3.8 3-C1:2H, cada uno con reactividad 3.8

CAPITULO 3

--

6.0

15.2

7.6 -

"-f

total número X reactividad = 28.8 reactividad 1-C1

I-c1=

0'"

reactividad total

6.0

x 100 = __ x 100 = 21%

de molécula

28.8

q',2-c1= 15.2 x

100 = 53%

"3-ci = __ 7.6 28.8

100 = 26%

28.8

~

X

Las demás se calculan del mismo modo. 3.14

Las proporciones predichasse calculan conel metodo expuesto enla respuesta al problema 3.13anterior,utilizandolasreactividadesrelativasde1600:82:1,indicadasenlapí5gina107. (a) 4% 1-Br 96% 99.4% 2-Br

(b) 0.6%(c)1" 3"

(e) 0.3% 1-Br-2-Me 90% 2-Br-2-Me 9% 2-Br-3-Me 0.2% 1-Br-3-Me

0.3% 1" 99.7% 3"

(d) 1% 1-Br 66% 2-Br 33% 3-Br

(g) 0.5% l-Br-2,2,4-triMe 9% 3-Br-2,2,4-triMe 90% 4-Br-2,2,4-triMe 0.3% l-Br-2,4,4-triMe

(f) 0.6% l-Br-2,2,3-triMe 99% 3-Br-2,2,3-triMe 0.4% l-Br-2,3,3-triMe

3.15

En lugar de 400/1, la proporción de productos sería4004 de 1 x 10)= 40: 1, una proporci6n mucho más fácil de medir exactamente.

3.16

Tomamos en consideraciónel número relativode hidrdgenos en cada compuesto,C2H, y C,H,,, como hicimos en la página 107. Cada compuesto contiene, por supuesto, sblo hidrógenos primarios. nro-PeC] no. de H neopentílicosreactividad -

"

EtCl

no. de H. etílicosreactividad

2.3 =

12

- X

6

de H neopentííicos de H etílicos

A

reactividad de H neopentííicos reactividad de H etilicos

reactividad de H neopentííicos reactividad de H etflicos

=

2.3 X

6

-=

12

1.15

CAPITULO 3

3.17

ALCANOS

(a)Se habría formado algo de cloruro de ter-butilo en dos pasos a partir de radicales isobutilo,generadosinicialmenteporseparación de protiodelhidrocarburo y, por consiguiente,con formación de HCI,y no de DCl.L a proporción t-BuCI:iso-BuCl habría a hechos. sido mayor quel a proporción DCl:HCl,lo que es contrario los

(b)Los mismos que para (a). (Brown, H.C. y Russell, G . A. "Photochlorination of 2-Methylpropane-2-dand a-dl-Toluene; the Question of Free Radical Rearrangementof Exchange in Substitution Reactions", J. Am. Chem. Soc., 74, 3995 (1952).) 3.18

3.19

Agregando DBr e investigando si el metano no consumido contiene deuterio.

3.20

Hay que ver si en el espectro de masas apareccn 3sCl 36cl (masa 71). 36c137C1 (masa 73). o ambos.

otros valores (normales), de masa serían 70 (35C1-35C1), 72 (35C1-37C1) y 74C7C1--"cl). 3.21

El alcano era 2,2-dimetilhexano.(Véase la Sec. 3.17.) CH,

CH3

I CH3CHZCH2CHZ---Br+ (CH,C-~)LCuLi I Bromuro de n-butilo CH, di-ter-butilcuprato de litio

1.

~

f

I I

C H 3 C H 2 C H 2 C H --CCH, 2

2,2-Dimetilhexano

CAPITULO 3

ALCANOS

...pentanoCadenamáslarga: ...metilpentanoSustituida

cinco carbonos.

por un metilo.

2-metilpentanoSobreC-2. (La numeracibndesdeelotroextremo daría (2-4, un número mayor.) Br

I I

(b) CH,--C--CH, Br 3

?

I

...propanoCadenamáslarga:trescarbonos.

...dibromopropanoDisustituida

por bromos.

2,2-dibromopropano Ambos en el C-2. (Podríasernumerada desde el otro extremo.)

CAPITULO 3

ALCANOS

...pentano Cadena más larga: cinco carbonos. ...dimetilpentano Disustituida por metilos. 3,3-dimetilpentano Ambos en C-3. (Podría ser numerada desde el otro extremo.)

...pentano Cadena más larga: cinco carbonos. ...etil...metilpentano Sustituida por etilo y metilo. 3-etil-3-metilpentano Ambos enC-3. (podría ser numerada desde el otro extremo.) L o s grupos se nombran en orden alfabético

...hexano Cadena más larga: seis carbonos.

...trimetilhexano Trisustituida por metilos. 2,3,4-trimetilhexano En C-2, C-3 y C-4. (Numerando desde el otro extremo daría C-3, C 4 y C-5, un conjunto de números mayor.)

CAPITULO 3

ALCANOS

...octano Cadena más larga:

ocho carbonos.

...etil...metiloctano Sustituida por etilo y metilo. 5-etil-3-metiloctano EnC-5 y C-3. (Numerando desde elotro extremo daría C-4 y C-6, un conjunto de números mayor.)

...pentano Cadena más larga: cinco carbonos. tetrametilpentanoTetrasustituidapormetilos.

2,2,4,4-tetrametilpentano Sobre C-2 y C-4. (Podría ser numerada desde el otro extremo.)

CH3

I I

1

2

3

(h) CH3-C--CH"CH3 CI CH, I

4

...butano Cadena más larga: cuatro carbonos. ...cloro...dimetilbutano Sustituida por cloro y dos metilos. 2-cloro-2,3-dimetilbutano En C-2, y en C-2 y C-3. (Numerando desde el otro extremodaríac-3, C-2 y C-3, un conjunto de números mayor.)

CAPITULO 3

ALCANOS

...heptano Cadena más larga: siete carbonos.

...etil...metilheptano Sustituida

por etilo y metilo.

5-etil-2-metilheptano EnC-5 y C-2. (Numerando desdeel otro extremo daría C-3 y C-6, un conjunto de números mayor.)

CH, CH, I I (j) CH3"CH-CH-CH,-C-CH2"€H3

I

I

1

2

CH, 3

4

CHZCH, 5

6

1

...heptano Cadena

más larga: siete carbonos.

...etil...trimetilheptano Sustituida

por etilo y tres metilos.

5-etil-2,3,5-trimetilheptano En C-5 y en C-2, C-3 y C-5. (Conjunto de números másbajo, de acuerdoconelprimerpunto de diferencia: LC-2 o C-3?)

...hexano Cadena más larga: ...dietil..metilhexano Sustituida

seis carbonos.

por dos etilos y un metilo.

3,3-dietil-2-metilhexano EnC-3 y C-3, y en C-2.

Una cadena alternativade seis carbonosS610 tendría dos sustituyentes (más grandes). De dos cadenas iguales, elegimosla que tiene más sustituciones para mantener los sustituyentestansencilloscomoseaposible.

CAPITULO 3

ALCANOS

CH3

I

CL) C H 3 - C H 2 - C H - C H 2 ~ H - C H 2 - C H 2 ~ H 3 I YH\ CH3 CH3

1

3

2

4

5

6

...octano

1

8

Cadena m& larga: ocho carbonos.

...isopropil...metiloctano Sustituida

por isopmpilo y metilo.

5-isopropil-3-metiloctano EnC-5 y C-3. (Conjunto de números menor.) 3.

(a) la, 2c, 2d, 2g (c) lb, IC, lf, lg, 2f, 2i, 2j (e) 1 a, 1 h, 2e, 2g Por ejemplo:

I

3'

3"

H CH3 H I" 2" I I (c) CH3-CHL-C-C-(!-CH2"CH3

I

l

CH3 CH3 CH3

II' " I" IC: Dos H ' 3

CH.?CH3 1

'I

lh: Dos H 2'

I"

l

I,'

3" 3"

'

H H

I I

I I

(d) CH3"C"C"CH3 H3C CH3 I'

1

l b Ningún H 2'

CH3-CH2

I' 2' 2d:Se.isH2°ccmvadoceH1"

CAPITULO 3

4.

ALCANOS

(a) le, lg, l h , 2a, 2e, 2i, (d) I f (g) la, Ih 6 ) lh

(b) lb, I f (e) Id, 2e, 2f, 21 (h) 2g (k) Id, 2f, 21

2j, 2k, 21

(c) le, l h . 2a, 2i (f) I C

(i) 2e, 21

Por ejemplo:

lg: Un isopropilo

lb: Dos isopropilos

e-c

If: Dos isobutilos

2f: Un sec-butilo

c y c I

C IC: Dos sec-butilos

2e: Un isopropilo y un sec-butilo

5.

le: Un isobutilo

(8)

c c I I

c-c--c-c-c 1

1

c c

la: Un ter-butilo

lh: Un ter-butilo y un un isobutilo

c (h)

c

cJ---c-c!-c I c

c

2g: Dos ter-butilos

Id: Un metilo, etilo, un n-propilo y un sec-butilo

Podemos calcular fácilmente que, para tenerun peso molecular de 86, un alcano debe ser un hexuno, C,H,,. Como vimosen lapágina 85, hay cincodeellos.Siguiendola 3.1, hallamoslas respuestas siguientes. (Utilizamos nuevamente argumentación del problema fórmulas desprovistas de hidrógenos para revelar más adecuadamente el esqueleto.) (a) 2 monobromo derivados: 2,3-dimetilbutano (b) 3 monobromo derivados: n-hexano, 2,2-dimetilbutano (c) 4 monobromo derivados: 3-metilpentano (d) 5 monobromo derivados: 2-metilpentano (e) 6 dibromo derivados: 2,3-dimetilbutano (0 Vhse a continuación.

CAPITULO 3

ALCANOS

2-Metil-. pentano podría dar

n-Hexano podría dar

C

C

I

c"c-c-c-c

I

C--C--C

1

-

I

Br

C

I -c--c I

Br

C

I

c-C-C-C--C

Br

c"c-c-c-c-c

butano podría dar

c--c

Br

c-e-c

2.3-Dimetil -

3-Metilpentano podría dar

I

Br

I

Br

C

e-e-e-I e-c

Tres

I

I

1

fir

Br

C

Tres

C-Br

I

c--c-c-c-c Cuatro C C"C--C-C-C

I

I

Br Cinco

c c c - cI " c1 c 2,3-Dimetilbutano

Br 1.1-Dibroma-

2,34metilbutano

Br Br 1.2-Dibromo2,34imetilbutano

Br Br 1.3-Dibromo2,3-dimetilbutano

podría dar

I Br 1-Bromo-1-(bromometi1)1,4-Dibromo2,3-Dibrom2,3-dimetilbutano 2.3-dimetilbutano 2,3-dimetilbutano I Br

I

Br

Br

Br

CAPITULO 3

Mono

ALCANOS

,CHCI HzC' "CH2 ,s~ I

H2C

,

/

CHZ

H2C

,C$& 'CH2

H,d

Di CH2

CHCl CHCl

H,C

CH,

H2C

Tri CHCi H,C

CCl 2 \

i

/'

CHCl HZC

I

H,C

~

C'HCI

CIHC

1 J.3-

1.1.3-

~~

CH,

I ,2,4-

c, b, e, a, d. CH3

8.

C.lCl

,CHCl

HJ-CHCI

1,l.Z-

t

H,C I .3-

'CH,

,

H2C-CH,

7.

CFI,

'CHCI H,C H,C'

,

CHCl

'CH,

,

I .?-

1-1-

/'

,C.HCI

H2C'

1

(a) CH,--C-CH2-

-Br

I

+

éter

Mg

CHI + CH3--f?

I

H

CH,- -MgBr

H

Bromuro de isobutilmagnesio CH3

I I

(b) CH,-C-Br

+

Mg

CH3

CH,

(c) CH3-(1-CH2-MgBr

I

éter

+

y

I

CH3 Bromuro de ter-butilmagnesio

H20

H

+

CH, Mg(0H)Br

H Isobutano

3

(e) CH3-C-CH2-MgBr

I

I I

CH,"C-CH3

~d

H

y

3

CH,-C-MgBr

+

CH3

D20

-+

CH,-~-&-CH,D

I

Isobutano-1-d

+

Mg(0D)Br H

CAPITULO 3

ALCANOS CH.?

I

( f ) CH,-CHL ~ - C H CI CH,

I

CH,-CH2--CHLi

+

CH.?

I

(8) CH,-CH2-CH-)2CuLi

+

2Li

CUI

+

-

CH.?

I

C H I~ C H 2 - C H L i sec-Butil-litio

iLiCl

I

. "

CHI"CH2-CH )ZCuLi Di-sec-butilcuprato de litio Di-sec-butilcuprato de litio

3CH,---CH2-Br

---i

CH.!

I

2CH,-CH2-CH-CH2-CH3 3-Metilpentano

10.

+

CuBr

+

LiBr

Una vez más trabajamos con esqueletos de carbonos y utilizamos el enfoque sistemático empleado enel problema 3. l .

(c)

c c i I c-c-c---c-c I

C

CI

c c I c - c c C"C i c CI

c c I c-c-c-c-c I / c tl

c1 c c -c c- t. c 1 1 CI c ~

ALCANOS

CAPITULO 3

11.

El orden de los isómeros es como en el problema 10: (b) 21, 17, 26, 26, 10s; (d) 46, 39, 15:d

(a) 16, 42, 42?<; (c) 33, 28, 18, 22%

Los cálculos se hacen según se describe para el problema 3.13, página 30, de esta Guía de Estudio. 12.

(a)El agua destruye rápidamente un reactivo de Grignard. (b)El grupo-OH es suficientemente ácid0 como para destruir un reactivo de Grignard, si siquiera pudiese formarseuno.

13.

Alilo,bencilo > 3" > 2" > 1" > metilo,vinilo.

14.

Alílico,bcncílico > 3" > 2" > 1 > CH,, vinílico.

1s.

Trasposición,por m'gracio'nde Br, del radical1' formado inicialmente una radxal2" o 3', más estable:

r CHICHlCH.Br

CI.

~

CIi,CttBrCH,

CI

CH,CHCH2Br trasp. CH3CHBrCHz CH3CHCH2Br radical 1"

~~~~

-

1_ [I?

CH 3CHCIC'HzB~

-

radical 2"

'

Aun cuando los radicales libres alquilo raras veces se por trasponen migración de hidrógeno o alquilo, parece claro que lo pueden hacer por migración de halógeno. 44

ALCANOS

CAPITULO

3

La tabla 3.3 indica que el n-C,,H,, @.m. 198) tiene una densidad de 0.764 g/mL. Un litro 764 g moles. Esta cantidadde de kerodn pesa, por tanto, 764 g, y representa 198 g/mol 43 764 kerosén requiere x - moles de oxígeno, el cual pesa X - X 32 g, O 2650 g. 198 2 198 2 ~

(b)

~

-

CH3(CH2)12CH3: 12-CH22 CH3-

12 x 157 kcal = 1884 kcal 2 x 186 kcal =327 kcal 2256 kcalimol

Un litro de kerosén: 764 mol x 2256 kcal/mol 198

-

(c>

H.

+

.H

-

Hz

-

8710 kcal

A H = -104kcal/mol

Para producir 87 10 kcal, se necesitan

8710 kcal = 84 mol H, = 169 g 104 kcalimol

17.

Carius;mono,45.3% C1; di,62.8% C1. Determinar. peso molecular: mono, 78.5; di, 113.

18.

Trate de sintetizarlomedianteelmétododeCorey-House,partiendo isopentilo.

19.

(a)Metano,formadopor

CH30H

+

1.O4 mL gas es

CH,MgI +CH,

+

de bromuro de

CH,OMgI.

1.O4 mL 1.O4 o -~ mmol CH,, 22.4 m L / m z 22.4

CAPITULO 3

ALCANOS

desprendidos del mismo número de milimoles deC&OH, p.m. 32. 1.O4 peso CH@H = __ mmol x 32 mg/mmol

22.4

(no. de moles)

x

=

1.49 mg C H 3 0 H

(peso pormol)

1.57 mL no. mmol alcohol = _ _ _ ~ 22.4mL/tnmol

59 = C,,H2,,+,0H= 12n + (2n n =3

---i

+ 1)(1) + 16 + I = 14n + 18

C 3 H 7 0 H , quees n-PrOH o iso-PrOH.

mmol de alcohol

=

0.02 mmol alcohol

-

1.79 mg = 0.02 mmol alcohol aprox. 90 mg/mmol

cada mol de alcohol

1.34mL .= 0.06mmol H 2 22.4mL/mmol 3 moles H,

f

el alcohol contiene 3 grupos -OH p.m. 90 = C,LH,,- ,(OH), = 12n n = 3 da

-

+ (311

-

90 = l4n + 50

CH,-CH-CH,, i

OH

1

1

1)(1!

+ (3 x

16) + (3 x 1)

glicerol (pág.622).

OH OH

(Podríamos dibujar estructuras alternativas que contengan de un "OH más por carbono, pero tales compuestos son, en general, altamente inestables.)

46

4 Estereoquímica I. Estereoisómeros

4.1

Si el metano fuese una pirámide con base rectangular: dos estereoisómeros.

Imágenes especulares

Estas son imágenes especularespero, como podemos apreciar,no son superponibles.

4.2

(a) Si elmetanofuerarectangular:

tres estereoisómeros.

(b) Si el metano fuese cuadrado: dos estereoisómeros.

CAPITULO 4

ESTEREOISOMEROS ESTEREOQUIMICA I.

(c) Si el metano fuerauna pirámide con base cuadrada: tresestereoidmeros.

I d g e n e s especulares

Dos de Cstos son imdgenes especulares entresí, pero no superponibles. (d) Si el metano fuese tetraédrico: S610 es posibleuna estructura. H

Z

(La imagen especular dela estructura indicadase puede superponer a la original.)

4.3

=

(a>

U

=-

-

1.2:.

"

Ixd

6, I -

-

39.0'

0.5 dm x __ 100

(c)

-

39.0" =

U --__

0.5 x

6.15

~

Mitad conc. mitad no. moléculas

200 a

-0.6"

-+

mitad rotac.

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

4.4

CAPITULO 4

Use un tubo más largo o más corto y vuelva a medir la rotación. Por ejemplo, si[a]fuese realmente +45", un tubo de2.5 cm "-+ ct ob de +11.25". Otros valores de [a]darían los aobsiguientes:

-

-315"

4.5

-78.75"; +101.25"; +405"

$765"

--f

+191.25"

Quirales:b, d, f, g, h. Primero tratamos de localizar centros quirales:

Si localizamosun centro quiral"y si estamos seguros de que úesn ielc e podemos tener la certeza de quemolkula la es quiral. (Sihay m k de un centro quiral,la molkula puede o no ser quiral, como veremosen la S e c . 4.17.) En esta etapa,lo m& seguro es verificar o, lo nuestra conclusión dibujando fórmulas en cruz o, mejor aun, construyendo fórmulas (h), por ejemplo: mejor de todo, haciendo modelos. Para el compuesto espejo

CH,CI H+Br

C2H5

espejo

j

CH,CI

CH,CI

j

Bi-)H C,H,

H-C-

o

Br

CLHF

j

CH,CI

Br-C-H C,H,

No superponible: la moldcula es quiral

4.6

*

*

(a) CH,CH2CHDCI CH,CHDCH2CI DCH2CH2CH2C1

*

CH,CHCICH,D (CH,),CDCl

*

(b) Todos los que contienenun centro quiral(C) son quirales.

Después de identificar los centros quirales, seguimos el procedimiento del problema 4.5. para CH,CHz~E~DCI:,poreJemPlo: 49

CAPITULO 4

4.7

(a)"(c)Trabajeconmodelos;

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

(d) imhgenes especulares: a, b.

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

4.11

CI

( 4

CH ;H (t,C ;H2

C H 2 = = C H T C2H5 H S

R

C1 > C-C

> C-C

> H

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

4.12

CAPITULO 4

(a), (g): dosenantiómeros,ambosactivos (b), (c), (e): dos enantiómeros, ambos activos; 1 compuesto meso inactivo (f), (h): dos pares de enantiómeros, todos activos (d): cuatro pares de enantiómeros, todos activos

Todoenantiómero, unavez separadode todoslosdemfisestercoisómeros,seráópticamente meso será ópticamente inactivo. Todos los estereoisómeros que no activo. Todo compuesto son enantiómeros son diastereómeros. (a) CHzBr CHzBr H t BB rr I H CH,

I

1

CH.?

Enantiómeros

CH, Br

Br-"H

Br

Br-"H

Br

H-"Br

CLH,

C>H,

Enantiómeros

CAPITULO 4

4.13

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

El orden de los isómeros es el mismo que el dado antes en el problema 4.12.

(d) (2S,3S,4R);(2R,3R,4S);(2R,3S,4R);(2S,3R,4S);(2S,3R,4R);(2R,3S,4S); (2S,3S,4S);(2R,3R,4R).

CAPITULO 4

(f) (2S,3S); (2R,3R); (2S,3R); (2R,3S).

4.14

Refiérase alas curvas indicadas en las páginas 26 a 27 de esta Guíade Estudio. (a) tres confórmeros: A, B, C; B y C son enantiómeros (b) tres confórmeros:D, E, F; D y F son enantiómeros (c) un confórmero: G En (a), B y C son menos abundantes (más interacciones Me-Me oblicuas). En (b), D y F son más abundantes (menos interacciones Me-Meoblicuas).

4.15

H

H

H

H

Br

Br

II

Ill

I

B Br :r*

I

Las dos formas se componen deI, y de I1 más 111. (b) Ninguna de las dos formas es activa: I es aquiral, y II más 111 es UM modificación racémica.

4.16

(a) La abstracción de cualesquiera de los dos hidrógenos 2" es igualmente probable y resultan cantidades iguales de radicales piramidales enantiómeros; cada uno de ellos reacciona con igual facilidad con cloro, generando a s í cantidades igualesde moléculas de sec-BuC1 enantiómeras (es decir, la modificación rackmica). En todo caso, es probable que un radical piramidal sufra inversión rápida y pierda su configuración. (b) El desplazamiento de cualesquiera de los dos hidrógenos2" es igualmente probable,

dando cantidades iguales de moléculas de sec-BuC1 enantiómras (modificación racémica). 55

CAPITULO 4

4.17

ESTEREOQUEMICA I. ESTEREOISOMEROS

(a)Cuatro fracciones. C'H, I CH,CH,CHCH3

CH 1

CH,

-512 + CH;CH?CHCHZCI

lsopentano

1-Cloro-2metilbutano

-t

I

+

CHACH??CH, I

('I

2-Cloro-2metilbutano y

3

CH3CHCHCH3

+

C'H,

I

CICH2CHZCHCH3

C'I 2-cloro-3metilbutano

l-Cloro-3metilbutano

(c) Ninguna fracciónes ópticamente activa: cada fracción es un compuesto aquiralÚnico, o bien una modificación racémica. (Reactivos inactivos dan productos inactivos). (d) El reemplazo de uno u otro H en 4 H 2 - para generar 1-cloro-2-metilbutano es los uno u otro 4% para dar igualmente probable,y el reemplazo de cualesquiera deHen 2-cloro-3-metilbutano es igualmente probable, dando origen a la modificación en racémica ambos casos. 4.18

En respuesta a la cuestión enla página 151: puede ocurrir una (mono) cloración adicional del cloruro de sec-butilo en cualesquiera de cuatro carbonos: CI

CH,CH2CHCH\

I c1

%

I

CH3CHLCH ~ ~ - C H + Z CHACH2"C "CH,

I

C1

I

1

+

CI

('1

1,2-Diclorobutano 2,2-Diclorobutano CH,CH-~CHCH,

I

1

+

CH2CH:CHCH7

I

Cl CI C1 2,3-Diclorobutano 1,3-Diclorobutano 56

I

CI

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

CAPITULO 4

Analizaremos la naturaleza estereoquímica del 2,3-diclorobutano en la sección 4.26. En este momento se nos pregunta acerca de la composición estequímica de los otros productos si la materia prima es el compuesto ópticamente activo de (S)-sec-butilo. cloruro

Durante la formación del 1,3-diclorobutano, como la del en compuesto 1,2 (Sec.4.23). no se rompe ningúnenlace con el centro quiral, por lo quese retiene la configuración en tomo a dicho centro. (El productola tiene misma especificación,S, como material de partida, pero esto es puramente accidental: sucede--C%-CH,Cl que tiene la misma prioridad relativa que --C,H,.En efecto, observamos que el 1,2-diclorobutano obtenido tiene la especificación opuesta -y, sin embargo, al generarse también éste retiene su configuración.) Durante la formación del 2,2diclorobutano se destruye el centro quiral - a h o r a el carbono tiene dos ligandos idénticos- y el compuestoes quiral. (b)Tanto el 1,2- como el 1,3-diclorobutano son ópticamente activos; el 2,2-diclorobutano aquiral será ópticamente inactivo. 4.19

c, d, e, g. En las demás se rompe un enlace en el carbono quiral. Para responder así, debemos escribir las estructuras de los reactivos identificar los centros quirales.

4.20

Se rompe el enlace C-0

y productos e

y se vuelve a formar.

Químicamente el material de partida y el producto sonlo mismo: alcoholsec-butííco. la materia prima es ópticamente activa Estereoquímicamente,sin embargo, son diferentes: y debe consistir predominantemente en un enantiómero; el producto es ópticamente por partes igualesde ambos enantiómeros. Por tanto, algunas inactivo y debe estar formado su configuración, lo que sólo pueden lograr mediante la de las moléculas deben cambiar ruptura de un enlace en el centro quiral. Pero el producto, como la materia es alcohol prima, por cada enlace roto debe formarse un nuevo enlace con el sec-butííco y, en consecuencia, centro quiral. CH,

H-C-OH

CH, *.+

C,H,

(o su enantiómero) Opticamente activo

H-C-OH C2H5

CHS

HO-C-H C?Hs

Modificación racémica Opticamente inactivo

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

CAPITULO 4

Dibujando la estructura, nosdamos cuenta de que el centro quiral es el carbono unido al "OH. Este carbono posee tres enlaces más, pero sabemos que los alcanos son inertes frente sea un enlace a ácidos acuosos (Sec.3.18), por lo que parece altamente improbable que C-H o C - C el quese estárompiendo-y regenerando-en las condicionesexperimentales indicadas. Porotraparte,podemos visualizar, un demodo general,lamaneraenque un ácido acuoso puede lograr la ruptura y regeneración de la unión C-0. El " O H de un alcohol es básico y acepta un protón para generar el alcohol protonado (Sec. 1.22). Ahora, sise rompiera el enlace C 4 de &te, uno de los productos sería R OH Agua

Alcohol

Alcohol

+

H i c-~" R ~ - ~ O H , 'L - H 2 0 + 'i protonado

H20.Puesto que40 es el disolvente,se encuentra en gran cantidad, por lo quela unión CO se podría reformar-sea después de la ruptura, sea simultáneamente-por la reacci6n de alguna de estas abundantes moléculas. Concluimos quelo más probablees que sea el enlace C - 0 el que se rompe y regenera bajo la influencia de ácido. (Como veremos más adelante(Sec. 5.25), esto es exactamentelo que esperariamos de un alcohol en estas condiciones.) (b)Se rompe la uniónC-I

y se regenera.

Nuestro razonamiento es aquí similar al de la parte (a). ('H

CH \

H"c-I

I L i

('H

1

H-C-1

I-C-H

t'6H : 1

;

1

(',,f+!,

Modificación racémica Opticamente activa

(o el enanti6mero) Opticamente activo

De los cuatro enlaces del centro quiral, el que tiene más probabilidades de romperse es el la especie familiar que es el ion yoduro, C-I, y seguramentelo hará detal manera que forme I-. Aunquepor ahora no podemos sugerirun modo especifico (como la protonación en la parte (a)de cómo elI- lleva a cabo la reacción, es claro quesu presencia dala oportunidad para la regeneración del enlaceC-I. R -1 ~

..

I

1-

~--+

Yoduro de alquilo

.. .

+

?

Ion yoduro

(c)Podríamos realizar cadauno de estos experimentos como 5'80o con I- radiactivo. Si nuestra interpretación es correcta, debemos hallar '80 o I- radiactivo en los productos. Comencemos con la parte (a). Se rompe la unión C 4 y el grupo " O H abandona el se separa comoH,O y, aun cuando no fuese así, ciertamente centro quiral. Probablemente

4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS CAPITULO

se convertirh con gran rapidez en H 2 0 por la acción del medio.(Un OH- no puede durar Y así,de una manerau otra, elgrupo " O H termina mucho tiempo en una solución ácida.)

en la solución en forma de H20. En seguidase lleva a cabo la otra mitad del proceso. un Seenlace formaC " O y un grupo " O H se une al carbono quiral,ya sea despues dela ruptura de la uniónC - 0 o en forma simultánea. Este" O H debe provenir, nuevamente deun modo u otro, del H20. Pero el disolvente es agua, y en el experimento que proponemos Hesi 8 0 . El " O H que se une al carbono no tiene que ser el mismo ---esto e s , el " O H que sale y, de hecho, es muy improbable que sea el mismo.Es mucho más factible que provenga de una delas abundantes por consiguiente-ISOH. moléculas del disolvente, siendo Si todo esto es correcto, y la pérdida de la actividad óptica implica la ruptura y regeneración de enlaces C 4 , entonces esta ptkdida de actividad debería ir acompafiada por el intercambio deun isótopo de oxígeno por otro. Para el experimento del yoduro de alquilo con el ion yoduro, nuestro razonamiento es exactamente análogo.Lo más probable es que el yodo que seal une carbono sea uno de los y no uno de los relativamente abundantes ionesI- radiactivos que provienen del reactivo, pocos iones I- ordinarios que proporciona el compuesto orgánico. Esperamos una vez más por el intercambio isotópico. que la pérdida dela actividad óptica vaya acompafiada Ambos experimentos realmente se han llevado a cabo,y con los resultados esperados. Como veremos más adelante (problema 5.5, pág. 184,se considera que el trabajo con el yoduro de alquilo, realizado en1935 de una manera particularmente refinada, estableció uno de los mecanismos para la que qui7ás sea la clase más importante de reacciones orgánicas, la sustitución nucleofílica alifática. 4.21

La pureza del producto es igual a la del material de partida

4.22

Como siempre, al analizarla estereoquímica de tales reacciones seguimos las guías dadas al pie dela página 154: (1) mientras nose rompa un enlace en el centro quiral original se retiene la configuración; y (2) si se genera un nuevo centro quiral, resultan las dos configuraciones posiblesen tomo a Cste. (a)Habrá cinco fracciones diastereoméricas: dos ópticamente inactivas y tres activas.

('HI

S Activa

Aquiral Activa Inactiva Activa

RS Meso Aquiral Inactiva

C'H,

RR

R

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

(b) HabrA cincofraccionesdiastereom6ricas, todas ópticamenteinactivas. Serh las mismasqueen(a),salvoquecadaestructuraquiralestCtacompa~adaahoraporunacantidad igual de su enantiómero. (c) HabrA seis fracciones diastereomCricas, todas ópticamente inactivas. C'H('1,

CH:(.I

C'H2C.I

I

('H R

2R.3R

R

+ enantiómero (S) + enantiómero (S) Inactivo

Inactivo

3

+enantiómero (2s. 3s) Inactivo

C-H1

2R,3S

R

+ enantiórnero + enantiórnero (S)

(2s.3R)

Inactivo

Aquiral Inactivo

Inactivo

Formación de enantiómerosy diastereómeros: un acercamiento Si el lector trabajó con sumo cuidado los modelos moleculares de las secciones 4.22 a 4.26 y el problema 4.22, quids haya hecho observaciones que lo llevaron a plantearse algunas preguntas. Para entender mejor la diferenciala formación entre de diastereómeros y la formación de enantiómeros, comparemos la reacción del radical quiral3-cloro-2-butilo mostrado en la figura 4.4 con la reacción del radical aquiral sec-butilo. En la sección 4.22se mencionó que la unión del cloro con cualquierdelcara radicalsecbutilo es igualmente probable.En efecto, esto es cierto, perose debe examinar con m6s detalle. Consideremos cualquier conformación del radical libre: por ejemplo I. Esd claro que el ataque del cloro por la parte de arriba de I y el ataquepor la parte de abajo no tienen la misma probabilidad de ocurrir.Pero una rotación de 180" alrededor del enlace /, ".\,

I1

1

Radical sec-butilo Aquiral

60

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I.ESTEREOISOMEROS

sencillo C " C convierte a I en 11; Cstas son dos conformaciones del mismo radical libre y, Son imilgenes especulares y, portanto, lo desde luego, están, en equilibrio una con la otra. tienen la misma energía y se presentan en la misma abundancia. Cualquier ataque, digamos por la parte inferior deI para dar el productoR , seril exactamente contrarrestado por el ataque porla parte inferior deI1 para dar el producto S. La"a1eatoriedad del ataque" que da lugar a la modificación rackmica de a reactivos partir aquirales no se debe necesariamente a la simetría de alguna molécula individual del reactivo, sinomás biena la distribución aleatoria de tales moléculas entre conformaciones (o a una selección aleatoria entre estados de transición del tipo del tipo de imagen especular de imagen especular). Ahora regresemos a la reacción del radical quiral 3-cloro-2-butilo 4.4). (Fig. Aquí, el radical libre que estamos considerando ya contiene un centro quiral, el cual tiene la configuración S; en este radical el ataque no es aleatorio debido a que no se presentan tipo de imagen especular (éstas podrían provenir de los radicales libres conformaciones del R , pero no hay ningunode ellos). El ataque quese elija, digamos desdela parte inferiorde la conformaciónI11 "y ésta es la elección de preferencia porque mantendrá a los dos átomos de cloro tan apartados como sea posible en el estado de transición- daría el meso-2,3-diclorobutano. Una rotaci6n de 180" alrededor del enlace sencillo C-C convertiril a 111 en N.El ataque IV daría el isómero S,S. Pero I11 y IV ni son imágenes especulares, por la parte inferior de

CI

C1

Ill

IV

I

Radical 3-cloro-2-butilo Quiral

ni tienen la misma energíaseniencuentran enla misma abundancia. En particular, debido a lamenor interacción entre los grupos metilo (conformación oblicua en IV), se esperaría y que el producto meso que I11 fuera más establey, por lo tanto, más abundante que IV, predominara sobre el isómeroS,S(que eslo que ocurre en realidad). Podríamos haber hecho una suposición diferente sobre la dirección del ataque preferible deconformaciones, pero aun e incluso distintos cAlculossobre las estabilidades relativas las así llegaríamos a la misma conclusión básica: excepto por mera coincidencia, los dos diastereómeros no se formarán en cantidades iguales. (Para probar si entendió lo que se acaba de decir, trate el lector de resolver el problema su respuesta enla página 75 de esta Guía 4.25 quese enuncia en seguida. Puede verificar de Estudio.) En este análisis se ha considerado que l a s velocidades relativas de lasreacciones que compiten dependen delas poblaciones relativas delas conformaciones de los reactivos. Esta consideración es correcta aquí si, como pareceser, la reacción delos radicales librescon el cloro es más fácily rápida que la rotación que interconviertel a s conformaciones. Si, por el contrario, la reacción con el cloro fuera una reacciónrelativamente difícil y mucho más lentaquelainterconversióndeconformaciones,en~nceslasvelocidadesrelativasde~~determinarse 61

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

CAPITULO 4

porlasestabilidadesrelativasdelosestadosdetransición.Sinembargo,podríamosllegaralasmismas conclusiones generales. En la reacción del radical aquiral sec-butilo. los estados de transición son imágenes especulares y, por lo tanto, de la misma estabilidad, y la velocidad de formación de los dos productos deberá ser exactamente la misma. En la reacción del radical quiral3cloro-2-butil0, los estadas de transición no sonimAgenes especulares, de modo que no poseen la misma estabilidad, y las velocidades de formación de los dos productos deberán ser diferentes. (En el último caso, aún podríamos hacer la misma pTedicción de que el producto meso predominará, puesto que la misma relaciónentrelosgruposmetiloqueharíaalaconfo~aciónIIIm~establetambiénh~'aqueelestado de transición que seasemeja a la conformación III fuera más estable.)

Problema4.25 Contestelas siguientes preguntas sobre laformacióndel2,3-diclorobutanoapartir y VI) del cloruro de (R)-sec-butilo. (a) Dibuje las conformaciones (Vde los radicales intermediarios que corresponden a los anteriores III y IV. (b) ¿Cuál es la relación entre V y VI? (c) ¿Cómo compararía la relación de V:VI con la relación de IIIIV? (d) Suponiendo la misma dirección preferible de ataque para el cloro que en 111 y IV. ¿cuál producto estereoisomérico deberá formarse a partir de V? ¿A partir de VI? (e) ¿Cuál producto se esperm'aque predominara? (0 En vista de la relaciónde productos que seobtiene en realidad a partir del cloruro de (S)-sec-butilo, ¿cuál sería la relación de productos que se debe obtener a partir del cloruro de (I?)-sec-butilo?

4.23

La racemización también es consistente conun radical libre piramidal que sufre inversión (como el amoniaco, pág.19) con mayor rapidez que su reacción con el cloro, dandoasí cantidades igualesde los enantiómeros. Lo importante de este indicioes que es consistente con el mecanismo que implica un radical libre intermediario-ya sea éste plano o una pirámide- que se invierte y no es congruente con el mecanismo alternativo.

4.24

Una vez más, seguimos las guías ya resumidas en el problema 4.22. En cada fracción activa hay un solo compuesto, quees quiral.

S

S

4

ESTEREOISOMEROS CAPITULO ESTEREOQUIMICA I.

CH2Cl

I

CICHZ-C-H

I

CHzCHl

Aquiral

L a otra fracci6n inactiva es una modificación rackmica.

Cuando se ataca al C-2, el radical libre plano resultanteda igual número de ~016cUlas enantiómems como producto. (Brown, H. C., Kharasch,M. S . y Chao, T.H., J. Am. Chem. Soc., 62,3435 (1940).)

1.

(a) Secs. 4.3 y 4.4 (e) S e c . 4.9 (i)Secs.4.7y4.11 (m) S e c . 4.14 (S) sec. 4.4

(b) Sec.4.4

(0 sec. 4.9

(j)Secs.4.7y4.17 (n) Sec. 3.3 (r) Sec.4.4

(c) sec.4.4 (g) S e c . 4.10 (k)Sec.4.18 (o) S e c . 4.15 (S) S e c . 4.20

(d) S e c . 4.5 (h) Sec. 4.2 (l)Sec.4.12 (p) Sec.4.15 (t) S e c . 4.20

2.

(a)Quiralidad. (b) Quiralidad.(c) Lo usual es ciertoexceso de un enantiómeroque persista lo suficiente como para permitir la medición. (d) Tiene una imagen especular que el original. (e)Las restricciones para fórmulas planas se no se puede hacer coincidir con estudian en la sección 4.10. Cuando se utilizan modelos, no se debe romper ningún enlace de un carbono quiral.(f) Dibujamos una fórmula o construimosun modelode la molkula, y luego seguimos lospasos indicados en la sección 4.15 y las reglas secuenciales de la sección 4.16.

3.

Rotacionesespecíficasiguales,peroopuestas;especificaciones demás propiedades son iguales.

RIS opuestas; todas las

63

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

4.

(a)Tornillo,tijeras,carretede hilo (b)Guante, zapato, chaqueta, bufandaamarrada al cuello. (c) Hklice, doble hélice. (d)Pelota de fútbol (acordonada), raqueta de tenis (cuerdas entrelazadas),palo de golf, cafi6n de fusil. (e)Mano, pie, oreja,nariz, usted mismo.

5.

(a)Serrarunatabla.

(b) Destaparunalataderefresco.

(c) Lanzar una pelota.

CH,

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

7.

CH,

3-Metilhexanoy 2,3-dimetilpentano.

(a) Y (b)

Hf-Br CH3 2S.3 R

BrfH 2R,3S

BrfH

HfBr

2S,3S

Enantiómeros

Enantiómeros CHzBr CHzBr (b) CHzBr CHzBr

CH3

HBr H$r

Br

CH3 2 x 3R

Br-fZ 2R,3S

Enantiómeros

Enantiómeros

2R,3R

$:

Br

H $:

2S,3S

2R.3R

Enantiómeros

Enantiómeros

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

(1')

":. T iH "7"

CH,OH

C H ,OH

CH,OH

H.-/OH

HO CH.?

CH,

?S,3 R,4R

2K,3S.4S

I

H

CH3

CH,

ZR.3S.4R

ZSV3R,4S

Enantiómeros

Enantiómeros

CH,OH H

F

H : CTH 2 0 H

HO H--

CH,OH

HO OH

OH

Hi$:

H

HO

-

CH,

CH,

H;$! '

OH CH.3

CH,

2S,3S.4.Y

2R33R,4S2S,3S,4R

2R,3R,4R

Enantiómeros

E&iómeros

(g) En el primeroy cuarto isómeros,C-3 es un carbono pseudoasim'trico: tiene cuatro grupos diferentes, pero dos de ellos sólo difieren en la configuración. Especificamosla configuraciónen tomoa este carbono como r o S, asignando arbitrariamente al sustituyente R (C4) una prioridad más alta que alS (C-2).

CH,OH

CHIOH

CH,OH

'IoH".rT;

CHzOH

CH,OH

CHzOH

H

-OH

H

OH

HO

--H

CHzOH

Hl:f

OH

CHzOH

2S.4.Y

2S,3s,4R

H

H

s.S

Enantiómeros

c1

Cl

Cl SR)

R,S(o

Meso

2S,3r,4R Meso

Enan!iómeros

Meso

R.R

2R,4R

4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS CAPITULO

(i) En cada estructura observamos el que plano vertical de simetría corta la molkula desde el vkrticeizquierdodelfrente hacia elv6rticederechoposterior.Comoalternativa, simplemente invertimos la imagen especular (idmero trans), o la rotamos en un hngulo de 180" (idmero cis). CI

CI

trans (Sec. 12.13) Aquiral

(k)

C2Hs

H

C1

cis (Sw.12.13) Aquiral

C2HS

C2HS

C2H5

CH3H-CCH,-C-H H-C-CH, HCH3-C-

IO

C2H5-N-IO CH,CH,SI!d-C2HsCH3-N-CzHs

c1-

C,H,-n

:

c1- :

C,H,-n

CS,NS CS,N R

CR,NS

Enmtiómeros

9.

c1-

:

C,H,-n

C,H,dJ-

c1-

:

CH,

C,H,-n

CR,NR Enmti6meros

A , CH3CCl2CH3; B, ClCHzCH2CHzCl; C, CH3CHCICHZC1, quiral; D,

CH3CHzCHClZ.

c activo da: CH3CHC1CHClz, p i r a l CH3CC12CH2C1y CICHzCHCICHzCl, ambas aquirales. (a) y (b) Los posibles productos diclorados son1,l-, 1,2-, 1,3-y 2,2-dicloropropano. 67

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

CAPITULO 4

C"C~~-CLCi

I

C1 l. 1-Dicloro-

I

C1

1,2-Dicloropropano podría dar C1

propano podría dar CI

c- C

-~c" c-CI

C

I -c c1 I

('

~

('I

c-7-C I

CI

C1

c1 I

c1 I

C1 2,2-Dicloropropano podrio dar -~ C:I

I I

C"C"C

C1

CI

C1

c-C"-C-CI

CI CI Un0

I

"CI

C--c-C

"CI

1

I

C1 1.3-Dicloropropano podría dar

I I

c-C-C

C-c-C-CI

c-C-C I i.1

c1

"res

C- -C. -C "~c']

c- c-CI I

I

c1

CI

I

CI

1

I

I

I

C1 CI

Dos

1

CI Tres

De esta información deducimos queA es 2,2-dicloropropanoy B es 1,3-dicloropropano. Los compuestosC y D son los isómeros 1,l- y 1,2-, perolos datos que tenemos hasta ahora no nos permiten decidir cuál es cuál. (c) C debe ser 1,2-dicloropropano,ya que éste es el Único de los dos compuestos no asignados capaz de presentar actividad óptica. Por Consiguiente,D es 1,l -dicloropropano.

*

CH.) -CH

I

-CH,Cl

CH3--CH,--CHCl2

CI -Dicloropropano 1, 1 1,2-Dicloropropano Aquiral Quiral

(dl

*

C H , -CH-~CH:CI

I

CI Activo

---f

CH,

*

CH-CHCI,

I c1

1, 2, 2-Tricloro propano Quiral Activo

+

C1

CH,-C

I -CHzCl + CICH,-CH--CH2C1 I I

CI 1, 2, 2-Tricloro-

l. 2, 3-Tricloro

propano Aquiral Inactivo

propano Aquiral Inactivo

CI

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

10.

(a)Ninguno.

(b) Un par de enantiómeros configuracionales.

*

CHz-CHz

I

CH,"CH-CH,CI

I

Br CI 1-Bromo-2-cloroetano: 2-BromoAquiral

I

Br 1 cloropropano Quiral

(c) I y I1 sonenantiómerosconformacionales.IV,V y VIsonconf6rmerosdeun enantiómero configuracional; VII,VI11 y IX son confórmeros del otro.

CI

CI

CI

H

H

Br

I

I1

I11

c1

H

H

V

VI

CI

H

H

VI1

VI11

IX

IV

11.

Interacción dipolo-dipolo atractiva entre 4 1 y "CH.,. Los grupos puedensepararse lo suficiente para evitar la repulsión de Van der Waals, y reposar ala distancia de estabilidad máxima en la que hay atracción. 69

CAPITULO 4

12.

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

(a)Cero.

c1 p=o

Los dipolos de enlaces secnulan

(b) Deben estar presentes los confómeros oblicuos.

H,J

'"t-

1 A H

H H Los dipolos de enlaces no se anulan

(c) 12% oblicuo (como modificación racémicaque no se puede resolver),88% anti.

/I'= N+\'

(1.12)' = N,,,, Nobllc

13.

=

0.12

+ NYp-,' X

O

+ Noblic

N,,,,, = I

(3.2)'

- NObjlc

=

0.88

Se puede colocar la solución un enpolarimefro,y ver si la muscarina es ópticamente activa o inactiva. Sies activa, lo más probable es que se trate de la sustancia natural, proveniente es muy posible y, de hecho, lo más probable. de un agárico de la mosca; la muerte accidental

Pero si es ópticamente inactiva, tieneserque material sintético que no pudo ser producido por una seta; la muerteno pudo ser un accidente, siendo casi con certeza... un asesinato.

Como casi todo alcaloide (pág. 156),la muscarina es suficientemente compleja para ser quiral, y unos pocos minutos de trabajo con modelos demostrará que la estructura ilustrada en la página 161 noes superponible consu imagen especular.Al igual quela mayoría de las sustancias quirales, cuando se produce enun sistema biológico" e s dccir, mediantela acción de enzimas ópticamente activasse genera en forma ópticamente activa: un enantiómero se produce selectivamente (estereoselectividad, Sec. 9.2) con preferencia sobreelotro. Pero cuando se sintetizaen el laboratorio con reactivos ordinarios, ópticamente inactivos, evidentemente se obtiene muscarina en su forma racémica, ópticamente inactiva. (Véase la Sec. 4.1 1.) La estructura dela muscarina estuvo envuelta en un misterio aúnmás profundo que la dedujo muerte de George Harrison; sólo al cabo de 150 aiios de investigación ense1957 finalmente su estructura.La estereoquímica de este compuesto ilustra gran parte de lo que hemos aprendido en este capítulo. La molkula contiene tres centros quirales ( s u e d e

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

localizarlos?), de modo que hay 23 y ocho formas estereoisomCricas: cuatro pares de enantiómeros. Las ocho han sido preparadas y se les ha asignado sus configuraciones. Solamenteuna,elisómero(2S,3R,5R),correspondealamuscarinanatural.(Lanumeración de las posiciones comienza en el O y prosigue en elsentido dextrógiro.) En forma de cloruro (X-=Cl-), este isómero tiene [a], una de +8. l.Su configuración absoluta ha sido establecida se correlaciona con el ácid0 (+)-tartárico estudiado por mediante una síntesis que, de hecho, Bijvoet (pág. 138). Así como la formación de (+)-muscarha en un sistema biológicoes estereoselectiva, así su acción biológica es estereoespecíjica (Sec. 9.3): el (-)idmero enantiómero es fisiológicamente inactivo.

(Wilkinson,S.,“TheHistoryandChemisUyofMuscarine”,Q.Rev.,Chem. SOC.,15,153

(1961).)

El caso de George Hanisonha sido narrado detalladamentepor Dorothy L. Sayers y Robert Eustaceen su novelaThe Documents in the Case (Gollancz, Londres,1930;Avon Books, Nueva York, 1971). AI ail0 de la publicación The de Documents, la seiiorita Sayers confesó haber hecho“un soberano ridículo” con el libro: al pensarlo mejor, concluyó que la muscarina natural sería, al igual que la sustancia sintética, ópticamente inactiva.En se basó en una realidad, no debería haber cambiado de parwer: su confesión fue yinexacta La base del libro es sólida: estructura incorrecta que había sido propuesta para el alcaloide. como quedó claro algunosailos más tarde, la muscarina natural es ópticamente activa y puede distinguirse del material sintético usando un polm’metro. Ahora bien,¿la muscarina en el estofado de George Harrison era ópticamente activa o inactiva? ¿Quiénlo hizo, si es que fue alguien? Ah, i s a b e eso sí que sería interesante! 14.

Seguimoslasguíasestablecidasparaelproblema

4.22.

(a)Tres fracciones, todas inactivas (aquirales o racémicas).

H CHICH2C‘HLC‘H,“C--<’I H Aquiral

+ cti,

H CHqCH:C--CH>CHI i

H

CHLCH:CH> R

+ enantiómero (S)

(b)Cincofracciones,todasinactivas(aquirales

o racémicas).

I

CI

Aquiral

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

CAPITULO 4

I CHI R

H

H

Aquiral

+ enanti6mero (S)

(c)Siete fracciones: cinco activas, dos inactivas (ambas aquirales). Observamos que se mantiene la configuración en tomo al centro quiral original (el inferior en estas fórmulas) "aunque puede cambiar laespeciJicación (como sucede enla última fórmula). CHZCHICH, C+H CH3 (S)-2-Cloropentano daría

CH~CHZCH~

1

cI-c-cI I

CH3 Aquiral

Inactivo

CHzCHZCH3

+I". CHzCl

R Activo

(d)Siete fracciones: seis activas, una inactiva (racemica). Nuevamente observamos aquí se que mantiene la configuración en tomo al centro quiral originaí (C-3), excepto cuandose rompe un enlace, por supuesto. En este caso particular, su configuración, con la rupturade un enlace da un radical libre intermediario que pierde lo que se genera una modificación racemica.

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

CH2CH3 (I?) -2- Cloro -2,3-&metilpentano

daría

1

CH 3

S Activo

3R,4R

Activo

I

R Activo

CH3 3 R,4S

Activo

EtoH

(e)Una fracción inactiva (racémica). (Oxidación uno de u otro -CH,OH.) CHZOH CHzOH '$OH H

daría OH

OH

CHzOH meso-1,2,3,4-Butanetetraol

COOH

COOH

:!TOH

OH

CHZOH CHzOH 2R,3R

-

COOH

Modificación racémica

2S,3S

(f) Dos fracciones: una activa, una inactiva (compuesto meso).

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA ESTEREOISOMEROS I.

(g) Dos fracciones, ambas inactivas (una racémica, una meso). Ph

I

C- 0

t OH

H

Ph

HOf:H H

Hlf:H

EIHtH H

Ph

Ph

Ph

Ph

R,S Meso

RR SS Modificación racémica

RS Meso

(igual a la primera estructura)

CHzCl

CH.,+.

-+

CzH, ( S ) -1- Cloro -2-metilbutano

CH,

I C2H, S,S G

CAPITULO 4

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

C2Hs

(C)

H+H, CHI

CH2Cl

G C2HS

+

C H , t H

-

CH2

I

CH,$-H

C2HS (S) -1- Cloro -2-metilbutano

S,S

H

(d) Cualquiera que sea --CH,OH el que reaccione conHBr, el productoes el mismo.

R J

Activo

Activo

16.

4.25

2R,3S

L

Idéruicos: girado sobre

sí mismo

I

Los ácidos enantioméricos reaccionan con diferentes velocidades con el reactivo ópticamente activo,el alcoho1,paragenerarésteresdiastereomkricos. Seconsumencantidades desiguales dar cantidades desiguales de bsteres, y quedan cantidades distintas de los de los ácidos para ácidos enantioméricos sin consumir. Entonces los tres productos son: los dos ésteres diastereoméricos,y ácid0 no consumido que contiene ahora un exceso de uno de los enantiómeros, por lo que es ópticamente activo.

(En la pág. 61 de esta Guía de Estudio.)

ESTEREOQUIMICA I. ESTEREOISOMEROS

CAPITULO 4

(a)V es la imagen especular In; de VI es la imagen especular deIV.

VI

V

Radical 3 - Cloro -2- butilo a partir del cloruro de (R)-sec-butilo

(b) V y VI son diastereómeros

(c) Larelaciónde V:VI será la mismaque la relaci6n de111a IV, puesto que existe la misma interacci6n metilo-metilo. (d)V

-

meso; VI

__f

idmero RR.

C I

C1

Estado de transici6n

i

(e) El productomeso predominar&por la misma razónpor la que predomina en la reacción con el cloruro de (S)-sec-butilo. (f)

RR: meso = 29:71.

5 Halogenuros dealquilo Sustitución nucleofi'lica alij¿ítica

5.2

(a)CH,CH20H

+

(b) C H 3 C H 2 0 N a ( c ) CH,OH

+

(d) (CH,),COH

5.3 CH3CH2CH2-X

CH,CH2CH2MgBr

+

HCl

+

K

+

Halogenuro de alquilo Sustrato

-

H2S0,

"-f

CH3CI

-+

CH3CH20H

+

Alcohol Nucleójilo

-

+

+

CH3CH2CH,

NaHSO,

H20

(CH,),COK

CH,OH

CH3CH20MgBr

+

tH2

H

i@

CH3CH,CH2-0"CH,

Eter protonado

+

X-

Ion halogenuro Grupo saliente

CAPITULO 5

HALOGENUROS DE ALQUILO

H 1 0 CH,CH2CH2-0-CH,

+

Eter protonado

5.4

C- CH,CH2CH2"O"CH3 Alcohol Eter

CH,OH

+

CH30H2+ Alcohol protonado

(a)EstA claro que los dos &eres tienen configuraciones opuestas, por lo que ambos no pueden tener la misma configuraci6n del alcohol a-feniletílico. Uno de ellos debe tener la se deriva, de manera que de una a l srutas de configuraci6n opuestaa la del alcohol del cual reacci6n debehaber ocasionado una inversi6nde la configuraci6n. ¿En cuál reacción sucedi6 la inversibn? Para hallar la respuesta, examinemos pasos los individuales de cada ruta. (La configuracih absoluta del alcohol (+)-a-feniletííicoindicada la correcta, pero esto en realidad no es importante; desde luego, en 1923 a continuación es no se conocía, y podríamos haber trabajado el problema igualmente bien suponiendo de partida.) cualcsquicra de lasdos configuraciones para el material Hay cuatro reacciones en total. Como indica la naturaleza de los productos,en tres de ellas no se rompe ningún enlace del carbono quiral: estas reacciones se debieron realizar reteniendo la configuraci6n. C'H,

H-C-O$H C'hH 5

Alcohol (+)-a-feniletííico

C'H,

+

K

--+

+

H"C'-O~K'

+Hz

C6H5

Sin ruptura de enlaces delC* Retenci6n

C,H,

Sin ruptura de enlaces del C* Retenci6n (+)-Etilafeniletil Bter

Alcohol (+)-a-feniletííico

Sin ruptura enlaces delC* Retencibn

HALOGENUROS CAPITULODE ALQUILO

5

Por lo tanto, la inversi6n debi6 haber ocurrido en la otra reacci6n: aquella entre el tosilato de a-feniletilo y el et6xido de potasio. En ella, la ruptura un enlace de del centro quiral es del todo consistente con natura1e;ra la del producto:un ani6n desplaza a otro.

(b) No importa cuálsea la pureza 6ptica del alcohol de partida. Lo que importaes que la pureza 6ptica de los Cteres formados por ambas rutas es la misma, como indican sus rotacionesiguales(aunqueopuestas).Dadoqueel(+)-Cter se gener6conretención completa, el (-)-Cter tiene que haberse formado con inversi6n completa.

(c) Este es un ejemplo claro de inversi6n completa de la configuración que ocurre en un pasofácilmente identificable, paso en el cual un ani6n desplazaotro a en un tipo de reacci6n que pronto se conoce^ como sustituci6n nucleofílica. El reconocimientode que la inversi6n se llev6 a cabo, y de que fue completa, no dependidde conocer la purezaÓptica ni del y tampoco del conocimiento (previo) de sus material de partida ni de los productos; configuraciones relativas. El axiomade que la configuraci6n no puede cambiar en una reacci6n que no implique ruptura de uniones del centro quiral no ha sido establecido firmemente ni antes ni ahora,y Phillips mismo tan S610 dice de tal reacci6n que “el cambio de configuraci6n ... es improbable”. Phillips, Henry, “ANew Type of Walden Inversion”, J. Chem. Soc., 44 (1923). 5.5

Cuando una molkula de halogenuro sufre intercambio e inversidn,se pierde la actividad 6ptica de dos moléculas, puesto quela rotaci6n 6pticade la molkula invertida anula la rotaci6n deUM molécula que no ha reaccionado. En esta reacción participa un halogenurode alquilo, el sustrato ckisicola sustitucidn para nucleofílica.No era posible saber con seg&dad cud es la configuraci6n relativa o la pureza su preparaci6n tenía que suponer la ruptura 6ptica de un halogenurode alquilo, puesto que de un enlace del carbono que recibe al hal6geno. Sin embargo, tenemos aquíun experimento la delcual se puedededucir una conclusi6nquenodependedelconocimientode configuraci6n relativa deun halogenuro de alquilo,o de su pureza 6ptica:toda molkula sometida a sustitución sufreuna inversidn de la configuracibn. Además, estose observó para una reacci6n que presenta una cinCtica de segundo orden, por lo que es claramente del tipo que, en el mismoatlo, ya había sido denominada como S$ (pág. 182).

Hughes, E. D., Juliusberger, F., Masterman, S., Topley, B., y Weiss, J., “Aliphatic Substitution aild the Walden Inversion. Part I”, J. Chem. Soc., 1525 (1935). Para la publicacidn que por primera vez expone la teoria completala de sustituci6n nucleofílica alifática, v& Hughes, E. D., e Ingold,C. K., “Mechanism of Substitutionat a Saturated Carbon Atom”,J. Chem. Soc., 244 (1935). 79

CAPITULO S 5.6

HALOGENUROS DE ALQUILO

Esperamos obtenerel(R)-2-octanolde [a]-6.5". CbH I

C,H

Br-c-H

\ 1

H-C-OH

s,2

CH,

CH,

(S)-(+)-2-Brornooctano

(I?)-(-)-Z-Octanol [a]= -6.5" Pureza 6ptica 63%

[a]= +24.9"

Pureza cjptica 63%

Nos referimos a las configuraciones asignadas y rotaciones dadas en la pitgina 183. Puesto que nuestro reactivo es (+)-2-bmmooctano, tiene la configuración opuesta a la indicada para el (-)bromuro. Si el 2-bromooctano ópticamente puro tiene una rotación óptica del 63%. específica de39.6O, nuestro reactivo tiene una pureza Pureza 6ptica

24.9 39.6"

= _ _ x 100 = 63:"

L a reacciiin es S,2, por lo que debe llevarse a cabo con inversión completa: el 2-octano1 tendr6 la configuración opuesta ala del bromuro inicialy tendrh la misma pureza óptica, 63%. (Resulta que tiene la especificaciónopuesta, R.) 63 I O0

-X -

5.7

(a) Se nosdanlasconfiguraciones iipticamente puros:

10.3'

= -

6.5

y rotacionesespecíficasdelcloruro

Ct,H,

CfJS

H-C-Cl

H-C-OH

CH 3

CH,

Cloruro de @)-(-)-a -feniletilo

Alcohol (I?)-(-)-a-feniletilico

[a]= - 109

[a]=

-42.3"

Puesto que nuestro reactivo tiene [a]- 3 4 O , es ~

34" x 100 109'

=

31% 6pticamentepuro

y delalcohol

CAPITULO 5

HALOGENUROS DE ALQUILO

y tiene la misma configuraci6n que la reciCn indicada. Dado que nuestro producto tiene[a]+1.7', es 1.I" 42.3" ~

X

100 = 4.0% 6pticamentepuro

y tiene (un exceso de) la configuraci6n opuesta a la seque indic6 antes.

(b) y (c) Puesto que el producto tiene la configuraci6n opuesta del material de partida y es de pureza 6ptica inferior, Pureza 6ptica producto 4.0 -~ = 13% Pureza 6ptica reactivo 3 1.O

la reacci6nha procedido con inversi6n(13%)m& racemizaci6n (87%). Por cadamolkula que sufre ataque porparte la de atrh, se genera un par radmico y se pierde así la actividad 6pticade dos molkulas. Por consiguiente, 43.5%de las molkulas sufren ataque frontal (retencih), y 56.5%son atacadas poratrds (inversi6n).43.5% Los con retenci6n de laconfiguraci6n anulanla actividadde otro43.5%con configuraci6n invertida para dar 87% de producto radmico, dejando así la pureza 6ptica en un 13% del valor original. 5.8

La reacci6nSN1es lenta, porque el cati6n neopentilo es primario y, por lo tanto, se forma despacio. La reacci6n SN2 es lenta debido al factor estbrico: aun cuando s610hay un sustituyente unido --CH,X, a se trata de uno muy voluminoso, el1-Bu. ( V h s e las phgs. 188-189.)

5.9

Parece probable una transposici6n de un cati6n secundario a uno terciario. V h s e las ecuaciones en las @ginas 3 10-31 l .

5.10

La expresi6n dela velocidad consta de dos partes. SN1y S,2: S N2

SN1

r " 7

velocidad = 4.7

x

IO-5[RX][OH-I

+ 0.24

x IO-S[RX]

HALOGENUROS DE ALQUILO

CAPITULO 5

De aquí podemos establecer el porcentaje debido SN2: a

o/s /o

N

2

=

_

-1

4.7[OH

_ _ x 100 ~ 4.7[OH. ] + 0.24

~

Finalmente, podemos calcular el porcentaje debido S,2 apara &versos valores de [OH-]:

(a) Cuando [ O H - ]

=

0.001, " / , S N ~=

4.7 4.7

x

0.001

x

0.001

--

+ 0.24

X

100 = 1.9%

Análogamente: (c) [ O H - ] = O.I,yiSN2 = 66.2 (e) [OH-] = 5.0. %SN2 = 99.0

(b) [OH-] = 0.01,%S,2 = 16.4 (d) [OH-] = 1.0, %S,2 = 95.1

5.11

Cloracióndel neopentano por radicales libres.Los sencillosradicales libres alquilo exhiben (Nora:Este es uno de lospocos casos en donde la una escasa tendencia a la transposición. halogenación deun alcano es susceptible de prepararse en el laboratorio.)

5.12

(a)

ROH

+ HC1

t- R O H z t

+ C1

(b) La formación de R'. (c) R O T . (d) ROH y HC1. (e) También en la concentración de kido. No siempre, evidentemente.

cH

CH,

1.

I I

(a) CH, -C -CHzBr

3

C'H,

C'H, CH,CH, (d) CH,-CH,--

(c) CH, CH2 CH I

(b) C'H,-- C - C H 2 0 H

I

'

CH-C-CH, CI

Br

1

OH

CH,

(e) CH,

C'H,

1

CH C'H- C H , OH

(f) C'H,CH20-Kt

CAPITULO 5

HALOGENUROS DE ALQUILO

F H

CHS

I I (g) F-C--C-OH I 1

I

(h) CH, --CH-CH,-O-Ts

F H

y ,

CH,

2. CH, (a)

(b)

-CH--CHz

I

CH,-CH

I 1-Yodo-2-metilpropano 2-Cloro-3-metilbutano

CHCH,

I

CI

CH, (c)

I 1

CH,"CH-C-CH,"CH,

1

Br

CH,

2-Bromo-3,3-dimetiI pentano

H,C

(e) CH,---CH?--CH-CH--CH,

1

3.

3-Cloro-2-pentanol

(a)

CH,CHZCH,OH

+

o bien 6CH,CH?CH,OH

(b) CH,CH2CH,Br

4.

C1 Br

OH

C1

2-Bromo-3-cloro-2,3-

(f)

1

+ +

CH,CH,CH20Ts

(a)

CH,CH2CH2CH,0H Alcohol n-butílico n-Butano

-~

2P

+

+

31,

CH3CH2CH21+ H z O ----+

6CH3CHzCHzI

-aE!5+ CH,CHZCH21

Nal

(C)

(c) CHSCH2CH2CH,

dmetilbutano

HI

+

CH,

I 1 CH,-C-C-CH, I 1

Nal

+

acetonya + CH,CH,CH21

+

2H3P0,

NaBr

+

(b) no hay reacci6n (d) CH,CH2CH2CH2-CH,CH3

NaOTs

HALOGENUROS DE ALQUILO

CAPITULO 5

( e ) CH3CH,CH2CH2MgBr

(f) CH,CH2CH,CH2D

Bromuro de n-butilmagnesio

n-Butano-1-d

(h) CH3CH2CH2CH21

(g) no hayreacci6n

(i)

no hay reacci6n

Yoduro de n-butilo

5.

(a) ~ - B U N H ?

(b) n-BuNH

(c) n-BuCN

I

Ph

(e) n-BuO---C-CHi

(d) n-BuOEt

(f) n-BuSCH3

I1

O

6.

7.

acetona NaI,(a) NaOH(ac) KCN (d)(e) (g) Mg,

(b) NaCl

(h) Li; luego CUI

(c) CqONa (f) NHj (exceso)

Se controlan los factores est6ricos. El orden SN2usual es 1" > 2" > 3", y lento para un G voluminoso enG--C€$X. ?HI > CH3CH2-C-CH,

(a) CH3CH2CH2CH2-CH2 > CH,CH,CH,-CH-CH, Br

I

I

I <'

2''

Br

CH3

CH,

(b) CH,(!HCH2-CH2

I

Br

Br I"

I

3'

CH3

> CH3&H--CH-CH3

I

> CH3-&-CH2CH3

2

I

Br 3'

CH, (C)

G

84

CH3CH2CH2-CH2Br > CH,(!HCH2-CH,Br =

n-Pr-

;SO-BU-

CH3

I

> CH3CH,CH-CH2Br > sec-Bu

HALOGENUROS CAPITULODE ALQUILO

8.

5

Se controlan los factores polares: cuanto más estable sea el cati6n que se genera en la ionizaci6n inicial,tanto más rápido serála reacci6n. El ordenusual es 3" > 2" > 1" CH,

I I

> CH,CH,CH,-CH-CH,

(a) CH3CH2-C-CH,

> CH3CH2CH2CH2-CH2

I

Br

I

Br

Br 2"

3"

CH3

I"

CH3

I (b) CH,"C"CH,CH3 I

CH3

I

i > CH3CHCHZ-CH2

> CH3CH"CH"CH,

I

I

Br

Br

Br

3 ('

2"

1"

9.

SN2 ~~~~

~

(a) Estereoquímica (b) Orden cmético (c) Transposiciones (d) Velocidadesrelativas (e) Velocidades relativas (f) Incremento en la temperatura (g) Aumentar al doble [RX] (h) Aumentar al doble [OH-]

10.

SN1 ~~

~

~~~~~

Inversi6n 20.orden

Racemizaci6n ler.orden

Me >Et >i-Pr >t-Bu RI >RBr >RCl

t-Bu >i-Pr >Et >Me RI >RBr >RCl

Mayor velocidad La velocidad se duplica La velocidad se duplica

Mayor velocidad La velocidad se duplica La velocidad no seve afectada

No

sí

Engeneral, el ordendereactividad es 3" > 2" > 1" < MeOH

L o s factores electr6nicos son importantes excepto para alcoholes primarios, en cuyo caso

los factores est6ricos ejercen el control. CH,

I

(a) CH,-C-CH,

I

OH 3"

> CH,CH2-CH-CH,

I

CH,

I

> CH,-CH-CH,

2"

I

OH

OH 1"

HALOGENUROS DE ALQUILO

CAPITULO S

> CH3CH2-CH--CH2"CH2

(b) CH,CH,-CH-CH,CH,

I

OH

I

I

OH

>

F

1

FI

> CH,CH~-CH-C-CH,

CH,CH,-CH-CH-CH,

I

1

OH F

I

OH F

Todos son 2' (la velocidad disminuye con la cercaníay el número de fluoros que atraen electrones).

(b)

CzH5

CZH,

C2H5

H-C-O+H

?%&

H-C+O-TS

CH3

C,H50~K+

+

C2H,0-C-H CH,

CH,

Alcohol (R)-sec-butiliw

(S)-sec-Butiletiléter

Retención de la configuración(a);en inversidnde la configuraciijn en el últirno paso de (b). (Compárese, esta respuesta con la del problema 5.4 recién vista.)

13.

Hay dos posibilidades extremas. EnU M de ellas, (1) el alcohol protonadose disocia para dar un carkatión plano, cuya hidratación puede ocurrir en cualquier cara para dar el alcohol racémico; (la)

ROH

(lb)

R'

+

+

H'

H20

e ROH2+ -+

ROH ROH,'

-+

R'

+

H,O

+

H'

DE

5

HALOGENUROS

en la otra, (2) el alcohol protonado sufre un ataque SN2por el agua, con inversión y @rdida 5.5 reciCn vista.) de actividad óptica.(Vhsela respuesta del problema

De hecho, estudios realizados q con 180 dieron resultados similares a los del problema

5.5: cada reemplazo de oxígeno es acompfiado por inversi6n. Obviamente la reacción es

SN2.(O tiene una gran proporci6n de curúcter SN2.Si estd implicado un intermediario catiónico -un carbocatión impedido(Sec.6.9)-, Cste no durara lo suficiente como para %O del disolvente,ya que, en este intercambiar su %O por el lado frontal (saliente) por un intercambio sin inversión, lo que caso, la recombinación de H,O por el lado frontal daría sería contrario a los hechos.) 14.

(a) Sustituci6n nucleofílica con el alcohol protonado como sustrato y una segunda molécula de alcohol comonucldfilo. (b) Primero

+

ROH

e

H'

Alcohol

en seguida, cualesquiera delos dos, SN2 ROH

+

R"OH2'

ROH2' Alcohol Protonado

H IO -+ R 4 - R

-

Alcohol Alcohol Nucleóflo protonadoprotonado Sustrato o bien, S,1

+

HzO Agua Grupo Saliente

Eter

(I)

(2)

R-€)H2+ Alcohol protonado

ROH Alcohol

+

--

+ Rt + Carbocatión

-

R+ Carbocati6n

y, finalmente, H

IO

R-O-R Eter protonado

R4-R Eter

Hz0

H

10

R-O-R Eter protonado

+

H'

HALOGENUROS DE ALQUILO

CAPITULO 5

15.

(a) L a transposiciónde un carbocatión intermediario.V b s e el mecanismoE 1 en la página 267; para la transposición, vhse las pdginas280 y 281. o>) Véase el mecanismoE2 en la página 266. El único alqueno que se puede formar por pérdlda simultánea de Hy Br es 111.

(c)Lo que aquí apreciamos como eliminación es una competencia entre mecanismos lasustituci6n nucleofílica en la sección 5.24. Nuevamente, alternativos,tal como vimos para E2) (el es bimolecular: efecto, en el primer uno (elEl) es unimolecular, mientras que el otro paso -y el que controlala velocidad- del El es el mismoque el primer pasode S,1. Seguimos aquíun razonamiento semejante al del tercerpárrafode la página2 11, excepto un reactivo que actúa como base, más que como nucledfilo. En (a), que ahora nos preocupa la base es el disolvente débilmente básico, el etanol, el cual espera hasta que el carbocat se haya generado antes de separar un protón: la formaci6n de un carbocatión da, por supuesto, la oportunidad una de transposición.En (b), la base es ion el etóxido, fuertemente básico, el cual ataca al propio sustrato en unareacción de un solopaso queno da oportunidad para que ocurra una transposición. (Aquí, la situación es estrictamente análoga a la descrita en la página 206 para la sustitución en el bromuro de neopentilo; en efecto, incluso los reactivos son los mismos "etanol, por una parte, ion etóxido, por otra- pero en ese caso actúan como nucleófilos, y no como bases.) (d) En (a), los productos S$: IV (y probablementeun poco de V).

YH3

CH,--&CH--CH,

I

t

H3C OC2H5 3-Etoxi-2,2-dimetilbutano V

En (b), el producto S,2: solamente V.

16.

(a)CH,I, CH,Cl,, y posiblemente C,H,Br. (b) C y 1 (El color violetase debe al IJ (c)Br "+Br,, el cual tieneun color café rojizo en CCI,; el C1- no se ve afectado.

17.

(a) CH,CH2CH2Br

+rBri

CH,CH2CH20H

(b) CH,CHzCH21 ~ " d CH,CHZCH20H (c) CH,CH2CH20Na

f

CH,CH?CH,OH

N'1

(d) CH,CH2CH2CN N ~ ' N CH3CH,CH2Br -

+--

(a)

(e)

+-

(a)

C H ~ C H ~ C H , N HE~

1

CH,CH,CH,Br

HALOGENUROS DE ALQUILO

(f)

CAPITULO 5 CH3CH2CH2Br

H

t-

(a)

, I

CH,CH~CH,?N--CH~CH~CH, + L"CH3CH,CH2NH, CH,CH,CH,Br

I

1

+

t-

CH3CH2CH20Na

(h) CH,CH2CH, CH,CH2CH2MgBr

(i) CH,CH2CH2D @ CH3CH2CH2MgBr CH,CH2CH2Br

(a)

t-

+MACH,CH2CH2Br

(e)

(c)

t-

t-

(a)

(a)

CH~CH~CH~+CH~CH,CH,

4

I CH3CH2CH2Br t- (a)

I ( C H , CCHH, C 3C HH , )2, C uHl ,. L ii

18.

(a) CH,CHCH,

I

4°C'

CI

CH,CHCH,

I

OH

(b) C H , C H 2 0 T s +Lsg-~ CH,CH20H

(d) C H J C H 2 C N

f

<'N --

CH,CH2Br CH,CH20H

CAPITULO 5

HALOCENUROS DE ALQUILO

(f)

O

(g) CH,CH2CHCH, fig CH3CH2CHCH, +MglgCH3CH2CHCHJ

1

D

r C HCj CHHj C2 H CH z Cz H B rz O H

I

MgBr

I

Br

e CH,3CH2CHCH, I OH

Farmamida Prótico

Función del disolvente Enlace secundario

6.1

Róticos: a, d, f, h, i. Podemos dibujar la estructura de cada molécula y observar el H unido aO o a N. Si hay un grupo O - H o N-H, el compuestoes prótico; sino, es aprótico. H

H

(a> H - L H

Amoniaco Prótico

H H

I I (d) H"C--C--O---H I I H H Etanol Prótico

Dióxido de azufre Aprótico

(8) CH,-C-CH,

(c) H-C-CI

I

C1

Cloruro de metileno Aprótico

O

HH HH

I I I I (e) H - C - C O C - C - H I I I I

(f) CH3-C

O H

II

I

(h) H - - - C " N - H

O H

(i)

Acetona Aprótico HlC"CH2

(j) CH,-"C=N

Acetonitrilo Aprótico

/I

O--H Acido acético Prótico

HH HH Dietil dter

O

II

I

(b) O=S=O

I/

I

H ~ - - C -N --CH,

N-Metilformamida Prótico

(k)

' '

H2C"CH2 H2C,

,CH2 O Teuahidrofurano Aprbtico

(1)

' ' Sulfolano Aprótico

CAPITULO 6

6.2

FUNCION DEL DISOLVENTE

(a) Los grupos CK, son hidrocarbonados y, por lotanto,lipofílicos. Su uniónconel ahí que nitrógeno del amoniaco hace que este catión también sea lipofílico, de estk mejor estos unodisolventes, saca solvatadopor disolventesno polares; cuando el catión entradeen al ion cloruro para balancearsu carga, y la sal se disuelve. (b) Aumentandoeltamañodecadagrupohidrocarbonado-a CH$qC%C$, por ejemplo" podríamos incrementar el carácter lipofílico del ycatión la solubilidad dela sal en disolventesno polares, (Como veremos en nuestro análisis ladetransferencia de fuses, Scc. 6.7, una solubilidad de este tipo es de gran importancia práctica.)

6.3

En reactante, la carga está concentrada principalmente en el átomo de azufre: en el estado de transición, éSta se encuentra dispersa sobre el azufre y el carbono.Un disolvente polar forma enlaces ion-dipolo más fuertes con el reactante que conel estado de transición, de manera que estabilizamás al reactante.

R-i(CHI),

fi*

"--j

6,

[K----s(c"liz] -+

Reactante deEstado Carga concentrada: Carga dispersa más estabilizada que el estado aé transición por solvatación

transición

R + + S(CH1), Productos

Aquí, el efecto desactivante es mucho más débil que la fuerte activación descrita para l heterólisis de un halogenuro de alquilo (Sec.6.5). En aquel caso, una molécula neutrase convirtióen dos iones,y se generó una carga considerable al pasar del reactanteal estado se convierte en otro (un de transición. Enel caso presente, un ion(unionsulfonio) carbocatión);al pasar del reactante al estado de transición, la carga simplemente se dispersa. En gencral, podemos esperar que la polaridad del disolvente ejerza efectos poderosos don se creao se destruye la carga, y efectos débiles dondela carga se concentra o se dispersa. 6.4

(a)Los reactantessonmoléculasneutras;enelestado de transición se comienzan a desarrollar las cargas positiva y negativa. Un disolvente polar forma enlaces dipoldipolo bastante más fuertes en el estado de transición polar que con los reactantes débilmente polares, y de esta forma estabilizamás al estado de transición. HAN+ RX Reactantes

6, [H;N----R----k]

Estado de transición M á s polar que los reactantes: más estabilizado por solvatación

-3

K t x Productos

H,N

(b) Aquí, los dos reactantes con carga forman dos productos sin carga; en el estado de transición, ambas cargas comienzan a desaparecer. Un disolvente polar forma enlaces mucho más fuertes (ion4ipolo) cona l s cargas completas que van a desaparecer de los 92

CAPITULO 6

FUNCION DEL DISOLVENTE

HO-

+

(CH,),S+

---+

ri

6-

[HO----CH,----S(CH,)*~

EstadoReactantes punto Cargas a de desaparecer: más estabilizadas que el estado de transición por solvatación

+

+ s(cH,)~

H -OC H ,

de transicih Cargas disminuidas

Productos

(c) En unode los reactantes la carga está esencialmente concentrada en el átomo de azufre; en el estado de transición, éSta se encuentra dispersa sobre los átomos de azufre y de nitrógeno. Un disolvente polar forma enlaces ion-dipolomás fuertes con los reactantes que con el estado de transición, y así estabiliza más a los reactantes. (CH3)3N + CH,-S(CH,),

Estado Reactantes dispersa Carga Carga concentrada: más estabilizada que el estado de transición por solvatación

6.5

1.

+

6,

6,

1

[(CH3)3N----CH3---"S(CH3)2 de transicih

+

El ion bisulfato es una base sumamente débil que casi no tiene poder comonucleófiloy, a diferencia del ion hidróxido, no puede competir con el nucleófílo que queremos que ataque al sustrato. En la interpretación de la prueba experimental, comúnmente procedemos por etapas. En primer lugar resumimos lo que muestru la prueba: interpretamos lo que se observa en términos de lo que probablemente está ocurriendo, indicamosun patrón, acaso, o bien hacemos una generalización (tentativa). Entonces, es posible, si proseguimos con las etapas posteriores y tratamos deexplicar lo queesd ocurriendo: para relacionar nuestra primera interpretación elemental con el comportamiento químico en otras áreas y, si podemos, explicar lo que está ocurriendo bashdonos en principios fundamentales. Así, nuestra respuestacomienzaconafirmacionesque quid no estánbienfundamentadas y va avanzando hacia ideas que son cada vez más especulativas. El enlace entre un catión y una molkula de agua es un ion-dipolo: la atracción entre la los electrones no compartidos) del carga positiva del ion y el polo negativo (esencialmente, agua. La fuerzade este enlacese mide por el calor liberado cuando se forma el enlace. (a) Esta evidencia muestra que la fuerza del enlace depende tamaño del del catión: el enlace es más fuerte para el catión más pequeilo, H ' , y m& débil parael más grande,Rb'. 93

CAPITULO 6

DISOLVENTE FUNCION DEL

Nuestra interpretación es la siguiente. La cantidad de carga es la misma (más uno) en todos los cationes. Sin embargo, lo que varíaelcon tamalio del ion es el grado en que esta carga se dispersa. La atracción electrostática es más fuerte para la carga concentrada un en ion pequeño; cuanto más grande sea el ion, más difusa su carga será y más débil la atracción electrostática. (b) La prueba muestra que la fuerza del enlace dependede cuántas moléculas de agua

un enlace más dkbil mantiene el ion: a mayor número de moléculas ya unidas corresponden con la siguiente. Nuevamente nos estamos refiriendo a la dispersión de la carga,y esta vez con todoel ion hidratado. A medida que se une cada moléculade agua, elion va siendo más grandey la carga más dispersa(pág. 228), y la atracción electrostática para la siguiente molécula de agua se vuelve más débil. 2.

Los sustituyentes alquilo en un cartxxatión voluminoso estabilizan al catión justamente como lo hace un grupo de molkulas de disolvente: através de la dispersiónde lacarga (pág. y las 228). La única diferenciaes que los sustituyentes están unidos por enlaces covalentes moléculas de disolvente están unidas por enlaces ion-dipolo.

3.

La especie predominante es la que se mantiene unida por los puentes de hidrógeno más

fuertes: aquellosen los cuáles la molécula más ácida, el agua, es la donadora del puente de hidrógeno, y el átomo más básico, nitrógeno en amoniaco, es el aceptor del puente de hidrógeno (pág. 222).

4.

Añadaestosrenglonesa

su tabla.

(i) Incremento de H,O (j) Incremento de EtOH (k) HMPT como disolvente

SN2

Poco efecto Poco efecto Más rápida

S,'

Más rápida en disolventes más polares Más lenta

Más lenta

5.

En el disolvente polar DMSO, los iones halogenuro se encuentran poco solvatados y el orden de su reactividad es el mismo que el mostrado paralos iones no solvatados en fase la fuerza del enlace C-X que se esd formando (pág.234). Esto es gaseosa, lo cual refleja lo opuesto al orden de su reactividad en disolventes próticos comoeneldonde metanol, los iones más duros y pequeños son solvarados con más fuerza a través de los puentes de . hidrógeno, por lo que están fuertemente desactivados

6.

(&Ya que estos compuestos tienen casi el mismo peso molecular y aproximadamente la las diferencias en los misma forma (cadena recta), buscaremos otras causas para explicar puntos de ebullición. El n-pentano es no polar,de ahí que sus moléculas se mantengan unidas entre s í sólo por fuerzas de van der Waals. El éter dietííico tiene un momento dipolar pequeilo, el cual únicamente debería darlugar a enlaces dipols-dipolo débiles. Estos dos compuestos tienen los puntos de ebullición más bajos. Con el cloruro de n-propilo,el momento dipolar aumenta; los enlaces dipolo-dipolo más este fuertes causanun modesto aumento en el punto de ebullición. Con el n-butiraldehído, efecto es más marcado: un momento dipolar más grande, enlaces dipolo-dipolo aún más fuertes y un punto de ebullición, bastante más elevado.

6

ULODISOLVENTE FUNCION DEL

Con el alcohol n-butííico observamos un gran saltoen el punto de ebullición,pesar a de un marcado descensoen el momento dipolar. La explicación es que el alcohol es un liquido asociado (Sec. 1.20); su "anormalmente" alto punto de ebullición se debe a la gran energía necesaria para romper los puentesde hidrógeno que mantienen unidas a sus moléculas. y el aldehído contienen oxígeno, el hidrógeno que contiene estA unido (Pese a que el éter solamente a carbono; estos hidr6genosno son lo suficientemente positivos para formar puentes de hidrógeno.) (b)La solubilidad en agua depende principalmente de la capacidad un de soluto para formar puentes de hidrógeno con el disolvente. F, O, ni N, no pueden formar puentes El n-pentanoy el cloruro den-propilo no contienen de hidrógeno y son insolubles en agua. El alcohol n-butílico contiene un grupo de " O H 8 travCs del cual, actuando como aceptor y como donador, puede formar puentes de hidrógeno con el El éter agua.dietííico y el n-butiraldehídono pueden servir como donadores de puentes de hidrógeno ( v h (a), susde oxígenos pueden aceptar puentes de hidr6geno en párrafos anteriores), pero a trav6s estos tres compuestos (7-8 g por100g %O) del agua. El grado de solubilidad uno de de cada refleja el balance entresu porción hidrocarbonaday su porción polar formadora de puentes de hidrógeno.

7.

La cinética de segundoordenindicaque todas estasreaccionesson S,2. Seguimosel planteamiento de la sección 6.6 y de los problemas6.3 y 6.4. (a) Aquí tenemosla reacción entreun sustrato neutro y un reactivo con carga negativa, igual que en el ataque de OH- sobre RX estudiado enlas psginas 232 y 233. !-11 disolvente polar prótico estabiliza más al ion yoduro que al estado de transici6n, y tiende a retardar la reacción. Conforme disminuyenla polaridad y la capacidad del disolvente para formar puentes de hidrógeno (H2O>C€$0H>C2H,OH), tambiCn va decreciendo la desactivación del nucleófilo,y hay un moderado incrementoen la velocidad. *I- + CH,-I

+

Reactantes Carga concentrada: mris estabilizada que el estado de transiciónpor solvatación

[ *;"-CH,".-I

Productos transición Estado de Carga dispersa

"1

-

*I"CH3

+

I

(b) Como el problema6.4 (a) depAginas anteriores los reactantes son neutros, y el estado de transición es polar.El n-hexanoes no polar; para el cloroformo podemos unesperar gran momento dipolar (Sec.1.16).Con este gran incremento en la polaridad del disolvente, hay un gran incremento en la velocidad. R,N

+

CH,-I

Estado Reactantes

-[

6,

R,N----CH,----?]

--f

Productos de transición

Más polar que los reactankes: mris estabilizado por solvatación

R,N-CH,

+

I

CAPITULO 6

FUNCIONDEL DISOLVENTE

(c) El sistema es similar al de la parte (a), con una marcada estabilizaci6n-y por lotanto desactivación- del ion bromuro por el disolvente pr6tic0, metanol. El disolvente apr6tico HMPT se enlaza principalmente con el catión @Ag.234) y deja al anión relativamente libre y bastante reactivo;el resultado esun enorme incremento en la velocidad.

Reactantes Carga concentrada: m¿is estabilizada que el estado de transición por solvatación

8.

Estado de transici6n Carga dispersa

Productos

(a)Los enlaces ion-dipoloen los que participan los pares de electrones no compartidos en los átomos de oxígeno. /7

(b) Véase el quinto párrafo de la página 698.

9.

10.

En este disolvente débilmente ionizante esperamos un considerable efectode formaci6n de pares iónicos, el cual estabiliza y, por lo tanto, desactiva a los iones halogenuro (pAgs. 236-237). Esta atracci6n electrostática deber& ser m k fuerte entre las cargas concentradas sobre los iones más pequefios. El pequefio Li' forma pares iónicos fuertes; el gran ion los voluminosos grupos alquilo, s610 forman cuatemario (cuat) con su carga compartida por pares iónicos, sueltos. Así pues en presencia de ion cuaternario (cuat) los iones halogenuro estAn relativamente gaseosa libres, y muestran el mismo orden de reactividad que tienen en la fase (compkese con el problema 5). En presencia de Li', cuanto m& pequeAo sea el halogenuro, m& fuerte y menos reactivos los nucledfdos; el orden de reactividad es el mismo que sed el par i6nico el observado en disolventes próticos-y por igual motivo.

Las moléculas en Acido sulfúrico concentradose mantienen unidas por muchos puentes de hidrógeno muy fuertes. Hay dos grupos OH muy ácidos, por lo que son donadores poderosos de puentes de hidrógeno (pág.222), y hay cuatro oxígenos que sirven como aceptores de dichos puentes. El resultado es una red tridimensional en la cual las moléculas de Acido sulfiírico sólo pueden moverse con dificultad: se trata de un líquido viscoso. Para el glicerol, con sus tres grupos OH, la situación es la misma. (Un factor que contribuye es quetodos los OH son más ácidos queun alcohol ordinario debido al efecto otros grupos OH.) inductivo de atracción de electrones de los Los compuestos m L conocidos que forman estos líquidos viscosos -notables para los químicos orghnicos" son, por supuesto, los azúcares. V h s e ,por ejemplo, la^-(+)- glucosa en la página 1259.

Alquenos I. Estructura y preparación Eliminación

7.1

Escribamosprimerotodos los idmeros que podamos, sinconsiderar los idmeros geom6tricos. Debemos tener especial cuidado de ver que ningún carbono tenga másde cuatro enlaces. Como siempre, seamos sistemiticos. (4

H H

H H I I CH3CHZCH2-C=C-H

I

y

y

(c)

CH3 H

3

H3

H

I

l

l

C1 H

I

I

CH,CHZ"C=C-Cl CH3CH2-C=C"H

1

(Z y E)

H H

I

/

CH,CH-C=C-H

I c1

y €1

H-C=C"CH"CH,

H H

I

y

3

C H ~ ~ C H ~ " C = C " C H ~ CH3CH>-C=C---H (2

C H ,"c=C"c

I

H H

I

I

CH2CH2-C-C-H

I

CI

I

H

CAPITULO 7

ESTRUCTURA ALQUENOS I.

Y PREPARACION

Veamos ahora cuáles de éstos pueden existir comoun par de isómeros geornétricos. cadasiuno Como estudiamosen la página 253, sólo pueden existir isómeros geométricos de los carbonos del enlace doble contienen dos grupos diferentes: si uno de ellosestá unido a dosgrupos identicos, no hay isómeros geométricos. Podemosverificarnuestrasconclusionesdibujando los posiblesisómeros tan simétricamente como nos sea posible (igual que en a s l p6gs. 253-254) y tratando de superponerlos. Recuerde: estasfórmulasrepresentanmoléculasplanas, y se pueden manipular (mentalmente) como lo hm'amos con modelos reales "podemos rotarlas y volterlas" Si no logramos superponerlas, representan un par de isómeros geomémcos.

7.3

98

El orden de los isómeros es el de la respuestaal problema 7.1. Los isómeros geomémcos se especifican como Z o E en la segundaparte del problema7.1. (a> 1-Penteno 2-metil-1-buteno (b) (2)-lcloropropeno 2-metil-2-buteno (E)- 1cloropropeno (Z)-2-penteno 3-metil-1-buteno (E)-2-penteno 2-cloropropeno 3-cloropropeno

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION CAPITULO

7.4

7

(a) Eltrans- 1 ,2-dicloroeteno no es polar; en 1,l- y en cis- 1 ,2-dicloroeteno, el dipolo se halla en el plano de la moltkula a lo largo de la bisectriz del Angulo entre losh m o s de cloro. CI

H

\c/s II

CI &c\H dipolo neto

p = o

++

(b) El compuestoC, tiene el mayor momento dipolar debido a la liberaci6n de electrones grupos 2% en la misma direcci6n quela del dipoloC - C l . por parte de los dos H

CI

\cP II

H

QC$

CH,

CI

C1

(c) El dipolo neto se halla en direccidn de los &tomos del C1, pero es menor porque los dipolos C-Br se oponen a los dipolosC - C l . Br

CI

II Br

C1

dipolo neto

*

7.5

Se trata de eliminaci6n- 1,2: para generarun enlace doble se debe perder un hidr6geno del carbono vecino al que pierdeel halógeno, es decir,se debe perderun hidr6geno-/3.

CT I H L B

-

/c=c\/ +

\

H:B

+

X-

Para predecir los productos que se formardn en cada uno de estos cs~sos,seguimos el procedimiento de la página 263. Simplemente escribimos la estructura del halogenuro de todos los hidr6genos-P. Podemos esperar un alquenoque corresponda alquiloe identificamos pero ningún otro alqueno. al p6rdida decualesquiera de estos hidr6genos-P, (a) 1-Penteno. El 1-cloropentanos610 puede perder un hidr6geno del C-2, por lo queS610 puede dar 1-penteno. H

I I

CH3CH,CH2"C"CH,

I

H C1 1-Cloropentano

-+

CH,CHZCH,CH=CH2 1-Penteno Producto Único 99

CAPITULO 7

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

(b) 1-Pentenoy 2-penteno (Z y E).

El 2-cloropentano puede perder hidrógeno tantoC-1 del,para dar 1-penteno, H H

I

/

CH,CH?CH? PC C- H

I

CH,CH,CHZCH=CHZ

---+

I

1-Pentcno

CI H 2-Cloropentano

Como delC-2, para dar 2-penteno. H H

I

CH,CH,

/

<'

C,' CH;

+

I 1 H ('I 2-Cloropentano

CH,CH2CH -CHCH, 2-Penteno ( Z y L.)

El 2-penteno existe como isómeros geométricos, pudihdose formar cualesquiera de ellos.

(a-2-Penteno (cis-2-Penteno)

(E)-2-Penteno (tran~-2-Penteno)

(c)2-Penteno(Z y E). El 3-cloropentano puede perder hidrógeno carbno del a uno u otro lado delC-3, pero el producto es el mismo: 2-penteno. H H H CH,

I I

l l

l

C C~ C' C H ,

l

+

CH,CH,CH~=CHC'H., ( = CF(CH~-CHCH,CH,) 2-Penteno (Z y E ) Unicos productos

H C1 H 3-Cloropentano

(d) 2-Metil-2-buteno y 2-metil- I-buteno. H CH,

1.

C'H, -C

I

I

c'

1

CH,

CH, +

I

CH,CH- C CH.,

+

CH,

I

CH,CH,C

CH,

H ('1 2-Cloro-2-metibutano 2-Metil-2-buteno 2-Metil-

1-buteno

CAPITULO 7

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

(e) 2-Metil-2-buteno y 3-metil-1-buteno

-

H CH,

I I

/ I

CH,-C"C-CHJ

CI H

CH.,

I

CH,

I

+

CH2-CH"CH"CH.\

+

CH2=C"CH"CH,

CH,"C'H=C"CHJ 3-Metil-1-buteno 2-Metil-2-buteno

3-Cloro-2-metilbutano

(0 2,3-Dimetil-2-butenoy 2,3-dimetil-l-buteno H,C CHI H

I I CH,-C"-C"CH, I 1

CH.?

I

* CHI"C=C-CHI

I

I

I

CH,

CI CH.,

2-Cloro-2.3-dirnetilbutano

CH.,

2,3-Dimetil-2-buteno 2.3-Dimetil-1-buteno

(g)Ninguno No hay hidrógenos-p y, por consiguiente, no es posible la eliminacidn - 1.2. CH,

I I

C H 3 - C CH,-CI

ningúnalqueno

CH3 l-Cloro-2,2-dimetilpropan0 (Cloruro de neopentileno)

7.6

Aplicamoselplanteamientodelproblema (4

CH,

CH,

CH,

I CH,---C-CH, I

7.5.

~

+

I

CH,-C-=CH,

X Halogenuro Halogenuro de t-butilo

t-

I

X 3-Halopentano

I

H X de isobutilo

-

( E l2-halopentano da una mezcla.)

(c) CH3CHZ-CH-CHzCH3

I I

CH,-C"CH2

(El 2-halopentano da una mezcla.)

CH,CH,CH=CHCH,

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

CAPITULO 7

(El 2-halo-2-metilbutanoda una mezcla.) (e) ninguno

C'H,

1

T H S

CH.,CHZ C~ C H , o b i e n C H , CH- C ~ C H ,

I

X

1

X

1

H

2-Halo-2-metilbutano 2-Halo-3-metilbutano

(El 2-halo-3-metilbutanoda una mezcla.)

7.7

H', calor

-

+ mezcla

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

7.8

CAPITULO 7

Debemos tomar en consideración que hay Hdos y sólo un D para ser separados del sustrato. (a)kH/kD=2.05, calculado como sigue: kH/kD= velocidad por H/velocidad por D moles HC1 formados/átomos H disponibles

0.0868/2 -"= 0.0212/1 moles DCl formados/átomos D disponibles moles HCljl kH/kD = 2.05 = moles DCl/2

kH/kD =

molesHCl/molesDCI

7.9

2.05

= 2.05/2 = 1.02

En la deshidrohalogenación, la orientación sigue la regla de Saytzeff: el producto preferible es el alqueno más estable. Para estos alquenos simples la estabilidad depende del número de grupos alquilo que estén unidos a los carbonos del doble enlace: cuanto más sustituidos es&, tanto más estables son. Ya hemos decidido (problema 7.5) cuáles son los alquenos se pueden que formar a partir de cada uno de estos halogenuros de alquilo. Pues bien, para predecir el producto preferible en cada caso seguimos el procedimiento indicado en la página 275. Escribimos la estructura de cada uno de los posibles alquenos y contamos el número grupos de alquilo unidosa los carbonos del doble enlace; el alqueno con el mayor número es el producto preferible. (a) 1-Penteno, que es el Único producto. (b) 2-Penteno (predomina elE). H H

I

H H

I

CH3CH2-C=C-CH3 Alqueno disustituido

preferible a

I

I

CH3CH2CH2-C=C-H Alqueno monosustituido

(& los 2-pentenos estereoisoméricos, el E excede al Z por razonesde conformaci6n. problema 7, pág. 359.)

(c)ZPenteno (predominantementeE ) .

Sólo se pueden formarlos 2-pentenos estereoisoméricos mediante la eliminación1,2. (De éstos, E excede aZ.) (d)2-Metil-Zbuteno. CH,

H CH3

I

I

CH3"C=C-CH3 Alqueno trisustituido

preferible a

I

CH,CH2-C=C-H

I

H Alqueno disustituido 103

CAPITULO 7

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

(e)2-Metil-2-buteno. H CH,

I

I

CH,-C=CCH, Alqueno trisustituido

H preferible u

I

CH,

l

l

HC-C-CHCH, Alqueno monosustituido

(f) 2,3-Dimetil-2-buteno.

H CHI

CH 3 CH3---C=C--CH,

I

preferible a

I

/

H-C-C-HCH,

I

CH.?

tetrasustituido disustituido Alqueno Alqueno

(g) Ningún alqueno.

7.10

Isobutilo > n-propilo > etilo (>> neopentiio)

La reactividad en la deshidrohalogenación E2 depende principalmente de la estabilidad de los alquenos quese forman. Dibujamos la estructura del alqueno (o de los alquenos) que esperamos obtener de cada halogenuro y estimamos las estabilidades relativas, como antes, basándonos en el númerode sustituyentes en los carbonos del doble enlace. CH,

I

w

I

3

CH,--C-CH,

--+ CH,--CH--CH2Br Bromuro de isobutilo

Alqueno disustituido

CH3CH,CHZBr

CH,"CH-CH2

---+

Bromuro de n-propiloAlquenomonosustituido CH,CH,Br -+ CH,=CH, Bromuro de etiloAlqueno sin sustituyentes CH3

I

CH, -C--CH,Br

1

7.11

~

+

ningúnalqueno

CH, Bromuro de neopentilo

El orden de reactividad,3" > 2' > lo, sugiere un mecanismo concarhationes, y esta idea tiene un f m e apoyo en la transposición del esqueleto de carbono. Si el 3,3dimetil-2butanol formase un carbocatión,éstesería el catión 3,3-dimetil-2-butilo, el cual es el mismo que se formadel 2-bromo-3,3-dimetilbutanoen la eliminaciónEl, y se espera que dé los mismos alquenos transpuestos (vhse la pág. 28 1). Ya vimos(Sec.5.25) cómoun ácid0 cataliza la formación de carbocationes pamendode alcoholes, mediante la protonación del grupo "OH. Reuniendo los primeros pasos de la conversión S,1 de alcoholes en halogenuros de alquilo (pág. 21 3) con el segundo paso de la reacciónE 1 de halogenuros de alquilo (pág. 267), llegamosal siguiente mecanismo probable paraladeshidratación de alcoholes: un tipo de eliminaciónEl a partir del alcohol protonado. (Véase la Sec. 7.25.)

CH

CAPITULO 7

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

I

1

I

I

-C-C-

(1)

+

H:B a

H OH

B:

I

I

"c--C-- + 9 : I 1 H OHz'

f

I

CH3"C"CH"CHzCH3

G//@

CH,

I

CH,CH-CH=CH"CH, 4-Metil-2-penteno Alqueno disustituido 11%

CH,

I

-

tramp.

I

CH,"C"CH2CHzCH3

o

CH3

I

CH3--C=CH"CHzCH, CHz=C+HzCHzCH3 2-Metil-1 -penteno 2-Metil-2-penteno Alqueno Alqueno disustituido trisustituido 9% 80%

El 2-metil-1-penteno debeser uno delos productos de la transposici6n.como rambih lo es el productoprincipal (2-metil-2-penteno), el cual se puede obtener a partirdel carbocatión 2' o del 3', resultante deesa misma transposici6n.La naturaleza delsusttato (2') y las condiciones dereacci6n (sin agregar una base fuerte) favorecen lareacci6n tipo del monomolecular. 105

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

CAPITULO 7

7.13

El t-BuO- en DMSO no está solvatado mediante puentes de hidrógeno: por consiguiente, es una base más fuerte que OHel fuertemente solvatadoen alcohol.

7.14

Como comentamos en la sección 5.25, lo importanteno es laclasificación como 1O, 2" o 3" como tales. Lo que intercsa son los factores que ahora están funcionando: aquí son el impedimento esférico, que determinala reactividad porSN2,y la estabilidad del alqueno, la cual determina principalmente lareactividad por E2. Estos factores dan lugar a la relación sustitución-eliminación. Pero hacen más que esto, entre lo,2" y 3" y a lacompetencia entre carbono-Pno cambia la como inhcan los ejemplos aquí mostrados. La ramificaciónelen clasificación del sustrato. Sin embargo, &te (a) incrementa el impedimento estérico y así retrasa laSN2(Sec.5.15), y (b) incrementa la ramificación del alqueno se que está formando y así aumenta la velocidad de la E2. El resultado netounescambio drásticoen el curso de la reacción. De los tres sustratos, el bromuro de etilo es el menos impedidoy da el alqueno menos estable, y el bromuro de isobutilo es el más impedido y da el alqueno más estable.

7.15

Aquí se trata de la solvólisis de sustratos2",y 3" "esto es, reacciones en las que no se añadieron conuna baseo un nucleófilopoderoso-; por consiguiente,es muy probable que se compitan reacciones S,1 y E l. Una vez formado, ¿puede un carbocatión combinarse con un nucleófilo para formar el producto de sustituci6n, o perder un protón para formar el alqueno? Los carhationes generadosa partir de cada conjunto de sustratos son de la mismaclase y, por lo tanto, probablemente -ambos secundariosen (a) y (b), y ambos terciarios en (c>no deberían diferir mucho suenvelocidad de combinación con un nucldfilo. La velocidad un protón depende, sin embargo, de la estabilidad del alqueno en formación, con que pierden y es aquí donde debemos buscar alguna diferencia. (a)

CH,

C'H C H ,

I

*

Br Cf1,C'H.

5% alqueno

CC HH , ~-CH? Alqucno monosustituido

-

CH CH,

I

C H , CH C'H CH, ~

Alqueno Br

+

Alqueno disustituido Producto principal

(b) C'IHjC'H2C'H2 CH I ~

('H;

~

C H J C H ,C H ~ - C H : monosustituido

Y% alqueno

+

~ - *C H , C H : - ~ C H - - ~ C ' H ~ - C H ,

Alqueno disustituido

Br

CH,CH,CH?~--CH-CH2 7% alqueno Alqueno monosustituido ~

C'H,('H,

C'H C'H2CH,

I

Br

~

7

CH,CH,

C'H C H ~CH,

15% alqueno

Alqueno disustituido

En el 3-bromopentanose puede perder cualesquiera de los cuatro H para dar el 2-penteno, quees más estable; en el 2-bromopentano sólo hay dos de tales H. 106

CAPITULO 7

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

19% alqueno I

Br

CH,

I

C'H,--C"C'H,C'H,

I

Alqueno Br

Alqueno disustituido

-

CH,

I

CH,-C"C'H"CH,

+

Alqueno disustituido trisustituido Producto principal

CH3

1

('Hz C'- CH,CH,

36% alqueno

7.16

El F- en DMSO no se encuentra solvatado mediante puentes de hidrdgeno, por lo que es una base fuerte.

7.17

La principal base que se halla presente es el disolvente, t-BuOH; el principal hcido es el alcohol protonado,t-BuOY+. Cuando se disuelve H,SO, en t-BuOH, se disocia totalmente:

Para este paso, entonces,H:B es H,SO,, y :B es HS0,Sigue ahora el resto del mecanismo:

CAPITULO 7

ALQUESOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

Por mucho, la base más abundante-y por mucho, la más fuerte-es disolvente, el t-BuOH; y éSta es la base que separa el protón en el paso (3). Por consiguiente, en esta etapa :B es t-BuOH, y H:B es t-BuOH,'. Pero el I-BuOH,' generadoen el paso(3) como H:B es el sustrato para el paso(2); hemos generado una nueva molécula de alcohol protonado en forma directa, sin tener que recurrir (1) es el que inicia la cadena y, una vez que haya al paso(1). En estas condiciones, el paso (2) y (3). ocurrido esto, se suceden una y otra vez los pasos propagadores de la cadena, (A medidaque se acumula HzO,ésta, por supuesto, comienza a competir con t-BuOH como la base del paso(3), formando %O+. Ahora comienza a cobrar importancia la etapa (l),donde %O+ como H:B transfiereun protón ai r-BuOH como base.)

7.18

Siguiendo el principio de reversibilidad microscópica (pág. 288), simplemente escribimos los tres pasos de la página 287 al revés, con HzO como base la :B y H30+comoel ácido H:B.

Observemos que, como en la deshidratación, todos los pasos son reversibles.

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

CAPITULO 7

El carbocatión intermediariose recombina con el agua para regenerar el alcohol (el inverso delos pasos (2) y (1)) considerablemente más rápido delo que pierdeun protón (paso(3)) para la formación del alqueno.Es decir,.k-2es bastante mayor k3; quesin embargo, la mayor parte del agua circundante no es %O ordinaria quese pierde, sino el disolvente H,'*O marcado, por lo que el alcohol regeneradoenessu mayor parte el alcohol marcado, t-Bu'SOH. De esto resulta claro que aquí (en contraste con una verdadera 1)lareacción formación E (paso (2)) no es la etapa determinante de la velocidad la eliminación; en para del carbocatión que eso fuera cierto, k3 debería ser mucho mayor quek-, de modo que cada carbocatión un alqueno. El paso (2) contribuye a la velocidad total, pero generado formam rápidamente (3). también lo hace el paso

7.20

Nuevamenteobservamosun esquema familiar:la transposición deun carbocatión, generado y luego la pkrdida deun protón deeste nuevo catión-y, iridmente, a otro más estable, en algunoscasos, posiblemente también del catión original-para dar alquenos, siendo los más establesde ellos los productos preferibles.

CH,

CH,

I

1

CH3CH2CHCH20H2

11-

H :O

1 -

CH3CH2--C--CH2@

^I

CH,CH2CHCH20H 2-Metil-1-butanol

+

uansp. +

f

2-Metil-1-buteno Alqueno disustituido

1 -

CH,CH?-C"CH,

o

2-Metil-2-buteno Alqueno trisustituido Producto principal

CAPITULO 7

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

r-""

.i

CH,

CH3

I

CHj--C=C-CH,

I

CH, 2,3-Dimetil-2-buteno Alqueno tetrasustituido Producto principal

7.21

1 I

CH?=C
I

CH, 2.3-Dimetil-1-buteno Alqucno disustituido

La reacciónde los ionesamoniocuaternarios, R,N+, pareceríaser un ejemplodeuna lo es, Sec. 27.5), teniendo comogrupo eliminación-1,2 promovidapor base (y en realidad saliente la amina@,N), sólo moderadamente básica, y al ion hidróxido sustrayendoun hidrógeno-P.

A diferencia delion cuaternario, el ion amonio correspodiente, R N T , tiene protones en el nitrógeno. Estos protones son inmensamentemás ácidos queun hidrógeno -P unido a carbono (son de acidez similara la de los protones N en H,') y, en consecuencia, uno de ellos es separado por la base fuerte OH-. Una vez que se ha perdido este protón, ya no tenemos

ningún ion amonio, sino una amina, y las minas no sufren estetipo de eliminación. (para que una amina sufriera una eliminación-l,2 promovida bases, por el grupo saliente tendría grupo saliente que ser elion R " , sumamente básicoy extremadamente pobre como más pobre aun queOH-), 110

CAPITULO 7

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

1.

(a) CHICH2CH(CH3)CH2CH2CH(CH,)CH=CH2 (b) CICH2CH=CH2 (C> (CH,).ICCH=C(CH~)Z

C

/ \

D

2.

(a)

H

CH,

I

C H I C-CH? ~

I

2-Metilpropeno

CH.?

3.3-Dimetil-1-buteno

(e) H ,, C

C H . ? -CH,

CH,

CH.?

I

CH,-CH-~CHz--CH

(f)

I

"C-CH,

n

2 \

H

CH~-CH,

I

CH,

( E ) -2,5-Dimetil-3-hexeno

3.

b, d, g, h, i, k (tresisómeros: Z,Z- E,E-ZE-).

Z

E

CH, > H

Z

E C1 > H

I

CH,CH2 --C=CH2

-buteno 2,5-Dimetil-2-hexeno 2-Etil-1

It

CHJCHz

CAPITULO 7

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

C > H

4.

(a)Paraestegrannúmerodeisómeros,comenzamos por noponer los hidrógenos y examinar los esqueletos de carbono. Trabajamos en forma sistemática, dibujando primero las estructuras que presentan una cadena lineal de carbonos y variando la posición del doble enlace, y despuCs estructuras con una ramificación simple, en el penúltimo carbonoy así sucesivamente.

c-c-c-c-c=c 3-Hexeno

2-Hexeno

c-c-c

C-C-C-.

c

-C-C=C-C-C

1-Hexeno

C C-C-C"C=CI

c I c--c-~ c c -C

C

C

c-c-c-- c--c I

I C--C-C=C--C

2-Metil-1 -penten0 2-Metil-2-penteno 4-Metil-2-penteno 4-Metil-1 -penteno C

C

I

I

c-c-c-c=c

C

I¡

c- C

c-C"C~c-c

"C-C

2-Etil-1-buteno 3-Metil-2-penteno 3-Metil-1-penteno

c c

C

I

I

c=c-c-C

c-C-C-c

I

C 3,3-Dimetil-l-buteno

(b)

2,3-Dimetil-l-buteno

(9-y (E)-It-hexeno Q - y ( E ) -4-metil-2-penteno H

CH,

CH.?,, ,H

'i'

\ /

C

z

E

I

I

C-c-c

2,3-Dimetil-2-buteno

(Z) - y (hexeno E ) -3 (Z) - y (E)-3-metil-2-penteno C,H, CLH, H

C H ~ C H ~ C H ~H/ ' C H ~ C H ~ C H , 2-Hexeno

112

C-

c

\ /

).

II

H

c c

I

/I

I1

c'

\C~H:

H/ Z

H

C2H, I:'

3-Hexeno

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

CAPITULO 7

E

Z

i

i

CH >

3-Metil-2-penteno

E

Z

í H3

4-Metil-2-penteno

(c) Los únicos compuestos quirales son(R) - y (S) -metil-2-penteno.

5.

Difieren en todo, menos (h); lo diría el momento dipolar.

(C)

CH3CHCICHj

+

KOH

(d) CH,CH(OTs)CH,

->

+ t-BuOK

(e) CH3CHBrCH2Br + Zn

"z

CH,CH-CHZ "~u""

+

catalizador

7.

CH,CH=CHZ

CH3CH"CH2

( f ) CH3C=CH + CH3CH=CH2 Hz (Véaselasec.

+ KC1 + H z 0 + KOTS + t-BuOH

+ ZnBrz 11.8)

Seguimoselprocedimientodelproblema 7.5. (a)1-hexeno

(b) 1-hexeno (Z) -2-hexeno ( E ) -2-hexeno (c) 2-metil-1-penteno (d)2-metil-2-penteno 2-metil-1-penteno (e)2-metil-2-penteno (Z) -4-metil-Zpenteno ( E ) -4-dimetil-2-penteno 113

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

CAPITULO 7

(f) 4-metil-1-penteno

(2)-4-metil-2-penteno Q-4-rnetil-2-penteno

(g)4-metil-1-penteno (h)2.3-dimetil-2-penteno (Z) -3,4-dimetil-2-penteno (,5')-3,4-dimeti1-2-penteno 2-etil-3-metil- 1 -buteno 8.

Seguimos el procedimiento del problema 7.9, ya visto. Paraestas deshidrohalogenaciones, y que se forme predominantemente esperamos que la orientación siga la regla de Saytzeff, el alquenomAs estable: elmás sustituido.

(b) 2-hexeno (predominantementeE ) (e)2-metil-2-penteno (h) 2,3-dimetil-2-penteno

9.

Como vimos en la sección 7.25, el orden de reactividades generalmente 3" > 2" > lo.

(a) CH3CH2CH,CHOHCH,

10.

(d) 2-metil-2-penteno (f) 4-metil-2-penteno (predominantementeE )

(b) (CH3)2C(OH)CH2CH3

Seguimoselprocedimientodelproblema7.10,analizadoantes, y suponemosque la reactividad depende principalmente de la estabilidad del alqueno que se forma. (a)

CH 3

I I

CHJCHICCH,; > CH,CHICHCHlCH, > CHjCHzCHICHCH, Br

114

I

Br

I

Br

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

11.

La primeraetapa es la formaciónde un carbocatión,

a partir del cual se derivan todos los otros productos:

12.

(a)

CAPITULO 7

CAPITULO 7

ALQUENOS I. ESTRUCTURA Y PREPARACION

o>) La ruta (ir] es inútil. Implica la reacción entre un halogenuro de alquilo terciarioy una base fuerte, la que da casi completamente el producto eliminación, de o sea isobutileno.

13.

(a) El primer paso es la formación de un carbocatión lo.Este se transpone mediante un desplazamiento de metilo al catión 3", más estable, del cuallossealquenos. obtienenComo más ramificado. siempre, predomina el alqueno

14.

La formación del segundo producto implicacon claridad una transposición,y exactamente S,1 de los sustratos3,3dimetil-2-butilo(pág. 205). Esto del tipo observado en la reacción un mecanismo porcartmationes, con rearreglo del catión secundario sugiereen gran medida

3,3-dimetil-2-butilo para convertirse en el catión terciario2,3-dimetil-Zbutilo,como se muestra en laspiginas 206 a 208. Para el mecanismo m h probable seguimos la secuencia de reacciones mostrada en la sección 8.9, la cual lleva específicamente a las transposic mostradas en lapigina 3 1l.

Alquenos 11. Reaccionesdeldoble enlace carbono - carbono Adición electrofi7ica y de radicales libres 8.1

(a) C4H8

+

602

d

4c02

+

4Hz0

649.8 648.1 647.1

(c) 1-buteno cis-2-buteno trans-2-buteno

(b) Igual alade(a).

(d) 806.9 1-penteno cis-Zpenteno trans-Zpenteno

805.3

804.3

El alqueno más ramificado es generalmente el más estable (de contenido energktico mh bajo); un isómero rrans es generalmente más estable (de contenido energctico más bajo) que un isómero cis. 8.2

(a) H,Of; HBr. (b) HBr. (c)

HBr.

En solución acuosa,HBr reacciona para generar el &ido más dhbil, \O+. el (Compárese con el problema1 O, cap. 1 .) 8.3

La eliminacióndehidrógenosucede

8.4

(a) Sustitución nuclcofílica alifática, con agua como nucleófilo y el ionHSO,-, débilmente básico, comogrupo saliente.

en elcarbonoquecontienemenosátomosde hidrógeno. (“A aquel queno posee se le quitará, incluso aquello que poseía.”)

R+OSO,H Nucleófilo Sustrato

+

H,O

--->

R--OH,+ Producto

+

HSO, Grupo saliente

CAPITULO 8

ALQUENOS II. REACCIONES DE DOBLE ENLACECARBONO-CARBONO

(b) Esperaríamos S2 ,.

(c) Esperaríamos S$.

8.5

(a) Estabilidad de carbocationes Véase la figura 8.5, a continuación.

+ Hi

1 I CH,=CH2

CH3CH=CH,

+ H'(CH3)2C=CH2

1" -

i

160.6

- 180.4

CH3CH,@

I

-

+ H+

193.5

1

Figura 8 5 . Estabilidades de los carbocationes en relación con los alquenos.

(Las gráficas están alineadas enResí para facilitar la comparación.)

CAPITULO 8

ALQUENOS II. REACCIONES DE DOBLE ENLACECARBONO-CARBONO

Las diferencias son esencialmente las mismas, cualquiera que alqueno o halogenuro de alquilo.

(b) y (c)

energía, kcal/mol Diferencia Patrón en

Et'

alqueno RBr RCI RI

-

i-Pr+

Et+ - t-Bu'

32.9 35 34 36

19.8

20 21

20

HH*

CH,CH2CHCH3

I

&

CH3CH=CHCH,

OH

Orientación Saytzeff

Orientación Markovnikov

8.7

sea el patrón,

En vista de laquímicaquehemosaprendido,lacombinación parecería requerir la generación un de catión t-butilo,

de isobutano con etileno

seguida desu adición al etileno.

El esqueleto del producto de laalquilación requiere la transposición de este catión primario: primero medianteun desplazamiento dehidruro para dar un catión secundario,y luego por medio de un desplazamiento de alquilo para generar un catión terciario, el cualposee el esqueleto de carbono requerido.

C'H 1

Catión lo

Catión 2'

C'H 1

Cati6n 3"

CAPITULO 8

ALQUENOS II. REACCIONES DE DOBLE ENLACE CARBONO-CARBONO

Finalmente, el catión terciario separa hidruro del isobutano para dar el producto de la alquilación y un nuevo catión t-butilo, el cual continúa la cadena.

8.8

El mismo mecanismo indicadoen las phginas 328 y 329, con radicales enlos pasos (2) y (4) separando (a)H, (b) Br, (c) Br, (d)H del S, (e) H. En (e), por ejemplo:

( L o s pasos claves en eldesarrollo de la teoría de la adicih de radicales libres se describen en: Kharasch M.S. y Mayo, F.R.,J. Am. Chem. Soc., 55, 2468 (1933); Kharasch, M.S., Engelmann, H. y Mayo, F.R., J. Org. Chem., 2,288 (1937); Kharasch M.S., JensenE.V. y Urry, W.H., Science Washington, D.C., 102,128 (1945). Paraconocer un relato personal sobre el descubrimiento del efecto peróxido, vCase MayoF.R., en Vistas in Free Radical York, 1959: phgs. 139-142.) Chemistry, W.A. Waters, Ed: Pergamon, Nueva

8.9

El radical generado en el paso (3) de la secuencia delCCl,, en la phgina 329, se adiciona al RCH=CH,, el nuevo radical formado de esta manera ataca continuacih a al CCl, a la manera del paso (4).

R

120

ALQUENOS TI.REACCIONESDEDOBLEENLACECARBONO-CARBONOCAPITULO

8

Existe entoncesUM competencia entre dos reacciones familiares de radicales libres (en este caso, del radical RCHCH,CClJ: adición al doble enlace o separación de un átomo. Dicha competencia existe en todas las reacciones detipo; estela importancia relativade las dos rutas depende de cuán reactivos sean el alqueno CX,, (y y deel cuán selectivo sea el radical RCHCH,CCI, . (Véase el problema 8, pág. 1235.)

8.10

(a) En la obscuridad, nose generan radicales libresy la reacción electrofílicaes demasiado lenta con tetracloroetileno desactivado.

El oxígeno detienela cadena al reaccionar con el radical libre o con el C1.

8.11

(a)Orlón,CH,=CH".CN,acrilonitrilo (b) Sarán, CH,=CCh, 1,l-dicloroeteno (cloruro de vinilideno) (c) Teflón, CF,= CF,, tetrafluoroetileno

8.12

Si el radicalmás estable se forma con mayor rapidez en cada paso "digamos un radical 2" más que un radical lo- la orientación siempreserá la misma.

CAPITULO 8

ALQUENOS II. REACCIONES DE DOBLE ENLACE CARBONO-CARBONO

L a ozonólisis o la ruptura con KMnO,/NaIO, reemplazan efectivamenteun doble enlace con carbono por un doble enlace con oxígeno. El KMnO,, oxida adicionalmente los aldehídos a ácidos carboxílicos,

-0

R-C Acidos

R ~ - C-0

I

H Aldehídos

OH

carboxílicos

y específicamente, el formaldehído es oxidado a dióxido de carbono.

H carbono

C-=O I H

--f

Formaldehído Acido carbónico

H ~--C"0

I

--f

OH Acido fórmico

HO-C

I

0

OH

a o-c:-o

Dióxido de

Inestable

8.14

(a)Br,/CCl,, o KMnO,, o H,SO, conc.:alquenopositivo. (b) Br,/CCl,, o KMnO,, o H,SO, conc.: alqueno positivoo bien, AgNO,: halogenuro de alquilo positivo. (c) Br2/CC1,, o KMnO,: alqueno positivo.O bien, CrO,&SO,: alcohol 2" positivo. (d) Sólo el alqueno da una prueba positiva con BrJCCl,; sólo el halogenuro de alquilo da una prueba de halógeno positiva; sólo el alcohol 2" da la prueba de CrO,/H,SO, positiva.

8.15

A, alcano D, alqueno

B, alcohol 2" E, alcohol 3".

C, halogenuro

de alquilo

ALQUENOS II. REACCIONES DE DOBLEENLACECARBONO-CARBONOCAPITULO

8-16

1.

8

(a) Cr03/H2S0, (b) Br2/CCI,, o KMnO, (c> Br,/CCl,, o KMnO,, o Cr03/H2S0, (d) H,SO, conc.

(a)isobutano (c) 1,2-dibrom0-2-metilpropano (e) bromuro de t-butilo (g) yoduro de t-butilo (i) sulfato de kido de t-butilo (k) l-bromo-2-metil-2-propanol (m) 2,4,4-trimetil-l-penteno y 2,4,4-trimetil-2-penteno (o) 2-metil- 1,2-propanodiol (9) igual que (0)

2.etileno (cpropileno (b) (a)

cloruro (e)vinilo de (h)propileno

(b) 1,2-dicloro-2-metilpropano (d) no hay reacción (f) bromurodeisobutilo (h) yoduro de t-butilo alcoholt-butííico (1) 1-bromo-2-cloro-2metilpropano y productos (c)y (k) (n)2,2,4-trimetilpentano

u)

(p) acetona y dióxido de carbono

(r) acetona y formaldehído

(f) 2-metil-buteno etileno (g)

)isobutileno 2-buteno (d)

Las reactividades relativas siguen la secuencia dada en la página 3 15. Los oxígenos electronegativos del"COOH hacen que este grupo sea un fuerte atractorde electrones, como los halógenos (Véase la pág. 3 15). 3-yodopentanO 3. 2-yodobutano (b) (a) (c) yoduro de t-pentilo (e) 2-yodo-3-metilbutanoy 2-yodo 2-metilbutano (g) 2-yodo-2,3-dimetilbutano

y 2-yodopentano (d) yoduro de t-pentilo (f) 1-bromo-1-yodoetano (h) 4-yodo-2,2,4-trimetilpentano

En todos estos casosla orientación sigue la regla de Markovnikov (Secs. 8.5 y 8.12). En (b) la reglano indica preferencia " d e cualquier manerase forma un catión 2"- y se obtienen ambos productos.En (e), algo del catión2" intermediario se transpone al catión3", mAs estable. 4.

El radical 3" es más estable que el 2" y se forma con mSrs rapidez.

CAPITULO 8

5.

ALQUENOS II. REACCIONES DE DOBLE ENLACECARBONO-CARBONO

(a) El alcohol metílico (ynoel agua) reacciona con el ion bromonio intermediario para formar el Cter protonado; la subsecuentepklida de un protón da elCter. CHZ=CH2 ?'+

B',O C6--CH,

C'H OH

CH,-- C H ZC H 2 - - C H ,

I

I

Br GO-CH,

I

I

Br

H Un Cter protonado

(b) CH,-

I

OCH,

Un éter

1-Bromo-2-metoxipropano FOH---CH2Br, W!

El paso de apertura del anillo -ataque al ion bromonio por el alcoholmetílico" sucede al carácter S,1 del estadode transición. en la segunda posición (no en la primera), debido (Véasela Sec. 8.15.) OB<@

CH,-CH CH, CH,-O:

I

H

2

~~~

* CH,--CH-CH2Br

I

0°C H

1

H

% CH,-CH I

-CHzBr

OCH,

1-bromo-2-metoxipropano

6.

Si un alqueno fuera intermediario debería reaccionar con D' tanto conH', y el producto (alcohol) debería tenerD unido al carbono.

7.

(a) El mecanismo alternativoes mucho menos probable porque unolos depasos de propagación dela cadena (4a) muy es endotérmico,por lo que debe tener una Ews altaen oposición al paso (4), que es exodrmico y que puede tenerUM baja Esa. Comparemos en primer lugar los pasos alternativos (3) y (3a), utilizando etileno como nuestro alqueno. (A falta deotrosvalores, empleamoslas energíasde disociaciónde enlaces correspondientesa Br-CH,CH, y H--CH,CH,para Br--CH,Cq y H - C H , C q ; cualesquiera queSean los valores verdaderos, el enlace C-H es más fuerte que el C-Br, de modo que nuestras conclusiones no se verán afectadas.)

ALQUENOS II. REACCIONES DE DOBLEENLACECARBONO-CARBONO

CAPITULO 8

Como podemos observar, el paso (3a) es aún más exotkrmico y podría quetener (3), una baja Eb, Si hubiese IT disponible, esperariamos que se adicionara a un alqueno. Por consiguiente, bashdose s610 en consideraciones energkticas, esperariamos que (3a) fuera al menos tan probable como (3). Comparemos ahora lospasos (4) y (4a). (4)

BrCH,CH2.

+

H-Br (88)

"---f

BrCH2CH2-H

+

Br.

AH

=

-

10

(98)

E,,, podría ser peque%

Observamos aquíun marcado contraste. El paso es (4)exotkrmico y podría tener una baja y debe tenerUM E, al menos de 19 kcal. En un E, pero (4a) es altamente endotkrmico ataque a HBr, cualquier radical libre sustraerá H, con fuerte preferencia sobre (Lo que Br. y (2a) (2)y a la reacción del radical, acabamos de decir es igualmente aplicable a los pasos Rad', generado del peróxido.) En última instancia, la reacción sigue el curso sugerido porqueC-H los son enlaces más fuertes que los enlaces C-Br. (b) El radical intermediario(Paso 3, pág. 325) debeser

Br

pues de lo contrario(paso 3a, pAg. 337) sería

I

H

o bien

I

D

según si hubiera usado HBro DBr.

ALQUENOS XI. REACCIONES DE DOBLE ENLACECARBONO-CARBONO

CAPITULO 8

(4)

CH,CHCH,CI

+

H-- CI ( I 03)

~

-+

+

CH3CHCH:CI

I H

CI.

A H = +X

(95)

Ea,,, porlo menos de 8

(c) Vea los valores dados antes para cada ecuación. (El paso (2) sería similar alpaso (4).) (d) La diferencia entre HBr, y HCl no se halla en elpaso (3),el cuales e x o t b i c o en ambos casos. La diferenciase encuentra en el paso (4): mientras éste es exotérmico para HBr, es endotérmico paraHCI, con unaEa mínima de 8 kcal. Ahora bien, unaEa de 8 kcal no es demasiado alta paraun paso propagador de cadena "como lo atestiguala bromación por

radicaleslibresdelmetano(Sec.2.17).Perohacequelareacciónporradicaleslibresseamh lenta para HCl quepara HBr; tan lenta, que evidentemente no es capaz de competir con la adición heterolitica la cual prosigue a pesar de todo, con su velocidad usual, con o sin peróxidos. CH,

9,

1

('iIJCHZ--~C-o (aj Cloroacetona

+

O=CH, Formaldehído

y

3

CI'JCH~-C=CH,

t. O 1--

Cloruro de metalilo

(b) La reacción es heterolitica (iónica). No hay luz ni peróxidos para generar radicales libres, el oxígeno cortaría muchas cadenas y así libres; sise iniciaran cadenas de radicales disminuiría el rendimiento de cloruro de metalilo, lo que sería contrario a los hechos.

(c) Reacción de C1, con el alqueno para formar un catión, el cual pierde luego un protón para dar el producto:el primer paso de la adición electrofílica seguido el segundo por paso de una eliminación El.

Para simplificar hemos mostrado el catión intermediario un carbocatión como de cadena abierta ,en vez de comoun ion cloronio cíclico. o algo muy parecido a En él. este caso, elc a r h t i ó n sería Bien puede ser un catión abierto, 3" y relativamente estable; el carbono deficiente en electrones puede tener poca necesidad de los electrones del cloro. El cloro puede estar unido principalente C-1, con al un enlace muy débil alC-2, de modo quela mayor partede la cargase encontrm'a sobre el carbono. Lo que haya de unión entre C-2 y cloro se rompre conforme se pierde el protón y se forma de E2, teniendo como grupo saliente C1 el enlace;entoncesla reacción adquiere el aspecto CIip.

(d) El catión3O, más estable, es menos reactivo haciaC1-, el y más propenso a perder uno de los seis hidrógenos para formar el alqueno ramificado. (e) En pequefía medida, UM transposición del catión intermediario a uno 3" que, como el catión 3" en (c), pierdaun protón (uno de seis) para formar el alqueno ramificado.

10.

La adición usual de HOX a alquenos simples indica. como vimos en la sección 8.15, el ataque preferencial de X- sobre el átomo de carbono más sustituido del ion cíclico halogenonio: por medio del paso (b),por ejemplo, en la reacción del propileno (pág. 320). Atribuimos esta preferencia al hecho de que, en el estado de transición, la ruptura de enlaces y de que el carbono bajo ataque excede ala formación de los mismos (véase la pág. 321), ha adquirido una considerable carga positiva. En consecuencia el ataque sucede en el carhno más capazde acomodar esta carga. Ahora, en el propileno intermediario, el C-2 es el carbono mejor dotado para acomodar grupo de la carga positiva debido a que el C q - libera electrones.En cambio, el bromuro alilo intermediario, 127

CAPITULO 8

ALQUENOS II. REACCIONES DE DOBLE ENLACECARBONO-CARBONO Br

I

+ BrCH,- C H ~CH20H,'

CH, 1"

k

I

BrCH,-~ CH--CH,OH

Producto principal

LL BrCH,

-CH CH,Br

I

O H z+

BrCH,-CH

I

~-CHzBr

OH

no contiene C q - sino BrCH,-, el cual, a causa del Br electronegativo, atrae electrones en vezde liberarlos. ElC-1 es el que mejor puede acomodar la carga positiva de del estado transición, y es aquí dondeOcurre preferencialmente el ataque (ruta u). 11.

(a) A m b o s alquenos forman el mismo carbocatión 3O, por lo que dan el mismo alcohol.

(b) Estos experimentos demuestran (al menos para la hidratación) que la primera etapa de y determinante la adición electrofílica, la formación del carbocatión, es lenta de la velocidad de reacción, como se muestra en la página 308.

Comenzando con el alqueno I, consideremos las velocidades relativas de los dospasos principales,(1) y (2). En primer lugar,¿qué esperariamos si los carbocationes se formaran rápida y reversiblemente en el paso (l), y luego " d e vez en cuando" se combinaran lentamente con agua (paso 2) para dar el alcohol protonado?Si fuese así, la mayoria de los carbocationes perderíanun hidrógeno muchas veces para regenerar el alqueno, antesde convertirse,por último, en producto. Pero en el carbocation hay hidrógenos tanto en C-3 como en C-l. Al "revertir" al alqueno, es tan probable que el carbocatión pierda un hidrógeno para dar el alqueno I, como que lo pierda para dar el I1 " d e hecho, es mús probable que dC este último, a causa de la mayor estabilidad del alqueno que se está generando. Expuesto al medio ácid0 hasta el momento Ocurreen la que mitadde la reacción, gran partede I se convertiría en 11, y el alqueno no consumido que se recuperara sería una

mezcla de I y 11, lo que es contrario a los hechos. (F'odríamos aplicar el mismo razonamiento llegm'amos exactamentelasamismas a los experimentos que empezaran con elI1 yalqueno conclusiones.) Como en el trabajo sobre intercambio de hiddgeno (Sec.8.1l), tambien estos experimentos indican que cualquier carbocati6n formado se combina mucho más rhpidamente con el nucle6fil0, el agua, de lo que tarda en volvera alqueno. (Esto es, k, es mcho mayor que k-l.) El paso(1) es la etapa lenta, determinante de la velocidad.La velocidad de la adición depende de velocidad a la quese forme elcart~xati6n. H

H

12.

(a)

I

+

n-Pr-C=O

H 1 (b) i-Pr-C=O

+

l O=CH

H

I

o

H

/

d-n-Pr--C=CH 1-Penteno

77

H

I

O1

O=C--CH3

t-

CH3-CH-C=C--CH3

1

CH J

4-Metil-2-penteno

H

(d)

(e)

I

+

CH,-C=O

CH

H

H

I

O=C--CH2-C

/\2

H2C,

I

=O

+ O=CH

H o3

t-

H CHI

H

H

I / C=C

CH,

C1 S 1 H

1.4-Hexadieno

CH

/\z

CHO 0 , HC2HC

HzC-CHO

'

H

\ / / H2C-CH

(f) Acidos carboxilicos (RCOOH) en lugar de aldehídos (RCHO); en lugar CO, de formaldehído (HCHO); cetonas (RCOR') en (c).

13.

(a) KMnO,, o Br,/CCl,, o H2S04conc.: alqueno positivo (b) KMnO,, o Br2/CC1,, o &SO4 conc.: alqueno positivo o bien, AgNO,: halogenuro positivo.

(c) AgNO,: halogenuro positivo.

ALQUENOS H. REACCIONESDEDOBLEENLACECARBONO-CARBONO

CAPITULO 8

(d) %SO, conc.: alcohol positivo.(Dehecho, el alcohol es soluble en agua.) (e) Br2/CCl, alcohol no saturado positivo. (f) CRO,/H,SO,,

O %SO,

conc.: alcohol positivo. (Dehecho, el alcohol es soluble en agua.)

(g) Br,/CCl, alqueno positivo. O bien, CrO,&SO,:

alcohol positivo.

(h) AgNO,: alogenuro positivo.

(i3 AgNO,: alogenuro positivo. Br, /CCI,: alqueno positivo. (Este alcohol es soluble en

asua.1

0)CrO,/í-$SO,: dlhalogenuro negativo, positivo para ydiol halohidrina. AgNO, halohidrim positivo. (Dihalogenuro positivo, pero se elimina por la primera prueba.) Or) Br, /CCl,, o KMnO,: alquenopositivo. CrO, K S O i alcoholpositivo. AgNO,: halogenuro positivo. Alcano negativo para todasa lspruebas. 14.

3-Hexeno. El esqueleto de carbono debe ser el mismo que de el n-hexano; hayun doble (@es de carbono en cada enlace, quedebe estar localizadoen el centro de la cadena Btomos lado).

15.

YH3

y,

ti2(), H '

(a) C HC,- - C H ,

c-"CH, C-TCH~

I

OH Alcohol t-butílico

lsobutileno

dT!-

(b) C H - - - C HC- H , I Yoduro de isopropilo

CH,---CH=CH, Propileno

CH,

CH,

1 (c) CH,-CH,Br CH

f

HBr. perbxrdos

Rromuro de isobutilo

CH,

CHJ

I I

(d) CH,CH,C--CH,

I

HO CI

d

-

~-Cloro-2-metil2-butanol

CH,

I

w

I

CH,CHZC=CH, 2-Metil-lbuteno

-S*

(e) CH) C'H, C H , C H - C H ~ 2-Metil-2-buteno

I

CH,-C-CH, Isobutileno

2-Metilpentano

CH,

1

C H ~ P C H ~ P C HC L C H , ~

(o bien, de cualquierotro alqueno con el mismo esqueleto de carbono)

I

I

OH Alcohol isopropílico

CI CI 1,2-Dicloropropano

(b) CH,CH2CH-CHZ

I

I

&

CH,CH2CH=CH2

KOH(alc)

t "

CH,CHZCHZCHZ

I

Br

CI CI 1,2-Diclorobutano HMr

t-

CH,CH?CH2CH?

I

OH Alcohol n-butílico

I

OH Alcohol isopropflico

b Hb H 1,2-Propanodiol

CH3

(d) CH3-&-CH2

I

Alcohol

Br,. H,O

I

OH Br I-Bromo-2-metil2-propanol

I

CH,"C=CH*

H' calor f"

CH3 I CH,--C"CH3

I

OH

Estereoquímica 11. Reacciones estereoselectivasy estereoespecíficas 9.1

(a) El diol dep.f. 19°C es inactivo perose puede resolver;y es una modificacih radmica (W, (I1 y I, en la figura que consiste en cantidades iguales de3R)- y (2S, 3s) -2.3 butanodiol que sigue). El diol p.f. de 34°C queno se puede resolveres el meso-2,3-butanodiol (enla figura siguiente). (b) El permanganato de la hidroxilaci6n syn. Las uniones formadas por la cara de arribay a l sque se forman por la carade abajo tienen la misma probabilidad.

Adición-syn OH

H

\

cis-2-Buteno

I

OH meso-2,3-Butanodiol PJ34O

c

CAPITULO 9

ESTEREOQLJIMICA II

I

CH,

OH

11

I1

I y I1 son enuntiheros 2,3-Butanodiol rackmico

P.f. 19°C

(c) Los peroxikidos dan lugar a UM hidroxilaci6nanti. Las uniones como en a y b (o bien de ocurrir. como enc y 6)tienen la misma probabilidad Adición-anti OH

H \

OH 1 HCOzOH

H

\CH3 cis-2-Buteno

I1

I1

I y I1 son enantiómeros 2.3-Butanodiol racémico P.f. 19°C

CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA I1

I

OH

meso-2,3-Butanodiol Pf.34°C

9.2

(a) Enantiómeros,formados en cantidadesiguales. @Br

(b) Idénticos, aquirales. @Br

(c) Enantiómeros, formadosen cantidades iguales.

CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA IT

(d) Enantiómeros, formadosen cantidades iguales.

(Roberts, I. y Kimball, G. E., "The Halogenation of Ethylenes", J. Am. Chem. Soc.,59, 947 (1937).) 9.3

(a) Aun cuando el ataque por lasdos rutas - e n el extremo del metiloy en el extremo del etilo" no tienenla misma probabilidad, el producto es racemico: (a, 3s)- y (2S,3R)- 2,3dibromopentano.Hay cantidades iguales de iones bromonio cíclicos enantiomkricos (vkase el problema9.2~)que sufren el ataque. Indudablemente el producto de un ion bromonio consiste en cantidades diferentes de los dos posibles dibromuros enantiomkricos; si, digamos, el ataqueen el extremo del metilo fuera el preferible, entonces R , S > SR.

H

-A

+ algo del E , 3R

Br 2RJS

j5TCZH5

Pero esto eskuía equilibrado exactamente por la misma preferencia del ataque en el extremo de metilo del otro ion bromonio (enantiomerico), para dar SP > R S .

-

+

CH 3

algo del 2 R , 3s

2S.3R

(b) Similaral(a),conlosproductosenantiom~ricos(2R,3R)-y(2S,3S)-2,3-dibromopentano. Aquí, siR , R > S,S a partirde un ion bromonio,&te deberá estar equilibrado por el S.S > RP del otro. 9.4

El F altamente electronegativo es menos capazque el C1, Bro I para compartir sus electrones y formar así un anillo de tres miembros.

CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA I1

9.5

. C l B

p

?

3

CH3

Br

V

(o su enantiómero) eritro

CH 1

\

H cis-2-Buteno-2-d

H

\

H

trans-2-Buteno

trans-2-Buteno-2-d

(o su enantiómero)

treo

Las reacciones deben proceder como se muestra arriba, a UavBs de una eliminaci6n anti de " B r y de "H(o bien, de-D). La eliminaci6nsyn de V, digamos, para dar el cis-Zbuteno debería tener como resultadola p6rdida de deuterio,lo que es contrario a los hechos. r : B D

l

ESTEREOQUIMICA I1

CAPITULO 9

1.

LA hidrogenación homog6nea implica una adición sin. Vea las figuras 20.6 y 20.7 en las páginas 736-737. (El ácido cis-butenodioico se conoce como ácido maleico, y el ácido trans-butenodioico comoácido f d r i c o . )

2.

Escribimos un mecanismo análogoal de la adición de bromo mostrado en a lsfiguras 9.4 y 9.5, en la página 351, pero con pasos adicionales de protonación y desprotonación, como se muestra en la página 704.

3.

(a) La adición es anti, como lo muestra el examen de las estructuras (descartando el ion cloronio intermediario) trazadas en las figuras 9.8 y 9.9 que aparecen a continuación. (b) Vea la figura 9.8. Ataque por arriba C) VI q

y

),~------<'H;

\y

JY H

"

\C H I

cis-2-Ruteno

cis-2-Buteno

I'

._ /'

o bien

H HO

T

Emntiómeros: formados en cantidades iguales

klz) u bien

i

C1

CH; CH, treo-3-Cloro-2-butanol Modificación racémica Figura 9.8 Reacción del cis-2-buteno para el problema 3

(b>.

CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA I1

(c) Vea la figura 9.9. Ataque por arriba

.Ataque por abajo H

\

H trans-2-Buteno

CI-CI rcl

“I

H

tram-2-Buteno

;x(

H+H3

Enantiómeros: formados en cantidades iguales

CH h$!f-H ’,! CI

o

OH

CI H.

OH

CI Idénticas

Idénticas

HO c$

Enantiómeros

CH, eritro-3-Cloro-2-butanol Modificación racdmica

Figura 9.9 Reacción del trms-2-buteno para el problema 3 (c).

(d) En (a) se abre el ion cloronio cíclico(a traves de iii o iv, con la misma probabilidad), da lugar al producto racCmico. En(b)es la formaci6n del ion cloronio cíclico (a travQ lo cual de v o vi, con la misma probabilidad) que la da lugar aun producto rackmico.

ESTEREOQUIMICA 11

CAPITULO 9

4.

Esperariamos que la eliminación El sea esencialmente no estereoselectiva y no estereoespecífica,ya que los grupos salientes se pierden enerapusdiferentes.El carbocatión sea cuando formadoen el primer paso podría existir en varias conformaciones -ya se forma de enlace carbono -carbono inicialmente o a travdsde una rotación posterior alrededor un (pág. 350)" y a partir de él sepodría perder un prodn-P.

5.

(a) Adición heterolítica a través de un ion yodonio cíclico.

El mecanismo es análogo al de la adición de X, y HOX, y tiene lugar con la misma orientación (Sec. 8.15). (b) Los disolventes polares favorecenuna reacción heterolítica, con formaciónde iones

intermediarios, al igual queIN3en la parte (a). La luz y los peróxidos promueven una adición por radicales libres, reacción en cadena HBr (Sec. 8.18). análoga a la del Rad.

+

BrN,

RCHCH2N,

+

+

BrN,

RadBr

+

N,

RCHCH2N,

~ ~ - - - f

I

+

N,.

Br y así sucesivamente

El oxígeno interrumpe la cadena al combinarsecon los radicales libres orgánicos(Sec. 2.14). En disolventes no polares (donde la reacción heterolítica no es rápida), la lenta formación espontáneade radicales libres BrN,

se hace evidente. BrN,

+ RCH=CH,

"-f

Br.

-

+ N,

RCHCH,Br

+

N,

(Hassner Alfred, "Regiospecific and Stereospecific Introduction of Azide Function into Organic Molecules",Acc.Chem. Res., 4, 9 (1971).)

CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA I1

6.

(a) Hidrogenaciónsyn (problema 1,en pdginas anteriores). Una fracción: inactiva (racémica).

D

H

r

I

CH,

Enantiómeros Racémicos Inactivos

(b) Hidroxilación syn (problema 9.1 (b)). Dos fracciones: una activa, una inactiva (meso).

H H

CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA

(c) Hidroxilaci6nanti (problema 9.1 (c)). Dos fracciones: unaactiva, una inactiva (meso).

Meso Inactivo

(d) Adición anti de bromo. Dos fracciones: ambas inactivas (ambas rac6micas).

y su enantiómero

CH,

y su enantiómero Racém'cos Inactivos

ESTEREOQUIMICA I1

CAPITULO 9

(e) Hidroxilación.Dos fracciones: una inactiva, unaactiva. (El de hecho que la hidroxilación sea syn o anti no tiene importancia aquí,ya que 6 1 0 se esd generando un nuevo centro se genera este centro quiral, se forman las dos quiral; lo que es importante es que, cuando configuraciones posibles.)

I CHzOH

I

I

CH,OH Quiral

CHzOH Meso inactivo

Activo

(0 Dos fracciones: una inactiva, una activa. (Nuevamente se genera uncentro quiral,y con las dos configuraciones posibles.)

C,H,

C'LH,

I

C -CHz

H+, C2H,

H$cH.\ 11:. N I

H

C2H, y H $:C

CH,

CH.!

C,H,

C2H5

Meso inactivo

7.

Quiral Activo

(a) Lo que estamos viendo aquí, sobrepuesto al patrón básico de la eliminación anti para los efectos conformucionales.Examinemos la reacciónE2, es otro factor estereoquímico: estos efectos más de cerca, ya que son característicos de los resultados que podríamos esperar de una amplia variedad de reacciones. Vimos en a lssecciones7.6 y 8.4 que el trans-2-butenomás es estable que el isómero cis. Atribuimos esta diferencia de estabilidad auna diferencia en la tensión de van der Waals: en el isómero cis, los dos voluminosos grupos metilo se encuentran aglomerados en el mismo lado CH.,, Aglomeración entre metilos CHI

,H

c ÍI c / \

C'H,

\e/

H

II

H

cis-2-Ruteno

H'

c

'CH.,

trans-2-Buteno Menor tensión de van der Waals: mcis estable

de la molécula; en el isómero trans, Cstos se encuentran en lados opuestos (vbse Fig. 7.7, pág. 252). Así, en este caso comoen la orientacih, el producto preferible de la eliminación es el alquenomás estable: en este caso, más estable no debido a la posición del doble enlace molécula. en la cadena, sino a causa de la geometríalade Ahora, el hecho de que predomine el alqueno trans en el producto significa que este se forma con más rapidez que el alqueno cis. Estamos tratando una vezmás con las velocidades relativas dereaccih, y debemos comparar nuevamente los estados de transición para las reacciones que compiten. 143

CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA I1

La eliminación es anti. Para obtener el alqueno cis, la reacción debepasar a travb del estado de transición I $, el cualse deriva dela conformaciónI del sustrato; tanto Ien $como I, los metilos estánen el mismo lado de la molécula "como estarán en en la conformación trans, la reacción debepasar por el estado el producto (Fig.9.10). Para obtener el alqueno de transición113, el cualse deriva de la conformaciónI1 del sustrato; tanto en I1 $como en la molécula la conformación 11, los grupos metilo se encuentran en lados opuestos de nuevamente, comose encontrarh en el producto. Entonces tenemosla siguiente situación. El reactivo existe como varios confórmeros; dar lugar a distintos productos travCs a de diferentes estados de dos de los cuales pueden transición. La E, para la reacción,la eliminación,es muy alta (20-25 kcal) comparada con la cual sólo requiere la rotación alrededor la E,* para la interconversión de los confórmeros, de un enlace sencillo.En situaciones comoCsta, puede demostrarse matemáticamente que las velocidades relativas de formación de los dos productos son independientes de a l s poblaciones relativas de los dos confórmeros, y s610 dependen de las estabífidades relativas de los estados de transición.

I

H

H"-B

I

c1 I

trans-2-Buteno

CI 11:

I1

conformacionales la eneliminación anti: deshidrohalogenación E2 del cloruro desec-butilo.Laaglomeracióndelosgruposmetiloenelmismoladodelamoléculahacequeelestado de transición I$ sea menos estable que el estado de transición II $.

Figura 9.10 Efectos

Comparemos, pues los estados de transición I$ y I1 $ .En el I $ ,los voluminososgrupos metilo están aglomerados en el mismo lado de la molécula: al menos tan cercanos entresí como en el confórmero I e inclusomás juntos, hasta grado el en que se forma el doble enlace y la molCcula comienza a ser plana, como en el mismo cis. En alqueno contraste,en elI1 $ los metilos se encuentran en posicionesholgadas en lados opuestos de la molécula. Debido a 11%.La E , para la formación del la gran tensión de van der Waals, I$ es menos estable que trans;el isómero cis se forma isómero cis es más grande que para la formación del isómero factor que determinalas esm& lentamentey, por tanto, en una cantidad menor. El mismo tabilidades relativas de los productos, la tensión de van derWaals, tambikn determinaa ls estabilidades relativasde los estados de transición que dan lugar asu formación. Ya comentamos la situación alternativa (pág. 61 de esta Guía de Estudio, donde la reacción es mucho más fácil y rápida que la interconversión de confórmeros. Vimos que las velocidades relativas de las reacciones en competencia "y por ende la proporción de 144 ~~IWY_l_II~~"i"-*l..~l.l..~-"'~.i.., AL 1.

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CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA II

productos- se determinaban s610 porlas poblaciones relativasde los conf6rmeros. Cse Si fuera el caso en la eliminaci6n E2, aunpodríamos esperar la formacidn preferencial del idmero rruns. puesto que I1 es m k estable queI por la misma raz6n bhica por la que 11s es m k estable queIS. Pero la preferencia por frum el deberh sermenos marcada, ya que la aglomeraci6n Ien es menor que en I$ ,en donde ha comenzado el aplanamiento de la molCcula. (b) Debido a quees m k dCbil elenlace [email protected]),el bromuro de alquilo es m8s reactivo que el cloruro. En consecuencia,se llega al estado de transici6nm& rApidamente conel bromuro (Sec. 2.24), y tiene menoscarkter de producto; es decir, & te serh menos parecido al alqueno que se formarh.Los grupos metiloen el estadode transici6n quedarb lugar al alqueno cis no e s t h tan cercanos entresí como en el caso del clorurode 9. IO), y hay menos aglomeraci6n entreellos.Ladiferenciadeestabilidadentre alquilo (Fig. IS y 11s es menor para el bromuro que para el ycloruro, la preferencia para el alqueno trans es menos marcada.

(y su enantiómero) eritro-2,3-Dicloropentano

H

\

\

(c>

OH

OH

I

meso-3,4-Hexanodiol

I

OH

H

\

\H

trans-2-Hexeno

145

CAPITULO 9

Hv

Br

ESTEREOQUIMICA II

H

\

-

CH, (y su enantiómero) treo-3-Bromo-2-butanol Modificación racémica

(y su enantiómero)

rac-Butano-2,3-d2

9.

<

H tram-2-Ruteno

En el problema 9.5 (pág. 357), vimos los resultados del estudio de una eliminación E2 a partir del halogenuro de alquilo marcado con deuterio, 2-bromobutano-3-d. Hay dos hidrógenos en el C-3 del halogenuro, un H y un D, y cualquiera puede perderse en la formación del 2-buteno. Si se pierde H, el 2-buteno aun contendrá al D; si se pierde D, el 2-buteno no tendrá marca. C H 3 -CH-~C CH,

H

I

CH,-CHC-CH,

I

I

D 2-Rromobutano-3-d eritro o treo Br

~~

I

D 2-Buteno-2-d cis o tram

CHj-CH==C"CHj

I

H 2-Buteno cis o trans

El halogenuro marcado existe en formas diastereoméricas: eritro (V y su enantidmero, pág. 357)y el marcado o sin marcar, existe como idmeros geomCtricos, cis y trans. Como vimos (problema 9.5 recién estudiado), se encontrd que se pierde H o D en la eliminación dependiendo de si se comenzaba conel bromuroeritro o treo, y de si se formaba el alquenocis o tram. Los resultados apropiados caen dentroundepatrdn muy simple: la elimución es anti. Hay otro aspecto en la formacidn del 2-buteno a partir de un halogenuro de butilo secundario: la proporción trans: cis. El trans excede alcis por un factor de alrededor de 6 para el cloruro de sec-butilo, y alrededor de 3 para el bromuro (problema de esta 7sección). Como vimos estose atribuye a efectos conformacionales. La parte (a) del presente problema contiene ambos aspectos de la estereoquímicade la de factor reacción -la pérdida de H o D, y la proporción trans.-cis- y revela el trabajo otro adicional. La parte (b) c o n f i i a los resultadosde (a). 146

CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA I1

(a) Resumamos losdatos: sustrato sin marca

eritro treo

"--f

-

--f

(- H) trans = 2.84 ( - H) cis ( - D) trans = 0.82 ( - H)cis

(- H) trans = 10.6 ( - D) cis

Claramente, el porcentaje del 2-buteno es quetrans o cis depedende de si el idmero será formado por la périda de H o D. Ademits, es obvio que favorece más la pérdida de H que la pérdida de D. Cuandose formanambos alquenospor la p6rdida de H (a partir un bromuro no marcado),la proporción detram:cis es de2.84. Cuando se forma el isómerotram por pérdidadeD(apartirdelbromuroeritro),laproporcióndetrans:ciscaea~lo0.82.Cuando de forma el isómero cis por pérdida de D (a partir del bromuro treo), la proporción de tram:cis sube a 10.6. Por supuesto, lo que vemos aquí es un efecto isotópico (Sec. 7.17): el enlace C-D se rompre más lentamente que el enlace C-H, y esto se refleja en la proporción de tram:cis. ¿Cómo podríamos calcularmagnitud la de este efecto isotópico? Queremos comparar la velocidad de ruptura del enlaceC-H con la velocidadde ruptura del enlaceC-D; es el mismo enlace, el mismo compuesto, la misma reacción: sóloel isótopoes diferente. ¿Qué usaremos como medida? Usaremos la velocidad de formación delotro alqueno isomérico. Veamos lo queesto significa. El efecto isotópico para la formación del alqueno trans es kH 2.84 = 3.46 k D - 0.82

Estamos comparando la velocidad de formación del alqueno trans por la rupturade C-H (P) con la velocidad de formación del alqueno trans por la ruptura deC-D (k"). En ambos casos nuestra referencia es la velocidad de formación del isómero cis por pérdida de H;kH es 2.84 veces esta velocidad,y kD es 0.82 veces esta velocidad. El mismo sentido, el efecto isotópico para la formación del alquenocis es kH 10.6 kD - 2.84

=

3.73

Esta vez nuestro estándar es la velocidad de formación del tram alqueno por p6rdida deH. (Aunque cercanos, estos valores noson idénticos. Esta diferencia ser simplemente puede un error experimental. Por otra parte, los valores son para reacciones diferentes -la formación de isómeros diferentes- y podría esperarse que sean un poco diferentes. Por un lado, la formación del isómero cis "sin los efectos isotópicos- es m& difícil que la formación deltram, y deberá llegarse al estado de transición un poco después (Sec. 2.24). En los resultadosde la parte(b) se indica que las diferencias entre los efectos isotópicos probablemente sean reales.) 147

CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA I1

(b) Por supuesto,el otro alqueno quese obtiene en estas reaccioneses I-buteno:

CH,CHCHDCHI

I

Br 2-Brornobutano-3-d

~~

tCH,CH

CDCH,

+

2-Buteno-2-d cis o tram

CH3CH C H C ' H , 2-Buteno cis o trans

+

CH2 CHCHDC'H, 1-Buteno-3-d

Para cada una de esta reaccionesse determinaron los valores adicionales:la proporción trans-Zbuteno: I-buteno, y la proporción del cis-2-buteno: 1-buteno. Resumamoslosdatos. Para la formación delidmero trans. sustrato sin marca

( - H) trans

--__

--S

1-buteno

- 2.82

( - D) trans --+ -___ = 0.82 1-buteno

eritro

-+

treo

( - H) trans

1 -buteno

=

2.82

y para la formación del isómero cis: sustrato sin marca eritro tree

~"-f

-

( - H) cis _ _ _ ~ - 0.99

1-butcno

( - H) cis

= 0.98 ____-

"-f

1-buteno

( - D) cis

. --f

1-buteno

=

0.27

Vemos un patrón muy parecido al de laparte (a). La cantidad del isómero trans o cis formado "esta vez en relación con la cantidad de 1-buteno, no conla cantidad del otro estereoisómem- depende de si idmero el se forma por pérdida de H o de D. También aquí sefavorecemblapér~da~Hquela~rdidadeD.Cuandoseformaunidmeropor~rdida

deH,laproporci6neslamismaqueparaelsustratosinmarca:2.82comparadacon2.82para el idmero trans; 0.98 comparada con0.99 para el isómerocis. Pero cuandoel isómero se forma porpérdida de D, la proporción caede 2.82 a 0.82 para elidmero trans, y de 0.99 a 0.27 para el is6mero cis. Nuevamente estamos observando un efecto isotópico y, como en el caso anterior, podemos calcularsu magnitud. Para la formación del alqueno trans, esta es k" - __ 2.82 k D - 0.82

=

3.44

0.99 0.27

=

3.70

"

y para la formación del isómero cis: kt' k"

"~

--

ESTEREOQUIMICA II

CAPITULO 9

En esta ocasi6n nuestroestandar es la velocidadde fmacidn del 1-buteno. Finalmente, comparamos los valores de estos efectos isot6picos con los que calculamos en laparte (a). Si midieron lo que pensamos que deberían medir, es que midieron la misma muy pr6ximos: 3.46 cosa, y deberían concordar.Y efectivamente concuerdan, con valores contra 3.44,y 3.73 contra 3.70.Los resultadosde la parte(b) confirman la conclusi6n de la parte (a) noS610 cualitativamente, sino tambitn cuantitativamente.

10.

(a)-(c) Vea la seccidn 20.2 (Winstein,S. y Lucas H. J., "Retention of Configuration theReaction in of the 3-Bromo2-butanols with Hydrogen Bromide",J. Am. Chern. Soc., 61,1576(1939).)

11.

(a) (i) Eliminaci6n anti, con I- como base. cBr I

-C-C-

I VI

--f

I

-C=C-

/

+ IBr + Br-

Br

t1-

(ii) Ataque nucleofílico intermolecular, con inversi6n, seguido de un ataque nucleofílico intramolecular, tambitn con inversidn; y finalmente UM eliminaci6n, la cual es syn. necesariamentesyn. El resultado neto: una eliminacidn global

(b) S610 la eliminaci6nsin neta (mecanismo ii) puede dar el cis-CHD=CHD obtenido a partir delmeso"CHDBr2HDBr.

meso

XDaH>D H

L

H

I

I

I

D cis

S610 la eliminaci6n anti neta (mecanismo i) puede dar los resultados observados para los dibromobutanos.

CAPITULO 9

ESTEREOQUIMICA I l

Br

H .CHI

H-8"-

H mesa

/runs

c'

Br

H

I

/

L'IBr

"--,

_S \

y su enantiórnero Racdmicos

cis

L o s dos ataques nucleofílicos del mecanismo (ii)son m h difíciles en los &tomos de carbono 2" de los dibromobutanos que en elAtomo de carbono 1" del dibromoetano.Al mismo tiempo, grupos los metilode los dibromobutanos ayudan a estabilizar el doble enlace incipiente del mecanismo (i). El resultado es un desplazamientoen el mecanismo desde(ii) para el dibromoetano,hasta (i) paralos dibromobutanos.

12.

(a) ~1 dibromwo racémico sufre ladeshidrohalogenaci6n anti usual, dondela piridha ataca al H.

c:"

Ph

H

Ph

y su enantiómero Racémicos

trans-1-Bromo 1.2-difenileteno

El dibromuromeso sufre una eliminaci6nanti por el mecanismo (i) del problema anterior, y la piñdina (en lugar del ion yoduro) ataca al Br. Ph

I

Ph .Meso

trans- 1.2-Difenileteno

(b) Cada reacci6n prosigue a travQ estado del de transici6n en el cual los grupos salientes son anti-periplanares y los voluminososgrupos fenilo esth tan apartados comoes posible.

10 Conjugación y resonancia Dienos

10.1

(a) El radical alilo debería reaccionar con HCl para separar un Ammo de hidr6geno.

(b) Como se ilustra, la E , debería seral menos de15 kcal, y probablemente es m& elevada. la de hal6geno Esto esta en marcada contraposici6n a la reacci6n exot6rmica con molkula para completar la adici6n.

10.2

El radical libre mhs estable que se puede generar de cada alqueno es un ,dííico,que es el intermediario preferible. Mediante una transposici6n alílica, este intermediario da dos ambos productos (despreciando la estereoisomería) que son los mismos en casos: 3-cloro1-buteno y lcloro-Zbuteno. CH,CH,CH=CH,

+

t-BuO.

+

r-BuO.

A

CH3CH=CHCH,

CH3CHCH=CH2

2-Buteno

-

/-BuOCI

CH,CHCH=CH2

I

+

t-BuOH

CH,CH=CHCH,.

+

r-BuOH

Un radical alílico Producto preferible

1-Buteno

Un

CH,CHCH=CH,

"----f

radical alílico Producto preferible

+

CI

CH3CH=CHCH,

I

/-BuOH

CH,CH=CHCH2.

C1

3-Cloro-1-buteno 1-Cloro-2-buteno 151

CONJUGACION Y RESONANCIA

CAPITULO 10

Como veremos pronto, los dos alquenos dan los mismos productos porque generan el mismo intermediario alílico,un híbrido dea l smismas dos estructuras.

Este radical híbrido reacciona en cualesquierade dos posiciones, para generar cualesquiera de dos productos.

CI 3-Cloro-l-buteno

CH3-

CH3-CH=CH-CH,

I

C1

1-Cloro-2-buteno

103

Utilice, por ejemplo, propileno isot6picamente marcado, "THJH=C$,y vea si la marca aparece en dos posiciones diferentes en el producto.

En la ozon6lisis, espemíamos que el carbono isotdpico bromoacetaldehído, O

BrI4CH2CH=CH2 A

Br"CH,CH=O

+

no S610 apareciese en el

O-CH,

Bromoacetaldehído Formaldehido

sino tambiénen el formaldehído. I4CH2=CHCH2Br

equivalente a 'O

-

O

H2"C=0 + O=CHCH,Br Formaldehido Bromoacctaldehído

01,

+/

-N

\. O

CAPITULO 10

CONJUGACION Y RESONANCIA

H

10.6

Vea las piginas 371 - 372.

10.7

Los sesquienlaces en los radicales alílicos intermediarios evitan efectivamente la rotaci6n necesaria para convertirun radical estereoisomCrico en el otro.

-

H

H\

,c=c \/

/-Bu0

CH3CH3

>.& LCH~

H\ / C;C.;t CH<

cis-2-Buteno CH, CH3

CH3\

H /

,c=c \

CHzClCH3

/-BuO.

\+C / H' \\Hz

_ j

H

H/c=c

+

\

3-Cloro-1-buteno

cis-1-Cloro-2-buteno

Radical cis

trans-2-Buteno

10.8

t-BuOCI

_cf

I-BuOCI

-

H

CH3\

/

\

CHzCI

+

3-Cloro-1-buteno

trans-1-Cloro-2-buteno Radical trans

(a) No. El calor de hidrogenación medido (49.8 kcal/mol) es 36.0 kcal/mol menor que el ( 3 ~ 2 8 . 6 8 5 8kcdmol). Con base en la estructura de calculado para tres enlaces dobles KekulC, esperm'amostres enlaces simples largos y tres dobles cortos -10 que es contrario a loshechos. (b) Una representaciónmis adecuada es:

Como híbrido de dos estructuras equivalentes, todos los enlaces serían iguales e intermedios entreenlacessimples y dobles. La resonanciaseríaimportante y conduciríaa una considerable estabilizaciónde la molkula. Y así sucede, efectivamente.

10.9

Mediantehiperconjugacióndeltiposiguiente: H H

I

H+

I

H H H H H H

10.10

I I C=C I I

'H H H-C=C

I

H

I I

H H

I

H-C=C 'H

I

I

Suponemos reacciones S,1 que prosiguen mediante los cations alílicos siguientes: CHZ=CH"CHZCI I

4

CH2"CH-CH*

6 I+

CONJUGACION Y RESONANCIA

CAPITULO 10

CH,"CH=CH"CH2CI

-

CH,"CH=CH"CH2

IV

IV

+

o

En los cationes1' y IV', el metilo esd unido a uno de los carbonos terminales del sistema portan la mayor parte de la carga positiva; mediante una liberaci6n alííco, los carbonos que de electrones, el metilo ayuda a dispersar la carga y, por consiguiente, a estabilizar y el estado de transici6n que permitese forme. que Enel cati6n II', poderosamente el cati6n el metiloesd unido al carbono central del sistema alnico,el cual tienemuy poco de la carga

positiva;laliberacidnelectrdnicapormediodelmetiloesdepocaayudaparalaestabilizaci6n del cati6no del estado de transicidn y, de hecho, puede interferir est6ricamente la asistencia del disolvente.

10.11

' i

CH,--CH-CH=CH2

I

H CH2=CH"CH=CH2

I

CI 3-cloro-1-buteno

% CH2"CH-CH"CH2 1 H

o

CH2"CH=CH"CH2

I

H

I

C1

1-Cloro-2-buteno

En el primer paso de la adici6n electrofílica,el prot6n se une a uno de los carbonos & origen al carbocati6n intermediario m k estable: un cati6n terminales, puesto que esto alííco. Este, como aquellos generados mediante hetdlisis, se combina conel nucldfilo en cualesquiera de dos posicionespara dar uno de dos productos. (Esto se a n a l i z a r A en detalle en la S e c . 10.26.) 10.12

En la solv6lisis SJ, un metilo acelera la reacci6n liberando electrones y estabilizando así al carbocati6n que se esta formando (problema 10.10, recih estudiado). En presencia del ion et6xid0, fuertemente nucleofílico, la reacci6n se desplaza a S,2 - c o m o lo atestigua la cinetica de segundo orden- y el metilo retarda la reaccih por medio del impedimento estérico.

10.13

Mediante la @rdi& del ion triflato, I da un cati6n vinílico que: (i) se combina con el disolventepara dar el &ter 11; (ii) pierdeun prot6n delC-1 para dar el alquino 111;

154

CAPITULO 10

CONJUGACION Y RESONANCIA

(iii) pierde un prot6n delC-3 para dar el aleno IV; y (iv) se transpone medianteun desplazamiento de hidruroa un cati6n m k estable, alííco, el cual despuh genera el 6terV.

I

CH,-CH-C=CH?

I

OTf

1

I

a CH,-CH-C=CH? o Un cati6n vir3ico

CHJ-C=C==CH2

,

yb

Un cati6n alílico

10.14

(a)Suponiendo un valor de 28-30 kcal para cada doble enlace, calculamosun valor de 56 a 60 kcal. CH*=C=CHz

+ 2H2

+ CHjCH2CHj

AH =

(2

-56 x

a

28) ( 2

-60 kcal x 30)

(b) El valor real (71 kcal) es considerablementem k alto que el estimado, lo que indica que 1 0 s dobles enlaces acumulados son inestables con respecto a los dobles enlaces conjugados

o aislados. 10.15

H

H

I I CH3"C"CH"C"CH=CH, I I I H Br

H

- HBr

CH3CH,"CH=CH"CH=CH,

1,3-Hexadieno

+

Conjugado: m h estable Productoprincipal CH3CH=CH"CHI"CH=CH2

1.4-Hexadieno

10.16

(a)La uni6n inicial del prot6n debe ser con C-1, ya que sólo así se pueden formar los de la adición-1,2 y - 1,4. productos observados, por medio La unión del prot6n a cualquier extremo del sistema conjugado genera el catión alílico. Sin embargo,se ve favorecida la uni6n con el extremo C-1,del puesto que este cati6n alílico se desarrolla sobre el es tambien un cati6n 3'. Esto significa que parte de la carga positiva 155

CAPITULO 10

CONJUGACION Y RESONANCIA

carbono (C-2) al queesd unido el grupo metilo, y la liberaci6n de electrones por el metilo ayuda a estabilizar al carbocati6n incipiente.

CH

equivalentea

J 3

CH>--C~--CH:--CH>

'

H

-1

v

(b) Similar a (a), con uni6n inicial de Br+al extremo delC-1 del sistema conjugado.

10.17

(a) S í , un catidndoblementealnico.

CH?"CH--CH-CH

I

Br

Br

I

-CH-:CH,

CH,--CH-=CH--CH-CH

Br

~

CH,

I

Br

5.6-Dibromo-1.3-hexadieno 1,6-Dibromo-2,4-hexadieno Unicosproductos

CHZ-CHyCH - - C H

Br

I

~

C H - CHZ

B 1-

3,6-Dibromo-l,4-hexadieno No se forma

(b) 3,6-Dibromo-l,4-hexadieno.

(c) Control del equilibrio, el cual favorece los productos más estables que son los dos conjugados.

10.18

Escualeno

(b) En el centro; probablemente la molécula se genera por combinacidn cabeza con cabeza de dos unidadesC,, idknticas.

(c) Cuatro cierresde anillos, y una migraciiin de metilo. Pkrdidade tres grupos metilo.

CONJUGACION CAPITULO Y RESONANCIA

10.19

10

(a) CH,CH=CH-CH=CH, (b) CH2=CH-CH2-CH=CH2

(c) CH2=C-CH=CH2

+ HCHO

I

CH3

10.20

12

(a) nCH2==CH

CH=CH2

5(-CH~-CH=CH--CH~-CH~-CH=CH-CH~-).p H

H

I

nO=C-CH2-CH2-C=O

10.21

+ nHCHO

I

I

CH=CH2

(b) nCH,=CH--CH===CH2

CH,

(-CH,-CH-), (-CH2"CH-),

"l-t

I

+ OHC-CH2"CHO + HCHO

+ O=C-CHO + HCHO

HCHO

"+

I

+ OHC-CHO + HCHO

CH,CHO

"+

I

En el caucho natural, las unidades de isopreno se combinan principalmente como fueran si cabeza con cola, adici6n1.4. CH3

I

O=CH-CH~"CH~"C~O

"to]

CH3

I

CH 3

CH3

I

-CH*-C=CH-CH2-CH2- C=CH-CHZ-CH2-C=CH-CH2-

Unidad de isopreno

Unidad de isopreno H3C

/

1.

H H H

/

I

l

I

Unidad de isopreno

H

l

CH3-C"C-C-C=C-CH3

I

l

l

3

4

1

H H H 5

6

6

2

ordende reactividad

El H que es tanto 2" como alilico,es m& reactivo que el H que es 1" y alnico. 2*

(atW

c-c-c=c-c=c

1.3-Hexadieno Conjugado I s h . geom.

Da

c-c=c-c-c=c

1,4-Hexadieno Isbm. geom.

C - C - C H O + O H C - C H O + H C -HCOH O + O H C - C - C H O + H C H O

c=c-c-c-c=c

1.5-Hexadieno

c-c=c-c=c-c

2.4-Hexadieno Conjugado Isbm. geom.

157

CAPITULO 10

CONJUGACION Y RESONANCIA

Da H C H O + O H C - C - C - C H O + H C H O

C-c~c-c-c

C

I

2-Metil-l,3-pentadieno Conjugado Isóm. geom. C-CHO

+ O H C - C = OH + CHO

HCHO

I

C

c=c- C:C--

I

+ OHC-C--C

I

+

HCHO

I

C 3-Metil-1.3-pentadieno Conjugado Isóm. geom.

HCHO+OHC-CHO+O=C-C

C-CHO+O=C-CHO+HCHO

I

I

C

C

c=c-c--C =c

c "C -c-=c I

I

I

C C

C

2,3-Dimetil-l,3-butadieno

3-Metil-1,4-pentadieno

Da

-0

I

C C"c-C--C=C

c

C 4-Metil-1.3-pentadieno Conjugado

DQ

-c--c- C"-C

C 2-Metil-1.4-pentadieno

C

Da

+ OHC"-CHO + OHC-C

C-CHO

1

c

c=c"c

Conjugado

+ HCHO

HCHO t OHC-C-CHO

HCHO

+ O - C-- C--0 + I I c c

HCHO

-C

I C I C

2-Etil-l,3-butadieno Conjugado

Da

HCHO

+ OHC-

C--0

I C I

+

HCHO

C

(f) No se pueden distinguirel 2-metil-13-pentadieno y el 3-metil-l,3-pentadieno porsus respectivos productosde ozon6lisis.

3.

Esperamos los productos tanto de la adici6n-1,2 comode la -1,4. (Indicamos la existencia de is6meros geomCtricos,pero no de. oms diastereom6ros o enanti6meros.) (a)

H

CH2CHCH=CH2

I

I

+

HH H 1-Buteno

(c) CH2CHCH=CH2 Br

*I

I

Br 3Q-Dibromo-lbuteno

CH2CH=CHCH2

I

I

H

2-Buteno (cisy trans)

+

CH2CH=CHCH2

8,

I

1,4-Dibromo-2-buteno (cisy trans)

(b) CH,CHCHCH,

I

I

l

l

H H H nButano

(d) BrCH,CH-CHCH2Br

I

1

1,2,3,4-Tetrabromobutano

CAPITULO 10

CONJUGACION Y RESONANCIA

(e)

+

CH2CHCH=CH2

I

I

CH2CH=CHCH2

I

+

(f) CH3CH-CHCH3

I

I c1

H

H C1 3-Cloro-1-buteno

I

1 -Cloro-2-buteno (Z Y E )

CH3CHCH2CH3

I

I

CI CI CI CI 2,3-Diclorobutano 1,3-Diclorobutano

(g) 2HCHO

+

(h) 2 C 0 2

OHC-CHO

+

HOOC-COOH

La parte (f) merece atenci6n especial. Cadauno de los productos de (e) reacciona con otro mol de HCl a travQ del carbocati6nm& estable: el 2' en lugar del1'. CH3CHCH=CH2 CH3CH-CHCH2

I

C1

y

I

CI

% CH3CH-CH-CH2

I

l

l

H

en lugar de

CH~CH-CHCH~~

I

/

CI

H

y, de los dos carbocationessecundarios posibles, aquel que tenga la carga positiva m&

alejada del" c 1 atractor de electrones. CH3CH=CHCH2CI

m

% CH3CH-CHCH2CI

@A

CH3CHCHCH2C1

I

CI

I

H

en lugar de CH3CHCHCH2CI

I O

H

4.

Tratamosestosdoblesenlacescomosi se hallaranen molkulas diferentes;pueden la cantidad de reactivo empleado. reaccionar ambos, o uno solo, lo cual depende de

n-Pentano

H H

I

I

'

(b) CH2CHCH2CHCH2

(a) CH2=CHCH2CHCH2 H H

1-Penteno

(c) CH2ZCHCH2CH-CH2

I

I

I

H CI

I

H

4-cloro-1-penteno

(g) 2HCHO

+

OHCCH,CHO

I

H H

(d) CH2CHCH2CH-CH2

I

I

I

I

Br Br Br Br 1,2,4,5-Tetrabromopentano

Br Br 4,5-Dribromo-l-penteno

(e) CH2=CHCH2CH-CH,

I

I

(f) CH2CHCH2CH-CH2 CI

I

I

C1

I

I

H

2,4-Diclorobutano

(h) 2 C 0 2

+

HOOCCH,COOH 159

CONJUGACION Y RESONANCIA

CAPITULO 10

5.

En cada caso esperamos que el producto principalsea el alquenom& estable: aquel queest4 más sustituido o que es conjugado. (a) CH3CH2CHICH2CI CH3CHZCHCH3

I

C1

-

-+

CH,CH,CH=CH, 1-Buteno

+

CH,CH=CHCH, 2-Buteno (cis y tram) Producto principal

CH,CH,CH=CH2 I-Buteno

(b) CH3CH2CH2CH2CI -+ CH3CH2CH=CH2 1-Buteno

CICH2CHCH=CH,

ZH3

CH3

(c) CH3CH,&H3

+

-----+ CH3CH= CH,

I

CH3 CH3CH2C=CH, I

2-Metil-2-buteno Producto principal

Br CH3 I CH3CHCHCH3

I

--+

CH3 I CH,CH=C"CH,

2-Metil-1-buteno

+

CH3 CHZ=CHCHCH, I

2-Metil-2-buteno Producto principal

Br

CH3

CH2=CHCH=CH2 1,3-Butadieno

-+

CH,

(d) CH3CH,AHCH2Br

3-Metil-I-buteno:

--

CH3CH2C=CH2 I 2-Metil-1-buteno

CH3 I BrCH2CH2CHCH3

CH3 CH2=CHCHCH3 I 3-Metil-1-buteno CH3CH,

CH3CH3

I

I

(e) CH,CH"CHCH,CI CH3 CH3 I I CH3CH"CCHJ CH,

I

CI

(f) CICH2CH2CH=CH,

4

-

I

CH3 I CH,C=CCH3

I

+

CH, 2.3-Dimetil-2-buteno Producto principal

-

CICHZCH,CH2CH=CH2

I

CH,CH-C=CH, 2,3-Dimetil-l-buteno CH, CH,CH"C=CH2 I

I

2.3-Dimetil-1-buteno

CH,=CHCH=CH2 1,3-Butadieno CH*=CHCH2CH=CH2 1,4-Pentadieno

CONJUGACION Y RESONANCIA

6.

CAPITULO 10

Comparamos las estructuras de los alquenos quese forman. El halogenurode alquilo más reactivo es aquel que da el alqueno o los alquenos más estables: los más sustituidos,o conjugados. (a) 2clorobutano (c) 2-bromo-2-metilbutano (e) 2-cloro-2,3-dimetilbutano

7.

(b) 4-Cloro-1-buteno

(d) 1-bromo-2-metilbutano (0 4-cloro-1-buteno

En cadacaso, el ataque inicial es medianteH', para generar el carbocatidn intermediario más estable (regla de Markovnikov). Enel caso de los dienos conjugados, tiene mhs preferencia un catión alííco que uno que noes, loun alííco 3" que un alílico 2", y un alilico 2" que un alííco 1". (Revise otra vez la respuesta al problema 10.16.) 1.3-Butadieno

-

Los otros productos son:

CH2 -CH=CH"CH2

(C)

C I

H

8.

CHI-

CH"CH=CHz

H

CI

1

CI

H.

CH,

I C H z ~ ~ - C - - C H " C H >y I I

y

I

CHI CHz H

I

C-CH

CH2

I

(d) CH2CH=CHCH--CH,

I

CI

1

CI

H

En cada caso, el ataque inicial es mediante .CC2 para generar el radical libre intermediario más estable. Seguimosun planteamiento similar al del problema precedente. 1.3-Butadieno + CH2"CH=CH-CH2 I I CI,C

y

CHL-CH -CHL-CHL

I

I

I

Cl,C

Br

Br

Los otros productos son: (a)

!

C13C

9.

(b)

CH C CZ H H2-CH3

CH2"CH"CHr--CH=CH2

CI,C

Br

I

HI.

El compuesto más reactivo es aquel que generael radical libre más estable.En el caso de un dieno conjugado,se forma con mayor rapidez un radical libre alnico que uno no alílico, un alílico 3" que un alílico 2", y un alílico 2" que un aliíco 1". (a) 1,3-butadieno (c) 2-metil-l,3-butadieno

(b) 1,3-butadieno

(d) 13-pentadieno

CAPITULO 10

10.

CONJUGACION Y RESONANCIA

Esperamos que la reactividad dependa de la estabilidad del carbocatión se genera que en (a)grupo saliente,en (e).Escribimos y examinamos la estructura (d), y de la capacidad como de cada catión; para los alílicos, anotamos las estructuras contribuyentes a fin de recordar dónde es más fuerte la carga positiva. (Repasela respuesta del problema 10.10.) (a) 3-cloropropeno> cloruro de n-propilo> 1-cloropropeno (b) 3-bromo-1-buteno> 2-bromobutano> 2-bromo-1-buteno (c) 4-bromo-2-metil-2-penteno> 4-bromo-2-penteno,4-bromo-3-metil-2-penteno (d) tosilato de 4-metil-2-penten-4-ilo> tosilato 2-penten4ilo de > tosilato de 2-buten-1-ilo (e) triflato> tosilato > bromuro > cloruro

11.

En (a)”(d), esperamos que la reactividad dependaprincipalmente del impedimento estkrico, con el factor adicional del enlace desusadamente fuerte a carbonos vinílicos. En (e), suponemos que la capacidad como grupo saliente es la que determinala reactividad. (a) 3-cloropropeno, cloruro de n-propilo > 1-cloropropeno (b) 3-bromo-l-buteno, 2-bromobutano > 2-bromo- 1-buteno (c) 4-bromo-2-penteno> 4-bromo-2-metil-2-penteno> 4-bromo-3-metil-2-penteno (d) tosilato de 2-buten- >1-ilo tosilato de 2-penten-4-ilo> tosilato de 4-metil-2-penten-4-ilo (e) triflato>tosilato>bromuro cloruro

12.

Vea la sección 23.13

13.

(a) Los planos que pasan por los CH, son perpendiculares entresí. (b) Si; aunque no hay carbonos quirales, lasmolkulas sí lo son.

(c) Carbono centralsp, lineal; carbonos terminalessp2, trigonales; los planosde los dos dobles enlacesson perpendiculares. Esto da lugar a la misma forma que eny (b), (a)

Aleno

(VhseEliel, E. L., Stereochemistry of Carbon Compounds, McGraw-Hill: NuevaYork, 1962, págs. 307-3 .)11

CONJUCACION Y RESONANCIA

14.

CAPITULO 10

(a) El alcohol alílico generaun cati6n alílico híbrido,el cual da dos productos: CHJCHCH-CH2

I

CHjCHOHCH X H ?

Br

CH ~C -j CHH 2

v '5)

CHJCH-CHCH2Br

(b) Este alcohol da el mismo cati6n alílico y, por consiguiente, los mismos productos que en (a): CH,CH-CHCHzOH

15.

F3C\

C-C

Ph/

F CI F2C

/F

\

\

F

+ OEt-

/

ph/c=c\

F

x H'

C H 3 " C H = =C H - CH2

>\

-

+ OEt-

-

OEt

0.3I

' G'

F,C-C-C-F

Ph F

OEt

c.01 CI-F,C-C-C-F b q

I

Ph F

/

-

hC\

-

los mismos productos que en (a):

,OEt + F -

\

F2C Ph'

F

OEt

+ CI-

'C-L-F

La formaci6n del carbani6n es el paso determinante de la velocidad, que es casi idhtico para los dos alquenos parecidos. En seguida se rompe el enlace C-X m h debil, pero la velocidad de este paso no afecta la velocidad global; esto es, hayno "efecto del elemento" (vhse la Sec. 7.19). De esta forma, la reacci6n globales un tipo de sustituci6n nucleofílica, pero mediante lo que podríamos denominar un mecanismo de adición-eliminación. (Koch, H. F y Kielbanian, A.J., Jr.,"Nucleophilic Reactions of Fluoroolefins. Evidence J. Am. Chem. for a Carbanion Intermediate in Vinyl and Allyl Displacement Reactions", Soc., 92,729 (1970).)

'I

Dieno

Catión 3"

Catión 3"

Alqueno

163

CONJUGACION Y RESONANCIA

CAPITULO 10

Esta reacci6n es simplemente una versi6n intramolecular de la dimerizaci6n de los -10s dos alquenos catalizada por ácido (Sec. 8.16). Ya que los dos dobles enlaces molkula, la reacci6n da lugar a UM ciclización, esto "alquenos"- son parte de la misma es, a la formaci6nde un anillo (vdasela Sec. 124). 17.

(a) KMnO,, o BrJCCl,: dienopositivo. (b) AgNO,: bromuro de dilo positivo. (c) AgNO,: 1-cloro-2-buteno (alilico) positivo; 2-cloro-2-buteno (vinílico) negativo.

19.

Podemos resolver el problema de la siguiente manera: mmoles de H, consumidos = mmoles de compuesto mmoles de H, consumido mmoles de compuesto

-

8.40 mL 22.4 mL/mmole

~

10.02 mg X0 mgjmmole

(incertidumbre en elp.m.)

8.40122.4

- ____-

10.02jXO

-3

Por lo tanto, el hidrocarburo contiene tres dobles enlaces,o un doble enlace y un triple enlace. Los resultados de la ozon6lisis sólo muestran tres carbonos,pero un p.m. en el intervalo de 80-85 indica seis átomos de carbono (6 x 12= 72). Es evidente quese obtienen dos moles de cada producto de ozonólisis por mol de hidrocarburo.elYa HCHO que sólo y el dialdehídos610 deun segmento interno de puede provenir de una insaturaci6n terminal la cadena, no hay sino una forma de colocar las piezas el juntas: hidrocarburo es el 1,3,5hexatrieno. H H H,C=O

H H 1

1

O=C-C=O

I

I

O=C-C=O

O=CH2

O , J

H2C=CH-CH=CH-C.H=CH, 1,3,5-Hexatrieno

Al comprobar, encontramos que la estructura propuesta para el trieno concuerda con todos los datosanalíticos. (Se encontrará que un alquino u otra estructura cíclica es incongruente con estos datos.) 20.

El mirceno contiene diez carbonos, pero los productos dela ozon6lisis solamente presentan debe hallar en una segunda molkula de HCHO.Esto da cuatro nueve; el carbono que sefalta moléculas como productos de ozonólisis, lo cual concuerda con los tres dobles enlaces que muestra lahidrogenacih (la ruptura en tressitios da cuatro productos).

CONJUGACION Y RESONANCIA

CAPITULO 10

(a) Los fragmentos pueden reunirse dems maneras:

(b) El mirceno está constituidopor dos unidades iwprthicas, unidas cabeza con cola.

21.

(a)Partiendodelesqueletodecarbonodelmirceno(problema 20 mien analizado), observamos que los diez carbonos de los fragmentos de la oxidaci6n deben reunirse de la siguiente manera:

(b) En consecuencia, el dihidromirceno es el resultado de una adici6n-1,4 del hidr6geno al sistema conjugado del mirceno.

CONJUGACION Y RESONANCIA

CAPITULO 10

22.

(a) Pérdidade O P P para generar el catión dimetilalilo, el cual atacaal carbono terminalno un catión 3", que, asu vez, pierdeun saturado del pirofosfato de isopentenilo, generando protón paradar el pirofosfato de geranilo.

(,.H

CH\

!

C H : C~-
(b)

3

C H I C-zCtIL CHZ

o

+

01'1'

(CH3)2C=CHCH2CH2C(CH3)==CHCH2CH2C(CH3)==CHCH20PP Pirofosfato de famesilo

(c) Dos unidades famesilo, unidas cabeza con cabeza, forman el esqueleto del escualeno. (Vckse el problema 10.18.)

(d) Continuaciónde la secuencia iniciada en (a) y (b).

Más adelante veremos la química orgánica que está dew& de la biogenesis de estos complejos de importantes compuestos. Comienza con unidades acetato de dos de átomos de cuatro carbonos (Sec.4 1.7), y carbono, las quese combinan para generar acetoacetato luego mevalonato, de seis carbonos; este pierde CO, (problema 21, Cap. 30) para dar pirofosfato de isopentenilo de cinco carbonos, con el esqueleto característico del isopreno.

(Clayton, R. B., "Biosynthesis of Sterols, Steroids, and Terpinoids. I", Part Rev. Chem. págs.169-170.)

Soc. 19,168 (1965),especialmente

CONJUGACION Y RESONANCIA

CAPITULO 10

FARNESOL (Para la melodía de: "Jingle Bells") Toma un acetato, Cond6nsalo con un compaflero, Pronto tendrh Acetoacetato. Que tengan una fiesta, Y tend& geraniol. Made otro isopreno Y ya tienes farnesol. Farnesol, farnesol,mi viejo farnesol, Primero da escualeno, luego colesterol. Farnesol, farnesol,mi viejo farnesol, Primero da escualeno, luego colesterol. Ahora, escualenohace una pirueta, Y se convierteen lanosterol. Los metilo que es& demh Abandonan comoCO,. Y ahora viene zimosterol, Y luego desmosterol. Si no tomas Triparanol, Tienes colesterol. Farnesol, farnesol,etc. DAVIDWCHEWSKY The Wistar Institute Philadelphia, Pennsylvania

Alquinos

11.1

CO,: O= C= O, lineal: elC utiliza dos orbitales sp y dos orbitalespperpendiculares entre sí (compare conel aleno, problema 13, pAg. 408. %O: sp3,t e W c a ,con pares no compartidos en dos lóbulos(Sec. 1.12).

11.2

Br

(a) CH3C=CCH3 A

CH,C=CCH,

I

I

Br Br

Br I,

Br

Br

I

I

I I CH3C-CCH3

Br

Br

(b) Mediante la atracción de electrones, el-Br desactivar4el 2,3-dibromo-2-buteno.

(c) Favoreced la adición al 2-butino. (d) Emplearía un exceso de 2-butino. (e) Dejm'a gotear Brz en una solución de 2-butino, para evitar un exceso temporalde Br,.

11.3

CH?

H'

,C,H?

\c -=c \

H cis-2-Penteno

Hz CH3CH-CHC2H5 CH3C=CC2H5 'hndlar

NaNHz

KOH(alc)

I Br Brz

I Br

2-Penteno Mezcla cis-trans

+ "

CAPITULO 11

ALQUINOS

!

desplazamiento de metilo

CI

H,C CH,

I

-

1

H3C CH3

I I

HCI

CH3"C"C=CH,

I

c1

1 1

CHj-C-C-CH, C1 c1 2.3-Dicloro-2, 3-dimetilbutano

H3C CH,

3

I

I

CH,-C"CH-CH2

I

I

CI CI 1.3-Dicloro-2, 3-dimetilbutano

@in la formación del último compuesto,1,3-dicloro-2,3-dimetilbutano, la orientación de la adición del HCl está controladapor el efecto inductivo del"€1 ya presente en la molécula.) El H va al C terminal; estoes, hay orientaciónde Markovnikov, a través de un catión alilico 2' más que de un catión alílico1O.

11.5 H+

C H , ~ - - C C H I .c"CH,--C~ C H 2

II

I

O

11.7

11.8

o !

OH2

t-

H

CH3C:-CH Propino

Enol

Es la sal de calcio del acetileno,Ca2+C"CG, y podría Ilamíksele aceulurode calcio. Su reacción con agua es una reacción ácido-base enla cual el ácidomás débil (acetileno),es desplazado desu sal por el hcido m& fuerte (agua). Acidez

H 2 0 > ROH > H C " C H > NH3 > RH

Basicidad

O H " < RO- < HCIC-

(a) n-PrC"CH

"----f

(b) EtC"CCH3

(c) i-PrC"CH

--i

+

n-PrCOOH

+

HOOCCH,

i-PrCOOH

+

HOOCH

(e) CH2=CH"CH2-CH=CH2

"-----f

< NH,- < R

HOOCH

EtCOOH

(d) CH,CH=CH"CH-CH2

170

CH,C=-C-H

I

OH

Acetona Ceto

11.6

- Ht "CH3-C-CH,

CH,CHO

+

OHC-CHO

HCHO

+

OHC-CH2"CH0

--j

+

HCHO

+

HCHO

ALQUINOS

CAPITULO 11

C-C-C-C-C-CH 1-Hexino (n-Butilacetileno)

1.

C-c-c-c~c-c 2-Hexino (n-F'ropilmetilacetileno)

Forma sales

Da:

n-BuCOOH

c-c-c~c-c-c

3-Hexino (Dietilacetileno)

+ HOOCCHJ 2EtCOOH

+ HOOCH n-PrCOOH

c

C1

c-C-c~c-c 4-Metil-2-pentino (Isopropilmetilacetileno)

C-k-C-C-CH 4-Metil-1-pentino (Isobutilacetileno) Forma sales Da:

iso-BuCOOH

+ HOOCH

i-PrCOOH

+ HOOCCH,

C

Da: 2.

I I

C-C-C"CH

C I C-C-C-C-CH 3-Metil- 1-pentino (sec-Butilacetileno)

C 3.3-Dimetil-1-butino (t-Butilacetileno)

Forma sales

Forma sales

sec-BuCOOH

+t-BuCOOH HOOCH

+ HOOCH

(a) Elimine 2HBr:KOH(alc), calor (b) Br2/CC1,; KOH(alc), calor (c) KOH(alc), calor; luego como en (b) (d) Acido, calor; luego como en (b) (e) Elimine 2HCl:KOH(alc), calor; o bien, KOH(alc), calor, seguido deN-. (f) Airada un grupo metilo CH~CEZCH < CH,I

3.

(a) lH,, cat. (c) CH3-CHBr2

(h) C2H5-C-CH (i) CH,-C=C--CH,

(b) Como en

&

-

C,H,Br

CH,I

NaC-CH

+ NaNH2

HCECH

(a); luego,exceso de &,Ni, calor, presi6n

CH2=CHBr

t "

NaC-CH

(d) HCI, CuCl

,HBr HC7:CH

NaNH,

NaC=C-CH3

HC-+CH <

NaNH,

HC-C-CH,

t-

(g)

ALQmOS

CAPITULO 11

4. 1-buteno (a)

(b) n-butano (c)

(d) 1,1,2,2-tetrabromobutano

(e) 2cloro- 1-buteno

(f) 2,2-diclorobutano

(g) metil etil cetona(2-butanona)

(h) AgCCC,H,

(i)1-butino

u) LiCECC,H,

(k) 3-hexino

(1)isobutileno 1-butino e

(m) C,H,CCMgBr

(o) CH,Ch,COOH 5.

1,2-dibromo-1-buteno

(a) Reducción

y etano

+ HCOOH

(n) 1-butino (p) CH,CH,COOH + COZ

syn. CH 1, H cat. L~ndlar

CH3-CEC"CH3

2-Butino

CAPITULO 11

ALQUINOS

"EH

tH

(d) Ya que la formaci6n de la halohidrina es anti, debemos usar la reducci6n syn en el primer paso. H

~

CH3#H

CH,

(a)


CH3

OH

H

(y su enantiómero) rac-3-Cloro-2-butanol

cis-2-Buteno

(e) Cualesquierade las dos: la reducci6n ann' y la hidroxilaci6nanti; o bien, la reducci6n syn y la hidroxilaci6nsyn.

flC020H

H

H

\

CH3 trans-2-Buteno

'8; ~

H CH3

t-

OH ~?Eso-~,~-Bu~cuIo~~o~

+KMnO,

ZH -

CH3

(4

H

cis-2-Buteno

(0 Cualesquiera delas dos: reduccih syn e hidroxilaci6n anti; o bien, reducci6nanti e hidroxilacih syn.

cis-2-Buteno O

K MnO,

OH

f-

CAPITULO 11

ALQUINOS

(g) Ciertas cetonas se pueden formar por la adicidn de Markovnikov de%O a un mple enlace (problema 1 lS), seguida de una cetonizacidn del enol.

2-Butanona Cero

6.

(a)Reduccidn anti, seguidadeunaadición anti delbromo.

H \ /Et

C

H H+

Br Et Meso

c

Et

/ \

+m EtC=CEt

EtOH

'C"

KhlnOJ

C4H9

y su enantiómero Racémico

t

H

trans

"

H

c- HC=CH, 2EtBr. N a N H z

+

L I ,NH,

C

n-Bu

/ \

H

trans

/ \

n-Bu

I

n-BuCZCMe

H

cis t-

HC=CH, n-BtlBr,

Me1

,I-BuOHMeOH

7.

(a)KMnO,, o bienBr,/CCl,:alquinopositivo. (b) Ag(NHJ,OH: alquino positivo. (c) Ag(NHJ,OH. positivo para alquino terminal.

CAPITULO 11

ALQUINOS

(d) KMnO,, o bien Br,/CCl,: dieno positivo. (e) Ag(NtZ),OH: alquino positivo. (f) Br,/CCl,: alquino positivoo bien, CrOJH,SO,: alcohol positivo. (g) AgNO,: halogenuro positivo. 8.

(a) Hidrogenación cuantitativa: el alquino consume dos moles de 5;el alqueno sóloun mol. (b) Hidrogenación cuantitativa: el dieno consume dos moles de Hz;el alqueno sólo un mol. dieno da HCHO y OHCCH,CHO; (c) Ozonólisis, seguida de identificación de los productos: el el alquinoda CyCOOH y CH,CH,COOH. y (d) Ozonólisis, seguida de identificación de los productos: el dieno-1,4 da HCHO OHCC€$CHO; el dieno-1,3 da HCHO, OHCCHO,y C4CHO.

9.

Sólo el n-pentanoy el cloruro de metileno dan una prueba negativa deKMnO,; distinga uno de otro por medio de un análisis elemental. De los compuestos no saturados, S610 el 1cloropropeno dauna prueba de halogenuro positiva, y S610 el 1-pentinoda un precipitado con Ag (NHJ ,OH. Distinga los otros por ozonólisis e identificaciónde los productos de ruptura.

H' H (Z)-g-Tricoseno Atrayente sexual de la mosca casera común Muscalure

Hidrocarburos alicíclicos

12.1

NBS = N-bromosuccinimida (pág. 364)

Bromociclobutano Bromuro

12.3

de ciclobutilmagnesio

Ciclobutano

Utilizando un modelo de la conformación axial, consideremos el giro en tomo al enlace entreel grupo alquilo y el C-1 del anillo. El etilo y el isopropilo se pueden girar de talmanera que un hidrógeno, -CH,CH, o -CH(CH,),, est6 lom& cerca posiblede los hidrógenos axiales en C-3 y C-5; pero no importa cómose gire elgrupo t-butilo, siempre un grupo metilo grande interfiere con los hidrógenos axiales.

t-Butilciclohexano Isopropilciclohexano Etilciclohexano

CAPITULO 12

ALICICLICOS HIDROCARBUROS

12.4

Sólo el tram-diol se puede resolveren enantiómeros: el cis-diol es un compuestomeso que no se puede resolver.(VCase el análisis de la p4g. 449.)

12.5

La hidroxilación syn con KMnO,; la hidroxilación anti con HC0,OH.

I OH

I

OH

cis-1,2-Ciclopentanodiol

H

I

H

Ciclopentanol

H

I

OH

(y su enantiómero) trans-l,2-Ciclopentanodiol

12.6

Todos loscompuestos cis,y el ácido tram-1,3-ciclobutanodicarboxílico. Podemos hacer un modelo para cada uno de ellos. Luego hacemos un modelo de su imagen especular,y tratamos de superponer esta imagen especular sobre el original. Si se puede superponer,a m b o s son idénticosy la molécula es aquiral; se si pueden no superponer, la molécula es quiral. Sin embargo, debemos aprender a tmbajartambi6ncon fórmulas estructurales. Dibujamos -tal como se ilustra para una fórmulade la moléculay luego una de su imagen especular los1,2-ciclopentanodiolesenlapágina 448. A continuacidnintentamossuperponer No estamos tratando aquí con fórmulas mentalmente la imagen especular sobre la original. en cruz, de modo que no estamos ligados a las reglas dadas en la página 134. El tipo de fórmula que usamos para los compuestos cíclicos representa, deun modo estilizado, un modelo, de manera que podemos hacer con ella "mentalmente- todo aquello que podríamos hacer conun modelo real:por ejemplo, podemos voltearla,o bien girarla- e n tanto recordemos cuáles enlaces se dirigen hacia arriba o hacia abajo,así como C I A parte del anillose proyecta hacia nosotrosy cuál en la dirección opuesta. Esto ayuda a redibujar una fórmula tal como se verá una vez volteada o girada, y comparar en seguida esta f6rmula nuevamente dibujada con la original. ácido Con tramel l,2-ciclobutanodicarboxilico,porejemplo,dibujamoslamolkula,In, y su imagen especular, IV; espejo FOOH

H Q COOH

I

COOH 111

178

IV

Imagen especular de 111

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

luego giramos la imagen especular de su posicih original, IVu, para obtenerIVb, la cual resulta ser idéntica III. a COOH

/ d T

COOH

por rotación da

COOH

I

COOH Ivb

IVa

Idéntica a I11

La molécula es idéntica asu imagen especular, porlo que es aquiral. Es particularmenteútil examinar si acaso estas f6mulas presentan un plano de simem'a, 450: si vemos un plano como éste, sabemos que el compuesto como se muestra en la página no puede ser quiral. no (Siobservamos uno, serh m& prudente pasar por el procedimiento de la molécula y su imagen especular). Note que ambos Acidos, el cis- y el rruns-1,3ciclobutanodicarboxílico,presentan un plano de simetría que corta verticalmente a la y derecho trasero (cuando se orienta como molécula entre los vértices delantero izquierdo en la phg.449). 12.7

(a),(d),(e):axial-ecuatorial

= ecuatorial-axial.

(a)

Igual estabilidad trans-l,3-Dimetilciclohexmo

I

H

estabilidad Igual cis-1,4-Dimetilciclohexmo

I

H

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

(b),(c) y (f): ecuatorial-ecuatorialm& estable queel axial-axial. (b)

U.

CH;-

""

CH

H Más estable

___________-H

trans-l,2-Dimetilciclohexano

(c)

H

M á s estable

H

H

cis-1,3-Dimetilciclohexano

& C 'H.

H'

I

H

Mcis estable trans-1.4-Dimetilciclohexano

a)

12.8

Diferenciade0 kcal para (a), (d), (e): igual número (dos) de interacciones metilo-hidr6geno en cada uno. Diferencia de 2.7 kcalpara (b) U M interacci6n butano oblicua (0.9 kcal) contra cuatro interacciones metilo-hidr6geno(4 x 0.9 kcal). Diferencia de 5.4 kcal para (c): sin interacciones contra dos interacciones metilo-hidr6geno (2 x 0.9 kcal) + interacci6n metilo-metilo(3.6 cal, veaSe el problema 12.8). Diferencia de3.6 kcal para (f): sin interacciones contra cuatro interacciones metilohidr6geno (4 x 0.9 kcal). (a) Interacci6n1,3diaxial de dos grupos2% (vCase Sec. 12.7 (c) ya estudiada). (b) 3.6 kcal, la diferencia entreel total de 5.4 kcal y dos interacciones metilo-hidr6geno (2 x 0.9 kcal).

(c) El idmero-trans existe como unau otra de dos conformaciones silla de equivalentes, con dos intemciones metilo-hiddgeno y una interacci6n metilo-metilo. El idmero cis existe (casi) exclusivamente en la conformaci6n de silla, con S610 un grupo metilo axialy. por consiguiente, dos interacciones metilcbhidr6geno.

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

CAPITULO 12

trans:

Equivalentes Una interacci6n metilo-metilo y dos interacciones metilo-hidrógeno en cada una

Muy favorecida Sólo dos interacciones metilo-hidrógeno

Puede despreciarse en el equilibrio Tres interacciones metilo-metilo

De esta manera, la diferencia en estabilidad entre los dos isómeros (3.7 kcal) se debe auna interacción metilo-metilo, lo cual concuerda excelentemente los concálculos de Pitzer. (Allinger, N. L. y Miller, M. A., "The 13-Diaxial Methyl-Methyl Interaction",J. Am. Chem. Soc., 83,2145 (1961).) 12.9

m rCH3

(a) El idmero cis es más estable que el trans. CH,\

H

H

c H 3 H"""-.""--.'CH qY

H

Más estable

cis Sin interacciones O kcal

trans

DOSinteracciones metilo-hidrógeno 1.8 kcal

(b) El isiimero trans es más estable que elidmero cis .r u

H

H

M h estable trans Sin interacciones O kcal

cis Dos interacciones 1.8 kcal metilo-hidrógeno

181

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

(c) Una diferenciade 1.8 kcal/mol en cada caso. 12.10

(21)

H Más estable Dos metilo-hidrógeno (I .8 kcal)

12.11

H

t-Bu axial (> 5 kcal)

Se puede resolver: b,d. Meso: c. (Ni e, ni f contienen carbonos quirales,de modo que no son meso; cada uno de ellos es sencillamenteun compuesto aquiral.) Podemos hallarla respuesta para cada parte,de la maneramás sencilla, dibujando una y buscando un plano de simetría, y luego confirmarla comparando la fórmula fórmula plana original con una fórmula de su imagen especular. Sin embargo, para observar lo que realmente está implicado, debemos construir modelos de la molécula y de su imagen especular y compararlos, asegurándonos de que los modelos pueden hacer lo que las moléculas reales pueden hacer: pasar con facilidad de una conformación de silla a la otra. (Compárese conel problema 12.12.) Todas las moléculas que no se pueden superponer con su imagen especular son quirales y, en consecuencia, se pueden resolver.Todas las moléculas que son superponibles con su imagen especular son aquirales; si contienen centros quirales, pertenecen a la clase especial de compuestos aquirales llamados meso.

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

(a) Vea la phgina 455. Hay un plano verticalde simetría que pasa entre C-1 y C-2, y C-4 y c-5. (b) Vea la pagina 455.

(c) Hay un plano verticalde simetría que pasa a través de C-2 y C-5. espejo

OH

OH Superponibles cis-l,3-Ciclohexanodiol

espejo

I

I

OH

OH

No superponibles fran.-l.3-Ciclohexanodiol

(e) Hay un plano vertical de simetría que pasa a travésde C-1 y C-4. (No hay centros quirales, y en consecuencia la molécula noes meso.) espejo

OH

HO

HO

OH

Superponibles cis-l,4-Ciclohexanodiol

(f) Hay un plano vertical de simetría que pasa a travésde C-1 y C-4. (No hay centros quirales, y en consecuencia la molécula no meso.) es espejo

Superponible trans-l,4-Ciclohexanodiol

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

cis- 1,2-Ciclohexanodiol:un par de enantiómerosconformacionales.

12.12

H

H

OH

trans-l,2-Ciclohexanodiolun par de enantiómeros configuracionales, cada uno de los cuales existe comoun par de diastereómeros conformacionales.

,

F OH

O

-7

H

I

-"1

c

-

"

H

) \

H

A

;:

H

I

I,

,

~

~~

H

Diastercórneros

~

I

~~~

1 ~~~

Enantidmeros

'-

~

'-

I -- \'.,

HO

.~ - -

o ti I

i

-

f H ,

OH

H ~

'i'

OH I--\

H

," '

OH

1-

\

H

Diastcrcdmcros

I ~

~~~

--

oH

\%

,i

cis-1,3-Ciclohexanodiol:un par de diastere6meros conformacionales.

H

H

tranr-l,3-Ciclohexanodiol:un par de enantiómeros configwacionales, cada unode los cuales existe en una conformación única. (Utilícense modelospara convencerse de que ciertas estructuras son idénticas.)

ti

.1"

oH I

Idénlicas

~~

~~

'

~~

Enantibmcros

IdCnticas I J

cis- 1,4-Ciclohexanodiol: existe como una conformación única.

Idénticas

~

~

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

tram-1,4-Ciclohexanodiol:un par de diastere6meros conformacionales. H

OH

I

I

I

H

OH

Paresdeenantiómeros:a, b, c, d. Aquiral: e, f. No hay compuestosmeso. Ninguno es modificacidn racémica que no se pueda resolver.

12.13

(a) cis-2-Clorociclohexanol: un par de enantidmeros configuracionales. (Cada uno de éstos es un par de diasteredmeros conformacionales.) espejo

OH

CI

OH

c1

No superponible Enantiómeros

q CI

H

HFb d:qH OH

OH

HO

CI

I Diastereórneros 1 conformacionales

Enantiórneros

L "

A1

t-

H

P OH

CI

Diastereórneros conforrnacionales

CI

1

" " " 1

Enantiómeros

(b) tram-2-Clorociclohexanol:un par de enantidmeros configuracionales. (Cada unode

éstos es un par de diasteredmeros conformacionales.) espejo

I

C1

I 1Diastereórneros1

I

I

H

H NO superponibles Enantiómeros

H

I

CI

n

H

1 Diastereórneras 1 conformacionales

conformacionales

Enantiórneros

-

J

185

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

(c) cis-3-Clorociclohexanol:un par de enantiómeros configuracionales. (Cada uno existe como una conformación única.) espejo

(d) tram-3-Clorociclohexanol: un par de enantiómeros configuracionales. (Cada unode ellos existe comoUM sola conformación.) esDei0

OH

I

OH

I

No superponibles Enantiómeros

I Diasterdmeros

Diastereómeros conformacionales

1

conformacionales

(e) cis-4-Clorociclohexanol:aquiral, no contiene carbonos quirales. (Existe cOmO un Par de diasterebmeros conformacionales.) 1

I

H 186

Diastereómeros conformacionales

I H

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

'>-,y

(f) trans-4-Clorociclohexanol: aquiral, y no contiene carbonos quirales. (Existe como un

par de diastereómeros conformacionales.)

H O= 'H

L

Aquiral

HO

H

12.14

i

1

OH

conformacionales Diastereómeros

La baja velocidad de la eliminación aumenta la sospecha de quees imposible que en un isó"Hy el "€1 en unarelación anti-periplanar. Solamente un isómero. mero se encuentren el

CI

Todos los átomos de "€1 ecuatoriales; todos los 2 1 anfi a los --H

H

H

llena esterequisito. (Dibújese alguna a lsde otras estructuras para verificares un queisómero Único.)

12.15

En ausencia de base, la reacciónE2 del cloruro de mentilo disminuye taal grado que se convierte m unareacción El. No hay restricciones estereoquímicas en esta reacción,ya que los grupos salientes se pierden en diferentes etapas. El carbocatión pierde un protón de los dos alquenos, predominando el más estable. cualesquiera de las dos posicionesdar para

12.16

(a) La orientación de la eliminaciónesa sumamente controlado por el grupo fenilo, el cual estabiliza al doble enlace incipienteen el estado de transición. Con la naturaleza del producto así ordenada, cada tosilato reacciona con la única eliminación periplanar que esd abierta a61: anti para elidmero cis, y syn para el isómero trans.

0

eliminación a d

I

Ph

TsO

cis-

c'j TsO

H

trans-

eliminación syn

+o +e H'

\

H'

'Ph

Ph

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

CAPITULO 12

Si bien la eliminación anti requiere algo de torsión del anillo, éstaes aun más rápida que syn ocurre tan rápido la eliminaciónsyn. Lo más significativo aquí es que la eliminación como es posible; requiere que los grupos estén eclipsados, pero en los compuestos del ciclopentano los grupos estánmuy mal eclipsados. (Los compuestos correspondientes del ciclohexano dan resultados análogos, pero aquí, el isómero cis reacciona alrededor de 10 O00 veces más rápido que el trans.) (b) I debe reaccionar por una eliminación anti, y I1 por una eliminación syn. Aquí, la la torsión quese requiere eliminación syn es la más rápida. En este sistema bicíclico rígido, en I para la eliminación anti periplanar es más difícil que en el caso deun derivado simple del ciclopentano, mientras que 11,enlos grupos salientes ya se encuentransyn periplanares. (Ademis, en I los dos CI se metenen un doblez de la molécula, haciendo difícil la solvatación de un C1- saliente.) 12.17

El oxígeno reacciona con el metileno triplete ocon un dirradical intermediario, dejando que sólo se adicione el metileno singulete. (Comphrese la acción del oxígeno un inhibidor como de la cloración por radicales libres,Sec. 2.14.)

12.18

CI endo (“adentro”) Br ex0 (“afuera”)

Br endo (“adentro”) C1 exo (“afuera”)

12.19

(a) ElCHC1, no tiene carbono-p.(b) La atracción delos electrones por los cloros estabiliza al anión,y aumenta la velocidad sudeformación, desplaza el equilibrio (1) (en la pág. 461) a la derecha,o ambas cosas. (Moss,RobertA., “CarbeneChemistry”,Che. Eng. News, 16 dejunio de1969,págs.6068; 30 de junio de 1969, págs.50-58.)

12.20

(a) C,H,,, C,H,,. (b) CSH12,C,H,,. (C) C,Hlz C,H1,. (d) C12H,,C1@,,C&,. (e) Para el mismo grado de insaturación, hay dos hidrógenos menos por cada anillo que est6 presente.

12.21

Todos son C,H,,; no hay información sobre el tamalio del anillo.

12.22

a -Caroteno: C4,HT9saturado 42,,H5, polieno 22 H que se consumen para saturar

C,,H,, alcano -c4058

4 H faltantes

11 dobles enlaces

Los 4 H faltantes indicandos anillos. p-Caroteno: de manera similar,11 dobles enlacesy dos anillos. y-Caroteno: C4,H8, saturado -C,,H,, polieno

24 H que seconsumen para saturar 12 dobles enlaces

C,,H,, alcano

-C40H80

12 H faltantes

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

Los 2 H faltantes seiialan la existencia deun anillo. Licopeno: C,,H,, saturado -C,,H,, polieno

26 H que se consumen

C,,H,, alcano

-C,#H,* para saturar

No hay H faltantes

13 dobles enlaces

Ningún H faltante: significa queno hay anillos.

12.24

Eldienoconsumedosmolesde ciclohexeno no.

H,, elciclohexeno sólo uno.Eldieno

da HCHO,el

Fcirmulas estereoquímicas de compuestos cíclicos Por conveniencia, los químicos orgánicos utilizan varias formas paraindicar la estereoquímica de los compuestos cíclicos. Una línea continua (a menudo engrosada) indica un enlacequesale del plano del papel: atrás del plano. una línea punteada representaun enlace que se encuentra un círculo lleno representa un átomo de hidrógeno que sale del plano Como alternativa, del papel; se sobreentiende que el otro enlace con esese encuentra carbono detrás del plano. Donde el círculo está ausente, el hidrógeno se encuentra detrhs del plano, entendiéndose queel enlace indicado sale fuera del plano. Es por eso que podemos encontrar las siguientes representaciones para transel 1,2dibromociclopentano:

0 a:,BraBraBr o bien

H

Br

o bien

‘Br

o bien

Br

Br

y para el isómerocis,

189

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

reacción (d) hayno

(e)

cidy '

(g) Adición anti

reacción (f) hayno alfiica (h) Sustitución

Q

Br

Br

H

(j) Adición anti a través de un ion bromonio cíclico

w CH, br + enantiómero

(k) Laadiciónpor radcales libresde HBr frecuentemente es estereoselectiva(unti) como aquí

w CH,

190

,

Br

CH, Br + enantiómero

(1) Sustituciónalílica

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

(o)

OH

OH

Hidroxilación syn

OH

H

+ enantiómero

(r) Sustituci6n alílica (9) HOOC(CHJ,COOH

(p) Hidroxilaci6n anti

(0

(S)

4

Br

(u) Dimerización del alqueno

-.

CI

6,6-Diclorobiciclo [3.1.0]-hexano

3-

(a) H,SO,, calor

Biciclo [3.1.0] hexano

(b) Producto (a), cat. Hz

191

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

CH,

Br

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

4.

Seguimoselplanteamientomamdoanteriormenteenlosproblemas1 2 . 6 12.1 ~ 1: dibujamos y dibujamos fórmulas de las fónnulas planasde las molkulas,buscamos planos de simetría se puedensuperponergirando las fórmulas y im6genesespeculares;verificamossi desplaz¿índolas una sobre la otra; si estamos inseguros, utilizamos modelos. Como siempre, tratamos de ser sistemáticos.

I

CI

Aquiral

C

(b)

CI

CI

CI

CI

CI Aquiral

y

7

H

H ( T (

CI Aquiral

CI

{

(c)

G^,

CI

c1

CI

CI

H H Enantiómeros

CI

CI

CI

<-)~--"--~(f-Y~ (,,p $--y Enantiómeros

Aquiral

CI

CI

CI Aquiral

CI

Aquiral

CI

(d)

CI

H H Enantiómeros

q'3 00

Cl

CI Aquiral

Aquiral

C(-HY

T

H

Aquiral

CI

H H Enantiómeros

Aquiral

CI

c1

CI

Aquiral

Cl

H H Enantiómeros

c1

CI

Aquiral

CI

Enantiómeros

Aquiral

Aquiral

CAPITULO 12

ALICICLICOS HIDROCARBUROS

,

('I

Enantiómeros

Enantiómeros

(0 Dos posibilidades: los tres C1 "arriba;

Aquiral

o dos "arriba" y uno "abajo".

H Aquiral

CI

(F)

H

H

H

H

C'l

Todos ecuatoriales

Aquiral

5. COOH

CHj Metilos cis H

CHI Metilos trans H

H

CHI

Metilos cis

Diastereómeros

Por lo tanto, éste debe serA. 6.

(a) NOhay carbonos quirales; sin embargo, cada molécula considerada como un todo es quiral. espejo espejo

No superponibles

12

ALICICLICOS HIDROCARBUROS espejo

(b) La adición anri toma lugar de dos maneras diferentes,

H,

m

...COOH

I,

H

m1

... COOH

para dar dos productos diastereoméricos.

(Véase la referencia dada en la respuesta al problemaCap. 13, 10.) 7.

(a) En la conformación diecuatorial del compuesto diclorado o dibromado, hay repulsión entre los poderosos dipolos de los enlaces C-X (Sec. 12.10); esta repulsi6n dipolo-dip010 se aligera en la conformaci6n diaxial. Sin embargo, como siempre, las interacciones doslofactores esrkricas (1,3)se aligeran en la conformación diecuatorial. Evidentemente, están equilibrados en forma aproximada. H

I

c

$

?

r

y 3 +

e

H

Br

H Diecuatorial

Diaxid

H

Br

H

I

Br

Los dipolos C-CY son mucho m& débiles y, para el compuesto dimetilico, las interacciones estéricasson el factor de control.

CAPITULO 12

ALICICLICOS HIDROCARBUROS

Un disolvente polar se agrupa en torno a los grupos C-X y se mantiene ahí por la X, atracción dipolo-dipolo. Quedan así parcialmente neutralizadas las cargas el C y el sobre difundidas sobre las moléculas del disolvente. LQS dipolos de los enlacesC-X se reducen, Al mismo tiempo, los sustituyentes en efecto, como también la repulsión entre ellos. Las interaccionesesdricas pasan a ser el factor de control, efectivamente son más grandes. y el porcentaje de la conformación diecuatorial aumenta. (b) En la primera estructura hay cuatro interacciones 13-diaxalesentre losBr y los H pero la parte a). En la segunda estructura no hay disminuye la repulsióndipolodipolo (v&

calor

__f

t-

t-Bu-

t- BU

S-_

cis-3-trans-4-dibromo (ambos -Br ecuatoriales)

trans-3-cis4-dibromo (ambos -Br axiales)

I

Br

H

interacciones 1,3-diaxiales entreBrlos y los H,sin embargo, hay un aumento de la repulsión se equilibran dipolo-dipolo. Las respulsiones dipolodipoloy las interacciones 1,3-diaxales entre sí, y los dos diastereómeros tienen casi la misma estabilidad. (c) En cada uno delos otros diasterebmeros posibles hay tanto interacciones 1,3-diaxiales, como respulsión dipolo-dipolo no disminuida. H

I

[-BUH

trans-3-trans4-dibromo H

&-Decalina

H

cis-3-cis4-dibrorno

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS H I

H trans-Decalina

(b) cis:

Todo silla

Todo bote retorcido

Bote retorcido silla

trans:

Todo silla

Bote retorcido silla

Todo bote retorcido

(c) La conformaci6ntodo silla es la m k estable encada caso. (d) En la trans-decalina, los dos sustituyentes m& voluminosos (el otro anillo) son ecuatoriales. H

H

I

I

H

H

En el idmero cis, en cambio, uno de los dos sustituyentes grandes es axial.

i

H

I

CAPITULO 12

ALICICLICOS HIDROCARBUROS

(e) La facilidad de interconversión no depende de la diferencia de energía entre las form Hay una alta barrera energética entre las decalinas, sino de la altura de la barrera energética. se debe romper un enlace carbono-carbono en el proceso de interconversión.Hay puesto que una baja barreraenergetics entre las formas de silla y la de bote retorcido del ciclohexano, c a s o s la interconversión solamente requiere una rotación en tomo a enlaces ya que en estos torsional en el estado de Iransición). sencillos (con algún incremento en la tensión yangular 9.

El idmero cis existe en una conformación de silla, con ambos grupos t-butilo ecuatoriales.El ambostisómero trans existe en una conformación de bote retorcido que acomodagrupos butiloenposicionescuasi-ecuatoriales.Ladiferenciadeenergía(5.9 kcal) se debe estar presentes en la conformación retorcida. esencialmente a las interacciones que suelen

bJBL"r

?-Bu, F ? B u - f

?-Bu -

H

H

H

Cis Silla

trans

Bote retorcido

(Allinger, N. L. y Freiberg, L. A., "The Energy of the Boat Formof the Cyclohexane Ring", J. Am. Chem.Soc., 82,2393 (1960);o bien, Eliel, E. L., Allinger, N. L. Angyal,S. J. y Morrison, G.A., Conformational, Analysis, Wiley-Intemience: Nueva York, 1965, &S. 38-39.)

10.

(a)Esteesesencialmente un 2% ecuatorial.

H Metilciclopentano

(b) La situaciónes muy similar ala de los correspondientes derivados del ciclohexano con y aa s l interacciones diaxiales. respecto a las relaciones ecuatoriales-axiales H

I

H

ec-ax

tmns-1,2

ec-ec Interacciones butano-oblicua Más estable

cis-1.2

Interacciones butano-. oblicua+metilo-hidrógeno

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

CAPITULO 12

H

trans-1,3

cis-1,3 ec-ax

ec-ec No hay interacciones Interacciones Más estable

metilo-hidrógeno

(c) El anillo “plegado’’ (Fig. 12.9, pág. 444) coloca aambos sustituyentes delidmero cis en posiciones cuasi-ecuatoriales.

H

H

3

trans Interacción metilo-hidrógeno

cis Más estable

(Eliel, E. L., et al., referencia parael problema 9 recitn analizado.) 11.

(a) Los factores esthicos ejercen el control. El orden usual SN2es 1” >2” >3”.

0)L o s factores polares ejercen el control: cuanto más establesea el cati6n aue se esd formando en la ionizaci6n inicial, tanto m k rápida será la reacci6n.El orden’general es 3” > 2” >lo.

arH3 (t.. >

3“

> (CH2Br

2”

I”

(c) En las condicionesE2, cuanto más estable sea el alqueno quese estA formando, tanto mils rápida será la reacción. Aquí, la estabilidad de los productos es benceno > dieno conjugado > alqueno.

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

(d) La eliminación antiperiplanar hacia el alqueno ramificado más establees posible a por lo tanto, esperamos que el partir del isómerocis,pero no a partir del isdmero trans; isómero cis reaccione más rápidamente. (Compáresecon la reacción de los c l o m s de neomentilo y mentilo, págs.456-457.)

$-$

<-)

H

H

Br CH3 cis-2-Bromo-1-metilciclohexano

I

<

T

P

H

CHI

Alqueno más estable Producto principal

I

CHj

H'

Alqueno menos estable Unico producto

syn. Dos fracciones: una activa, una inactiva KMnO+

HI+(

w

HO

OH

H

H

H

CH 3

H CH3 tram -2-Bromo-1-metilciclohexano

12. (a) Hidroxilación

+

Y

HO q

OH

Meso

H

H$. H

H

Quiral Activa

Inactiva

(b) Hidroxilación anti. Dos fracciones: una activa, una inactiva.

H

OH

H

H

Meso

Inactiva

OH H Quiral Activa

(c) Sustitución por radicales libres. Dos fracciones: una activa, una inactiva.

Idénticas Meso

Inactiva

Idénticas QuiraZ Activa

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

(d) Adición anti. Dos fracciones: ambas inactivas (rackmicas).

H

H + enanti6mero

Br H +enantibmero Rackmica Inactiva

H Br +enantiómero Radmica Inactiva

los dos protones

(e) S,2 coninversióncompleta.E2conp6rdidadecualesquierade equivalentes. Dos fracciones: ambas inactivas.

Aquiral Inactiva

H'

13.

Enantiómeros Racémicas Inactiva

-

Observemos primerola ruta del TsCl/r-BuOK. Evidentementela eliminaci6n esonti,lacual puede tomar lugar solamentecon la orientacih observa

0 H

OH

Q H

OTs

O

H

H H 3-Metilciclopenteno

0-0

Si fuera syn, la eliminación podría ocurrir con cualquier orientacih, y casi con certeza deberá dar principalmente el alqueno m h estable, el 1-metilciclopenteno: eliminación- syn

H

OTs

+ algo del 3-metilciclopenteno

~-

CH3

H

1-Metilciclopenteno

No obtenido

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

(Obdrvese el contraste con el comportamiento del tosilato trans-2-fenilciclopentilo, del en el problema 12.16 anterior. Ahí, el efecto más poderoso del grupo fenilo forzó la syn.) orientación de Saytzeff aun pensando que Csta tendría que ser La ruta de la deshidratación implica la eliminación a través un carbocatión de plano.No hay restricciones estereoquímicas en esta reacción, puesto que los grupos salientes se pierden en diferentes pasos. (Compárese con el problema 12.15.)La orientación es directamente Saytzeffy predomina el alqueno más estable, el I-metilciclopenteno. 14.

(a) Primero se forma un carbocatión, un catión 2":

catión 2"

Este se puede transponer por migración deun grupo metilo paradar un catión 3" Y más tarde un alqueno muy ramificado:

catión 2"

1,2-Dimeticiclohexeno Muy ramificado

catión 3"

Pero no debemos perderde vista el hecho de que los carbonos y los hidrógenos del anillo tambiCn forman grupos alquilo, los cuales tambikn son capacesde migrar. Una de tales migraciones da un catión 3" y posteriormente un alqueno. Todo esto está acompaílado de una contraccwn del anillo: CH3 desp1ara:e;to

CH3 de

dealqullo

0ZcH3 CH3

\o

CH3

desplazamiento

I

hdmo

H2 catión 2" catión 3' Contracción del anillo

catión 3"

(b) Se forma un catión 3":

catión 3"

Isopropilciclopenteno Muy ramificado

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

CAPITULO 12

Aquí también, la migración involucra un carbono del anillo, H

Et

H

I _

catión 3"

catión 2"

Expansión del anillo

y nuevamentecambiael tamailo delanillo. Esta vez es una expanribn d e l anillo. Observemos quela transposición convierteun catión 3" en un catión 2". Aquí, la fuerza motriz es el cambio de un anillo de cuatro miembros, muy tensionado, a uno de cinco miembros librede tensión,junto con la transposici6n posterior un a cati6n 3" y m& tarde la formación deun alqueno muy ramificado: H

Et iF. desplazamiento

Et

catión 2"

deetilo

catión 3"

1,2-Dietilciclopenteno Muy ramificado

(c) Nuevamente UM expansión de anillo, con auyudade la formaci6nde un cati6n 3" y despu6s de un alqueno muy ramificado:

catión 2" catión 3" Expansión del anillo

1,2-Dimetilciclohexeno Muy ramificado

Enol

15.

Ciclohexanona Ceto

Por p6rdida del ion triflato, I11 da un catión vinílico, el cual: (i) se combina con el disolvente para dar el 6ter I V ; y (ii) se transpone porun desplazamiento de alquilo (un carbono del anillo) dar para un nuevo cati6n vinííico, que contendrA un anillo de cinco miembros. Entonces, el nuevo catión: (iii) se combina con el disolvente paradar el Bter V; y (iv) pierde un protbn del CH, para dar el aleno VI.

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

CAPITULO 12

V de alquilo

16.

En el estado de transici6n para la eliminaci6nanti a partir del clorurode mentilo, para que el 2 1 se encuentre en la posici6n a x a i l requerida, los voluminosos grupos metilo e isopropilo también deben ser axiales; en cualesquiera de los dos estados de transici6n para la eliminaciónanti a partir del cloruro de neomentilo, losgrupos alquilo son ecuatoriales.

.“$:=,1 Me

H &H

H Cloruro de mentilo

i- Pr

I

H

H Isómero cis

t-Bu ecuatorial -OB e -H axial Es posible una E2 anti

CI H Cloruro de neomentilo

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS I-Bu

r-Bu +

H q

L

O

T

OTs

S

Isómero Trans

ecuatorial t Bu

ecuatorial No es posibleuna E2 anti Isómero trans

18.

t Bu axial

muy inestable

-0ts

La eliminación (como la adición) es anti (problema 11, pág. 360), y elimina el mismo Br (radiactivo) que se había adicionado.

Respuestas a los problemas de síntesis Para ahorrar espacioen esta Guía de Estudio, hemos omitido algunas veces ciertas partes de un esquema de síntesis completo. Cuando decimos, por ejemplo, “a partir de se entiende que esto ROW, o bien “a partirde RCHzOH’,o bien “a partir de RzCHOH’, significa ROH ROH

PBr,

a

RCHlOH RzCHOH

RBr RBr

C,H,NHCrO,CI

CrO,

t

RCHO

R2C-O

-

o cualquiera quesea el proceso específico correcto. Omitios el tratamiento con agua, que es un paso esencial al trabajaruna mezcla de una reacción de Grignard: \ I H2 0 I RMgBr + C ~ - - O “C-0”MgBr’ ”-+ “ c - ” O H / I I R R A menos que las reglas básicas de su curso particular permitan otra cosa, el lector deberá presentaren sus esquemas de síntesis todos estos pasos que aquí se omitieron.

205

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

CAPITULO 12

19.

(a)Adición syn delmetileno;hidrogenación syn.

cis-l,2-Dimetilciclopropano

CH 1

+

cis-2-Buteno

C H ,OH

p-?.!-

(b) Adición syn del metileno; hidroxilaciónanti.

(y su enantiómero) trans-2-Buteno trans-l,2-Dimetilciclopropano Racémico

cis

cis

a: CHJ,, í h . (Adición syn del metileno.)

b: H,, catalizador de Lindlar. (Hidrogenaciónsyn.) c: Dos pasos, cada uno incluyendoNaNH, y luego n-PrBr (a partir de n-PrOH).

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

HbEl& H\

Me”-\H

Me

+ enantiómero

#I/Et

i C\

, b MeCECEt

6 HCrCEt d

HCrCH

H

trans

Racérnico

a: CHCl,, t-BuO-(a partir de t-BuOH). (Adici6nsyn de: CCl,.) b: Li, NH,. (Hidrogenaci6n anti.) c: NaNH,, luego Me1 (a partir de MeOH). d: NaNH,, luego EtBr (a partir deEtOH).

20.

(a) H,SO, conc.:ciclopropanopositivo. (b) KMnO,, o bien Br,/CCl,: alqueno positivo. (c) H,SO, conc.: ciclopropano positivo. (d) KMnO,, o bien Br2/CC14: alqueno positivo. (e) KMnO,, o bien Br2/CCI,: alqueno positivo. (0 KMnO,, o bien Br,/CCI,: alqueno positivo. (g) CrO, &SO,: alcohol positivo. (h) Br,/CCI,: alqueno positivo. O bien, CrO,/H$O,: alcohol positivo. (i) Br,/CCI,, o bien KMnO,: alqueno positivo. CrO,&SO,: alcohol positivo. AgNO,: halogenuro positivo.El alcano negativo paratodas las pruebas.

21.

Comparecon el problema 12.22,página 463. (a) C,,H,, (b) alcano camfano -C,,H,,

C,H, <,Ha

4 H faltantcs Dos anillos

(c) C,,H,, alcano -C,,H,,Br, (Br

2 H faltantes Un anillo

equiv. a H)

alcano colestano

8 H faltantes Cuatro anillos. (d)

C,H,, alcano -C,H,,O (O no reemplaza H) a 6 H faltantes Tres anillos

(e) C, HSzOderivado saturado -€,HMO ergocalciferol 8 H faltantes Cuatro dobles enlaces 207

CAPITULO 12

22.

ALICICLICOS HIDROCARBUROS

(a) C6H14alcano

(b) CloH, alcano (c)

2 H Un anillo

-C,OH18 4 H Dos anillos

6 H Tres anillos

6 H Tres anillos

-C6H12

C,H,, alcano 2 H Un anillo

10 H Cinco anillos

8 H Cuatro anillos 23.

24.

(a) C,& -Cl,,H16

p-mentano limoneno

4 H Dos dobles enlaces en el limoneno

Cl0H, alcano -C,,H, p-mentano 2 H Un anillo en ellimoneno

(b) Uno de los 10 carbonosoriginales se pierdedelproducto de oxidación VIE; presumiblemente se perdi6 comoCO,. Suponiendo esto,y sabiendo que hay dos dobles para el limoneno: enlaces y un anillo, llegamos a las siguientes posibles estructuras

VI11

HzC

+ coz

\

/ \

CH

I

CH3

CH2-CzO

1

VI11

+ coz

OH

CAPITULO 12

HIDROCARBUROS ALICICLICOS

CH3 VI11

O

+ co,

b

(c) La estructura más probable es I

Limoneno

Dos unidades de isopreno

gH p-Mentano

(d) El alcohol puede ser uno u otro de los alcoholes terciarios mostrados;de hecho, es el nombrado &-terpineol.

Q +Q

obien

OH

Limoneno

+ I-fH

a-Terpineol

OH

Hidrato de terpineol

(e) El hidrado de terpino es el di-t-alcohol. 25.

(a)

ClOH20p-mentano -C10H16 a-terpineno 4 H Dos dobles enlaces en el a-terpineno

C 1OH22 alcano

-C 1OH20 p-mentano

2 H Un anilloa-terpineno el en

(b) Usando como indicio el esqueleto del producto de reduccih, elp-mentano, (problema 24, anterior), podemos explicar el producto de oxidación IX de ocho átomos de carbono y

la pérdida de dos átomos de carbono de la siguiente manera:

CAPITULO 12

ALICICLICOS HIDROCARBUROS

(c) Lo m k probable es que X se forme de la siguiente manera:

Derivado a-Terpineno

26.

tetrahidroxilado

X

Alcoholes 3Osin oxidar

La etapa clave, el cierre del anillo, implica la familiar adición deun carbcatióna un alqueno (Sec. 8.16).(CompArese con la respuesta al problema 16, Cap. 10.)

Hz0 ___,

H+ +

Adición

-

A

,

Nerol

Ion oxonio

Catión alílico abiertaCadena

catión 3" Cíclico

a-Terpineol

Aromaticidad Benceno

13.1

(a)

benceno -(ciclohexadieno

3H

+ 2H benceno + H2

cciclohexadieno (ciclohexeno ciclohexadieno

13.2

+

+

+ +

= ciclohexano = ciclohexano

AH AH

-49.8 kcal -55.4 kcal)

= ciclohexadieno

AH

+5.6 kcal

AH AH

-55.4 kcal

2H2 = ciclohexano H, = ciclohexano)

~

H2

= ciclohexeno

6 C-H enlaces = 6 3 C=C enlaces = 3 3 C-C enlaces = 3

(a)

x X X

AH

-28.6 kcal) ~~

~

~~

-26.8 kcal

54.0 = 324.0 kcal 117.4 = 352.2 49.3 = 147.9

calc. = 824.1 kcal

H

824.1 - 789.1 = 35.0 kcal mayor que el valor observado (calc) (obs)

13.3

El c d c t e r sp2"S del enlaceC-H en el benceno. Debería ser mAs corto (y lo es) y, por lo t a n t o , más fuerte queel enlace C-H sp3-S en el ciclohexano.

13.4

(a) No; (b) vealasección

35.6

CAPITULO 13

AROMATICIDAD

H

H

H

H

I

I

13.5

(b) Similar a las figuras 13.2 y 13.3.

(c) Seis: dos"de" cada N.

13.6

(a) El compuestoI es una sal, el hexacloroantimoniato de ciclopropenilo: SbCI,

Se formael mismo catión mediante el tratamiento con AgBF,. Es simétrico, con sus tres protones equivalentes.

H

H

H Catión ciclopropenilo

El catión ciclopropenilo es aun más estable que el catión20alilo: kcal más estable, en relación conelcloruropadre.Ladesusadaestabi1idadnosugiere simplementeestabilización por resonancia, sino aromaticidad. (b) El catión ciclopropenilo contiene dos electrones x, lo que se ajusta ala regla 4n + 2 de Hückel, conn = O.

(Breslow,R., y Groves, J. T., "Cyclopropenyl Cation. Synthesis and Characterization", J. Am. Chem. Soc., 92,984 (1970).)

13.7

(a) Estructura cíclica con enlaces dobles y simples alternados. (b) El número de electronesn es ocho, y este noes un número de Hückel.

(c) El númerode electrones x: en el aniónes 10, que se ajusta a la regla 4n + 2 de Hückel, para n = 2. Es evidente que la estabilización debida laa aromaticidad es suficiente para superar la carga negativa doble y la tensión angular (el anillo debe ser plano para traslapo IC y, porlo tanto, debe tener bgulos C - 4 - C de 135'). (d) Ciclooctatetraeno: anillos doblados que mantienen la geometria de los enlaces dobles carbono-carbono (la difracción de rayos-x indica que es una "tina"). C&? plano, octaedro regular.

Ciclooctatetraeno Dianión 212

ciclooctatetraenilo

CAPITULO 13

AROMATICIDAD

13.8

6

6

Br

Br

M.p. + 6 "C orto

Br

M.P. -7 "C

M.p. + 8 7 "C

meta

para

Dibromobencenos

13.9 13.10

KOH absorbe CO, y %O; los demk líquidos no lo harían. presión parcial N, = presión total - presión parcial H 2 0 (740 mm) mm) (746 (6 mm)

vol. N 2 a T.P.N.

273 293

= 1.31 x - x

mmoles N 2 =

740 mL 760

-

mL gas(a T.P.N.) 22.4 mL/mmol

peso N = mmoles N, x 28.0 mg/mmol peso N 1 273 740 %N = X 100 = 1.31 X - X - X 293 760 22.4 peso muestra ~

X

28.0

X

1 5.72

__

X

100

%N = 26.0% N.

13.11

mmoles N H 3 = mL HCI

x conc. HCl = 5.73 mL x 0.01 10 mmol/mL

14.0

N peso N = mmoles NH3 x 17.0 mg/mmol x = 5.73 x 0.01 10 x 17.0 x __ mg 17.0 NH3 peso N 1 %N = X 100 = 5.73 X 0.0110 X 14.0 X -X 100 muestra peso %N = 22.8% N ~

13.12

peso S = peso BaSO, x peso S %S = 4.81 233.4 muestrapeso

13.13

X

100 = 6.48

P-H~NC~H~NH~

2N

C6H8N2

HOCH2CH2NHz p-CH3C,H,SO3H

S = 6.48 BaSO,

-~

X

X

32.0 233.4 mg

~

1

32.0

__ x __ x 100 = lS.S%S.

28.0

x 100 = __ x 100 = 25.9% N (calc.)

108

14.0 N x 100 = __ x 100 = 22.9% N (calc.) C,H,ON 61 .O

S C7H803S

32.0

x 100 = __ x 100 = 18.6%S (calc.)

172

CAPITULO 13

AROMATICIDAD

1.

(h) -SO,H enC-1

2.

(a)Tres (o, m,p )

(c) Tres:

(i) 4% en C-1

(I) " O H enC-1

(b) Tres (0, m,p)

&cH3

CH3

(i) "COOH enC-1

CH3

Q'"

hcH3

(d) Seis: vea la respuesta al problema 13.8

(f) Seis: 2,3,4-, 2,3,5-, 2,3,6-,2,4,5-, 2,4,6-, 3,4,5-

3.

(a) Dos, tres, tres, uno,dos. (b) Cinco, cinco, cinco, dos, cuatro (sin considerar estereoisómeros). (c) Ninguna.

CI

4.

I

C' dl

BI

I

C'

CI

Br

C*HS

I

5'

5.

214

C,H,,. Dos carbonos ligados al anillo: un Et, o bien dos Me. Los posibles hidrocarburos isomCricos "con los diferentes sitios de sustitución marcados mediante números- son:

AROMATICIDAD

CAPITULO 13

C9H,,.Trescarbonosunidosalanillo: un n-Pr o S r ; un Et y un Me; o tresMe. Los hidrocarburosisom6ricosposibles"con losdiferentessitios desustitución marcados mediante números- son:

Tres (f)

Sí. Cada isómero tieneun número diferente de mononitroderivados que pueden relacionarse con é1 (que se derivan o son convertibles enél).

6.

1.2.4-

bBr Br

1.3.5-

1 Br

DOS

Tres

Br

B

Uno

215

CAPITULO 13

7.

AROMATICIDAD

(a) Se puden unirdos sustituyentes aVI de tres maneras: (i)uno sobre otro en cualesquiera de los cantos verticales;(ii) en vértices opuestos de cualesquiera de los cuadrados; (iii) en dos vértices deun triángulo.

I

(ii,

J

\

NO2 DOS

Uno

NO>

Tres

Por lo tanto, (i) es para, (ii) es orto y (iii) esmeta. (c) No, puesto que el idmero orto es quiral, siendo factibles estructuras enantiomb

ricas:

x

Enantiómeros

x

CAPITULO13

AROMATICIDAD

8.

Los seis posiblesAcidos diaminobenzoicosy lasesmcturasde las diaminas quese pudieron obtener de ellosson: &Hz

G N H 2

COOH

COOH

P.f. 104 "C Orto

COOH

NH2

I

NH2 P.f. 142 "C

P.f. 63 "C Meta

Diaminobencenos

9.

Para

(a) Para ser aromáticos, los anulenos deberían cumplir con la regla 4n + 2 de Hiickel para los electronesIF:6 paran = 1 , l O paran = 2,14 paran = 3,18 paran = 4. Los anulenos (con el número de electrones IF indicado entre corchetes en cada nombre) supuestamente aromáticos serían: [6] anuleno (benceno); [lo] anuleno, [14] anuleno, [181 anuleno. (En realidad, la geometría es desfavorable para los anulenos[lo] y [14]: la acumulaci6n de hidr6genos dentro del anillo impide la planaridad y, en consecuencia, interfiere con el traslapo IC.) H H

G HC9H9IO

8 electrones IF

C9H9+

8 electrones IF

1O electrones IF Sigue la regla de Hiickel (n= 2) Aromático

AROMATICIDAD

CAPITULO 13

10.

Tiene seis electronesA (vCase la Sec. 35.2): cuatro de los carbonos, dos del N.

11.

(a)

Peso unidad pe.so/molécula peso/unidad

CHCl = 12 + 1 + 35.5 = 48.5 -"291 -

48.5

- 6 unidades CHCl por molt?cula

;fórmulamolecular = C6H6Cl,

(b) Un compuesto posible es1,2,3,4,5,6

- hexaclorociclohexano.

(c) Se formó por una reacción de adición CI

A

C

luz

I

P

El I ,2.3.4,5,6-

Hexaclorociclohcxano

(d) No es aromático: no dispone de electrones A. (e)-(f) Estos son esteroisómeros, con varias combinaciones de C1 cis y trans. De hecho, Dos deellos forman un par de enantiómeros: son nueveen total estereoisómerosposibles. los CI

CI

CI I

CI

H

Cl

CI Enantiómeros

H

I

I

I

Los otros sieteson aquirales. 12.

El argumentoes una extensión del indicado en la sección 1l. 1l. En el anión fenilo,C,H;, sp3 el par no compartidoocupa un orbital sp2,cuyo carácterS es intermedio entre el orbital del anión pentilo y el sp del anión acetiluro. Los electrones en el orbital sp" están más sujetos que los que ocupanun orbital sp3,pero no tan firmemente como losde un orbital sp; en consecuencia, el anión fenilo se encuentra entre los aniones pentilo y acetiluro, en cuanto a su carácter básico.

13.

(a) y (b) Vea la sección 34.3.

14 Sustitución electrofílica aromática

14.1

HON02

Hz0

+ ONOz-

+ H O NH0 2 6 N 0 2

+

e

+ ONO2a + N 0 2 + 2NO3- + H 3 0 +

HONO2

3HONO2

H,O+

El primer paso es un equilibrio kido-base en el sentido Lowry-Bronsted, en el cual una molkda de Acido nítrico sirve como Acido,y otra, como base. O

14.2

1

HOSOH

I

+

O

O

I

HOSOH

I

O

O

I d HOSOH2+ + I O

O

I HOSOHz' I

O

I I

J

HOS+

O

O

I

HOS'

I

O

143

(a) n-Pr+

I

OSOH

I

O

Hz0

O

O

i + OSOHe I

O

A

+

O

O 0

I I

HOSOSOH

¡ I

O 0

(b) iso-Bu'

iso-Pr'

(c) (CH3)3CCH2+

"+

catión t-pentilo

"--j

t-Bu'

(d) mecanismo por carbocationes

CAPITULO 14

14.4

SUSTITUCION ELECTROALICA AROMATICA

(a) r-BuOH

H+

r-BuOH2+

He ”-+

(b) CH3CHzCHZ

14.5

PhH

14.6

- Hz0

CH3CHCHJ

o

+

[-Bu@ PkH

”-+

”-+

+H

Ph-Bu-t

Ph-CH(CH,)Z

+

+ Hi

o quizás Cl’, generado dela manera siguiente:

El agente clorante es3-1,

HOC1

-

+H

+

+

I

H20-C1

I _ H,O

+

CI ’

Se formaun complejo &ido-base que transfiere hal6genosussin electrones, comoel II de un anillo aromático sustituidomás la página502 .Debido a su tamaiio, este reactivo ataca fácilmente en la posici6n menos i m @ b para con respectoa un sustituyente. (AcO),TI

+ Br2

0 %

(A~0)~TlkBr”Br

14.7

Br

14.8

(a) R-c=O:

I

c1

+ AICI~

(b) (Ar’-N=N

(c) H-O-N==O:

”+

:) CI+

+ H+

”+

Er

(R-C-O:)+AICL-

+ .. .. H-o-N=O:

I

H

-

(:N=o:)+

+H~O

En cada caso, el cati6n cumple el papel deY’en una sustituci6n electrofílica aromática tipica.

CAPITULO 14

SUSTITUCION ELECTROFILICA AROMATICA

ArH

+ (R-C=O:)+

3 /H

Ar

"+

Ion acilio

\

- H+

-"+ "

I

ArH

+ (Ar'-N=N:)+

" +

E/ Ar

\

Ion diazonio

ArH

+ (:NEO:)+ Ion

nitrosonio

14.9

\

R cetona

Aril

.. ..

H

Ar-N=N-Ar'

!=N-Ar..

3/ H

Ar

" +

Acilación de Friedel-Craps

I

c=.o:

R

..

Ar-C=O

N = O:

Azo compuesto

'

- H+ "-+

Acopla

....

Ar-N=O: Nitroso compuesto

mieU0

Nitrosación

(a) El ion bencenonio intermediario es (ArHD)', que puedeperder H.o bien D. (b) El ion hidrógeno del anillo es desplazado por otro ion hidr6geno (deuterio), en una sustitución electmfílica aromática típica(deuterodesprotonaci6n),la cual es rápida con fenol(activado;PhOH),lentaconbenceno(PhH),eimperceptiblecon~i~bencenosulfónico (desactivado; PhS0,H).

14.10

@/

Demuestra que H

Ar

\

H

H

H o/ ,puedenrealmente

y posiblemente, Ar

H

Y

existir como intermediarios. 1.

0 bBr0 $,"

Más rápida (activada): a,c,d,g,h,k.Mas lenta (desactivada): b,e,f,ij. I

&OCH3 Br (muy poco isómeroorto)

(b)

eCH'

Br (muy pocoo-isómero orto)

$'"'

+

+

Bu-sec

(c)

Br

(f)

gH3 Br

@'

Br

221

CAPITULO 14

SUSTITUCION ELECTROFILICA AROMATICA

COOH

(Todas las posiciones iguales)

NH,

(Vdasc l a pig. 951)

3.

Cuando está presenteun grupo directororlo, para (como sucede en todos los casos, salvo a grupo. Todos los productos b y d), predomina lasulfonaciónpara(y orto) con respecto tal se denominan como ácidos sulfónicos, considerando que -SO,H se ubica en C-1; (d) es el ácido m-bencenodisulfónico.

4.

Los grupos directoresmeta son desactivantes; cuantos másde ellos hay, tanto más baja es

la reactividad. La mayoria de los directores orto,para (excepto halógenos) son activantes; cuantos más deéstos haya, y cuantos más de ellos activen una misma posición, tanto más - 4 %del mesitileno activan reactivo será el compuesto. En (a), por ejemplo, los tres grupos (iriplemente) las mismas posiciones; los dos 4% gruposdel m-xilenoactivan (doblemente) las mismas posiciones,pero los dos 2% del p-xileno activan posiciones distintas. (a) mesitileno> m-xileno > p-xileno > tolueno > benceno (b) tolueno > benceno > bromobenceno > nitrobenceno (c) anilina> acetanilida > benceno > acetofenona (d) p-xileno> tolueno > ácido p-tolúico> ácido tereftálico (e) C,H,Cl> p-O$W,H,Cl> 2,4-(O$),C6H,C1 ( f ) 2,4-dinitrofenol>2,4-dinitroclorobenceno (g) 2,4-dinitrotolueno> m-dinitrobenceno

5.

(a) La sustitución es más rápida en el anillo no desactivado por "NO,. La orientación es

o,p con respecto al otro anillo (véase la Tabla 14.3,495). pág.

Anillo (icsactivado

CAPITULO 14

ELECTROFILICA SUSTITUCION AROMATICA

(b) L a sustituci6n esm& rApida en elanillo no desactivado por-NO,.

o g con respecto al sustituyente,

-C&Ar.

La orientaci6n es

1 activado

(c) La sustituci6nes m k rApida enel anillo activado por el oxígeno fen6lico (similar a un "OR). El otro anilloesd desactivado realmente por grupo el "COOAr.

desactivado

6.

Anillo activado

Cuanto m& alejado del anillose encuentre un grupo desactivante -m,' o -NO,, tanto menos efectivo ser& En (c), la desactivaci6n es tanto m& grande cuanto mayor sea el número degrupos atractores de electrones. (a) Ph(CH2)3NMe3f> Ph(CH2)2NMe3+ > PhCH2NMe3+> PhNMe,'

(b) Ph(CH2)2N02 > PhCHzNO2 > PhNO2 (c) PhCH3 > PhCH2COOEt > PhCH(COOEt),

> PhC(COOEt),

El compuestom L activo de cada serie da el porcentajem& bajo deidmero meta;el menos activo da el porcentajem k elevado. 7.

El segundo grupo fenilo puede dispersar (a traves de tres estructuras adicionales) la carga positiva del intermediario cuando el ataque es orto o cuando es para, pero no cuando es meta. Por ejemplo:

8.

HONO2

-

+ HzS04 e

+ H 2 0 N 0 2+ HS04-

H26N02

H20

+

+NO2

Leda

El Acid0 nítrico protonado genera NO,' por p6rdida del buen grupo saliente %O; el kid0 nítrico no protonado tendría que perder OH-, el ion mucho m&fuertemente basico. (Vhse la Sec. 5.25.)

CAPITULO 14

9.

ELECTROFILICA SUSTITUCION AROMATICA

L a s reacciones son sustituciones electrofílicas, con la activaci6n usual por-y "OH. Los electr6filos atacantesson los familiares Br'(osu equivalente)y NO;. Sin embargo, en cada caso, elgrupo desplazado no es el H' usual (desprotonaci6n), sinoSO,,como en la desulfonaci6n. Así, so @' J\ Br

ArSOJAr,

N02+

ArS0,-

-

'so,

@

Ar

/ \

BromodesulfoMcibn

ArBr

-

NO2

ArNO,

-'O3

so, -

NitrodesuIfoMcibn

en comparaci6n con, digamos,

Ar,

ArH

3 /Br

-H+ "-+

ArBr

Bromodesprotonacibn

'H O

ArS03-

10.

3 ,H

%- Ar \

-so,

"-+

so, -

Estees un ejemplode bromodesalquilucwn. Br,

+ AlBr,

j -

ArH

Protodesulfomibn

o%\

Br,Al-Br-Br

(CH3)3C+ + AIBr4- + (CH3)2C=CH2 + HBr

11.

El sustituyente en cada caso, -N(CHJ,+ o "CF,, es fuertemente atractorde electrones y favorece (en ausenciade un efecto de resonancia opuestoy m k poderoso) la formaci6n de un cati6n conla carga sobre el carbono m8s remoto. +

Me,N

+

H

I

(a) Me3N + C " C H 2

H

I

+ C-CH,@

I

H Catión más estable

+

H

I

Me3N+C-CH2

@ I

224

+ AIBr,

H

I-\ MejN-CH2CH21

Producto obtenido

CAPITULO 14

SUSTITUCION ELECTROFILICA AROMATICA

H "+

I

@CH2"C+CF3 BrCH2CHiCF3

Producto obtenido

I

H Catión m& estable

-

H

I

CH2"C"CFj

I

H

O

(c) Se usaALBr, para proporcionar el Acid0 m6s fuerte (HAlBrJ, necesario para el ataque al alqueno fuertemente desactivado. 12.

(a) Mediría velocidades relativas dereaccib, y esperaría que fuera mls lenta con C,D,. (b) Mediría cantidades relativas de C,H,Y y C,D,Y por especuometriade masas; e s p e d mayor cantidadde C,H,Y.

(c) Haría una sustitución con anisol ordinario,

OH- O H + O Y OCH,

OCH, OCH,

H

Y

H

y determinm'a (mediante cromotografía gases, de y por ejemplo) la proporci6n de producto en condicionesidhticas, pero orto a productopara (proporción olp).Luego haríalo mismo comenzando con anisol-4-d.

OH= OH+OY OCH,

OCH,

OCH,

D

Y

D

Si hay un efecto isotópico,se formará menos delproductop (hay que romper un enlace CD), por lo que la proporción olp ser6 mayor que antes. (d) Haría UM reacci6nde sustitución,y determinaria la proporción D/H del producto. Si hay un efecto isodpico, se romperfin menos enlacesC-D que C-H, C,%D,Y exceded a C6&D,Y, y la proporci6nD/H del producto será mayor que en el reactante.

CAPITULO 14

SUSTITUCION ELECTROFILICA AROMATICA

13.

Veala pAg. 1191.

14.

Veala Sec. 34.9.

(b) p-BrC,H4N02

( f ) p-BrC,H,COOH

HNO,, H ~ S O J

KMn04

i

8 r 2 Fe

BrChH5 t-- C6H,

p-BrC,H4CH3

Br

Fe

A

C,H5CH,

a: HNO, fumante, %SO, fumante, 100-110°C. 5 días, rendimiento 45%. 6: HNO, fumante, H,SO, conc., 95"C,rendmiento 84%. c: HNO, conc., €$SO, conc., 55-60°C, rendimiento 99%.

COOH

COOH

CH 1

COOH Br

Br

CAPITULO 14

SUSTITUCION ELECTROFILICA AROMATICA

(c) B r G 2Br

+3Brz(ac)

Br

6'

COOH

CHI

NOz

NO2

(5%. COOH

&o2 CH3

-1 6

t

0 H COOH

(h) La nitracih delp-xileno (ruta superior) aprovechael efecto activantede los dos grupos 4,. La nitraci6n de unanillo desactivadopor dos grupos "COOH sería muy difícil. 227

Compuestos aromáticos-alifáticos Arenos y sus derivados

15.1

(a) %SO4, calor (b) Zn(Hg), HCI (c)%, Pt, calor,presi6n(d) 3 SO,, calor; luego como en (c). (e) KOH (alc); luego como en (c).O bien: Mg,EGO anhidro; 50.

15.2

Resulta t-pentilbenceno en cadacaso por el ataque del cati6n t-pentilo al benceno: CH3

I CH3CHZ"CO + I

CH3

C6H6

CH3

-

CH3

I

CHC"CHzCH3 5~

+ H+

Este cati6nse genera de la manera siguiente: CH3

I I

CH~CH~-C--CH~OH H 2-Metil-1-butanol y

+ catión l o

3

CH,-CH-C-CH,

I

I

OH H 3-Metil-2-butanol

catión 2"

CH3

CHI

I

HOCH2--CH--C-CH,

@CH,--CH-k-cH,

L B

"+

I

cH,-cH-c-cH,

-

CH,-CH~-C-CH, Q cation 3"

@

3-Metil-1-butanol y

CH3

catión 1'

3

HO-CH,-C-CH,

I

CH3

Alcohol neopentilico

+ &-

catión 2a

CH, I @cH~--c-cH,

L2

catiónl'

229

CAPITULO 15

AROMATICOS-ALIFATICOS COMPUESTOS

15.3

Debido a su carga positiva, el sustituyente I debe ser fuertemente desactivante, comparable con el-M,+.

15.4

La situaci6n nos recuerda la competencia entre las adiciones-1,2y 1,4 (Sec. 10.27), por lo que formulamos la siguiente hipdtesis.

p-XiIefio

o-Xileno Productos principales

1

I

Tolueno

AICIJ. HCI. 80°C

e C H 3 m-Xileno Producto principal

A O"C, observamos el control ejercido la porvelocidad: se forman m k rhpidamenteoy p-xileno. A 80°C, observamos el control ejercido por el equilibrio: es elm-xileno producto más estable. El metilo activa m k fuertemente en las posiciones orto y pura. Esto favorece la alquilaci6n en estas posiciones, pero tambi6n ayuda a la desalquilaci6n "mediante un ataque electrofílicopor un prot6n- en e s t a s mismas posiciones.Los idmeros orto y para se generan con mayor rápidez, pero tambibn son desalquilados m k nipidamente; el idmem meta aparece más lentamente pero, UM vez formado, tiende a persistir.

/\

H

R

R

El cloruro de hidr6geno proporcionaH' para la inversi6n de la alquilaci6n: HCI

+ AIC13

H i AIC1,

La investigacidn experimental ha indicado que esta hipdtesis es correcta en líneas generales, pero que necesita alguna modificaci6n. Consideremos la conversi6ndep-xileno como una transposici6n que implica migracih la de un grupo alquilo. Tal como lo hemos imaginado, el grupo alquilo abandonala (1) posici6n para "como cati6n- y. en seguida se liga (2) a la posici6n meta, con mayor probabilidad en otra molbcula de tolueno. De esta intermolecular (entre molkulas). manera, la reacci6n sería

t 2)

COMPUESTOS AROMATICOS-ALIFATICOS

CAPITULO 15

Con grupos alquilo m k grandes que metilo, parece que es esto lo que sucede. Pero con metilo, hay indicios parauna transposición intramolecular (dentro de una molkula). Un cati6n metilo libre se nosepara. En cambio, el metilo migra de una posici6n la a adyacente un desplazamiento- 1.2 exactamente del mismo en el carbocatión intermediario mediante tipo que ya hemos descrito(Sec.5.23).

(Para un análisis general, v h s e Roberts, R. M., "Friedel-CraftS Chemistry" Chem. Eng. News, 25 de enero de 1965,Pág. %, o bien Norman,R. O. C. y Taylor, R.,Electrophilic Substitution in Benzenoid CompoundsElsevier, Nueva York, 1965, págs. 160-168.)

15.5

El grupo alquilo recien introducido activa al aromAtico anillo para nuevas sustituciones; en las demás reacciones,el grupo nuevo agregado lo desactiva.

15.6

Para permitir el traslapo de la nube ~t con el orbitalp. (Vhse la Fig. 15.4, pág.542.)

15.7

La hiperconjugación estabiliza al o- o p-C4C6CH,C$., mediante la contribución estructuras comolas siguientes: '

H

H-C

I

H

de

H

H-C

I

H

Tales estructuras no son posibles para m-CH.$,H,CK,.

15.8

(a) Es similar la a figura 2.4, página 5 4 , con E, = 19 kcal,y AH = +11 kcal. (b) 8 kcal (diferencia entreE , de 19 kcaly AH de +11 kcal). deradicales. (c) Es un impedimento estérico a la combinaciónlos

15.9

El puntode congelaciónde una solución1 molal (un mol de solutoen lo00 g del disolvente, o bien un milimol por gramo de disolvente)en benceno es 5" C inferioral del benceno puro. Si el punto de congelaciónuna desoluciónes deprimidopor S610 undkimo (0.5/5.0)de ese valor, su concentraciónes sólo la décima parte de aquella, o sea, es O.1 molal. molalidad = 0.1 =

mmoles soluto - mg soluto/p.m. g disolvente g disolvente

1500 mg/p.m. 50

p.m. = 300

Un peso molecular observado de300, comparado con uno esperado de 542 para C42%8, indica una disociación considerable en radicales libres. 231

CAPITULO 15

15-10

(a) Ph\[:(':]:

COMPUESTOS AROMATICOS-ALIFATICOS

-+

Pt13C@

+ :61

El ion Ph,C+se estabiliza por dispersión de carga sobre tres anillos, siendo la ionización promovida por disolventes polares.

+ Air14

Ph3C@

+

no hay reacción

AlCld

El PhC' esdemasiado estable para reaccionar con C,H, en la etapa final.

15.12

La estabilización del anión por resonancia, con dispersión de la carga negativa,es mfkima para Ph,C-, y mínima paraC,H,,-.

15.13

Como es usual, la reactividadpor SN1es controlada porla estabilidad del carbocatidn que se forma,y la reactividad por SN2se controla principalmente por impedimento estérico. Los efectosde los grupos metilo son los acostumbrados, superpuestos al efecto C,H,. del

15.14

La primera reacción procede mediante SN1,mientras que la segunda por SN2, por una combinación de razones. Una reacciónSN1de un sustrato neutro, como hemos visto (Sec.6.5), implica un estado polar que los reactantes y contiene un grupo saliente aniónico. Tal de transición que es más a los reactantes, por un &solvente quesea estado de transición es estabilizado, con relación polar y, lo más importante, que pueda unir hidrógeno congrupo el saliente. Aquí, la reacción S,1 se favorece con el ácido fórmico, el cual sólo es nomás polar que de hidrógenode mayor fuerza (pág. el etanol, sino tambiCn que es más ácidoy forma puentes 222). Al mismo tiempo, el etanol, menos polar, favorece la reacción en competenciaSN2, la cual tiene un estadode transición menospolar que los reactantes (Sec. 6.6).La naturaleza

CAPITULO 1s

AROMATICOS-ALIFATICOS COMPUESTOS

del nucldfilo refuerza el efecto del disolvente: el nucledfilodeb& a g u a ; y el nucledfdo fuerte, elion edxido (Sec. 5.24). La reacci6n S,1 es acelerada fuertemente por la presencia grupo delmetilo, comoes de esperar, porque su efecto inductivo liberador de electrones ayuda a dispersar la carga positiva en desarrollo, en el estado de transici6n. Puesto queun grupo metilo en posici6n para no ejerce ningún impedimento est&ico, y puesto que nose desarrolla ninguna carga en el carbono central el estado en de transici6n S2,, esperamos, a lo mk, un efecto muy dbbil. Por supuesto, esto es lo quese observa. El hechode quehay UM activaci6n &bil sugeriría que el carbono se hace ligeramente positivo en el estado de transici6n de esta reacci6n S$ en particular, pero no podrirnos haber previsto esta situaci6n. 15.15

Los sustituyentes en posicionesmera y para de sustratos bencílicos afectan la reactividad en S,1 mediante su liberaci6n o atracci6n de electrones (pags. 548-549). Lo que observamos en este caso es cuin intimamente estos efectos corren en paralelo con aquellos de la sustituci6n electrofílica aromdtica, otro tipo de reacci6n en la cual se desarrolla una carga positiva en el anillo. De particular importancia es el hecho de que ambos tipos de reacciones desarrollan cargas positivas m& intensas en posiciones orto y para con respecto al punto de "ataque": la posici6n a la cual se unir& el electr6fil0,

o bien, la posici6n que sostieneal carbono bencílico.

L

H

(a) La carga positiva en el anillo es m k fuerte en posici6n para que en meta, y el efecto liberador de electrones del"CH, es m k efectivo desdealli (Sec. 14.17). (b) Desde la posici6n mera, el -Br ejerce solamente su efecto inductivo atractor de electrones; desde la posici6n para, Cste es contrarrestado parcialmente por su efecto resonante liberador de electrones (Sec. 14.19).

(c) Desde laposici6n mera, el "OCI-L, s610 ejerce un efectoinductivoatractorde electrones; desde la posici6n para, Cste es contrarrestado fuertemente por su poderoso efecto resonante liberador de electrones(Sec. 14.18). 233

CAPITULO 15

15.16

AROMATICOS-ALIFATICOS COMPUESTOS

Para estos alcoholes,la reactividad queda determinada,en gran medida, por la estabilidad de los carbwationesque se forman. Estase ve afectada entre otras cosas, por la liberación o la atracción de electrones,de acuerdo con los sustituyentes quese encuentren sobre el anillo aromático.

(a) Ph-CH"CH2CHj

OH

I

OH bencílico

> Ph-CH2"CH-CH3

I

OH

> Ph-CH2CH2-CH2 1

2"

1

j )

(c) PhJCOH > PhZCHOH > PhCHlOH

(b) El mismo argumento empleado para dienos conjugados (Sec. 10.24).

15.18

La base extraeun protón para generarun cmknibn alílico-bencílico. Este, como un híbrido, puede recuperar el protiin en cualesquiera de dos posiciones, regenerando así el materialde y& t efavorece al hidrocarburo partida o formandoel 1 -fenilpropeno. Se llega al equilibrio más conjugado, que es el más estable.

*

.*

<',,H< C'H CH C H , + OH Más estable: favorecido por el equilibrio

15.19

Reemplace en la figura 10.8 (pág. 403) el dieno por el alquenilbenceno, el radical libre alnico por el catidn bencílico,y el radical libre alquilopor el catión alquilo.

15.20

Debido a la conjugación de los dos anillos con el dobley t enlace, al vez entre anillos a través del doble enlace, el reactante puede estar más estabilizado que el estado de transición.

CAPITULO 15

COMPUESTOS AROMATICOS-ALIFATICOS

(b)

Ph 'C--X H'

/

\

CH1

H?

H

CiS

PhC=CCH3 KOH(alc)

NaNH?

PhCHBrCHBrCH3

Br?

Ph \ ,C-C H

H

/'

\

CH,

trans

15.22

(a) análisis elemental (d) kid0 sulfúrico fumante

15.23

Al seroxidadocon KMnO,,el n-butilbenceno da C6H,COOh @.f. 122"C), y el m-dietilbencenoda m-C6H4(COOH),@.f. 348°C).

15.24

(a) es soluble (o polimeriza) (b) desaparición color del MnO, caf6 (d) color naranja rojizo (c) desaparición del color, (e) prueba negativa( no hay cambiode color)

15.25

(a) Br2/CC14, o bien KMnO, (b) A g W ) , O H o bien Cu (NH3 20H (c) la oxidacidn de alibenceno da PhCOOH @.f. 122OC);el I-noneno da C,H,,COOH @.f. 16OC, P.e.239°C) (dl c q &SO4

(b) KMnO, caliente

(e) Br2 /CCl,,o bien KMnO,

(c) KMnO, caliente (f) CrO, 4 S 0 ,

(c) &HS

1.

Q (h)

C,H?\ ,c=C H

/ C,H,

\

(i) C,H5CH=CH-CH-CHC,H,

H

CH,C,H, 2.

(d) %SO,, calor; 5,pt (e) €@O4,calor; Hz,Pt. o bien: PBr,; Mg, EGO; S O (f) KOH (ale); 5,R (8)KOH(alc); 4,R. O bien;Mg, EGO;H20 ; (i) Zn (Hg), HCl (h) m , ~ 4 0%o 235

CAPITULO 15

3.

COMPUESTOS AROMATICOS-ALIFATICOS

Noreaccionan:a, c, f, g, 1, p. (b) n-propilciclohexano

(e) &ido benzoico (i) o- y p-n-W,H,SO,H (k) O- y p-n PtC6H4Br (n) o- y p-n-W,H,CH, (q)p-t-BuC,H,-n-Pr

(S) pciclohexil-n-propilbenceno

4.

(d) kid0 benzoico (o su sal) (h) O- y pn-W,H,NO, (j) O- y pn-W,H,CI (m)PhCHBrCqCH, (O) O- y p-n-PrC6H4C$C6H5 (r) p-t-BuC,H,-n-Pr

n-PrPh (a) (b) n-propilciclohexano(grupoalquilo ecuatorial)

(c) PhCHBrCHBrCH,(para la estereoquímica, espereal problema 16 de este capítulo) (d) p-BrC,H,CHBrCHBrCH,

( e ) PhCHCICH2CH3

(0

(g) PhCH2CHBrCH3

PhCHBrCH2CH3

(h) PhCHCHzCHJ I

(i) PhCH-CHCH3 OH

OSOIH

Br

u) hidroxilación syn

\

H

y su enantiómero

Ph y su enantiómero Treo

(IS.2S) y (IR.2R)

(k)

PhCOOH

+ CH3COOH

(1) hidroxilaci6n anti

CAPITULO 15

COMPUESTOS AROMATICOS-ALIFATICOS

(m) PhCHO + OHCCH, (o) adición syn

(n) PhCH=CHCH2Br (sustitución alílica)

y su enantiómero

(p) PhC=CCH,

ciclohexilbenceno 5. (a) (b) PhCGCAg (c) m-O$'C,H,COOH (oxidación de la cadena lateral) p-ClC,H,COOH (e) (d) PhCH$HCICH, (f) isomerización al alquenomás estable, que es el conjugado (vCase Sec. 15.19). G O C H , CH=CHCH,

CH*CH=CH,

Isoeugenol

Eugenol

(h) PhCH3

(g) PhCHzMgCl

(i) 2-bromo-l-,4dimetilbenceno

(j) PhCH=CH-CH-CHl PhCH-CH=CH-CH2 PhCH-CH-CH=CH,

I

1

H

I

H

H

I

H

I

H

1

H

No se f o r m

producto informado Unico

En realidad, solamente se obtiene el más estable de los posibles productos "aquel en el cual con el anillo" lo que sugiere que la reacción está controlada el doble enlace está conjugado por el equilibrio (Compárese con el problema 10.17, pág. 401.)

--

(k) PhCHO + PhCHO (1) hidrogenaciónsyn (m) hidrogenación anti

(Z)-PhCH=CHCH2Ph (E)-PhCH=CHCH,Ph

H El ataque inicial da el catión más estable

237

CAPITULO 15

6.

COMPUESTOS AROMATICOS-ALIFATICOS

(a) El hidrógeno más reactivo es tanto bencílico como alílico.

(b) El hidrógeno más reactivoes doblemente bencílico.

(c) La eliminación del hidrógeno delC-1 da un radical libre bencílico estabilizadop o r hiperconjugación (véase el problema 15.7, pág. 542). I -C'H ; > 7-C~H3 . 4-C'H 5

(d) La eliminación de un hidrógeno alílico conduce a dos productos travCs a de un radical alílico deslocalizado.

Br

7.

Hr

Esperamos obtener el producto (i) que tenga el enlace doble conjugado con el anillo, y (ii) que sea el menos aglomerado deun par de isómeros geomttricos.

15

AROMATICOS-ALIFATICOS CAPITULO COMPUESTOS

(d) principal, PhCH=CHCH2CH, (predominante E ) ; PhCH2CH=CHCH3 (predominante E ) ( e ) principal, PhC-CHCH, (predominante E ) ; PhCHCH=CH> I CH?

CH1

8.

Esperamosquepredominenlosalquenos más ramificados; Cstos se puedenformar por transportación de los carbocationes generados inicialmente,otms, a más estables. (a) principal, PhCH-CHCH2CH3 (predominante E )

(c) como en (b)

9.

(d) Principal, PhCH=CHCH,CH, (predominante E )

Esperamos que el alcohol que generael cart>ocatión más estable se deshidrate con mayor rapidez. (a) c > a > e , d > b

(c) p-CH,C,H,CHOHCH,

10.

(e) como en (b)

( b ) Ph,C(OH)CH, > PhCHOHCH, > PhCHzCH,OH

> C,H,CHOHCH,

> p-BrC,H,CHOHCH3

En (a)-(d), la reactividad es determinada principalmentepor la estabilidad del carbocatión que se forma. Esta se ve afectada, entre otras cosas, por la liberacióno atracción electrónica ejercida por sustituyentes en el anillo. En (e), se forma con mayor rapidez el alqueno conjugado más estable.

CAPITULO 15

AROMATICOS-ALIFATICOS COMPUESTOS

(d) PhCHCH3 > PhCH2Br > PhCH,CH2Br I

Br Bencílico 2"

r

bencílico

I"

Br

11.

(a) PhCHCH-CHCt-12 I I Br

Br

PhCH-CHCHY-CHl PhCH-CHCH-CH2

I

Br

1

Br

I

Br

1

Br

(b)h primera y la tercera estructuras, que se forman adetravés una adición inicial al C-4. (c)Se forma el producto más estable (tercera estructura), lo que sugiere un control por el equilibrio. (Compárese conel problema 10.17, pág. 401.)

12.

(a) El is6mero truns es más estable por 5.7 kcal(26.3 -20.6). H

\

Ph

H

/4Ph

cis-Estilbeno

H tmnr-Estilbeno

El agente esBr, el formado porUM de dos posibilidades familiares.BrElse adicionaal cisestilbeno paradar un radical libre quegira hacia otraconfomaci6n (de hechoa una más estable, con los fenilos más apartados).Antes de que puedaocurrir el segundo pasode la adici6n (la reacci6n con cscusos HBr o BrJ, se pierde Br,para obtener el trans-estilbeno. (c) El equilibrio favoreceal estereoidmero más estable.

CAPITULO 15

COMPUESTOS AROMATICOS-ALIFATICOS

13.

La ionización delPkCOH en H,SO, (para dar P\C+) produce una doble cantidadde iones por mol que elMeOH (el cual produce M e O q ) , por lo que deprimeal doble el punto de congelación.

+ H$04

MeOH

MeOH,'

+ HzS04 PhJCOH2'

Ph3COH

+ HlS04 + 2H2SO4

Ph3COH

-

H S 0 4 - dos ioms

+

HSO4

+ Hz0

PhjCOH>+ Ph,C+ Hz0

+

+ HSOJj PhJC' + H,O+ + 2HS04j HAO'

cuatroiones

Por tanto (2), (3), (2), (3),etc. (b) (4)

Br

+ PhCH,

PhCH2.

+ HBr

Se forma elC,C1, en la etapta de terminación de la cadena (5). Cada vezque ocurre(I), no solamentese forma CCl,, sino tambiénBr. Al igual queel CCL,,el Br separa al hidrógeno del tolueno (4) para dar PhCH, ,iniciando así UM cadena: (4), (3), (2), (3), (2), etc. Por cada (l),hay entonces dos cadenas similares y paralelas: una iniciada por la secuencia (I), (2), y la otrapor la secuencia (I), (4). Se forma CHCL, en cada combinación (2), (3). El HBr sólo se forma en (4),lo que constituye, por tanto, una medida de cuántasveces ocurre (1) (un HBr por cada Br, y un Br por cada fotón de luz absorbido). La proporción de 20:l muestra que la longitudde cadena en promedio (recuerde, son dos cadenas) es de 10. 15.

2-, 3-,4-, 5 , y 6-fenildodecanos,apartir de latransposici6nde un catitjn secundarioinicial, que tienela carga en el C-2, a otros cationes secundarios con la carga C-3, en C 4 , C-5, o bien C-6.

16.

La adición es predominante, perono exclusivamente,anti. Esta faltade estereoselectividad (completa) indica quela mayor parte dela reacción procede a través del catión bencílico abierto, el cual esth sujeto a en ataque cualesquierade sus dos caras, ya sea antes o después de la rotación. Por ejemplo, a partirundealqueno trans: 241

CAPITULO 15

AROMATICOS-ALIFATICOS COMPUESTOS

Catión bencílico abierto con rotación libre

Ion bromonio cíclico

@ Br B! I

Br I

”

I - “ .

”3

t-

‘\

Br

Br

L.

’

Br”

i

Br

Br

Br

Br

Br

Br

o bien

o bien

CH S

CH 1 I

H L B r H +Br I

Ar y su enantiómero Erifro

Ar

y su enantiórnero Eritro

H+

~r

Br+

H

Ar y su enantiórnero Treo

Predominan

A través de la resonancia, el carbono deficiente de electrones del catión bencílico abierto obtiene electrones del anillo, con lo que tiene menos necesidad de compartir un par extra y se rompe con facilidad. del bromo; el puente es débil,

El grupo “OC%, liberador de electrones, ayuda adicionalmente a estabilizar al catión bencílico, de ahí que incremente la importancia del cati6n abierto en el mecanismo de la reacción. (Fahey, R. C., y Schneider H. -J.,) J. Am. Chem. Soc., 90,4429 (1968.).

17.

(a) m-Xileno. Ambosgrupos “CH., en el m-xileno activanlas mismas posiciones hacia la Así, el m-xilenose sulfona preferencialmente; el Acid0 sustituci6n electrofílica aromática. sulfónico resultantese disuelve en el ácido sulfúrico, mientras queo-el y elp-xileno que no han reaccionado permanecen insolubles. @)m-Xileno.La desulfonaciónes UM sustitución electrofílica aromática y, como en (a), el isómero mera es el más reactivo. Así, la desulfonación preferencial libera al m-xileno, Los ácidoso- yp-xilenosulfónicos no volátiles permanecen en el ácido insoluble (y volátil). acuoso.

242

COMPUESTOS AROMATICOS-ALIFATICOS

CAPITULO 15

(c)m-Xileno. La reacción con H+BF,- implica, en la primera etapa de la sustitución electrofílica aromática, la formación del ion bencenonio o el complejo sigma (compárese con el problema14.10).

@" H BF,

CH3

CH,

Por las razones dadas en (a), el complejo sigmadel m-xilenomás es estable, el de ahí que sea el favorecido en el equilibrio. El complejo sigma iónico se disuelve en el disolvente polar BF,/HF; el o- y el p-xileno permanecen insolubles. (d)m-Xileno. X es m-CYC,H,CEI-Na'. Estamos tratando aquí con un equilibrio en el que intervienen carbaniones:en este caso, grupos queliberanelectrones,loscualestiendena laestabilidaddisminuyeporlos intensificar la carga negativa. El equilibrio favorece a los aniones de los xilenos, más que a los del isopropilbenceno con los dos metilos unidos en el sitio negativo.

De los xilenos,el m-xileno da el anión m k estable, elm-CH.$,H,C%-. Al igual que los aniones bencílicos, está estabilizado por dispersión de la carga negativa sobre el anillo, Cuando dibujamos las estructuras particularmente enl a s posiciones orto ypara al X%-. que contribuyen para el m-CH&H4C13-, encontramos que en ninguna de ellas se localiza la carga negativaen el carbono al cual está unido elgrupo metilo (desestabilizante). Esto

es lo opuesto a lo que encontramos para el o- o elp-CH&H,CH;. (Dibújense estas lo menos posible alidmero meta. estructuras contribuyentes.)Así, el metilo desestabiliza La separación depende de la no-volatilidad relativa de los compuestos organosódicos. (Vhse Chem. Eng. News, 14 de junio de 1971, pAgs. 30-32.) 18.

(a) PhCHzCHi

CH2=CH2

+

C,H,

243

CAPITULO 15

AROMATICOS-ALIFATICOS COMPUESTOS

(f) PhCHzCH-CHz

P h'

\

HI

+ ClCHzCH -CH2

+

C6H6

H

( o ) rn-BrC6H4COOH

Br2. Fe

C6HSCOOH

KMnO4

f-"

C6HSCH3

CAPITULO 15

AROMATICOS-ALIFATICOS COMPUESTOS

19.

20.

(a)ácidosulfúricofumante o bienCHClJAlCl, (c) Br,/CCl,, H,SO,(d)fumante (e)cro, 4s0, (g)AgNO,despuésdelafusiónconsodio

(b) Br,/CCl,, o KMnO,

o KMnO, (f) Br,/CCl,, o KMnO,

(h) pruebaparanitrógeno o bromo después de la fusión con sodio.

(a)Ozonólisiseidentificacióndeproductos. (b) Oxidación y determinaciónde los p.f. de los ácidos resultantes para los uimetilbencenos

y los etiltoluenos isomkricos; la cloración en la cadena lateral seguida UM deshidrohade n- y el el logenacióny luego la ozonólisis de los alquenos resultantes permitirán distinguir isopropilbenceno. (c), (d), (e): Oxidación y determinación de los p.f. de los ácidos resultantes.

21.

El bromobenceno es el Único que dará UM prueba de Br. Los tres quedan una pruebade C1 se pueden distinguir entre ellos por oxidación a los ácidos correspondientesy determinación desus p.f. Los dos compuestos insaturados (prueba KMnO, de positiva) se pueden distinguirpor la ozonólisis e identificación de los productos. Los cinco arenosse pueden oxidar los a ácidos carboxílicos correspondientes, los cuales se pueden distinguir por sus p.f. Los ácidos con alto punto de fusión provenientes del por sus equivalentes de mesitileno y el m-etiltoluenose pueden distinguir posteriormente neutralización (Sec.23.21).

Indeno

Indano

La absorción de l\ indica un doble enlace reactivo. La absorción de3% adicionales indica otros tres "dobles enlaces, probablemente un anillo aromático.

CAPITULO 15

COMPUESTOS AROMATICOS-ALIFATICOS

La presencia de un anillo de bencenose confirma por la oxidación a COOH COOH

La determinación del número de anillos muestra dos:

C9H,, alcano

producto saturado

-C9H,,

4 H faltantes. lo que significa 2 anillos en el indeno y en el indano

Esto da lugar a alsestructuras mostradasun poco antes. (Las estructuras que contienen un anillo de cuatro miembros tienen menos probabilidadde encontrarse en el alquitrán de hulla.) 23.

Las fórmulas empíricas deA, B, y C indican que estA presente un grupo fenilo

lo cual sugiere

lo cual sugiere

H H

H H

I

1

!

I

Ph-C-C-H

O

I

1

I

I

Ph-C-C-

H

CH

CH3

i

Ph-C-CHI

O

I

H H

I

3

Ph---(-~CH* I

H

Los residuos alifáticos,C,H, y C,H,, son imposibles para unidades monosustituidas. Este las determinacionesde los p.m., las cuales muestran fórmulas predicamento se elimina por empíricas dobles, lo que hace posible que escribamos: H j C CH3

l ¡

l I

Ph-C-C-Ph

PhCHzCH2--CHzCHZPh

c

H H I1

1

1.4-Difenilbutano 2.3-Difenilbutano

Y H3C CH,

I

1

Ph-C-C-Ph I

/

,

CHI

o

I

H3C CH3 111

2.3-Difenil-2,3-dimetilbutano

I

?Y3

Ph---C---CH2-CH2-C--Ph

, I

I1

H

H IV

3.4-Difenilhexano

AROMATICOS-ALIFATICOS COMPUESTOS

CAPITULO 15

Ahora podemos revisar las reacciones químicas que dieron lugar A, B,ay C,. Parece ser muy probable el ataque porradicales libres en estas condiciones (viase el problema 20, pág. 122). Sabiendo que el hidrógeno bencflico es el que se separa más fácilmente, llegamos a las siguientes ecuaciones. Para el etilbenceno:

CH 1 2Ph

CH,

+

('H3 2/-Bu--O.

4

2Ph

CH

+

2f-BuOH

Entonces, la reacción global es:

Los rendimientos observadosse ajustan con esta ecuación: se obtuvieron 0.02 moles de alcohol t-butílico, y (1 + 1)/210 o alrededor de 0.01 moles de A más B. De una manera análoga, parael isopropilbenceno:

y nuevamente el rendimiento observadose ajusta con la ecuación. Ahora bien,¿por quC hay dos productos,A y B? Pod~5amos considerar primero que ellos son I y 11. Sin embargo, esto requeriría la formación de igual número de radicales libres bencílicos Ph(CH,)CH; y de los radicales libres primarios PhC%Ch;, lo que parece muy improbable. Por lo demás, ental caso esperariamos encontrar un tercer isómero, formado por la combinación de radicales libres poco probables y, de hecho,sólo se obtuvieron dos isómeros.

El examen de la fórmula para I muestra que son posibles tres estereoidmeros: un par de enantiómeros y una estructura meso. Entonces, parece muy probable que A y, B sean racémicos y el meso-2,3-difenilbuto. 247

CAPITULO 15

COMPUESTOS AROMATICOS-ALIFATICOS

Ph

Ph

Ph

Enantiómeros Unafiacción

.Meso

Esta conclusión está apoyada por el resultado del experimento con el isopropilbenceno. LaestructuradeIIInopermiteestereoisomeria;só1osepredijounproducto,ydloseobtuvo uno. 24.

El radical libre triciclopropilmetilo está estabilizado "a semejanza deltrifenilmetilo" por medio de la deslocalización del electrón impar sobre los anillos. Se cree que esto implica

RT)

ciclo-Pr Pr-ciclo

\

'.

"""*

/'

Radical libre triciclopropilmetilo

el traslapo del orbitalp con los enlaces C-C de los anillos de ciclopropano (Sec. 12.9), los cuales tienenun considerable carácterx. (Encontraremos pruebas de este tipo de traslapo en el problema16, pag. 677.)

14 Espectroscopia y estructura

16.1

(a) (CHI),C+ CH2=CH-CH2+ CH,CH2+ CHZ--CH'

P-Caroteno

163

(a) A , 1,4- pentadieno; B y C, (3y ( E ) - 1,3- pentadieno. (b) Calores de hidrogenacih, espectros de infrarrojo.

16s4

(a) CH,CHC12, dos señales; CH,ClCH,Cl, unaseñal.;

a

b

U

(b) CH,CBr,CH,, a

U

una señal; CH2BrCH2CH,Br, dos señales; CH3CH,CHBR2, tres señales; b a b a h c

a

b (o bien c).

H I

CH,CHBr-C-Br, a

l

H

d

c (o bien b)

(c) C6H5CH,CH,,

c

b

cuatro señales.

a

tres seña1es;p-CH,C,H,CH,, u b a

dos señales.

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

(e) C H , C H 2 0 H . tres señales; C H I O C H , , una señal. a

c

h

u

u

(f) CH,CH20CH,CH,, dos señales ; CH,OCHZCH,CH,,cuatro señales; ha ah c d h a

h (o bien c ) .

a

(&)

b

H

(1

I_

H2C --CH, , dos señales; CH, HC I

1

C

,o/

[I

H2C 0

x' ,

H

, cuatro señales.

c (o bien b)

h

c

( h ) CH3C'H2CH0, tresseñales; CH1COCH3, unaseñal; CI

h

h

t'

tI

0

CH20H

H\ H' (i

e

,H

c\

,c'~

, cinco señales. h

(I

h

h

i,

H

H

H

CH3 U

1,l-Dimetilciclopropano Dos señales

a

H c

trans- 1,2-Dimetilciclopropao Tres señales

u

iI

cis- 1,2-Dimctilciclopropano Cuatro señales

16.6

Una señal, debido a la rápida interconversión delos protones ecuatoriales y axiales.

16.8

L a s posiciones relativas de los protones estAn indicadas por la secuencia de letras en la más alto, 6 es el que sigue, respuesta al problema 16.4; es decir, a es el desplazado a campo

y así sucesivamente.(El desplazamiento del" O H varía, Sec. 18.11.)

CAPITULO 16

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

(a) u

3H,h 1H;a.

(b) u;~2H,h4H;u3H,b2H,clH;a3H,blH,clH,dlH. (c)

u3H,h2H,c5H;a6H,h4H.

(d) u 9H,b 3H;a 3H,h 3H,c 2H,d4H;a 6H,h lH, c 5H. (e) u 3H, h 2H,c 1H;a. (f) a6H,h4H;a3H,b2H,c3H,d2H;a6H,h3H,elH;u3H,h2H,c2H,~2H,~lH. (8) ~2H,h4H;a3H,blH,clH,dlH. (h) u3H,h2H,1.1H;u;a2H,hlH,c,d,elHcadauna.

I""

Análisis de espectros

Agote toda la información que pueda dar de la fórmula molecular: utilice la aritmética o ambos, pudiesen estar química y decida, dondele sea posible, cuántos anillos, dobles enlaces, los valores de 6, el conte0 presentcs. Combine esto con las bandas características del infrarrojo, de protones y el desdoblamiento de las diversas seilales de RMN, todos los cuales pueden (o lacombinación de espectros) no presenta proporcionarle unidades estructurales. Si el espectro ambigüedades, el lector sólo deberá tener una posible estructura final; vuelva atrhs y compare la información que tiene. esta estructura contra toda Para los problemas basados en espectros, las respuestas se presentan en dosetapas: se dan los nombresde los compuestosdesconocidosen su secuenciapropia, junto conlas demk se reproducen los espectros conlas bandas del respuestas; luego, al final ladeGuía de Estudio, RMN que se asignaron. Sugerimos que el lector también infrarrojo identificadasy las seilales de en dos etapas. Primero revise el nombre; si su respuestaesd verifique cadauna de sus respuestas equivocada, o si no pudo trabajar todo el problema, regreseal espectro del libro de texto y, conociendo la estructura correcta, vuelva a tratar de solucionarlo: vea si ahora es capaz de y analizar acoplamientosespínespín. Finalmente, vuelva a identificar bandas, asignar seilales la Guía de Estudioy compare su respuesta conel espectro analizado.

16.9

(a) neopentilbenceno (b)

1,2- dibromo- 2- metilpropano (c) alcohol bencílico

Trate de encontrar estas respuestas en los espectros, siguiendo el planteamiento general vea los espectros seilalados en la página 836 de esta Guía recién delineado. Posteriormente, de Estudio, e inténtelo una vez más. Por último, estudie losiguiente. (a) Las alturas relativas de los picos a,son: 9H; b, 2H; c, 5H. El pico a campo bajo c se debe claramente a 5 protones aromáticos: C6H5- . El pico a claramente consiste en nueve protones alifáticos1' equivalentes: 3C&- . Haremos un poco de aritmética químicaen este punto.

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

y al final tenemos un residuo de- CH,- .Este correspondeal pico b, el cual tiene un valor 6alrededor del de un H bencílico. Sólo hayUM forma de colocar estas piezas juntas:

(b) L a s alturas relativas de los picos son a:b = 3: l. En vista de la fórmula molecular, esto significa: a 6H; b 2H. La moldcula es saturada, de cadena abierta (C4&Br2 corresponde a C,H,J, y debe tener un esqueleto de carbonode n- butano, o bien de isobutano.Los seis protones de la seiral a son equivalentes, y probablemente se encuentran en dos grupos

"CH,, desplazados a campo bajo por el -Br. Luego, la seiral b se debe al"CH,Br. Con base en esta suposición (apoyada por la ausencia de cualquier desdoblamiento en las senales debido a protonesen carbonos adyacentes, Sec 16. lo), llegamos ala siguiente estructura: y

CH3-p

3

(1

C-

CH,-

I

(I

CH, I

--Br- lo queda C H , C C H ? - ~Br Rr

i

I)

2-mctilpropano 1.2-Dibromo-

Rr

(c) Las alturas relativasde los picos son: a, 1H; b, 2H; c , 5H. La seiral ancha a indica un hidrógeno ácido;en vistade la fórmula molecular, éste debe estar unido a oxígeno: "OH. La seiial c indica claramente protones aromáticos: C,H,-. Algo más de aritmética química,

nos dejaun residuo de"CH,".

Las piezas se unen sólo deuna manera: h

C~HS-~

~~

CH2

O H loqueda C ,C HH , -z - - O H

(I

Alcohol bencílico

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

16.10

CAPITULO 16

El orden de los compuestos es igual que en la respuesta al problema 16.4. (a) a, doblete,3H b, cuarteto,lH a, singulete

(b) a, singulete (c)

a, triplete, 3H

b, cuarteto.2H c, complejo, 5H

a, quinteto, 2H

6 , triplete, 4H

a, singulete, 6H

6, singulete,4H

a, triplete, 3H

b, rnultiplete, 2H c , triplete, 1H a, doblete, 3H b, par de dobletes, 1H c , par de dobletes, 1H d , complejo, 1H

(d) a, singulete, 9H b, singulete, 3H a, triplete,

3H b, singulete, 3H c , cuarteto, 2H d , complejo, 4H a, doblete, 6H 6 , hepteto, 1H c , complejo, 5H

(e) a, triplete, 3H b, cuarteto, 2H c , singulete, 1H a, singulete

(0 a, triplete, 6H

b, cuarteto, 4H

a, triplete, 3H

6, multiplete, 2H c , singulete, 3H d , triplete, 2H a, doblete,

6H b, singulete, 3H c , hepteto, 1H a, triplete,

(h) a, triplete, 3H b, rnultiplete, 2H c , triplete,

1H

3H b, multiplete, 2H c , multiplete, 2H d , triplete, 2H e , singulete, 1H

(g) a, quinteto, 2H 6 , triplete, 4H a, doblete, 3H

b, par de dobletes, 1H c , par de dobletes, 1H d , cornplejo,lH

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

a, singulete a, multiplete, 2H

b, singulete, 1H c,d y e, multipletes, 1H c,ada uno

16.11

No; los mismos compuestos que en la respuesta del problema 16.9.

16.12

(a) etilbenceno

(b) 1,3- dibromopropano (c) bromuro de

n- propilo

Trate de ajustar estas respuestas al espectro, siguiendo el planteamiento general dede Estudio. Luego, vea el espectro señalado en la págilineado en la página25 l de esta Guía lo siguiente. na 837 de esta Guíade Estudio, e inténtelouna vez más. Finalmente, estudie (a)La combinación cuarteto-triplcte de las seriales a y b es caractcríslica de un grupo C\C\,como en laFigura16.&, página 581: el tripletea campo alto,con acoplamiento por -CHz; el cuarteto a campo bajo, con acoplamientode -C%por del CH,CH,"; los valores deJ idénticos. SustrayendoC2Hs- de la fórmula molecular, queda C,H,---,

el cual da la sella1c en la región aromática.El compuesto es:

Las alturas relativas de los picos corroboran esto:a, 3H; b, 2H; c, 5H.

(b) A partir dc su fórmula, es claramente de cadena abierta, ysaturado uno de CUatrQposibh dibromopropanos isoméricos.La combinación triplete-quinteto indica cuatro H acoplados (serial b), y dos H acoplados con cuatro protones (señal a). Sólo uno de con "€Hzlos posibles isómerossc ajustaa este esquema, y no se necesita mucha imaginación para unir h

(1

<'H.

ii

1,

C.H- C'H2

dos átomos de Br para que resulte: /I

h

i Lf2U1. 1,3-Dihrornopropano

B:-('H2

c.f4:

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

en el cualla sefial de los protones terminales se verá desplazada a campo muy bajo por el Br. (c) La fórmula requiereuna elección sencilla entre bromuro de n-propilo y bromuro de isopropilo:

Claramente, el compuesto es bromuro de n-propilo. a

b

c

CH,-CH2-CH2-Br Bromuro de n- propilo

16.13

A temperatura ambiente,la interconversiónde los tres confórmeros posibleses tan rápida, que solamentese aprecia una seilal promedio; a-120" C, la interconversión tan es lenta, que aparecen seilales separadas para la estructura aquiral I, y para las estructuras quirales (racemicas) I1 y 111.

Las áreas desiguales de los picos indican cantidades diferentes de los dos componentes; no hay desdoblamiento de senales porque los átomos de flúor son equivalentes en cualquier conformación.

16.14

A temperatura ambiente, la interconversión de lostres confórmeros posibleses tan rápida, que sólo aparece una seiral promedio; a- 98°C la interconversiónes tan lenta, que aparecen

CAPITULO 16

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

señales separadas para la estructura aquiralIV y para las estructuras quirales (racémicas) V y VI.

B'

Br

CN

Br

Br

V

IV

VI

El par de dobletes está dadopor V y VI: en cada unode ellos, losBtomos de flúor no son y"CN.LasAreas equivalentes- unoseencuentra"entre"dos-Br,yelouo"entre"-Br y VI están favorecidas:hay menos aglomeración de los relativas de los picos indican V que átomos de Br que enIV. a

16.15

b

c

a

(1) (a) CH,CH,CH,Cl CH,CHCH, Tres señules

h

a

c1 Dos señales

h

a

h

c

h

a

u

(b) C H , C H 2 C H 2 C HC2H C 3HC, H 2 C H C H ,

d

Tres señales CH,

c

CH3

h

al

h CH,-C-CH,

I

CH,

h

h

Cuatro señales

o

h

c

r

h

a

u

(c) CH,CH,CH,CH2CH2CH, CH,CHZCH2CHCH,

h

e

Dos señales

d

e

CH,

Tres señales

c

Cinco señales h

h

Cuatro señales

u

a

Dos señales

h

Cuatro señales

b

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

u

b

d

c

CAPITULO 16

c a d c b f

ud

g

e

b

(d) CH3CH2CHzCHzCH2CH2CHzCH3 CH3CHzCHzCH2CHZyHCH3 CH3

Cuatro seriales

b

Siete seriales b

d

e

hu

gc

fe

ud

CH3CH2CHzCH2YHCHzCH3

e

c

u

CH,CH2CH2CHCH2CH2CH3 I

CH,

CH3 b

c

Ocho seriales U

Cinco señales U

Cuatro seriales

U

señales Cinco

U

Tres seriales

Siete seriales o

(8)

a

h

c

d

j

CH3CH2CH2CH2CH=CH2 H Seis seriales

b

b

CH,CH?,c

u

c,,CHZCH,

,c=c \

H Tres seriales

En el 2-metil-2hexeno deberíamos observar diferentes senales para los carbonoslosde metilos diastereodpicos:a es cis al etilo, y d es trans. (ii) Cada uno delos compuestos anterioresse puede distinguir de los otros de esta serie con sefiales, excepto: (c) 3-metilpentano y 2.2dimetilbutano; (g) 1baseenelnúmerode hexeno y 2-metil-2-penteno, cis y trans- 3- hexeno. 257

16.16

Puestoqueenestaetapasóloestamosconsiderandoelnúmerodeseñales,nuestro sin embago, tste nos dará la práctica planteamiento es más laborioso de sera lo después; que y los queno lo son.Dibujamosfórmulas necesaria para reconocer los carbonos equivalentes estructurales de todos los isdmeros posibles; para cada uno, marcamos todas las series de carbonos equivalentes y comparamos los números de seilales que esperariamos con el número que encontremos en el espectro real. (a) La fórmula muestra una estructura saturadade cadena abierta(C,H,,Cl es equivalente 3.1 a C,H,J. Seguimos el planteamiento sistemático del problema I

La estructuraVI merece quese observe con atención. Hemos marcado los grupos metilo b como no equivalentes; sondiasfereotúpicos,y deberíamos espcrar que dieran lugar a señales diferentes. Para \er que esto sea así, seguimos el mismo proccdimiento para o no equivalencia de los protones (Sec. 16.7). Imaginamos que determinar la equivalencia cada " C H , se reemplaza sucesivamente por algún otro grupo, t a l como "CH,Z. Como ay

FI

H-G-CI C'H,

Grupos metilo Diaytereotópicos 1-Cloro-3-metilbutano

tl

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

veremos, tal reemplazo da aquí unou otro de un par de diastereómeros. L o s ambientes de estos metilos no son idCnticos son ni imagenes especulares uno del otro; estos metilos son diastereotóppicos, no equivalentes,y dan senales separadas enRh4C. Puesto queel problema da cuatro sellales, puede tener o bien la estructura V, o bien laVII. (b) Consideramos las mismas posibles estructuras que en la parte (a). Dado que este la estructura V o la VIL problema tambiCn da cuatro senales, puede tener (c) Consideramos las mismas estructuras posibles que en la parte (a), pero ahora el Br con en el lugar delC1. Ya que la incógnitada cinco seilales,Csta puede ser O

a

ob

be

cd

dc

C-C--c-c-c

e

I

c o

bien

e

IX

l

b

C-C-C-C I

Br

Br

16.17

o bien

C-C-C-C-C

C

Br

X

d

XI

Simplementeobservamos lafórmulaestructural y contamos el númerodehidrógenos unidos a cada carbono; el número de picos en cada seAd serd igualal númerode hidrógenos m ' s uno (pág. 599). El ordende los compuestos es el mismo que en la respuesta al problema 16.15. (a)

(b) a b c . a b c d

a b c

.

a b

q t t

'

q dq ' t tq ' q d ' ts q '

(c) a b c . a b c d e . q t t '

o b c d

q t q d t ' q q t d

(d) a b c d

a b c d e f g

q t t t

' q q t t d t t

,

,

a b

,

a b , a b c d

'

q d ' q q s t

a b c d e f g h

,

' q q q t t t d t '

a

b c d e

q q t d t

( e ) a b c d , a b c d e , a b c q d d s '

q d d d s

' q

d

S

( f ) a b c , a b c d e f g . a b c d e f . q d s ' q q t d d s s ' q d d d d s

(g) a b c d e f . a b c . a b c a b c d e f

q t t t t d ' q t d ' q t d ' q q t q d s

Ahora podemos distinguir fácilmente entre las alternativas de la parte (c)y de la (g).

16.18

(a) 2-cloro-2-metilbutano (b) 1-cloro-

3- metilbutano (c)

1- bmmopentano

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

A partir sólo del número de señales (cuatro), concluimos que y (a) (b) tenían las f6rmulas V y VII, pero no podíamos decir cuál cud. era Ahora contamoslos hidrógenos en cada uno

V

VI1

a b c d

a b c d q d t t

q q t s

de los carbonosy predecimos las multiplicidades mostradas bajo cada f6rmula. Cuando las mu1tiplicidades listadas para los espectros, vemos que Cstas concuerdan comparamos con las exactamente: (a) es V, y (b) es VIL A partir sólo del número de seiíales (cinco), concluimos que (c) era IX, X, u XI. a

a

h

c

r

d

CH,CH2CH2CH2CH2

I

Br

a

h

e

d

c

CH,CH,CH,CHCH, CH,CHCHCH,

c

1

Br

e

CH, l h

I

Br

d

IX

a

b c d e

q t t t t

Cuando consideramos el desdoblamientoa ls desefiales, vemos que (c) sólo puede serIX.

Un planteamiento alternativo La manera en que hemos analizado el espectrode la Figura 16.16 sólo es factible para compuestos más bien simples, para los cuales hay relativamentepocos isómeros; aunaquí, como hemos encontrado, tste puede serun proceso laborioso.Examinemosestosmismosespectrosdesdeelprincipio,estavezcomo plantearíamosordinariamente un problemasemejante:con la compresión de lo que significa el desdoblamiento de las seilales. (a) Para cadauna de las sefiales,escribimos abajola unidad estructural que debe dar lugar a cadauna de ellas,

y a esto, como está dadopor la fórmula molecular, adicionamos CI

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

Sumamos estas unidadesy encontramos un total deC4H$l. Un poco de aritmbtica nos

muestra que nos falta un 2%. Entonces. uno de los cuartetos debe originarse por dos grupos CH, equivalentes. Recordando la equivalencia de dos de los grupos metilo, encontramos queS610 podemos unir las piezasde una manera: CH3

I

b U dlCH3 -CH3 Io que da CH3-CH2-C-CH3

I I

-CH2CH3-

“c

I c1

I

b

Cloruro de t-pentilo

C1

(b) Como antes, escribimos abajo las unidades indicadas por las multiplicidades, incluyendo

al C1:

CH3-

-CHl-

I

““CCHH2--

-CI

La adición da C4H,CI. La aritmética nos muestra

que falta un -C&, y que el cuartetose debe a dosgrupos CH, equivalentes. Estas piezas se pueden unir de unasola manera: CH3

I

CH,-

U

t

-CH-

“CH,-

-CH2-

-C1

CH3 c d lo que da CH3-CH-CH2-CH2-CI b

Cloruro de isopentilo

261

CAPITULO 16

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

(c) Escribimos abajolas unidadesestructurales indicadas por lasmultiplicidades, incluyendo al Br:

La adición daC,H,,Br. Puesto que esto iguala la fórmula molecular, sabemos que no hay - esto es, que hay no series de carbonos equivalentes. Estas piezas sólo unidades repetidas se puedenunir de una manera: CH,-

----CHI--CH2-

-CH2 - -

---€Ir

-CH2a

h

c

d

r

lo que da CH,-CH2-CH2-CH2-CH2--Br Bromuro de n-pcntilo

Asignación de picos Habiendo llegado a las estructuras de estos tres compuestos, encontramos que ahora podemos asignar ciertasen seííales elespectro a carbonos específicos en los compuestostan sólo con base en su acoplamiento. Si solamente hayun singulete, o un doblete,o un triplete, o un c u m t o en un espectro, podemos asignar con confianza cada grupo al correspondiente carbono en la molécula.

(a)

CH,-~$H,---CH,

(b)

I c1

u

CH3-CH-CH2"CH2--CI h

U

(c) CH3-CH2-CH2-CH,-CH2-Br

(Regresaremos ala asignación de picos enestas moléculas en el problema 16.21.) 16.19

13.7

22.6

34.5

22.6

CH3-CH2-CH2-CH-CH,

13.7

5

4

3

CHz-CH-CH,CH2-

H

2

1

I

CH, 1

Calc. 13.7 + 9.4 = 23.1 C-2 22.6 + 9.2 = 31.8 27.8 C-3 34.5 + 9.4 = 43.9 C 4 22.6 - 2.5 = 20.1 C 5 13.7 = 13.7

c-I

/trill

22.3

41.8 20.7 14.1

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

Hay unaligera concordancia entre los valores de Gcalculados y los reales. En este caso, lo suficientemente buena para dar la secuencia correcta de los picos en la concordancia es el espectro; sin embargo, esto no siempre es verdad, y estos cálculos deben usarse con precaución. 16.20

(a)Trabajando con estosvalores, 136

124

115

125

124

CH,--CH=CH2

125

CH," CH-CH-CH,

CH,-CH=CH --CH,

trcms

cis

calculamos lo siguiente: B

a

-12

+9

B

-11

E

+IO

CH,-CH=CH"CH,

CH-CH=CH"CH, cis

trans

Efectos a +9 y +10 EfectosP- 12y-11

(b) Trabajando con estos valores,

calculamos lo siguiente: P +4

v

-2

CH,-CH2--CH=CH2 Efecto p + 4 Efecto y - 2

Aquí el efecto/3 es mucho más pequefio que en la parte(a), y es de signo opuesto.

(c) No, los efectosno son realmente comparables. Enla parte (a), el efecto p se ejerce a fruvés d e l doble enlace; en la parte (b), no. (Este contraste en los efectos p se observa generalmente en el espectro deRMC de alquenos.) 16.21

Basándonos en el número de seaales y en el acoplamiento (problema 16.18) ya podemosser capaces de asignaruna sola estructura a cada compuesto. Como veremos en seguida, la magnitud de los desplazamientos químicos nos puede servir, aproximadamente, para confirmar nuestras primeras conclusiones. Usando solamente el acoplamiento también podemos ser capaces de asignar ciertos picos a carbonos particulares en cada molécula: específicamente, donde sólo hay una seilal de una multiplicidad particular. Ahora observemos si los valores de los desplazamientos químicos nospermitirh asignar aún más picos. 263

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

(a) Para este compuesto tenemos los siguientes datos:

b 32.0 q

j

'c

CH,-C"CH,--CH, Id C1

39.0 t d 70.9 S c

Hemos asignado los picos c y d con base en sus multiplicidades.Lapregunta que aún queda es: La cuáles grupos metilo asignaremos los picos a y b? ¿Cómo eni o cómo en ii ?

En el n-butano, CH3-CH2-CH2-CH3 1 2 3 4

C-1 y C-4 son equivalentes, por supuesto, y deberían tener el mismo valor de S. Si convertimos mentalmente n-butanoen 2- cloro- 2- metilbutano, ¿qué cambios debemos hacer a cada uno de estos carbonos? En C-1 tenemos que añadirun metilo p y un C1 p; a C 4 un metilo y y un CI y. Usando los valores para los efectos p y y dados en las páginas

c- I

C4

p-CH3 p-Cl

y-CH3

+9.4

~

+ 10.1

-2.5

y-c1

-5.3 ~

t 19.5

- 7.8

604-605, predecimos que6se incrementaráen 19.5 para C-1 y disminuirá en 7.8paraC-4; esto es, C-1 deberá absorber 27.3 ppm a campo más bajo que C-4. Esta es una gran diferencia,y no tenemos duda al asignar el cuarteto a campo C-1 ybajo el cuarteto a a campo real entre los picos es 22.5 de ppm.) alto aC-4, como en i. (Observamos que la diferencia Como podemos ver enel espectro señaladoen la página838 de esta Guíade Estudio, ahora tenemos asignados correctamente todos los picos para este compuesto. h h

CH3

I

=

a

CH3-C-CH2-CH3 Id

C1

Cloruro de t-pentilo

CAPITULO 16

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

(b) Para este compuesto tenemos los siguientes datos:

22.1 b 25.8 c 41.8 d 43.2 a

q

a

d

CH3 a l CH3-CH-CH2-CH2"CI

t t

b

Ya hemos asignado los picos a y b y surge esta pregunta: ¿que grupo metileno da el picoc y cuál da el pico d? iC6mo en iii o en iv?

CH3 c d I CH3-CH-CH2-CH2-CI 4

3

2 iii

YH3

d

c

2

I

CH3"CH"CH2"CH2"CI 3

4

1

iu

Comparemos esta molécula con el 2- cloro2- metilbutano de la parte (a) usando los valores reales de6 para ese compuesto. (Renumeraremos este compuesto para facilitar la comparación.) Convirtamos mentalment el cloruro de en 2- cloro- 2- metilbutano, t- pentilo

CH3

1

39.0

9.5

CH3-C"CH2-CH3

_I

Cl 3

4

2

1

moviendo elC1 a lo largo detodo el esqueleto. El C-1 ganaun cloro a y pierde un cloro y El C-2 no cambia: mantiene un cloro p. Usando los valorespara los efectosa y ydados en la página6 0 4 , predecimos paraC-1 un 6de 45.4 (9.5 + 35.9) y para C-2 un 6en 39.0.

Con estas basespodriamos asignar los picosc y d como en iii.

c- 1 a-C1

y-c1

+ 30.6 - ( - 5.3) + 35.9

Como podemos ver en el espectro sefialado la pdgina en 838 de esta Guía de Estudio, esta asignación es la correcta. Sin embargo, la diferencia pronosticada en los valores de 6es m&

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

grande quela real, demostrando lo burdode estos cálculosy sugiriendo quela validez de nuestra predicci6n puedeser casual. U

CH3

c

d

CH3-CH--CH2-CH,-CI h

Cloruro de isopentilo

(c) Para este compuesto tenemos los siguientes datos: a

b c

d e

13.9 22.0 30.5 32.8 33.4

q

a

t

CH3-CH2-CHZ-CHZ --CH2-Br

t

S

t

4

3

2

1

t

Ya hemos asignado el picoa, pero dejamossin asignar cuatro tripletes. Comparemos los valores deGcon los del n-pentano mostrados en la página 605.

22.6

13.7

22.6

34.5

CW,--CH,"CH2"CH2 5

4

3

13.7

---CH,

2

I

Vemos que6para C-5, al cualya hemos asignado el pico a, permanece prácticamente sin cambios comparado con Gpara C-5 en n-pentano;esesto lo que deberíamos esperar debido a la distancia del carbono con respecto Br al ailadido. TambiCn podemos verque el pico 6 para el bromuro de n-pentilo tiene un 6 muy cercano alde C-4 en el n-pentano.Ya que el C-4 en el bromuro den- pentilo tambiénesL4 alejado delBr (en la posición 4, podemos asignar casi con certeza el picob a C-4. Hemos dejadosin asignar tres tripletes con valores de 6bastante similares. En vista de loburdodelos~lculosquepodemoshacer(enlaparte(b),porejemplo),dudamosalasignar estos picos con tales bases. Sin embargo, podríamos arriesgarnos a proponer una asignación tentativa: el picoc a C-3. Aquí el6 (30.5 ppm) es el Único de los tres picos no asignados que esmas pequeño que el 6 para un posible pico correspondiente para el n-pentano (6 34.5 para C-3); cualquiera quesea el valor parael efecto ydebido alBr, esperaríamos que fuera pequeiio y negativo. Con estas bases, dejamos los picos d y e a campo considerablemente más bajo con respecto a los picos para C-4 y C-5"que es como deberían estar, a consecuencia de los efectos a y /3, medibles y positivos. En el espectro seaalado enla página 838 de esta Guía de Estudio, vemos que hemos asignado correctamente los picos a, 6 , y c. a

h

c

d

e

CH,-CH,-CH2-CH,-CH2-Br Bromuro de n- p e d t o

ESPECTROSCOPIA CAPITULO Y ESTRUCTURA

16.22

16

El tamaíio del efecto y a travCs de un doble enlace carbono-carbono depende de la relaci6n grupos que interactúan:es mas fuerte entre carbonos queson cis estereoquímica entre los uno con respecto al otro, que entre carbonos que son tram. En un par de idmeros geomCtricos, como vimos enla pAgina 606 el efectoyes aproximadamente 5.4 ppm m k negativo er. elidmero cis que enel idmero tram; esto es, el efecto mueveun pico hacia campo m k alto en el is6merocis. Dibujemos fórmulas para nuestros 3-hexenos estereoisomhicos. y fijemos nuestra atenci6n para los valores de 6en C-3 y C-4, los cuales ejercen efectos yuno sobre el otro. 25.8

25.8

CH3
20.6

20.6

CH,-CM2-CH=CH-CH2-CH3 Isómero B cis

Como vemos, la absorci6n de estos carbonos es a campo mAs alto - y por 5.2 ppm- en Cste es el is6merocis. el is6meroB. indicando claramente que

16.23

(a) Es imposible invertirel espín de uno solo en un par: esto sería una violaci6n al principio de Pauli.

(b) Si se invierten l o s dos espines deun par,no hay cambio neto en la energía y, por lo tanto, no hay seaal.

16.24

(a) CH,.

16.25

No hay insaturaci6n evidente (nohay absorcih en el intervalode los 1650cm- I), así que debe haber un anillo (C,H,, - C,H,, = 2H faltantes, deahí que s e a un anillo). No hay indicios de"(2% (2960 y 2870 cm- l), así que el anillo no debe tener cadena lateral. ÚnicoEl compuesto quese ajusta a losdatos es el ciclohexano.

1.

(a) La f6rmula muestra una estructurade cadena abierta, saturada(C,H,Cl, es equivalente a C&). Un hidr6genose acopla condos hidr6genos(para dar un triplete) y dos hidr6genos se acoplan conun hidr6geno (paradar un doblete), lo que deja pocas alternativas para la estructura:

(b) CH,CHCH, CH,CH,CHCH,

(c) Ph,C

267

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

Ya que la seiIal para2H se encuentra a campo m k bajo, ii se puede excluir dado que un H lo (en --CH,Cl) deberh esperarse a campo mhs alto que un H 2", y iii puede excluirse dado m& alto que "CHCh. Esto sólo deja ai: que el" C ~ -deberá esperarse a campo o

h

h

CHClzCHClCHClz 1.1,2.3,3-Pentacloropropano

Un H 1" esta desplazado a campo m k bajo por dos 2 1 , que elH 2" por un "€1. (b) La fórmula muestra una estructura de cadena abierta, saturada. Un singulete sin unido a un carbono que no lleva hidrógeno: desdoblamiento para 3H indica un 4% C - C - C q . Esto nos deja sin miis alternativa que escribir:

h

U

CH2CI-- CC12--CH1 1,7,2-Tricloropropano

(c) De la fórmula, podemos ver que estamos tratando con uno de cuatro bromobutanos isoméricos:

CH3,

CH3CH2CH2CH2Br CH3CH2CHBrCH3 rr-BuBr .\ec-BuBr

CH3 CHCH2Br

1

CH3-C-Br

I

CH3" iso-BuBr

,

CH? t-BuBr

Solamente uno de éstos, el bmmurode isobutilo, puededar lugar a la sefial6H, desdoblada ser: en un doblete. En consecuencia, el compuesto debe

U

CH,, CHI

h

/

c

CH- CH2--Br

U

Bromuro de isobutilo

La seiral 4%,desdoblada enun doblete por el H3", estA desplazada a campo bajo por el " B r .

ESPECTROSCOPIA CAPITULO Y ESTRUCTURA

16

(d) La f6rmula indica de inmediato, junto con la sealb de 5H a 67.28, la presencia de un grupo C6H5- y, en consecuencia,(C,,H,, - C6H5= C4HJ 4C y 9H unidosa 61. Una sefial única, no desdoblada, para 9H a 6 1.u)indica claramente3 grupos(2%,lo que nos obliga a concluir queC,H, es t-Bu, de modo quese trata del compuesto:

t-Butilbenceno

(e) Estees ligeramente m& difícil que (d), aunque tambi6n un grupo hay C,H, presente, por lo que s610 necesitamos desarrollar la cadena lateral C4H,,, para la cual solamente hay tres posibilidades (la cuartaya se utiliz6 en (d)). CH3

I

Ph-CH2-CH2"CH2-CH,

Ph"CH"CH2-CH3

n-butilo

Ph-CHZ-CH, isobutilo

sec-butilo

/ CH3

'CH,

Nuevamente, la única estructura (compárese con (c), en p&afos anteriores) que dar puede lugar a una sefial para 6H, desdobladaunendoblete, es la cadena lateral isobutilo,por lo que el compuestoes el isobutilbenceno: U

U

El doblete de4 H 2 - (seiial c) estA desplegado a campo bajopor el grupo fenilo (f) La presencia de un anillo benchico disustituido (-C6H,- ) estA indicada por la sekd

c a campo bajo (de 4H). Esto deja (C9H,, C6H4 = C,HJ 3C y 6H por aclarar. La combinaci6n quinteto-triplete para 2H (desdoblada en un quinteto por 4H) y 4H (desdoblada en un triplete por 2H), nos conduce -CH2-CH2-CH2a b

a

b b

/

Esto se puede ajustar a CSH4 s610 de una manera: \

CH2 b

Indano (Problema 22, Cap. 15)

Por correspondera Hbencílicos,la seflal b se encuentra desplazadacampo a bajo, en62.9 l. 269

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

(g) Una vezm k aparece un grupo fenilo (C6H5- ,seilal c). La resta (C,&IH,,C1 - C,HJ deja C,&Cl, lo cual indicauna única cadena lineal saturadade C, (sólo un grupo puede b muestra unirse aC6H5- ).La seilala muestra dos grupos CH,- sin acoplarse; la seiíal un "€H2- sin acoplarse.Esto deja un carbono y un "€1. Las piezas se pueden unirde dos maneras (de a l scuales la primera es el compuesto real).

C'H,

~~

ChH,-

-PCH 2 - p

~

--C

CI

lo que da

~

C H1 U

(1

b

~

y - 3

y H J

C , , H ~ - ~ C H ~C~ C H ~0

I

c,H,-~-C~ -('H~ CI

obien

j

CH,

C1

2-Cloro-2-metii-1 -fenilpropano

U

l-Cloro-2-metil-2-fenilpropano

(h) Las dos seiiales,a y b, se encuentran a campos extraordinariamente altos, lo que indica la presencia deun anillo de ciclopropano (Tabla16.4,página 574 o en las páginas finales del libro), con dos grupos de 2H cada uno. La seiial c muestra un CH,no acoplado,y a d muestra un grupo C6H5- . Esto explica los 1OC y los 12H,y campo más bajo la seiíal la única combinación razonablede los fragmentos da: a

H

b H

Ph (i

1-Metil-1 -fenilciclopropano

(i) Se ve claramente lapresencia de un grupo C6H5- (seilald, 5H), lo que deja una cadena lateral de "C,H5Br por descifrar. La ausencia de cualquier seiíal para 3H significa la ausencia de cualquier grupo CH.,- ,y ya que cualquier cadena lateral ramificada, debería contener un y

CH3

3

-CH-CHzBr

o bien

I

"C-CH3 Br

grupo CH.,-

,podemos eliminar tales isómeros. De los que aún quedan,S610 el primero CH2CHzCH2Br --CH2YHCH3 "CHCH2CH3 Br

no tienegrupos Cq-

I

Br

. Por consiguiente, el compuesto tiene que ser:

3-Bromo-I-fenilpropano

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

(j) La send a indica la presencia de un grupo C&- en esta molkula saturada,de cadena abierta (C3H,ClFzes equivalente a C3H& Que la b sea un viplete y no un cuartetonos seflal indica queno puedeestar presenteun grupo etilo (es característicotriplete el cuarteto). En los C y los H es: consecuencia, la única distribución posible para

Aún permanece la pregunta: ¿qué es lo que desdoblala sefial a en un triplete, y tambitn a la seiIal b en otro triplete? La respuesta es, desde luego, que los dos htomos de ‘9; lo e s t h ser: haciendo (pAg. 587, y problemas 16.13 y 16.14). Por lo tanto, el compuesto debe b

r

a

CI-CH,-C“CH,

I

F

l-Cloro-2,2-difluoropropano

(Recuerde,la absorcio’npor el flúor no aparece en este espectro RMN, de solamente aparece el acoplamiento debido alflúor.) 2.

Aplicarnos el planteamiento alternativo que seguimos en el problema 16.18, en l a s paginas

259-262 de esta Guía de Estudio.

(a) El compuesto es de cadena abierta y saturado (C,H5C13es equivalente a C3HJ. Para cada sefial escribimos abajo la unidad estructural que debe darle origen, e incluimos los tres C1 dados por la fórmula. -CH2-

-CH-

I

“CI

“CI

-CI

Adicionamos estas unidadesy encontramos entotal CZH&. La aritmdtica nos muestra C3H5C13

- CZH3CI3 que nos falta un -€Hz. Entonces, el triplete debe originarsepor dos grupos 4%equivalentes. Encontramos que podemosunir estas unidadesS610 de UM forma: a

CI-

-CH2-CH-CH2-

I I

CI

b

a

“ C I loqueda CI-CH,-CH-CH,-CI

I

CI I ,2,3-Tricloropropano

271

CAPITULO 16

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

(b) Nuevamente tenemosun compuesto saturado,de cadena abierta. Escribimos abajo las CH,-

I

-CH-CH2-

-Br

unidades indicadas,y encontramosen total C,H,Br. La a r i t m C t i c a nos indica que nos falta -

C,H9Br C,H,Br

un -C&, y que el cuarteto se debe a dos grupos CH, equivalentes.Estas piezas vanjuntas de UM sola manera: CH3

I

U

CH,

I

-CH-

CH3-

" B r lo que da CH3-CH-CH2-Br

-CH2-,

b

Bromuro de isobutilo

(c) Una vez más un compuesto saturado, de cadena abierta. Escribimoslasabajo unidades, CH3-

"ZH,-

"CI

-CH-

"CI

y encontramos que Cstas suman C,H,C4, la fórmula molecular. No hay conjuntos de carbonos equivalentes.Las piezas se pueden unir de dos maneras: CH,--CH2-

-CH-

I

-CI

10 que da CH3-CH-CH2-CI

I

O

CH3-CH2-CH-CI

I

CI

C1

I

c1

I1

Podemos decidir con bastante confiiza que el compuesto verdaderoi,más es bien que ii,ajuzgar por los desplazamientos químicos. Para comenzar, el cuarteto 622.4,tiene lo que

es consistente con efecto el a campo bajo debido un a C1 como eni, pero inconsistente con un efecto acampo alto debido a dos C1 yen ii. Lo siguientees que los desplazamientos para cada uno un C1 a el doblete (655.8) y el triplete (649.5) son consistentes para que tengan y un C1 p, con el doblete (C-2) a campo bajo con relación al triplete (C-1).En ii, espem'amos un desplazamiento muy grande a campo bajo para el doblete (dos C1 a), ciertamente m8s grande que para el triplete. Concluimos queel compuesto es U

c

b

CH,-CH"CH,

I

CI

I

c1

1,2-Dicloropropmo

ESPECTROSCOPIA CAPITULO Y ESTRUCTURA

16

(d) El tripletey el dobletea campo bajo indican un doble enlacecarbonwarbono, y esto se c o n f i i a por la f6rmula (C,H, Br es equivalente a C,HJ. Las unidades indicadasse pueden unir S610 de una manera: c

b

CHI= =CH-CH2-

-Br

a

lo que da CH2=CH-CH2Br Bromuro de dilo

(e) La f6rmulaes consistente conun alquino, un dieno, o bien un cicloalqueno. El doblete a campo bajo (6 127.2) indica un doble enlacewbono-carbono m& bien que’un triple enlace. Escribimos en la parte inferior las unidades indicadas, las sumamos (C,HJ, y

encontramos que nos falta C2H,, o dos grupos CH,.

Estas unidades S610 se pueden unir de un modo: a

a

b,CH2--CH2 b lo queda H 2 C \ ‘CH2 / CH=CH

-CH=CH--CH2--CH2--CH2--CH2-

c

c

Ciclohexeno

Vemos en esta estructura que los dobles enlacescarbono-carbonoson equivalentes, dar un doblete; y hay dospares equivalentes de carbonos de metileno, como deben ser para lo que es consistente conel espectro. (f) Este esun compuesto saturado, de cadenaabierta,que contienelas siguientes unidades: CH,-

-CH-CH2-CH2-

-Br

I

”Br

Esto suma C,H,Br2, que es la f6rmula molecular. Podemos colocar estas piezas juntas de tres maneras diferentes: CH,-CH2-CH-CH2

I

Br Br i

1

o

CH,-CH,-CH2-CH-Br

I

Br Br 11

o

CH,-CH-CH2-CH2

I

Br

I

iii

273

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

Examinemos estas posibilidades en el marcolos dedesplazamientos químicos. En iii, el C-4 tiene un Br p, el cual deberá tener un efecto a c a m p bajo. Peroel cuarteto a la absorción que tiene S, 10,9, lo cual, en última instancia, es campo alto con respecto iii. esperaríamos para un metilo en el n-butano padre. Descartamos En ii, el C-3 tiene dos Br y, los cuales deberán ejercer un efecto a campo alto. Sin embargo, el triplete desplazadoa campo másalto (629.0) se encuentra a campo más bajo con respecto a la posición donde esperariamos que estuvieraun metileno en el n-butano (compare con elC-2 en el n-pentano,en la pág. 6 0 4 ) . En i, por otra parte,un metileno (C-I) tiene un Br (x y un Br p, y el otro (C-3) tiene un Br p.Esperaríamosqueambostripletesestuvierandesplazadosacampobajo,yefectivamente lo están. Hay otro punto en favor de i. En ii, los Br deberán tenerun efecto despreciable en (2-4; en i, un Br deberá ejercerun efecto y a campo alto. Como vimos antes, el cuarteto está en la moléculano realmente a campo altocon respecto a donde esperariamos que estuviera sustituida. Con algunas dificultades, escogimos i como la estructura de nuestro problema, i y tuvimos razón!

I

Br

I

Rr

1.2-Dibromobutano

3.

Las dosposiblesestructuras(ambasaquirales)son:

C‘H,

H

Br

H

tranr-1,3-Dibrorno1,3-dimetilciclobutao Y

cis 1.3-Dibromo1,3-dimetilciclobutano Y

Todos los protones del anillo en el isómero trans son equivalentes (cada uno escis a un ” B r y a un “CH,) y darán lugar a una semi de 4H sin acoplamiento;el otro singulete (6H) se debe, desde luego, a los dos “CH,. Obviamente,X es el isómero trans. Los protones del anillo en el isómero cis caen en dos grupos: dos (equivalentes entresí) son cis a grupos “Cq,dos (equivalentes entre si) son cis a dos Br.Así, habrá dos seilales para los protones del anillo, cadaUM desdoblada en un doblete por los H en la cara opuesta del anillo.

4.

Estomuestraquepuedenexistir

€1

0,

Ar.

H

O H

y presumiblemente A r

Y

como internediarios.

CAPITULO 16

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

(TambiCn VW el problema 14.10, pAg. 508.)

(b) El que tiene el g r u p o = C&.

(c) A, 1,2-dirnetilciclopropeno,la única estructura con dos series de protones. (d) El cati6n aromfttico ciclopropenilo (dos electrones n). formado por p6rdida de un hidr6geno del anillo a partir de A (compkese con el problema 13.6, pAg. 483). (e) CH3CGCCH3

+

CH2N,

+

luz.

6.

Vealapágina

7.

(a) Esta situaci6nes exactamenteangoga a la del problema 16.13 en la página 597 excepto que aquí estamos tratando con RMN prot6nica en lugar de FMN de flúor.El compuesto (rackmica) existe comov e s conf6rmeros: la estructura aquiralI y las estructuras quirales I1 y 111.

1115.

CH3 I

c1

c1

I1

I11

A temperatura ambiente, la interconversi6nes tan *ida que se observa una sola seilal promedio. A45"C, la interconversi6nes tan lenta quese observan seaales separadas: UM para I, y la otra paraI1 y 111.

(b) Las diferentes intensidades delas sefiales indican proporciones desigualesde los dos componentes. Como deberíamos esperar, estas estructuras diastereomCricas tienen de estabilidades diferentes. (c) Cadagrupo metilo estáoblicuo ados clorosen I, y d l o a un cloro en I1 y III. Los protones del metiloen I deberían estar más fuertemente desprotegidospor el hal6gen0,y deberían absorber a campo más bajo que los de I1 y 111. El conf6rmero I, evidentemente, es m& estable: esto se podría deber a la interacci6n menos repulsiva de van der Waals, a la interacci6n metil-lorocon mayor atracci6n (v&e el problema 1 1, Capítulo4), oaambas. (Abraham,R. J. Loftus, P., Proton and Carbon-I3NMR Spectroscopy,Heyden andSon, Filadelfia, 1978, págs. 178-179.) 275

CAPITULO 16 8.

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

(a) Dos anillos en C.

(b) Dos anillos,dosdoblesenlaces en B.

(c) B es el biciclo [2.2.0] hexa-2,5-dieno(“Benceno deDewar”,págs. 471 y 472). C es el biciclo [2.2.01 hexano.

(d) Los H 3” estan acoplados por acoplados por ambos H 3a H

9.

todos

los protones vinílicos; y a su vez, estos están

H

C1“ / S I

H

H I

H eeeeea

eeeeee

5H axiales, 1H

Todos los H equivalentes (todos axiales) Una señal

ecuatorial Dos seriales ( 5 1 )

H

H

CI eeeeaa

4H axiales, 2H ecuatoriales Dos sekles(4:2)

I

H

CI eeaeea

4H axiales, 2H ecuatoriales Dos señales (4:2)

eeeaaa

Conformaciones con la misma estabilidad Todos los hidrógenos son equivalentes debido a la rápida intervención entre las posiciones axiales y ecuatoriales Una señal

(d) eeeeee: sin cambio. eeeaaa:desdoblamiento en dossefiales con la misma área (una para tres H mides, una para tres H ecuatoriales).

CAPITULO 16

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

+I-H

10.

(4

t-Bu

Señal para el -H axial en el C-1 desplazado a campo bajo por el -Br adyacente (libre de las otras señales de los protones).

Br

tram

Br

(b)

L

"1

3

\

Señal para el -H ecuatorial en C-1 a campo aún m h bajo que la señal para el -H axial.

cis

Generalmente,unaseñal para u n 4 axial aparecerá acampo alto comparada con la señal para un 4 ecuatorial. 11.

A- 75"C,1ainterconversi6nde1osconfdrmerosdesi1la11egaasertan1entaqueseobservan las seilales de los -H axiales y ecuatoriales. Predomina la conformaci6n con el " B r ecuatorial (-H axial, sena1 a campo alto),y corresponde a 4.6 4.6

+

1.0

X

100 = 82%

de las mol6culas.

12.

Dado que lacis- decalina esta constituidapor dos anillosde ciclohexano, sospechamos que el efectode la temperatura se manifestar6 como lo hizo en el espectro de RMN protdnica la interconversidn de confordel mismo ciclohexano (p6gs. 595-597):a baja temperatura macionesde silla equivalentes es disminuidade tal manera que "vemos'' molkula la en una u otra conformacidn,y no como una nube, con hsus m o s en algunas posiciones promedio.

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

Analicemos la estructura de la cis-decalina, primeroen drminos del espectro a baja temperatura. Hay diez carbonos enla molkula, y cinco picosde igual intensidad sugieren ICuAles son los paresde carbonos? El examen de la cinco pares de carbonos equivalentes. fórmula -o, mejor aun,de un modelo molecular- nos indica que estos pares son: c-1 y c-5 c-2 y c-6 c-3 y c-7 C-4 y C-8 c-9 y c-10

Es fácil ver algunas de las diferencias entre un par y el om: C-1 o C-5, porejemplo, están unidos a un carbono de la fusión de los anillos, pero C-2 o C-6 están alejados. Otras diferencias son conformacionales y m k difíciles de ver: C-1 o C-5 se proyectan hacia dentro en un doblez de la molkula, pero C-4 o C-8 se proyectan hacia afuera. (Con C-1 o C-5 es anti al Hen un carbono modelos se puede verm k claramente las diferencias: de la fusión, pero C-4 o C-6 es oblicuo.) Entonces, a baja temperatura, cada uno de los cinco picos está dado por uno de estos pares. A alta temperatura, la interconversión de las conformacionesde silla se lleva a cabotan rápidamente que, en lo que se refiere a RMC, desaparecen las diferencias meramente conformacionales.C-1 y C-5 intercambian con rapidez sus posiciones, conformacionales con C-4 y C-8. Vemos unsolo pico para estos cuatro carbonos; este pico refleja el ambiente promedio de los carbonos y está a diferente frecuencia de los dos picos que reemplaza. En forma similar, los picos para C-2 y C-6 para C-3 y C-7 se unen en un solo pico a una frecuencia diferente. Desde luego,el pico más pequefiose debe aC-9 y C-10. Este es más pequefio debido a quese origina por sólo dos carbonos.No esth desplazado,ya que el ambiente de estos carbonos "que son los pivotes sobre los cualesse mueven los dos anillos- permanece sin cambio.

(Abraham,R. J. y Loftus, P., Proton and Carbon -13 NMR Spectroscopy, Heyden and Son, Filadelfia, 1978, phgs. 180-182.) 13.

(a)t-BuF: el doblete a6 1.30 es la sefial del 4% desdoblada por el -F (3=20). i- PrF: los dos dobletes centrados en 6 1.23 sonla sefial del4% desdoblada por el "H(k4)y nuevamente desdobladapor el -F (J=23); los dos multipletes centrados64.64 en son la sefial del "H desdoblada por - 4 % (5=4) y nuevamente desdoblada por -F el (5=48). (b) r-BuF i-PrF

+ SbF, + SbF,

--"+

r-Bu'SbF,

i-Pr'SbF,

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

CAPITULO 16

Eliminado de las mol&ulas, el -F no desdobla máslas sefiales de los protones. AI mismo tiempo, la desprotección por la carga positiva delcatión causa un desplazamiento muy fuerte a campo bajo (Vbse el espectro en la Fig. 5.6, pág. 193. Esta fue la primera observación directade los cationes alquilo simples, como se estudió en la Sec. 5.17.) 14.

Observamos primerola estructura de este hidrocarburo formado por la acción NaNH,en de el clorurode nmpentilo. El hecho de Cste que no decolore al permanganato, y de que tenga la fórmula C,H,,, muestra que contiene un anillo. La solubilidad en H,SO, concentrado RMN dea campomás alto de sugiere quees un ciclopropano; esto se confirma por el pico 6 0.20, característicode los protonesde un anillo de ciclopropano.De éstos, sólo uno es consistente con el espectro de RMN: 1,ldimetilciclopropano. (Véase la respuesta al problema 16.5, pág. 572.) CH2 -CH2 \

C

/

/'\

CHI 1.1-Dimetilciclopropano CHI

CHZ-CHD \

C'

, '

CHI

Ckiq

l,l-DimetiIciclopropano-2-d

La reacción con el halogenuro de alquilo marcadodardebe un hidrocarburo análogo. El peso molecular de 7 1 muestra que éste contiene sólo un Atomo de deuteriopor molécula, y es C,H,D. Evidentemente, estos hidrocarburos están formados a través de una inserción intramolecular deun metileno generado poruna eliminación-1,l (Sec. 12.17).

El experimento con marca isotópica excluyeun mecanismo alterno (que implicauna "eliminación y ") propuesto en 1942 por Frank Whitmore- antes de que los metilenos Con este mecanismo habríados deuterios por fueran concebidos, aun por el pato Donald. molécula de producto,lo que es contrario alos hechos:

(Friedman, L., y Berger, J., J. Am. Chem. Soc., 83,500 (1961).)

CAPITULO 16

15.

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

(a)El hidrocarburo formadopor la accidn de la NaNH, sobre el cloruro de metalilo es el por la insercidn intramolecularde un metileno producido por 1-metilciclopropeno, formado una eliminación-1,l. <

/I

,'

H '

H

(1

(I

1-Metilciclopropeno

(Fisher, F., Applequist, D. E., J. Org. Chem., 30,2089 (1965).) (b)Esperariamosunareacciónanálogaparaconvertirunclorurodealiloenunciclopropeno.

H" "H

Ciclopropeno

(Closs G . L. y Krantz K. D. en realidad de esta manera obtuvieronun bajo rendimiento de ciclopropeno.J. Org. Chem.,31,638 (1966).) 16.

(a)El hidrocarburo D es C,H,, y tiene la estructura:

Podemos ver tres series de protones; las sefiales deRMN se han asignado comose indica. (b) La síntesis (i) es una reacción deWurtz intramolecular (pág.loo), e implicaun desplapor un carbono tipo carbanión: zamiento nucleofílico de halogenuro

Biciclobutano

CAPITULO 16

ESPECTROSCOPIA Y ESTRUCTURA

La síntesis (ii) incluyeuna adici6n intramolecular deun metileno:

L.LL.

;

H2C’--CH

:

,I

Biciclobutano

Ahora ya hemos visto, en los problemas 14 y 15 y en el presente problema, ejemplos intram&culares (dentrode la mismamol&ula) de dos reacciones principales nmiknos:de la inserci6ny la adición. (a) 17. isopropilbenceno

(b) isobutileno fenilacetileno (c)

(Vhnse los espectros acotadosde la pág. 839 de esta Guía de Estudio.) (a) 18. isobutilbenceno

(b) t-butilbenceno (c)

pisopropiltolueno

( V h s e los espectros rotulados de p&. la 840 de esta Guía de Estudio.)

19.

(b) 2,2,4-trimetilpentano (c) p-ter-butiltolueno Indam

( V h s e los espectros con acotaciones de la phg.1de 84 esta Guía de Estudio.) 20.

(a) bromuro de a-feniletilo, C,H,CHBrCH, (b)t-pentilbenceno (c) bromuro de sec-butilo (Vhnse los espectros rotulados de la phg. 842 deesta Guía de Estudio.)

21.

(a)l, 2,4-trimetilbenceno (b) mesitileno(c)isopropilbenceno

de la phg. 843 de esta Guía de Estudio.) ( V h s e los espectros acotados 22.

(a) 3,3-dimetil-l-buteno(b) metilciclopentano(c)

truns4octeno

( V h s e los espectros acotadosde la phg. 844 deesta Guía de Estudio.) 23.

2,4,4-trimetil-2-penteno ( V h s elos espectros rotulados de la phg. 845 de esta Guía de Estudio.)

24.

E,a metilestireno, C,H,(CHJ=CI-$ ( V h s e los espectros rotulados de lapAg. 845 de esta Guia de Estudio.)

17 Alcoholes I. Preparación y propiedades físicas

17.1

Hay un puente de hidrógeno intramolecularen el isómero cis (véase la Sec. 28.2).

17.2

Haymuchosgrupos " O H quesoncapaces moléculas de agua (véase la pág. 1308).

17.3

Vealarespuestaalproblema 8, capítulo 1.

17.4

CH, C H 3

I 1 CH,CCH2CHCH,CH20H I CH., 3.5.5-Trimetil1-hexanol

de formar puentes de hidrógenocon las

CH, C'H,

I

I

+xCH,CCH,CHCH:C'HO I Catali7ar

C'H 3

C'H,

C,'11

+*xo~C H j

'

~

<

~

I

~

2

C'H, ~ .

CH, 2,4,4-Trimclil 1-pcnleno (Scc. 8.16)

ALCOHOLES I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

CAPITULO 17

17.5

17.6

El primer material que destila es el azebtropo temario; destilarán100 g de éste, acarreando 7.5 g de agua, 18.5 g de alcohol y 74 g de benceno. Esto deja 124 g de alcohol anhidro puro. En la práctica real,se adiciona un ligero excesode benceno; éste se elimina, despuésde la destilación de la mezclatemaria, comoun azdtropo binario con el alcohol @.e. 68.3"C).

17.7

Eter melil isopropílico, (CH,),CH-"-CH,. H(?Cfi,

C H j C 11- C t i >

tlg?

+ C'I1;

Cli

('ti;

m,

+

II,OII + -- (

~

i

('tIj

-cti

CfI,

i

t k 2

'

ti+

'

t

O < H ' :

I

('H; -CH NJBII,

CH2Hg'

II

4

oc ti , ( ' I { ,--~'H--cH?

La reacciónes exactamentc análogaa la oximercuración, excepto que el ion mercurinio por el metano1y no por el agua. El ataque tiene mucho carácter sufre un ataque nuclcofílico S,1 (Sec. 8.15), y resulta una orientación Markovnikov. (Brown, H. C. y Geoghegan, P., Jr., "TheOxymercuration-Demercuration of Representative Olefins.A Convenient, MildProcedure for the Markovnikov Hydration of the Carbon-Carbon Double Bond", J. Am. Chem.Soc., 89,1522 (1967.) (Olah,G. A. y Clifford, P. R., "OrganometallicChemistry. I. TheEthylene-and NorbornylenemercuriniumIons", J. Am. Chem. Soc., 93, 1261 (1971); "Organometallic Chemistry. 11. Direct Mercurationof Olefins to Stable Mercurium Ions",J. Am. Chem. Soc., 93,2320 (1971).) 17.8

ALCOHOLES I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

H

H

OH

CAPITULO 17

CHI

H

Enantiómeros

(Brown, H. C., Ifidroboration,W. A. Benjamin: Nueva York, 1962; especialmente los Caps. 6-8 Brown, H. C. Boranes in Organic Chemistry; Cornel1 University Press Ithaca, NY, 1972; págs. 255-280. Este último libro contiene una fascinante explicación personal no sólo del descubrimiento de los organoboranos y su química, sino también de la carrera de uno de los químicos orgánicos más productivos.)

17.9

La adición globalsyn, podría serapriori, el resultado de cualesquiera de dos combinaciones: o bien, la adición anti en la la adiciónsyn en la hidroboración,y retención en la oxidación; hidroboración, e inversión en la oxidación. Puesto que se ha demostrado que la adición es syn, la oxidación debe implicar la retencidn. (Como veremosen el problema 12, Cap. 32, el mecanismo de la oxidación es del tipo del que esperaríamos que diera la retención.)

ALCOHOLES I. PREPARACIONY PROPIEDADES HSICAS

CAPITULO 17

17.10

17-11

(d)

(a)

(b)

Acido:

H20

Et,B

(BH3)2

(BH3)2

Base:

H-

NH,

Me,N

H-

(c)

(a) CH,CH2CH2CH2Li + H 2 0

+

D20

+

C2HsOH

(b)

CH3CH2CH2CH2Li

(c)

CH3CH2CH2CH,Li

CH3CH2CH2CH,

- - -+

-+ C H , C H 2 C H 2 C H 2 D

(d) C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 L i+ CH,NH,

I

CH,CH?CH(CH,)CHZOH 2-Metil-1-butanol I

(CH,),CHCH,CH,OH 3-Metil-1-butanol

CH,CH2CH2CH3

+

CH,NH-Li'

---+

"----,

CH,CH,CH,CH,

CH,CH>CH,CHOHCH, 2-Pentanol 2CH,CH,C(OHj(CH,), 2-Metil-2-butanol 3

'>

(CH3)3CCH,OH 2,2-Dimetilpropanol

(d) ( C H , ) Z C H C H 2 C H 2 0 H

CH3CH,CH2CH2CHzOH Alcohol n-pentfiico

(e) Los ejemplos son: I'

Li'OD-

C2H50-Li+

I

n-CSH,,CH,OH

+

+

1

Alcohol isopentilico

Li'OH

----+ CH,CH2CH2CH3

(e) CH3CH2CH2CH2Li + C 2 H 5 C " C H

CH,CH2CH2CH,CH20H 1-Pentanol

+

n-C,H,CHOHCH, 2"

+

C2H5C-C-Li+

CH3CH2CHOHCH2CH3 3-Pentanol 2'.

CH,CHOHCH(CH,), 3-Metil-2-butanol 2"

CAPITULO 17

ALCOHOLES I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

(f) Los ejemplos son:

2'

I

2.

d (el más alto P.e.),e, a, c,b.

3.

(a) alcoholes (Caps. 17y 18) ácidos (Cap.23) amidas (enel Cap. 24) aminas (Caps. 26y 27) fenoles (Cap. 28) carbohidratos (Caps.38 y 39) compuestos heterocíclicos con-N-" aminoácidos (Cap.40) proteínas (Cap.40)

3

(Cap. 35)

(b)Todos, exceptolos hidrocarburos y los halogenuros. 4.

(a)p-cresol

(b) ácido propiónico (c) ácido propiónico Oximercuracióndcsmercuración

5.

(b) CH,CH,CH,CHCH,

I

Hidroboraciónoxidaci6n

CH,CH,CH,CH-CH,

OH Hidroboraciónoxidación

Oximercuraci6ndcsmercuración Ninguno

CAPITULO 17

ALCOHOLES I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

CH,

I

(g) CH,CHCH,CHIOH

Ninguno

(a) n-Bu j C H 2 0 H

a

t-

n-BuMgBr

f

i

+

HCHO

n-PrMgBr

+

OHCCH3

mPrCHO

+

CHjMgBr

(b) rr-PriCHOH C H 3 h

(c) EtCHOHGEt -+- EtCHO

(d) ,s(.pc-Bu C H z O H

t-

+

EtMgBr

sec-BuMgBr

(h) r-BufCH20F-1 .- t - B u M g R r

+

+

HCHO

HCHO

ALCOHOLES I. PREPARACIONY PROPIEDADES FISICAS

22 PhMgBr

'1

(i) Ph/CHOH+CH2CH3

c-

PhCHO

h

(k) P h C H z C H O H f C H , + P h C H L H O

+

CAPITULO 17

+

OHCCH2CH3

+

CH,CH2MgBr

CH3MgBr

(El PhCH,MgX reacciona anormalmente conel CH,CHO y muchos otros aldehídos.) (1)

P h C H 2 C H 2 & C H 2 0 H t- PhCHzCHzMgBr

(p) i - P r - CHOH! Pr-i

c-

i-PrCHO

+

+-

HCHO

i-PrMgBr

a p-CH3C6H4MgBr+ OHCCH3

?

(4) P - C H ~ C , H + H O H + C H ~

(r) CH,CH,CH+C=CH

I

OH (S)

:

CH,CH+C=CCH,

I

OH

'

-

p - C H 3 C h H 4 C H 0+ CH3MgBr

C H , C H ~ C H O + HC-CLI

CH,CHO

+

CH3C"CLi

CAPITULO 17

7.

ALCOHOLES PREPARACION I.

Y PROPIEDADES FISICAS

Un puente de hidrógeno intramolecular entre el " O H y 4 estabiliza la conformación oblicua.

H

8.

(a) La hidratación syn puede ocumr de cualesquierade dos maneras:por "abajo" para dar el colestano-3P,6a-diol,opor "arriba"paradare1 coprostano-3P,6P-diol, estereoisomérico. El ataque por "abajo" está menos impedido que el ataquepor "arriba", debido a que los sustituycntes se proyectan "hacia arriba", particularmente el"CH, en C-10.

I

F1

I H

H Colestano-3P, 6a-diol Predomina fuertemente

Coprostano3P, 6P-diol

(b) La hidrataciónsyn por abajo da un " O H a en C-1 I , y un -H

ti

01

en C-9.

CAPITULO 17

ALCOHOLES I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS OH I

9.

H H

H

Ambos OH ecuatoriales Ambos

OH axiales

(b) A juzgar por la interacción 1,3,se debería pronosticar que la conformación mAs estable es la ecuatorial.

(c) El puente de hidrógeno intramolecular, siendo un factor que estabiliza, sólo eS posible cuando los dosOH son axiales.

H L o s OH axiales son estabilizados por el puente de H intramolecular

10.

L a conformación deboteretorcido: ambosgrupos t-Bu son ''ecuatoriales'', y ambos grupos " O H están como "asta de bandera" con un puente de hidrógeno intramolecular.

H

H

2,5-Di-t-butil-1,4-ciclohexmodiol Conformación de bote retorcido

11.

El alil-litio debe ser iónico. En el anión híbrido

w son equivalentes los dos carbonos terminales,y así los cuatro hidrógenos están unidos a ellos. La considerable estabilización por resonancia favorece la existencia del grupo alilo como un carbanión,en contraste conel n-propilo, el cual estA unido covalentemente con el litio. 291

ALCOHOLES I. PREPARACIOK Y PROPIEDADES FISICAS

CAPITULO 17

12.

(a) CH,CH2CH2Br E

(b) CHACH2CH2Li

+ +

N

CH.,

I

(d) CH,CHMgBr

+

N

(e) HC"%:

~

Na'

+

CNN HCHO E

CH3CH,CH2CH2-CN

---+

+

Br

CH,CH2CH,-CH,0Li

CHS CO? E

+

CH,CH,Br

CH1CH--C02MgBr

-

+

CH,CH,--C=CH

E

N

(f) C H , C H ~ - C H 2+ :CCI, N

13.

-

~+ CH,CH CH,

'C~' 'Cl

4

E

(a)

HO.

f1

Compuesto 5P, Cia-dibromo

ALCOHOLES I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

Br

CAPITULO 17

Compuesto 2p, 3a-dibromo Predomina fuertemente

H

Compuesto 2a, 3P-dibromo

(b) Se forma preferentementeel ion bromoniodebidoal ataquepor el lado menos impedido, que es el de abajo. Entonces, el ion bromonio se abre medianteun estado de transición anti para dar el dibromuro diaxial.

(y su enantiómero) treo-2,3-Dimetil1-pentanol

15.

(y (E)-3-Metil-2-penteno su enantiómero)

Dos combinaciones estereoquímicaspodrían dar los resultados observados: (i) Adición anti de bromo, seguida de una eliminación anti; (ii) adiciónsyn seguida deuna eliminaciónsyn. Debido a que se conoce que la adición (estereoselectiva) del bromo es anti (Sec. 9 . 9 , también la eliminación debe ser anti.

CAPITULO 17

ALCOHOLES I. PREPARACTON Y PROPIEDADES FISTCAS

(RO),BCH,CH?Br

+

3H20

--~>

CH2=CH2

+ HBr

+ 2ROH + H 3 B 0 j

18 Alcoholes 1I.Reacciones

18.1

Los sustituyentes que atraen electrones( 2 1 , -F. "OH, -NO2) incrementan la fuerza del ácidoal estabilizar los aniones. (a) ClCH2CH20H> CH3CH,0H (b) F3CCHOHCF3 > CH3CHOHCH3

(c) HOCHlCHOHCHzOH > CH3CHZCHZOH (d) p-O2NC,H,CH,OH > C6HSCHZOH (e) En cada caso, el ácidomás débil es el nucleófilom k fuerte.

18.2

(a)

t-BuOH t-BuO-Na+

EtOH EtO-Na+

+

+

+

Na

EtBr

+

Na

r-BuBr

-

+ fH,

+

r-BuO-Na+

t-BuOEt

+

+

"-f

fH,

--j

(CH,),C=CH,

NaBr

EtO-Na+

+

EtOH

+

NaBr

(b) En el primer caso, la sustitución nucleofílica, con el 1-BuO-actuando como nucleófilo. En el segundo caso, la eliminación, con el Et@ actuando como base. (c) Como es usual(Sec. 7.24), lasustituciónpredominaconelhalogenuro 3". eliminación predomina con el halogenuro

18.3

pCH3C,H,S020Bu-sec

+*

p-CH,C,H,SO,CI PCI,

c--.

p-CH3C6H4S03H C6H5CH,

lo, y la

CAPTTULO 18

ALCOHOLES 11. REACCIONES

Alternativamente, se prepara un cloruro de sulfonilo de manera conveniente mediante el tratamiento del sustrato aromático con excesoúcid0 de clorosulfónico,ClS0,H.

18.4

ArH

+

CIS0,H

-+

ArS0,H

+

HCI

ArS0,H

+

CIS0,H

-"-+

ArSOzCl

+

H,SO,

Claramente, hay una inversión globalde la configuración del alcohol. Sólo hay dos pasos en la secuencia de la reacción. EL primero, la preparación del tosilato de sec-budlo, debe de ahí que no pueda implicar la ruptura del enlaceO - H del alcohol (véasela pág. m), cambiar la configuración del carbono quiral. En consecuencia, la inversión debe haber ocurrido en la única otraetapa, la hidrólisis del tosilato.

18.5 Alcanos Alquenos Alquinos Halogenuros de alquilo Alquilbencenos Alcoholes 1 Alcoholes 2" Alcoholes 3" Se disuelve. decolora. Se f Decolora al KMnO, caliente.

18.6

Cambia de color.

Dan la prueba los 1-alquinos.

Burbujas dc hidr6geno.

En el sitio de ruptura: (1) Reemplaza el enlace con carbono por un enlace con"OH. Cada una de tales rupturas requiere un HIO,. (2) Si un fragmento resultantees un gem-diol (inestable). i

-C~&OH OH

-

H20 +

I

--C

-O

Un compuesto carbonilico

Un gen-diol inestable

elimina H20para dar un compuesto carbonílico, estable. Por ejemplo: H H2C: C H i C H 2

OH

/ ' I

HO

# I

I

HzC-OH + H O - C--OH

--2H%

1

OH

OH

I

+

HO CH2

OH

OH

Un glicol

O

H2C O

O CH2

f3-C'

\

OH

Productos de ruptura

(b) C H 3 C H O H f C H 0 296

I ti IO4

*

CH3CHO i- HCOOH

18

ALCOHOLES CAPITULO 11. REACCIONES

(f) CH20H+CHOH+CHOH+CHOHi CHO 4HIO

"-4 HCHO

+ HCOOH + HCOOH + HCOOH + HCOOH

(g) C H 2 0 H ~ C H O H ~ C H O H ~ C H O H ~ C H 2 0 H 4HIO4

18.7

H C H O + HCOOH + H C O O H + H C O O H +

+

HCHO

Para reconstruir (mentalmente) el compuesto a partir de los fragmentosde ruptura, invierta el proceso del problema precedente. (1) Reemplace ungrupo carbonilo enel producto de ruptura por dos " O H (un gem-diol inestable).(2) Ahora elimine los"OH por pares, uno a partir de cadados fragmentos,y una los carbonos.Por ejemplo: O

4

H2C=O H-C

\

t

t

OH

O=CH2

H

I

H2C"OH HO--C-OH HO"CH2

I

I

OH IH1041

(Productos de ruptura)

OH [HI041

I

HO

t-

H2C-CH~-CH2

I

1

HO OH OH

I

CAPITULO 18

ALCOHOLES 11. REACCIONES

18.8

Cambia la concentración.

18.9

(a) I

? ,

~~

¿' tl

2

,

.

OH da un triplete (acoplamiento con 2H en el C adyacente);

I

--C -OH da un doblete (acoplamiento con 1H en el C adyacente); 1 H

3

C' OH ~

,

daunsingulete(nohayacoplamiento,nohayHenCadyacente).

ALCOHOLES II. REACCIONES

CAPITULO 18

Base :

R*OH* R*ORO-

1.

+

+

+

:B j

ROH

a

[H*:B]'

R*O-

+

[H*:B]+

R*OH

+

RO-

ROH*

+

:B

(a) 2-Pentanol y 3-metil-2-butanoldan yodoformo; todos los otros negativos. (b) El 2-Metil-2-butanol(3") reaccionarzipidamente elcon reactivo de Lucas; el 2-pentanol, el 3-pentanol, y el 3-metil-2-butanol (todos 2") reaccionan lentamente; no reaccionan los otros (1").

(c) El 2-Metil-2-butanol(3") da una prueba negativa conCrOfi2SOo; todos losotros (loa, 2") dan una prueba positiva.

(d) n-Bu+CH20H

n-Pr-i-CHSCH, I

/

8

OH b

Et-CHOHiEt sec-Bu-\CHzOH

t-

t-1

n-BuMgBr(apartir de n-BuOH)

+ HCHO(apartirdeMeOH)

n-PrMgBr (a partir de n-PrOH)

+ OHCCH, (apartir de EtOH)

n-PrCHO (a partir de n-BuOH)

+ CH3MgBr (a partk de MeOH)

EtCHO(apartirden-PrOH)

+ EtMgBr(apartirdeEtOH)

sec-BuMgBr (a partir de sec-BuOH) EtMgBr (apartir de EtOH) Et-C-O

I

+ HCHO (a partir de MeOH)

+ O = Z C ( C H ~(apartirde )~ i-PrOH)

(apartirde sec-BuOH)

+

CH.\MgBr (apartirde MeOH)

CH3 i-PrMgBr (a partir de i-PrOH)

+

OHCCH, (a partir de EtOH)

I

i-Pr+C
1

'b

-

OH i-PrCHO (a

iso-Bu$H20H t-ButCH20H

partir de i-BuOH)

+ CH3MgBr (a

partir de MeOH)

isa-BuMgBr (a partir de ~SCJ-BUOH) + HCHO (apartirde

t-BuMgBr(apartir de t-BuOH)

+

MeOH)

HCHO (apartir de MeOH)

299

CAPITULO 18

2.

ALCOHOLES 11. REACCIONES

En losiguiente, R = ciclohexilo, (a)

(c) no hay reacción

ROSOJH

(e)hay no

reacción

(i) R "0-C

(h) R O - N a +

(j)

(k) ROMgBr

no hay reacción

(f) RBr

+ CH4

(1)

I1

o

-CHI

no hay reacción

Br

7.7- Dicloronorcarano (7,7-Dicloro [4.1 .O] bicicloheptano)

Síntesis: Trabajoen retroceso Dando por sentado que conocemos l a química delos pasos individuales, ¿cómo hemos de proceder para planearuna ruta hacia compuestos más complicados "alcoholes, por ejemp l e ? En casi todas las síntesis orgánicas, lo mejor es comenzar con l a molécula que qucremos -la molécula objetivo- y trabajarhacia atrús a partir de Csta. Por ejemplo, hay o un aldchído o una cetona; y relativamente pocos modos de hacer un reactivo de Grignard, así se continúa en retroceso hasta llegar a nuestros materiales de partida primarios. Por otro lado, nuestros materiales de partida pueden sufrir tantas reacciones diferentes que, si comenzamos el problemaalrevés, nos hallaremos frente a un número desconcertantemente grande de caminos, de los cuales sólo unos pocos nos pueden llevar hacia donde queremos ir. Tratamos de limitar una síntesis a la menor cantidad depasos posibles; sin embargo, no sacrificamos la pureza enfavor del tiempo.Para evitar una transposición en la preparación de un alqueno, por ejemplo, proponemos dos pasos a través del halogenuro, en lugar del paso Único de l a deshidratación. 300

CAPITULO 18

ALCOHOLES II. REACCIONES

(t) C H 3 C H 2 C H 2 C-O--Bu-n

'I

C H ~ C H Z C H ~ C - O H(apartir de f) 11-BuOH O

O

(b) PhCOOCH2CH(CH1)2. benzoato de isobutilo (d) no hay reacción

(c) F C HI 2 OH

( f ) C2H,

(e) CH,CH-CH"CH-

I

OH

l

Br

l

+

Mg(OCH3)Br

OH

(g) p-BrC,H,CH20H

302

5.

El dicromato aman110 se reduce a Cr (111) verde por el alcohol etílico; el automovilistase reduce a lágrimaso ira y, frecuentemente, a caminar.

6.

En general, el ordendereactividad es

alílico. bencflico >3" >2" >lo
ALCOHOLES CAPITULO II.REACCIONES

18

Los factores electrhicos son importantes excepto paralos alcoholes la, para los cuales los factores est6ricos ejercen el control.

OH

(b) Ph"CH"CHZCH3

I

> Ph-CHz-CH-CH, I

OH

bencílico

> PhbCHzCHz --CHI

1

2

I

(c> H O ~ C H ~ O >H (Q,)cH,oH

> N=C(O)CH,OH

i

(Comphrese conla respuesta al problema10 (c), Cap. 15.) (d) CH,CH

~

CHCHZOH > CH2

alílico

3'

(f)

~

CHCH~CHZOH 1"

CH, 2"

I"

Ph,COH > Ph2CHOH > PhCHzOH > CH,OH bencilico 2 O bencílico 1' MeOH

bencílico3'

ALCOHOLES 11. REACCIONES

CAPITULO 18

ciclohexanol

(b)

( f ) CH3CHO1 H

CHKHO

BrMg-

'3

KMnOI

CHIOH

-

B r i \

-

(h)

MgBr (como en f)

t-

(b)

CAPITULO 18

ALCOHOLES II. REACCIONES

H

H

Ph "+"

(b) CH,-C-CH,

1

c-

+ CH,--C-CH,(a

PhMgBr (apartir

It

O

OH

+-

CH3

I ( e ) CH3CH2CHCH3

CH3

I

(f) CH,CH2C-CH2 I 1 BrBr

partir dc i-PrOH)

sec-BuMgBr

+ HCHO (a partir de MeOH)

CH3

I

C H , C H 2 C = r C ~ 2t- (d)

Br?. CC14 t -

CH3 CH3CH2d=CH2

c-

(d)

ALCOHOLES H. REACCIONES

CAPITULO 18

(1

n-PrMgBr

I

(g) n-Pr [ C H ~ !Et 8

(h) n-Pr -C-Et

o

Et I ,

(i) n-Pr--C+n-Pr I '

KLCr207. H '

I

CI

CH3

~

n-Pr-CH Et I OH

+ (8)

Et t-

n-Pr-6

HC'I f -

(apartirde f) n-PrMgBr (apartir dc n-PrOH)

o

OH

(m) PhCHCH3

O H C Et (ambos apartirden-PrOH)

u-PrCHO (a partir de n-BuOH) + EtMgBr (a partir de EtOH)

a

1

OHh

+

PhiCHCH, ' I OH

AlCl,

(n) C ~ H & ~ H C H ~ C H ~

-

producto (k)

PhMgBr

C h H h + ser- BuCl

(a

+

NaNHz

+ MeC-CNa

OHCCH, (apartirdeEtOH)

partir de sec-BuOH)

ALCOHOLES D. REACCIONES

CAPITULO 18

CH3

CH3 I

N

+-" CrO CH3CH-i~CH-CH,

(o) CH,&H-C"CH,

/I

1

O

OH

t-

i-PrMgBr

1

+

(a

OHCCH,

partir de EtOH)

(i-Pr)2CuLi ( a parlir de i-PrBr) + n-BuBr ( a partir de n-RuOH)

(PI CHICHzCtIzCH2 jCHCH3 ' I

OH

O C-CHJ + n-BuMgBr (a partir de i-PrOH) (a partir de n-BuOH)

PhCHzCHO

ti,( r 2 0 7

PhiCHzCH20H

PhMgBr

t-

+

H2C-CH2

'O' (Sec. 19.15)

CH3 I

1

(r) CH3CH2CH2CH2+C-CH3 CH3 (S)

I'hCH2CHCH3 1

Br

t PBr: -

+

(r-Bu)2CuLi rz-BuBr (a partir de t-BuOH) (a partir de n-BuOH)

c-

PhCHzCHCH.i (hechoenq)

oH

KOH

YH,-CH Br

-Et

Br

CH2 "CH -Et (a partir de n-BuBr)

ALCOHOLES II.REACCIONES

CAPITULO 18

(U)

CH3CH,C"OEt

I1

O

EtOH 7 CHJCHzCOOH

e KMnO

CH3

9.

(a) CH3-AH--14CH20H

4

CH3 (C)

I

L4CH3-CH-CH20H

HCHO

f-"

CH3 I CHsCHO I4CH,OH< l4CH3"CHOH

(d) C H ~ - - C H E ' ~ C H ~ < CH3CH2-"4CH20H

KOH

4

H14CH0

i-PrMgBr

CSH,NHCrO,CI

I4CH30H

3

CH3 1 14CH3-CHMgBr

CH3 +Mg

,PBr3

l4CHJ-CHOH

I4CH3MgBr

HBr

CH3-CH2-I4CH2Br

cn,cH,MgBr

Hi calor (e) CH3--'4CH=CH2 CH3-14CH-CHJ

CH,CHlCH20H

+ "

H14CH0 x

I

OH

CH3CH2-I4CH20H

C,HSNHCrO,CI

(hecho en b)

I4CH30H

ALCOHOLES 11. REACCIONES

CAPITULO 18

(f) 1 4 C H 3 " C H " C H 2 <

10.

KOH(alc)

13CH3CH2CH2Br

(a) Anti. Vea la respuesta al problema 13, capítulo

I H

U n 3-alquilciclopenteno

I

i

+ enantiómero

I4CH3CH2CH20H

12.

I

\

o tl

H

OTs

PBri t "

ti

+ enantiómeuo

Ciclopentanona

(c) L a inversión enC-2 durante el reemplazo del" O H por -X debcría darel cis-2-haloanti para dar principalmente el 11-alquil-ciclopentano, el cual sufriría una eliminación alquilciclopenteno, el alqueno más estable. Pero estotan sólo nos Ilevm'a de regreso al mismo alqueno que habíamos sometido a la hidroboración-oxidación (Hl3/0).

\.""'(r"cp H

OH

H

H

Producto principal

T

base

- HX

ALCOHOLES D. REACCIONES

CAPITULO 18

11.

Estas no son síntesis terriblemente difíciles, si advertimos que la mayor parte demolCcula la no es sino una acompañante silenciosa. (a) El paso clavees la introducción anti-Markovnikov de" O H .

Androstan-1 la-o1

Androstan-l I-ona

Androst-9( I I)-eno

(b) Nuevamentees necesario introducir" O H anti-Markovnikov. I

CrO,

t "

H

O 3P-Dimetilaminoconanin-6-ona

;

OH

Conesina (3P-Dimetilaminocon-5-enina)

(c) La transformación enC-3 se hace al final:

3-Colestanona

C CrOi-

f l-

H O" del

OH

calor

&.I

CH3COO"

Colestan-3a-ol Acetato

colestan-3a-o1

R

ALCOHOLES CAPITULO II. REACCIONES

18

Antes, para obtener el acetato del colestan-3a-01, construimos la cadena saturadade ocho

carbonos, R:

Acetato del colestan-3a-ol

Acetato de la 5a-pregnar-3a-ol-20-ona

+

BrMgCH2CH2CH,CH(CH,)? Bromuro de isohexilmagnesio

I

No sería operante ninguna secuencia alternativa. No podemos introducir grupa el cetbnigrupa ese también reaccionaria con el reacco C-3 antes de construir la cadena, puesto que tivo de Grignard. Un " O H libre en C-3 descompondría al reactivo de Grignard"obien, 3". Estos prosi las cosas llegarantan lejos, sufriríauna deshidratacidn junto con el alcohol laproteccidn del " O H como un tster. Los ésteres reaccionan blemas se resuelven mediante con los reactivosde Grignard, pero notan dpidamente como las cetonas. Una vez que se ha construido la cadena lateral, el éster se puede convertir convenientemente en el alcohol.

12.

H2C COOH 3 HzC--COOH I

I

CI

(c)

6HCOOH

-

OH D

C

H

H HO -{-OH

OH

HO

-!~' I

-OH HO

OH

'!

H

H

C -OH HO

&OH

o HOH

OH

H 1 C OH

HO C OH HO

I

I

OH

SHIO,

H

H

H

H

H

H

I ' I ' I ' I ' I ' I HO-C+C-C+C+C+C -OH I I ' I ~ I ' I ' O H OH OH OH OH OH

,llo,

I

c-

HOCH

CHOH

'CHOH -.-l.. HOCH , CHOH CHOH

1

E

311

ALCOHOLES II.REACCIONES

CAPITULO 18

(e) CHCHzOH CH2

-%

CH2yHCH20f1 FHzCHCOOH I

Br

1

,

I

Br

Br H

I Ln

CHZ CHCOOH

J

H

( f ) H2C C-CHZ

'

KO11

H,CCH=-CH

I

I

I

Br

Br Br Br

11.0, O H

+ HZCCH --CH

I

Br

OH

K

Br

I. KOH

HIC -C

oH

M

(Obsérvcsc que se desplaza el Br alílico de K, no el Br vinílico.)

cI I

(g) C H 1 ~ ~CHI C

CI

%

[

OH

]

i CH3---C - C H I OH N

gem-Diol inestable

&

-"'O

CHI- C - - C H 3

o O

CH

CAPITULO 18

ALCOHOLES 11. REACCIONES

El que la orientación dela adición para dar P, Q y R sea como se indica, se demuestra por la ruptura de R a travCs de la reaccidn del halofonno(Sec. 18.9): CH,"C--CCll

'I

&OH*

HCCI,

+ CHjCOO-Na+

O

R

Cloroformo

S

Para cada " O H esterificado con Acido acético, la fórmula se incrementa conC&O. Por lo tanto, V tiene 3 grupos "OH. Ya que V es estable, no es un gem-diol, y cada grupo " O H debe estar en carbonos diferentes.V es glicerol; W su triacetato.

CHZ"CH"CH2

I

OH

l

l

O H OH V

H O A c H' ___f

I I

l l

c=o c-o CH,

l l

c-O

CH3 CH, W

CAPITULO 18

ALCOHOLES 11. REACCIONES

(I) Observamos la aplicación de nuestros principios generales pAgina de la 59 de esta Guía de Estudio: (1) debido a que no se rompe ningún enlace en el centro quiral original, se mantiene la configuración sobre ese centro; y (2) cada vez quese genera un nuevo centro quiral, se obtienen lasdos configuraciones posibles sobre este centro,como así también las mezclas de diastereómeros.

;-bui-Bu

;-BU

;-BU

BB

( R 1-

Mezcla de diastereótneros

cc

;-BU

c-o I

cc

CrO: _

_

_

I

f

CHiMgBr

Ii>O

___f+

CH2

CH 1 ;-BU

DD

i-Pr-C -H

EE

* HqCH, I calor

I

i-Bu~--C--CH3

CCHi

I1

H+%

i-BU Mezclade diastereómeros

i-BU

Mezclade diastereómeros

FF

FF

H r ' Ni

Hj:cH3 i-Bu

;-Bu

Opticamente activo GG

t I T C H , Opricamente inactivo (meso) HH

(4R.6.7)- O (4S.6Rb 2,4.6,X-Tetrametilnonano

(4R.6K)-

ALCOHOLES 11. REACCIONES

CAPITULO 18

13. CHICH-CHCH-CH-CH2

I

CH,-- CH=-~~H-CH=CH-CH, I

OH

OH

I .4-Hexadlen-3-01

2.4-Hexad1cn-I-ol

Material de partida

~H+[[+H'

-H*/i+H'

OH2+

OH 3.5-Hexadlen-2-01 Producto

En presencia de Acido, el alcohol de partida sufre una hetereólisis reversible para formar un híbrido,un catión doblemente alílico. Por la recombinación con agua, este catión puede esd en equilibrio, y el formar cualesquiera de los tres alcoholes isomkricos. El sistema equilibrio favorece alm h estable de los alcoholes: 3,5-hexadien-2-01, en el cual los dos enlaces están conjugados.(No podríamos haber pronosticado que este alcohol fuera más estable queel 2,4-hexadien-l-ol, pero no nos sorprende que el producto sea uno de los dos alcoholes conjugados.)

14.

CHK3 1,3,5,5-Tetrametil1,3-ciclohexadieno

CHJ,,CH,

n

Carbocatión bisulfato Una sal

Las dos partículasson iones: el carbocatión y el HSO;. En el medio fuertemente hcido, es estabilizadopor donación el dienose convierte por completo enel cati6n alílico, el cual de electrones de los dos grupos metilo, uno en cada extremo del sislerna alilico. Por la adición de agua, esta base separa un protón para regenerar el dieno conjugado. (Problema:¿En qud extremo del sistema conjugado se adicionael protón?¿Por qué aquí y no en el otro lado?) 3 15

CAPITULO 18

ALCOHOLES 11. REACCIONES

(Z)-6-Henicosen-ll-ona Atrayenre sexual de la poMa de[abeto de Douglas

16.

(a) R,C+

se forma en ácido

(i) R,COH + 2H2S0, -+ R,C' + H,O' + 2HS04(ii) Conjugacidn de la carga positiva conlos anillos de ciclopropilo. (iii) Desplazamientoa c a m p bajo dcbidoa la desproteccidn por la carga positiva.

El catión triciclopropilmetanol,R,C', está estabilizado-tanto como el catidn uifenilmetilo (proLlema15.10,pág. 547)- a travts de la dispersión de la carga positiva sobre los anillos. Se cree que esto implica el traslapo del vacíop orbital con los enlaces C - X de los anillos de ciclopropano,los cuales (Sec.12.9) tienen un considerable carácterK. (VCase la respuesta al problema 24, Cap. 15.)

Es claro que los dos grupos metilo nos son equivalentes, ya que dan diferentes seílalesde RMN, y por lo tanto deben estar situados asimttricamente.El plano de los metilos y el

CAPITULO 18

ALCOHOLES II. REACCIONES

carbono trigonal es perpendicularal anillo y lo biseca; esta geometría permite el traslapo descrito en (a):

Catión 2-ciclopropil-2-propilo

El anillo escis a un metilo y trans al otro:

Por supuesto,ambos metilos puedenser cis o trans al anillo; cuandoestá presente “CD,, el cual no da sefial en RMN, sólo la mitad de las moléculas que había antes tienen “4%el cis, y la otramitad tienen el “CH, trans. H

I H

Cada una de lasseliales de RMN se reduce ala mitad desu Area previa. (Deno, N.C., e? al., “Carbonium Ions. XIX. The Intense Conjugationin Cyclopropyl Carbonium Ions’’,J. Am. Chem. Soc., 87,4533 (1965); Pitman, C.U., Jr. y Olah, G. A., “Stable CarboniumIons. XVII. Cyclopropyl Carbonium Ions and Protonated Cyclopropyl Ketones”, J. Am. Chem. Soc., 87,5123 (1965).) 17.

( 4 CrO,/H,SO, (b) Br,/CCl,, o Cr0,/H2S0, (c> Cr03/H2S0, ( 4 Br,/CCl, (e)El reactivo de Lucasda una reacción inmediata con el alcohol alilico. (0 Reactivo Prueba Lucas (g) de del yodoformo (h)Análisis elemental paraBr (i) HIO,: luego AgNO,; el 1,2-diolda un pp. de AgNO, 0)Reactivo de Lucas,o bien CrOJHzSO,

CAPITULO 18

ALCOHOLES II. REACCIONES d

18.

C

d p h c Ph-C-CH-Ph

MM,

I

I

e

c

b

I

H OH b

r h c

NN, Ph-CH2-C"Ph

OH

a

a

Encuentre la diferencia entre los alcoholes 2" y 3" por la prueba delCrO, /€€$O4. CH3

19.

(a) CH3CH2CHCH3

I

I

(b) CH,-C-CH20H

I

OH Alcohol sec-butílico Alcohol

H

(c) CH3CH20CH2CH3

isobutilico

Eter dietílico

(Véanse los espectros rotuladosde la pág. 846de esta Guía de Estudio.) 20.

(a)

(b)

PhCHOHCH, Alcohol a-feniletílico

(c)

PhCH2CH20H Alcohol fl-feniletílico

PhCH,OCH, Eter bencilmetílico

(Véanse los espectros acotados de la pág. 847 de esta Guía de Estudio.) CH,CH,

CH3

21.

I

(a) CH,CHCH2CH20H

I

(b) CH3CH2CHCH20H

CH,

I

(c) CH3CHCH2CHOHCH,

2-Etil-4-Metil-2-pentanol 1-butanol

Alcohol isopentílico

(V&mselos espectros rotuladosla pág. 848 de esta Guía de Estudio.) CH3

22.

I

H2C-C-CH20H

2-Meta-2-propen-1-01 (Alcohol metalilo)

CH3

I

CH,"C"CH2OH

I

H Alcohol isobutííico PP

O0

(Vtfanse los espectros rotulados de la pAg. 849 de esta Guía de Estudio.) 23.

CH3

I

CH3-C-CH-CH, I I H3C O H 3,3-Dimetil-2-butano1

QQ

(Véanse los espectros con acotaciones de las pAgs. 849 y 850 de esta Guíade Estudio.)

ALCOHOLES II. REACCIONES

24.

CAPITULO 18

CH,C-CCH20H

2-Butil-1-01 RR

( V h s e los espectros indicados en la pág. 850 de estaGuía de Estudio.) 25.

(a) La ausenciadelafuerteabsorci6nabajode 900 cm-',queescaracterísticadelos compuestos aromiiticos, indica que el geraniol es alifático. La banda fuerte y ancha, centrada en alrededor3300 de cm', escaracterísticade un grupo " O H , la banda centrada en999 cm' indica un alcohol primario. La fórmula molecular C,,,Hl,OH es equivalente a C,$I,,, lo que indica insaturación y/o se confirma por las anillos. La presencia de al menos un doble enlace carbomycarbono bandas en 1680 y 840 cm-'. (b) Hay diez seííales en el espectro de RMC, para cada unacarbonode lafómula molecular. No hay dos carbonos equivalentesen el geraniol.

(c) A partir de las multiplicidades en elespectro de RMC. tenemos tres CH, (9H), tres CH, (6H), dos CH(2H), y dos C sinH. (d) El espectro de RMC justifica 17 hidrógenos. El hidr6geno faltante más el oxígenodan un grupo OH, como se indicó en el espectro de infrarrojoen la parte (a). El OH casi con certeza se encuentra en el carbono que da el pico f (S 59.0); este carbono tiene dos la parte (a). hidrógenos, haciendo4 3 O H y confiando nuestra conclusión de (e) Los cuatro picos a campo bajo en el espectro de RMC indican dos dobles enlaces carbono-carbono. Estos, como vimos en la parte (a), son consistentes con la f6rmula molecular y el espectrode infrarrojo. (f) Si nos movemos a campo bajo, observamos: nueve protones (jmetílicos, alílicos?), cuatro protones(LmetilCnicos, alílicos?), unprotón ("OH), dos protones (--CH,OH), dos protones (vinílicos). Los nueve protones sugieren tresgrupos metilo; los cuatro protones sugieren dos grupos metileno. Los valores de S son los que podríamos esperar si estos cinco grupos fueran ahícos.

(g) Hay un hidrógeno fácilmente intercambiable; por supuesto el que está en "OH. el (h) ElÚnico acoplamiento fuerte que vemos en el espectro deRMN es el doblete para dos es consistente con la unidad. protones a6 5.4 (uno de los protones vinílicos). Esto CH,OH

c=c/\

H

La ausencia de un desdoblamiento (fuerte) de los picos de los otros grupos dos metileno y de los tresgrupos metilo,junto con los valores Spara de Cstos, sugiere engran medida que todos ellosson alílicos. En particular, no hay triplete-cuarteto, deahí que no hay unión de CH, con C q . 319

CAPITULO 18

ALCOHOLES 11. REACCIONES

(ij Entonces,enestepunto,tenemoslassiguientesunidades(descartandolaestereoquímica):

A éstos podemos unir

de maneratal que cadauno de estosgrupos est6, conectado auno de los carbonos del doble enlace y que ningún CH, est6 unido a un C&. Llegamos a tres posibles estructuras (descartando la isomería geométrica).

En todas éstas,para llenar nuestros requisitos, hemos tenido unir quedos grupos metileno unocon elotro.En la seiral para cuatro protones en 62.05 vemos indicios de desdoblamiento, dos metileno no muy diferentes. como bienpodría ocurrir para el acoplamiento entregrupos En elespectro de RMC hay una grandiferencia de desplazamiento entre los dos grupos metileno (626.7 y 6 39.7). Estoes consistente coni y ii, en los cuales un metileno tiene un metilo p que el otrono tiene; estono es consistente coniii, en el cual cada metileno tiene un metilo p. Esto dejaa i y ii como nuestros candidatosmás probables. Pero el geraniol es un producto y para tomar nuestra decisión regresamos a la regla del isopreno natural con diez carbonos, (o bien ii en iiij no (Sec. 10.31). En i vemos dos unidades de isopreno cabeza con cola; en a ls vemos. Seleccionamosi como la estructura del geraniol. (No podemos especificar la estereoquímica sobre el doble enlace en la posición 2.) La estructura verdadera del geraniol estA dada en el espectro rotulado de la página 85 1 de esta Guía de Estudio. Sin embargo, antes de que la observemos ahí, tratemos el siguiente problema, para ver qué nos dice la experiencia química (mucha más antigua) sobre el geraniol.

ALCOHOLES II. REACCIONES

26.

CAPITULO 18

La oxidación a RCHO y RCOOH sin pérdida de carbono indica RC%OH. CH3

CH3

I

I

(a) CH,-C=O O=C-CH2-CHz-C=O

1

HO

o=c-c=o 1

1

f-

I

cH3-c=cH-cH2-

H O OH

cH2-L=CH-CH,OH

Geraniol

(b) Isómeros geométricos. (c) El nerol debe serel idmero Z, con el <%OH cierre del anillo.

27.

CH,

CH3

en la posición mils favorable para el

Ambos alcoholes danel mismo catión alnicoy, en consecuencia, el mismo bromuro. CHI

I I

R--C-CH =CH> OH

CH3 R-C=CH-CH, < " \+

3

H+ + R-C -Hz0

I

=CH -CH20H

19 Eteres y epóxidos

(c) Puesto quen-BuOH da n-Bu,O sin transposición, puede suponerse que la reacción no por lo tanto, sigue laruta S,2. Era de esperarse: los incluye carbocationes intermediarios; alcoholes primarios son los menos capaces de generar carbocationes, pero son los más por at&. propensos a sufrir ataque

19.2

Alcohol

19.3

(a)Dietiléter,etiln-propiléter,di-n-propiléter. (b) Buen rendimiento en t-butil etil éter, porque 1-BuOH da un carbocatión mucho más rápidamente queEtOH.

I

+

alqueno, mAxima importanciaparaalcoholesterciarios.

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

19.4

(a)Los aniones, CYOSO; y SO4%,son bases muy dkbiles, de ahí que sean muy buenos grupos salientes. (b) Los ésteres de los &idos sulfónicos, comolos tosilatos (Secs. 5.9 y 18.5).

I !

I-

see-BuO-Na'

iso-BuBr

--

CH,Br

Na

+ see-BuOH

PHr3

+

PBr,

f"

;so-BuOH

CH,OH

tolueno

fenol

19.7 (a)"(%) No se rompe ningún enlace del carbono quiral en el 2-octano1 en la secuencia de reacción. YHI

-3

n - ~ e x .&-.o+H . E+ n - ~ e x - - & ~ - ~ - N a + (

-)-2-0ctanol

pureza óptica 80%

y

3

n-Hex-CH-O--Et (-)-2-Etoxioctano Pureza óptica80%

Comoresultado,el (-)-éter tiene la mismaconfiguracidn que el (-)-alcohol, y tiene la misma pureza óptica.

CAPITULO 19

ETERES Y EPOXIDOS

El alcohol de partidaes 8.24 x 100

"

10.3

=

80% Ópticamentepuro

El producto, el éter (-15.6"), también tiene80% de pureza ópticalo cual significa quesu rotación de-15.6' es el80% de la rotaciónmimima (para eléter puro). Esto es, - 15.6" = 0.80[~l] Y

19.8

[a]= - 19.5"

(a)Elbromuro de partidaes

30.3" x 39.6"

100 = 76.5% ópticamentepuro

15.3" x 19.5"

100

El producto, éter, es =

78,5%Ópticamentepuro

y de configuración opuesta. Dado que la configuración cambia sin un cambio significativo de la pureza óptima, la reacción prosigue con inversión completa. CH3

I

n-Hex-CH-Br (-)-2-Bromooctano Pureza óptica 76.5%

EtO-Na+

CH3

I

n-Hex-CH-OEt (+)-2-Etoxioctano Pureza óptica 78.5%

(b), (c) SN2,como podría esperarsede un disolvente de baja polaridad, y con un reactivo de alta basicidad.

(d) DesplazamientoSN2del -Bra partir de EtBr. (e) En uno hay ataque (con inversión) en el carbono quiral; el en otro hay retenci6n de la configuración, puesto queno hay ataque en el carbono quiral.

19.9

Lo queestamosobservandoes un ejemplo de una catdisis portransferencia de fases

se convierte en el ion alcóxido por la acción (Sec.6.7). En la fase acuosa, algo del alcohol del ion hidróxido: n-OctOH

+

OH-

t-

n-OctO-

+ H20

Luego, el ion alcóxido es transferido a la fase orgánica (la capa de halogenuro de alquilo) por el ion cuaternario (cuat) lipofílico. En la fase orghica, el ion alc6xido prActicamente liberado a partir tanto de la solvatación comode las fuerzas de apareamiento de ionesactúa comoun nucleófilo poderosoy reacciona con el halogenuro de alquilo. n-OctO-

+

wBuCI

-+

n-0ct-FO"Bu-n

+

CI 325

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

Si el ion alcóxido fuese acompafíadolaacapa orghica, se esperaría que convirtiera al halogenuro de alquilo en alcohol.Sin embargo, el alto rendimiento del 6ter indica que el alcóxido se transfiere de preferencia al hidróxido, evidentemente porque el grupo n-octilo confiere carácter lipofílico a este anión. Este método evita una operacidn separadade la síntesiscfiica: la reacción del alcohol (seco) con Na o K.

19.10

C - ~ ~ +C Hg2+ + -C-C-\ / / Hg'? Ion mercurinio cíclico (Sec. 17.9)

\

/

/

ROH

19.11

RO

El ion acetato (OAc-) compite con el alcohol (ROH)en el ataque sobre el ion mercurinio cíclico, F

Ad)

a

'

C

G

Ad)

1

C HE?

~

+

-f

1

1

-c~ c I

1

Hg +

particularmente cuando ROH es 2" o 3" y, por lo tanto, voluminoso. El ion ViflUOrOaCetato, menos básico, menos nucleofílico, no puede competir con éxito. (Brown,H. C. y Rei, M.-H., "The Solvomercuration-Demercuration ofRepresentative Olefins in the Presenceof Alcohols. Convenient Proceduresfor the Synthesis of Ethers", J. Am. Chem,. Soc., 91,5646 (1969))

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

19.13

Se esperaría quela reacción delCter protonado con el ion bromuro tomara cualesquiera de dos rutas:(a) sies SN2,por ataqueen elgrupo menos impedido, el metilo, para generar MeBr y sec-BuOH,o bien (b) si esSN1,por formaci6n del carbocatión más estable, sec-Bu+, para y MeOH. La experiencia indica que la reacción es realmente SN2.(Puesto generar sec-BuBr que el enlace s e c - B u 4 no se rompe, observamos retención de la configuración, sin @rdida de la pureza óptica.)

19.14

(a) " O C H ,

> "CH,

(b) -OCH3

> -NO2

(c)

"OR > "R

1.4-Dioxano

Tetrahidrofurano Furano

1.2-Etanodiol Dos moles

4-Cloro-1-butanol 1.4-Diclorobutano

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

19.17

(a)Adición electrofílica de los elementos del ROH al doble enlace.

0

+

01;

ROH

DHP

Un éter THP

1

Un éter THP

H

(c) Como en otros ejemplos de adición electrofílica que hemos encontrado ( S e c . 8.9), el primer paso "y que controla la velocidad-es la unión deun protón alquenopara formar un carbocatión (paso 1). Al haceresto, elprotón se podría enlazar con cualesquiera de los dos carbonos del doble enlace: de hecho, lo hace detal manera que genera el carbocatión mAs estable ( S e c . 8.12).

9 /,

-0

+

I

H '

I1

111

El producto observado indica que el I1catión se forma con más preferencia que el catión 111 y, si examinamos la estructura de 11, podemos damos cuenta de por que esasí. Hemos I. escrito su estructura como11, pero igualmente podríamos haberla escrito como

I1

I

Especialmente estable: cada á t o m tiene un octeto 328

CAPITULO ETERES Y EPOXIDOS

19

Como vimos en la sección 10.15, una estructura comola I deber4 ser especialmente estable, puesto que cada átomo tieneun octeto de electrones. En efecto,I debe representar muy adecuadamentela estructura del catión; este es un ion oxonio, y es mucho m& estable que un carbocatión ordinario. Tanto la orientación como la reactividad estfin determinadas porla estabilidad desusada del catión I: I se forma con más preferencia que el DI, y da, por último, el producto más rápido que un carkatión a partir de un alqueno simple y dalugar observado;I se forma a la reactividad desusadamentealta del DHP. Pero la estabilidad de I aun tieneotro efecto: propiciala facilidad extrema con la cual el éter THPse rompe por el ácid0 acuoso diluido "propiedad de la cual depende la utilidad de los pasos (1) a (3), y es la inversi6n del DHP. La ruptura implica exactamente el inverso la velocidad a la cual del paso(2) "una vez más,la inversión del catión- lo que determina ocurre esta ruptura. (d)

CHACHO

C'H ,CH

I

OH

i~ C H ~ C H ~ O+HC H , C H -I C H ~ C H ~ O T H P

+-

OMgBr

BrMgCH,CH,OTHP

BrMgCHzCH,OTHP

tMg

BrCH2CH20THP Br

H,O

9

BrCH,CH,OH H. 'cplor

CH2=CH2

~

CH,CH20H

n 2c-c H 2 \o/ H+

EtOH

(b) Como en (a), reemplezando EtOH por PhOH. (c) Como en (a), reemplezando EtOH por HOH. (d) HO-CH2CH2-O-CH2CH2-O~CH2CH~-OH HzC-CHz ~

'dH+

HO-CH2CH2-O-CH2CHZ-OH (A partir de c )

CAPITULO 19

ETERES Y EPOXIDOS

H 2 0 + CHz-CHzO

I

OH

+

CHl-CH?

I

OH

1

OHz'

- H+

+

CHz-CHz 1

OH

1

OH

S,2 como se muestraen la página 708.

19.20

(i) La unióndeloxígenopuedeocurrirconigualfacilidadenambas caras del alqueno. son idénticas y aquirales; lo mismo es cierto (b). para En (a), las dos estructuras (ep6xidos) En (c), (d)y (e) se forman cantidades iguales de epóxidos enantioméricos. (Compkese con la respuesta al problema 9.2,p5g. 352.) (ii) El ataquepor el lado de atxis del anillo del epóxido puede ocurrir con igual facilidad (es igualmente probable) en a m b o s carbonos en (a), en (b) y en (c), dando en(a) y en (b) can tidades iguales de enantiómeros, y en (c)el mismo compuesto meso,inactivo, cualquiera al que se ataca. (Veánsela Fig. 9.4 que seael enantiómeroo cualquiera que sea el carbono y la Fig. 9.5en la pág. 351.) (iii) Aun pensando que los ataques por las dosrutas " e n el extremo del metiloy en el extremo deletilo" no son igualmente probables eny en (d)(e), en a m b o s casos el producto es racémico. Cantidades iguales de epóxidos enantioméricos se someten al ataque. El producto a partir de un epóxido sin lugar a dudas consiste en cantidades desiguales de los dos posibles dioles enantioméricos; por ejemplo, el ataque en el extremo del metilo puede ser el preferible. Pero cualquier exceso, digamos, del (S,S)-diol a partir de un epóxido un exceso (RP)-diol apartir estereoisomérico debería estar exactamente equilibrado por del del ep6xido enantiomkrico. (Compárese con la respuesta al problema9.3, pág. 352.)

\

O/ Aquiral

Epóxido cis Aquiral

OH

H H 6H trans-1,2-Ciclopentanodiol Modificación racémica

OH

2,3-Butanodiol Rocémicos

PCH3y"

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

O

(c>

+ CH3 q

CH3

C

H

3

qcFi3

"--j

CH3

O

OH

Epóxido trans Enantiómeros

2.3-Butanodiol Meso

Hk.'. Hzc y

"-f

H

I

CzHS

C2HS

Epóxido cis Enantiómeros

C2HS

oH

.s. s-

2,3-Pentanodiol Modificación racémica

R. R-

OH

2R.3.Y-

1s.3 K -

- c:H?,F7": OH

CH3

C2H,

I

Y

H Epóxido tram Enantiómeros

C>H?/ O

OH

2s. 3 K -

2.3-Pentanodiol Modificación racémica

(0 Como se obtienen, ninguno delos productos será ópticamente activo.

F C H '

H

2R.35-

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

19.22

El ion fenóxido(C,H,O-) es más básico queel dxido de etileno,y deberá ganar el prodn de cualquier ácido adicionado.

[ FH3j

CH3

I

y así sucesivamente, "----f C H ~ C H O H C H ~ O C H ~ C H~OC H ~ C H OJ -%

[ CH3],z

CH3

C H ~ C H O H C H ~C OH ~ C H O C H ~ C H O H

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

19.25

Por la formación de HBr como un producto de la reacci6n de sustituci6n.

19.26

Airadaesterengl6n alatabla.

Eteres

frío KMn04 -

conc. HJO,

+

Br, -

CrO, -

fum. H,S04

+

CHCI, AICI, -

Nu -

19.27 (a)Lasolubilidaddel6ter en H,S04 conc. frío (b) Br,/CC14 o bienKMnO, mismo quelo (c) (b) (a) mismo quelo (d) por seguido caliente (0 &ido KMnO, (e) CrO3/H2SO4 (g)Br,, acompaílado por la prueba para HBr

diisobutílico 2.Eter (a) 4-metoxiheptano t-butileulico (d) Eter (c) p-bromofeniletííico Eter (e) (g) Eter2,4-dibromofenilmetílico 3.

(b) isopropilmetílico Eter (f)o-nitrobencilfenílico Eter

Cada alc6xid0, fen6xid0, halogenuroo alqueno se obtiene a partir del alcoholo del fenol correspondiente. (a) r-Bu-OSMe

(b) Ph-OiEt

c-

-

r-BuO-Na+

PhO-Na*

-

+

n-BuBr

+

MeBr

EtBr

+

Na' - 0

CAPITULO 19

ETERES Y EPOXIDOS

(e) i-Pr--O- fBu-i

4.

+--

Efectoactivante:-OH

i-PrCY N a

+

+

i-BuBr

> "-0Me > -CH,

> -H > -C1 > --NOz

(a) PhOH > PhOCH, > C,H, > PhCl> PhNO, (b) m-HOC,H,OMe > m-MeC,H,OMe > o-MeC,H,OMe > C,H,OMe (c) p-C,H,(OH)2 >p-MeOC,H,OH >p-C,H,(OMe)z 5.

Los productos son: (a) t-BuOEt

(c) (e) (g) (i) (k) 6,

EtzO Me1 + Et1 (Et20H)+HS0,- (véase la pág. 3 4 ) C,H,OH + EtBr p-CH,OC,H,COO-K'

El éter se rompe a isobutileno, el cual sufre una polimerizacidn caralizadapor &ida, una extensión de la dimerización (Sec.8.16). n-Bu - O - Bu-t

7.

(b) isobutileno reacción (d) no hay ( f ) no hay reacción (h) 2EtOS0,H (j) o- y p-02NC,H,0Et (I) o- y p-BrC,H,0CH2C,H,

H. -n-Bu

H -O--Bu-r

o

-+

n-BuOH

+

(CHl),C@

-- t l ' __f

( C H > ) l C CHZ

(a)Alcohol t-butííico. C'HICH CH2 ~

+

t-BuO--OH

Hidroperóxido de r-butilo

+

CH,CH

\ / ó

CH2

+

Z-BuOH

Alcohol f-butílico

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

(b) Una reacci6n en cadena por radicales libres, iniciada por el ataque al isobutano con oxígeno, un dirradical. (I)

(CH,),CH

+

0 2

-"-e

(CH,),C.

+

Hoz.

luego O ) , ( 3 ) . (2), ( 3 ) , etc

(c) En UM reacci6n anAloga a la de la parte o>).el oxígeno debería separar uno de los hidr6genosalílicosreactivosdelpropileno para dar, finalmente,elhidroper6xido Ch,=CHCH&)-OH. (El etilenos610 contiene hidr6genos vinílicos no reactivosy, en cambio, sufre adici6n.) 8.

(a) Cr03/H2S0, (d) Br2/CC1,o KMnO, (e) (g) H,S04 conc. frío

9.

(a) Eléter es solubleen H2S0, conc.

(b) BrJCCl, AgNO,(alC) (c) H,SO, conc. frío

n KMnO, (f) Br,/CCl, o KMnO,

(b) El éter alílico se oxida conKMnO,.

(c) La oxidaci6n al ácido carboxílicoy determinacih del p.f. (d) El MeOH reacciona con CrO,/H,SO,; el 1-hexeno reacciona con el KMnO,.

(e) El alcoholy el éter son solublesen %SO, conc. y frío; el alcohol reacciona con CrO,/ H,SO,; determinar los otros por análisis elemental. (f) El isopreno reacciona con Br,/CCl,o con KMnO,; el pentano es insoluble en %SO,

(g) Oxidar el éter metil o-tolúico al ácido carboxílico; ruptura fenetol a fenol, o bien, prueba para facilidadde la sustituciónpor el bromo.

10.

(a) HOCH,C%OH, 1,2-etanodiol (b) lo mismo que (a)

(c) HOCH,C%OEt, 2-etoxietanol (d) HOCH,CqWH,CH,OEt, Cter etílico deldietilCn glicol ( v k e) (e) HOCH,CH,WH,C~OH, dietilén glicol (f) HO(CH,CH,O),H,

trietilénglicol

(g) BrCH,CH,OH, 2-bromoetanol (h) N= CCH$H,OH,

2-cianoetanol

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

HCOOCH,C$OH,

monoformiato del1,Zetanodiol

CH,CH,C%CH,CH,OH, %NC$C%OH,

alcohol n-pentílico

2-aminoetanol (etanolamina)

Et,NC%CH,OH, 2-(N,NN-dietilamino) etanol C,H,OCH,CH,OH, 2-fenoxietanol lo mismo que(m) HC=COCI-I$H,OH,

2-etinoxietanol

La hidrólisis alcalina ocurre con retención de la configuración debido a que el ataque por 1'; no se rompe ningún enlace en el carbono La quiral. hidrólisis el OH-ocurre en el carbono ácida ocurre con inversión de la configuraci6n debido a que el ataque por el H,O ocurre sobre el epóxido protonado en el átomo de carbono2O (en este caso, quiral).

12.

(a) H

O

H

c

h

"

I

H la

Aquiral

CAPITULO 19

ETERES Y EPOXIDOS

-

(b) Ambos son aquiralesy, por lo tanto, 6pticamente inactivos.

(c) El Cteres un Cter interno, cíclico ( C , o H 2 , 0 2 - H 2 0 C,,11,80). Este sólo se puede formar cuando los dosgrupos " O H se encuentran en la misma cara de la molCcula, comoCstos se encuentran enIb.

Ib Conformación debote

Eter cíclico Bote puenteado

CH3&

OH I

-C"CH,

\

CH3

H Ib

Conformación de silla

13'

C12. H 2 0 ( + CI, +O, + H)'

(a) CH2=CH2

CH2"CH2

I

CI

ClCHzCHzOH

+

HOCHzCHzCl

A (dos moles)

A

1

OH

- H2O

KOH

CICIf2CH2-O-CH2CH2CI B

CH2=CH-O-CH=CHz C

Eter divinfiico

(b) CICH2HC-CH2 Y%. O

CH3OH. Hi ( + C . + 4 H . +O)+

CICH2CH-CH2

I

I

+ OCI-

OH OCH, D

HCCI,

+

HOOC"CH2 OCH, I E 337

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

La orientación de la metanólisis inicial está indicada por el hecho de que la reacción del haloformo (Sec.18.9 y 21.8) ocurre en el compuestoD para dar CHCL, y el compuesto E. La orientación alternativa habría producido un compuesto queno respondería ala reacción del haloformo. ClCHzHC\ , C H , x ,

--+

' O

NaOH

( - H . -Ci)

f

CICH2CH--CH2 No formado ,

I

CHjO OH No da la reaccirjn del haloformo (Sec. 18.9)

H:c

~

,x

Sintesis deWilliamsonintramolecular

C H C f 1:

/

b

OCHJ I

(c) Síntesis de Williamson intramolecular.

I

trans-2-Clorociclohexanol 1 Racémico

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

(g) Hidroxilaciónsyn del doble enlace, la cual produce un nuevo carbono quiral (en ambas configuraciones), seguida de la ruptura del ep6xido.

I

I

Enantiheros

Cualquiera quesea el mecanismo dela ruptura, se obtendrh una mezcla(IS) de productos meso y racémicos. (h) La formación de una clorohidrina atravh de un ion cloronio cíclico, seguida por una síntesis de Williamson intramolecular paradar un ep6xido, y finalmente la ruptura del epóxido aun diol. (VCase la Fig. 19.10, phg. 340 de esta Guía de Estudio.) (i) Similar a(h), pero comenzando con el trum-2-buten0,y terminando con el meso-2,3butanodiol. (Véase la Fig. 19.11, pAg. 341 de esta Guía de Estudio.)

14.

(a) HO(CH2),0H H % Br(CH,),OHN

Br(CH2),0THP O

HC"CLI

CzH5,

H

HC-C(CH,),OTHP P

/(CH,),OCOCW, C -C

/

\

H Acetato de (Z)-9-Dodecen-l-ilo Atrayente sexualde la polilla de la vid (pcíg. 343)

(b) En el paso de la hidrogenación, trate aS con Na en NH, liquido, y así se obtiene el idmero (E). 339

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19 H

\

CHI cis-2-Buteno El ataque mediante Cl' desde abajo da el mismo ion cíclico

OH

'

H70

i ?H

OH Enantiómeros 2,3-Butanodiolracémico 1.

CAPITULO 19

ETERES Y EPOXIDOS

\

H trans-2-Buteno

I

CH,

Enantiómeros

FCH3 Enantiómeros

H

CH3

i-

1-

HCI

HCI

O

Enantiómeros

OH

I

CH3

ZCH' I

I

OH Idéruicos meso -2.3-Butanodiol

M

Figura 19.11

Reacción del trans-2-buteno para el problema 13 (i).

ETERES Y EPOXIDOS

CAPITULO 19

H

€4

H

H

2

AA

/z-C,H,

\

/

H

(

C"C

,,C'H,CH,

'\

(CH:),OCOC'H,

/'

\

H H/c=c \. H Acetato de (72.1 1Z)-Hexadecadien-1-ilo Atrayente sexual de la polilla delg u s m de maíz Gossyplure

(b) Utilice Na y N H 3 líquido en lugar del catalizador de Lindlar para cualquiera o ambas hidrogenaciones.

16.

m-Metilanisol, rn-CH,C,H,0CH3 (Véanse los espectros rotulados dela pág. 852 de esta Guía de Estudio.)

Las bandas en 692 y 771 cm-' indican claramente el idmero mera. Si sospechamosun benceno monosustituido en lugar de(pAg.608), ello el Único Cteranlico posible debería ser el Cter etil fenílico. Esto debería mostrar, otras entrecosas, un triplete-cuarteto para C,H, en el espectro deRMN (nada para el m-metilanisol), y solamente cuatro picos aromáticos en el espectrode RMC (seis para el m-metilanisol).

CAPITULO 19

ETERES Y EPOXIDOS

17.

BB, alcoholp-metoxibencílico, p-CH30C6H,CH20H.

(V&nse los espectros acotados de la pdg. 852de esta Guía de Estudio.)

18.

(a) (CH3)3C--O-CH2CH3 Eter t-butil etílico

(b) (CH3CH2CH2)20 Eter di-n-propílico

(c) (CH3)2CHuCH(CH3)2

Eter diisopropílico

(Véanse los espectros rotulados de la pdg. 853 de esa Guía de Estudio.)

19.

(a) CH,CH20CH2CH,0H 2-Etoxietanol

(b) CH,CHCH2CH20H

I

OCH, 3-Metoxi-1-butanol 2,s-Dihidrofurano

(c)

0 0

(Véanse los espectros con acotaciones de la pág. 854 de esta Guía de Estudio.)

20.

p-CH,C,H40CH2CH3 C6HsCH2OC2Hs Eter etil p-toiúico

cc

C6HSCH2CH2CH2OH Eter bencil etílico DD

3-fenil-l-pr0pan01 EE

(V&nse los espectros rotulados delas págs. 8'55 y 856 de esta Guía de Estudio.)

20 Sinforia Efectos de grupos vecinos. Catálisis por complejos de metales de transición

20.1

Br

I

meso-2.3-Dibromobutao Opticamente inactivo

Los ataques c y d dan el mismo producto: meso-2,3-dibromobutano. (Winstein,S.y Lucas, H. J., “Retentionof Configuration in the Reaction of the 3-Bromo2-butanols with Hydrogen Bromide”,J. Am. Chem. Soc, 61, 1576 (1939); “The Loss of Optical Activity in the Reactionof the Optically Active erythro- and threo-3-Bromo-2butanols with Hydrogen Bromide”,J. Am. Chem. Soc., 61,2845 (1939).)

20.2

Haydossustitucionesnucleofílicassucesivas:primero, un ataque intromolecular por el dar una a-lactona, y luego el ataque en esta lactona por el ion hidróxido. Cada “para una procedecon inversibn, paradar una retenci6n neta.

SINFORIA

CAPITULO 20

+

CH' 3 \

(Cowdrey, W. A., Hughes, E.D. e Ingold,C. K.,J. Chem. Soc., 1208 (1937).) ti

Ion amonio

Ion sulfonio

Epóxido protonado

Ion bromonio

Ion Bencenonio

-c-,'\q O

(d)

i

'

Epóxido

(Ion fenonio)

O

R,

/I

,H

C' 1

c t+

(i) Ion oxonio

20.4

Cetona (Dienona)

,' '~

C"C 1

1

Catión Ciclopropilmetílico

En la solvólisis concarkter S,1 (Sec.6.9), el halógeno en la posición 2 podría ejercer dos efectos opuestos. Por su efecto inductivo atractorde electrones, tendería a disminuirla velocidad de la reacción al intensificar la carga positivaseque desarrolla en el carbono. Por medio de una ayuda aquimérica, tendería a incrementar la velocidad de la reacción,-X y "OBs solamente en los isómerostrans pueden tomar la configuración diaxial requerida para la ayuda anquimérica.

SINFORIA

CAPITULO 20

Los datos indican que no hay ayuda anquimtrica ni por el C1-cis ni por el C1-trans, ni tampoco por el Br-cis; d l o hay una fuerte desactivacibn esperada a partir del efecto es mucho m& reactivo que el compuesto Br-cis, lo que inductivo. El compuesto Br-trans

indica la ayuda anquimérica -aunque no lo suficientemente fuerte para contrarrestar el efecto inductivo.Por último. el I-trans provee UM poderosa ayudaanquimtrica, mhs que compensar cualquier efecto inductivo, y produce una velocidad 18 O00 veces mayor que para el brosilato no sustituido. Claramente, la habilidad de los hal6genos paradar ayuda nucleofílica caeen el orden

El grupo -1 es elmhs nucleofílico:tste es el menos electronegativoy, por tanto, el menos renuente a mantener la carga positiva seque desarrolla en 61. (Otro factor que contribuye ser su tamaflo: &te es el m& “suave” y el m& fhcilmente a su carhcter nucleofílico puede que están deformableen elestadode transición;hay orbitales vacíosde no muy alta energía disponibles para formar enlaces.)

1.

(a) Sustituci6n nucleofílica en la cual tanto el nucldfilo como el sustrato son partede la misma moltcula.

inversih ___f

R- A

R

.

(c) En el idmero trans, es posible tanto para 4el como parael “ C 1 ser axialesy así permitir el desplazamiento (anti-petiplanar) por el ladode atrás.

O Epóxido cis

Isómero desplazamiento trans trans anti-periplanar

Esto no es posible para idmero el cis, y la reacci6n debe seguir otro curso.

CI

CI

0Is6mero cis

m es posible el desplazamiento ant-periplanar (por el lado de atrás) de -C1por -0-

CAPITULO 20

2.

SWFORIA

(a) El ataque por el nucleófílo fuerte OH- ocurre en la posici6n menos impedida.

(b) La formación del ion sulfonio puenteado puede ser parecido a SN1(dos pasos)O a SN2

(un paso).

La ruptura implica el ataque por le nucle6filo débil C1-, y toma lugar tanto por una al igual que en la etapa de apertura del anillo la formación en reacción SN1(dos pasos) como, de una halollidrina( S e c . 8.15), por un solo paso que tiene un considerable carácterS,1; en ambos casosse desarrolla una considerable carga positivaen el estadode transición, y la reacción ocurre en el carbono que mejor puede acomodar esa carga positiva, el carbono secundario. (c) En cada casohay un ataque nucleofílicopor el OH- en la posición menos impedida:en el -CH,Br en I para dar directamente 111:

CAPlTULO 20

SINFORIA

en C-I de I1 para formarIV,el cual más tarde reacciona intramolecularmente (pág. 701) para dar HI.

H . , I

\'I

"Br

I

OH

C'H,

C'H, C'H

OH

"Br

I

I

1

Br

I

Br

La adición de bromo no solamente da el ion bromonio V esperado, sino también ion el bromonio VI, formado a través del puente por el 82Brya presente en la molécula. VI es exactamente equivalente V, a excepto por la marca isotcipica,y sufre la apertura del anillo enlamismaformapara dar bromohidrinas. (No podemosdecircuántodelalcohol este se forma, secundario se forma a partir de cada ion bromonio, pero presumiblemente como el producto menor, a partir de ambos.) No podemos decir a partir de estas pruebas cómo se forma VI. Podría formarse deV a través deun ataque intramolecularpor el -82Br, en una maneraSN2o SN1.Podría ser que VI se formara inicialmente (en parte)a trav&.de un catión abiertodevidacorta, con un cierre del anillo que implique acualesquien de los bromos adyacentes. (b) El "€1,

más electronegativo, tiene menor tendencia aactuar como un nuclebfilo interno y acepta una carga positiva. 349

CAPITULO 20

4.

SINFORIA

truns-l,2-Dibromociclohexano. Ambos alcoholes, cis y truns, dan el mismo producto porque forman el mismo ion bromonio cíclicopor la pt5rdida de agua de un ion oxonio inicial: el alcohol trans quizA por una reaccióntipo SN2(reacción (1). pig. 722); el alcoholcis necesariamente atravCs de un carbocatión abierto. El ataque delB r por el ladode atds del ion puenteado da el dibromuro trans.

a::2+

(y

-

ris

Br

d

Br

H

trans

trans

"PR o

5.

H ~ O

<"c'I2 __f

H R'

+

R' + enantiómero

OH-_

H#R

f

H",.

R

-R' I

OH

O .. + enantiórnero

+ enantiómero H

H

H \

R'

O

+ enantiómero

R = --(CHz)?COOH, R' = CHj(CH2),-

6.

El proceso oxo equivale ala adicidn global syn de "CHO y "H(problema 14, Cap. 17). La situacidn es exactamente análoga ala hidrogenación homogénea, la cual también ls mismaslíneas. La implica una adición syn (Sec. 20.6), y elrazonamientosigue a syn en el paso(3), y la migración esterquímicaobservada es el resultado deneto la adición con retención en el paso (4). (Véanse las págs. 741-742.) En el paso (3) el metal y el

CAPITULO 20

SINFORIA

hidrógeno se unen ellos mismos simultáneamente a los carbonos del doble enlace. Por razones geoméuicas - e l metal y el hidrógenoesth unidos eluno al otm en el reactantela misma cara del dobleenlace. En el paso (4) el grupo esta adición debe tomar lugar en alquilomigradelmetal al ligandomon6xidodecarbono.Nuevamente por razones -el mismo geométricas, elCO su une por sí mismo al ladofrontal del carbono alquílico lado que estaba unido al metal en el reactante.El ataque por el lado de atrás no es posible, CO como puesto que el metal mantiene tanto al carbono delal carbono alquílicoen el estado de transición. 7.

H('

rr-liu1.1

('Nd

(a) n-C,0H21Br n-C,,,H2,C"CH

n-C,,HzlC=CLi B

-&

.4 H Mr per6xidos

(CH,),CHCH?CH?CH-CH,

B

+

C

~~

___ +

i-HexCH2C=CC,,H2,-n D

i-HexCH,Br C I4 .

,cloH2l-t~ c';C / \ H H

i-HexCH, \

E

E

hr('O1Otl

H I

H / i-HexCH? ,,C--~C,,,H:,-n O Racémico Atrayente saual de la palomilla gitana Disparlure

e,

(b)La molécula es quiral, como lo muestra el hecho delas que imágenesespeculas no son superponibles:

El material natural consiste en (un exceso de) uno de estos enantiómeros. La síntesis en (a) da la modificación racémica; en condiciones aquirales, la uniónO de a cualquier cara del alqueno es igualmente probable.

F

(d)Paraproporcionarunambientequiralenelcuallaformacióndeunep6xidoenantiomé~co se favorece sobre el otro. (e)La respuesta de la hembra de la palomilla gitana, al otros igualprocesos que biológicos, es estereoespecífica (véase la Sec. 4.1 1). 35 1

21 Aldehídos y cetonas Adición nucleofi'lica

21.1

21-2

No, porque hay que obtener el compuesto organocúprico a partir del reactivo organolítico, y el grupo nitro interferiría cualquier intento deformar dicho reactivo.

h

a

,

I

CHlCHzCHzCOOH

(a) CH1CH2CHzfC-fCH2CH3 ' /I

(b)

1

0' O

"3

+ OUd. HO-C(CH2).,C-OH, I¡

O

o

CH,CH,COOH

ácido adipic0

+

HOOCCH,

+ HOOCCW2CH3

CH20H

cémico

CAPITULO 21 H

I

(b) P h - C - O

CN

H+

A

Ph

I!

yN E OH

+

HO

ALDEHIDOS Y CETONAS

H

Ph

Modificación racémica Una fracción Inactiva, pero se puede resolver

CH3

I

(c) CH3-C:O

CH3 Ht+

I I

CH3"C"CN OH

Un solo compuesto Una fracción Inactiva: no se puede resolver

CHzOH

CHzOHCHzOH

Diastereómeros Dos fracciones Activo

Activo

(e)

OH

OH H HO CHIOH

Racémico

+H

HO

CHzOH

Racémico Diastereoméricos D o s fracciones Cada una inactiva, pero se pueden resolver

(f) No cambia, puesto queno se rompe, ningún enlace enel carbono quiral.

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21

21.4

Laformacióndelasemicarbazidaesreversible.Laciclohexanonareaccionamás~i~ente, pero el benzaldehídoda el productomás estable. Al principio se aísla el producto del control ejercido por la velocidad;más tarde, despuCs de quese estableci6 el equilibrio,se aísla el por el equilibrio. producto del control ejercido

21.5

Cuandolaconcentracióndelalcohol es alta y la delagua es baja,losequilibrios hemiacetal-acetal y aldehídehemiacetal (pág. 769) se desplazanen dirección del acetal. Cuando la concentraci6n del alcohol es baja y la de aguaes alta, se desplaza el equilibrio en dirección del aldehído.

21.6

(a) Síntesis de Williamson de

Cteres.

(b) Sinforia. (c) Acetales (cíclicos).

(d) El tratamiento con ácid0 da HCHO y catecol, o-CaH4(0H),;no hay reacci6n con la base, lo quees típico de los acetales (y otros Cteres).

21.7

Un intento por hidroxilar la acroleína misma produciría la oxidación delgrupo “CHO. Sin embargo, elgrupo acetal no se ve afectado por el permanganato o el medio de reacción alcalino, y se convierte en “CHO una vez completa la hidroxilaci6n. KMnO

CH2=CH“CH(OEt)z CH2-CH-CH(OEt)2 Dietil acetal de la acroleína

21.8

H

H20’H t >

OH

CH2-CH-CHO I

I

OH OH Gliceraldehído

El paso determinante de lavelocidad es la formaci6n de un cati6n análogo a I (págs. 769-770); cuanto más estable esel cati6n, m k rápido se forma. (a)

R-C’

/OR‘

F,

OR‘

}~3

> R-C,

20 R ‘

> R“CH2’

A partir de:acetal éster éter orto

(b)

+ R,C=OR’

+ + > RCH=OR’ > H2C=OR’

A partir de: formal acetal cetal

En (b), R estabiliza al catión (en relación con el reactante) más de lo que podría hacerlo H, debido a que (i). R libera electrones, y (iz) R es más grande, de ahíque favorezca el cambio del reactante tetraédrico(sp’) al producto trigonal(sp3). 355

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21

H

21.9

H

H

I

I

R-C-0 R-C==OH+ Aldehído no marcado Material de partida

I I

Hz180

< t R-C-OH

H+l 180HZ+

-

H+

H

I

R-C-OH

I

'8OH

Aldehído marcado Producto de intercambio

21.10

(b) La pérdida del ion hidruro da directamente el RCOO-(111), estabilizado por resonancia.

II

II I

D

D

21.11

I

Utilice R-CEO,

I

y vea si un segundo D aparece en el alcohol, R-C-OH.

I

D

PHYFls R-C=O + R-C-0u

l

OH

D

b

+ R-C-O-

I

+

RCOOH

D 1.H.

D

I I

R-C-OH KCOOD

1-H.

CAPITULO ALDEHIDOS Y CETONAS

21

21.12

Con ambos fundamentos, electrónicosy estkricos (Sec.21.7). se esperaría que la reacción (l),pagina 772, fuera mcis rúpida para HCHOque paraotro aldehído, y que la posici6n del equilibrio se encontrara mas a la derecha. Si la reaccih (1) es la determinante de la velocidad, el HCHO es el principal donador de hidruro debido a Qte queforma I m k @ido la reacci6n (2) es la determinante de la velocidad, el HCHOes el que el otro aldehído. Si (1) proporciona m& I derivado del HCHO principal donador de hidruro, ya que el equilibrio que del otro aldehído. (Estudioscintticos indican que la reacci6n (2) es la determinantede la velocidad.)

21.13

ReaccióndeCannizzarointernacruzada:

Ph

21.14

Ph-C-C-Ph

II

O

I1

0

dE) a Ph-C-C-OH

-

Ph

I

Ph-C-C-OH

I

-0

II

--f

o

I I

Ph-C-COO OH

Al utilizar OC%- en lugar de OHse obtiene elCster porla misma ruta. 21.15 Alcanos Alquenos Alquinos Alquilbencenos Alcoholes 1"' Alcoholes 2"' RCH(OH)CH, RCH(OH)CH(OH)R' Alcoholes 3"' Eteres Acidos carboxíícos Aldehídos Cetonas RCOCH,' RCOCH(0H)R' RCOCOR'

caliente KMnO," -

+ + + + + + + -

-

+ -

+ -

'Se decolora. bCanlbiade color. 'Precipita CHI, amarillo. 'AgNO, da precipitadoblanco de Ag ClO,. 'Espejo de plata. 43 EtOH da la prueba.'Excepciones m6s adelante. 'RCH(OH)CH, da la prueba. 'R puede ser H. CH,CHO da la prueba.

ona

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21

21.16

La formación dela oxima consume la base, hidroxilamina; el cambio el enpH se manifiesta

21.17

Adicione lo siguiente a la tabla de las respuestaslosa problemas 18.5 y 19.26. Para agentes oxidantes, vea la respuestaal problema 21.15 recién vista.

con el cambio en el color del indicador.

Aldehídos Cetonas

com FIJO4''

+ +

Ir ío KMHO,b

+ -

BrZh

C'rO3'

+

-

fum.

fj2S0,U i-

+

-

cr!ci.j> AICII'

?JU*

-

-

-

"Se disuelve. bSe decolora. "Cambia decolor. "Jjurbujas de hidrógeno.'Lento. libera HRr.

1. 2-Pentanona

(a) CH,CH2CH2CH,CH0 CH,CH?CH?COCH, CH,CH,COCHICH, n-Valeraldehído Metil cetona n-propil Pentanal

CH,CH2CH(CH,)CH0 a-Mctilbutiraldehído 3-Metil-2-butanona 3-Metilbutanal 2-Metilbutanal

(CHJ2CHCH2CH0 Isovaleraldehído

cetona Etil

(CH,)2CHCOCH, Isopropil rnetil cetona

(CHACCHO Trimetilacetaldehído 2,2-Dirnetilpropanal

(b)

PhCOCH, Acetofenona

m-CHSC,H,CHO m-Tolualdchído

p-CH3C,H,CHO p-Tolualdehído

Feniletanal

2.

(a)

O-CH~C~H~CHO o-Tolualdehído

PhCH,CHO Fenilacetaldchído

CH,COCH,

(b) PhCHO

(c) CH,COCHzCH(CH,)2

(d) (CH,),CCHO

(e) PhCOCH,

(0 PhCH=CHCHO

(g) (CH,),CHCH?CH?CHO

(h) PhCH,CHO

(i)

( j ) C2H,CHCH2CHCH0

PhCOPh

-

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21

(I)

CH,CH:=CHCHO

(m) (CH3)2C=CHCOCH3

(n) PhCH-CHCOPh

(o) CH,CH2CHCH2CH0 I

(p) PhCHzCOPh

(9) o - H O C ~ H ~ C H O

(r) (p-HOC6H4)2C=O

OH

(S)

3.

~TZ-CH~C~H~CHO

(a) PhCH2COO- + Ag (c) PhCHzCOOH (e) P h C H z C H 2 0 H

(b) PhCH,COOH (d) PhCOOH

(0

PhCH2CH20H (h) PhCH,CHOHPh 6) PhCH2CHOHC-CH (1) PhCH,CH=NOH (n) PhCH,CH=NNHAr (p) PhCH,CH(OEt)z

(g) PhCH,CH,OH

(i) PhCH,CHOHCH(CH,), (k) PhCHzCHOHCN (m) PhCH2CH=NNHPh

(o) PhCH2CH=NNHCONH2

4.

(a)hay no

reacción no (b)

hay reacción hay reacción no (c)

(d) HOOC(CH,),COOH

(8)

(0 ciclohexanol

ciclohexanol (e)

ciclohexanol

(p) Se podría predecir que no hay reacción; en realidad, se obtieneel cetal

5.

(a) Reacción de Cannizzaro: 2PhCHO

*

PhCHzOH

+

PhCOO-Na'

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21 (b) Reacción de Cannizzaro cruzada: PhCHO (c)

+

% PhCH?OH

HCHO

PhCHOHCN. mandelonitrilo

HCOO-Na+

(d) PhCHOHCOOH. &ido mandélico

(e) PhCHOHCH,, alcohol a- fcniletilico

( f ) PhCHZCH,, estireno

(8) PhCHOH'4CH(CH3)2

(11)

(b) C H J C H ~ C O O H

H 2 0 ,H '

CH3CHzCHC ~N +-

OH

I

t

OH

(e) C H , C H 2 C H k P h 1 : OH

-

CH,CHzCHO

O

H*

OCH2CH2CH3

(h) C H 3 C H , C H k H ( C H , ) 2 OH

(a) PhCHzCHj

(b) PhCOOH

CHJCHzCHO

C H I C H z C H O + CH3MgBr

c-

/

1

CN-.H'

OH

(d) C H j C H 2 C H S C H j

(d CHjCH2C\

PhCHIxO

eC H J C H 2 C H 0

(c) CH,CH2CHCOOH

7.

+

:

f-

Zn(Hg). H+

NaOl

c-

+

PhMgBr

CH3CHzCOOH(from b) t

C H 3 C H 2 C H 0 + BrMgCH(CH3h

PhCOCHl

PhCOCH3

ALDEHIDOS Y CETONAS

CH.!

I , (e) P h - C i P h I ' OH

CAPITULO 21

-

CH.!

(f) Ph-(!-COOH

I

OH

8.

( a ) (CHdzCHCHO

PhCCHl

I1

+ PhMgBr

O

H20.H '

CH3

C',H,NHCrO,Cl f

I

Ph-C-C"N

I

CN-, H+

PhCCH3

I1

O

~so-BuOH

PhMgBr (apartirdeC,HJ

(b) PhCH2CHO

C5H,NtiC'rO)C'l

PhiCHzCHzOH -H2C"CH,

'd

(d) CH3CH2COCH3

43 o I '

sec-BuOH

(Sec. 19.11)

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21

Me CuLi (a partir de MeBr) I - " ?

r

E I ~ C U L(a I partir de EtBr)

CAPITULO ALDEAIDOS Y CETONAS

9.

(a)

21

PhCH2CH2CH2CH3

Ph-CCH2CH2CH3

Zn(Hg) HCI

ClCCHzCHlCH,

C6H6

AIC,,

I1

I1

O

(b) n-PrCHCOOH

H+

I

n-PrCHC"N n-PrCHO

I

OH

O CN-

4

(c) CH3CH2CH2CH2iCH,CHCH3

:

Zn(Hg) HCI

(4

'

i

I

CH3

"

CH 3 CH3CH,CH2CH2SCCHCH, 0

I

1

I1

KzC~ZOI

(CH3CH2CH2CH,),CuLi (a partir de n-RuOH)

CHI I CH3CHCOCI (a partir de i-BuOh como en 8g)

O

"+" CH3

CH3CHCH2-C-CHCH3

I

I

n-PrCH,OH

i-BuzCuLi

I

CH3CHCH2+C-CHCH3 CHI HO CHj

I

CH3

I

/I

( a partir

I

O CHI

de i-BuOH)

CH3CHCOCI

I

CH3 (corno cn 8g)

(e) O2N @HCOOH

0 2 N o y H C = N

,C HN + o , N o CHO

OH (página 751)

Ph

# I

(f) PhCH2+C-CH3 1

+ "

PhCH,MgCl

+

PhCOCH3 (página752)

1

OH

Ph

EtMgBr

"1 -I

PhBr

Brl. Fe t "

AlCl,

PhCCl

PhCOH

O

O

I1

/I

363

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21 CHI

1

CH,

I

calor

(h) CH3C"CHCOOH CH3CHCHCOOH

I OH CH 3

CH3

I

Hz0

I

C H ,CCH HK CH HC OH C N

I

OH

C',H.NH<'rO,C'I

i-BuOH

,o

CHJ

10.

(a) C l , H , 4 0 2

PC1 3 --"+

I I CH3

L /

Ph-C-CH2-C'

\

CI

A

Hay firdidas de HCl pero no cambia el número de carbonos alA pasar a B, lo que de indica que la acilaciónde Friedel-Crafts es intramolecular: U

B

A

C

(b) C tambiénse produjo p o r una alquilación de Friedel-Crafts.

OH

C

D

11.

Compareconlasección

38.14.

CHzOH F

-

"(OH

CHzOH H

COOH J

Meso

Opricamente imcfiwo

CAPITULO 21

ALDEHIDOS Y CETONAS

K

Un cetal cíclico

(b) En elisómerotrum, los g r u p o s 4 H están demasiado alejados para formar la estructura cíclica.

14.

Un prodn se adicionamuy rápidamenteal doble enlace,ya que esta adición daioneloxonio VII, comparativamente estable. Entonces,la adición se completa paradar el hemiacetal, que, por supuesto, se hidroliza rápidamente.

15.

Este es un ejemplo deuna sustitución electrofflica aromática, en la que el grupo salienteIX es un aldehído protonado. El complejo intermediario sigma, VIII, esun ion oxonio con la mayor parte de la carga localizada en el grupop-metoxi. La formación (1) de VI11 es

VI11

u

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21

H IX

J- Hf

reversible; la adiciónde B r acelera la inversión de (1) y aumenta la fracción deVI11 que retrocede al material de partida. (Esto es, k-,[Br] se incrementa en relación con k2)La liberación de electrones porG estabiliza algrupo saliente IX y al estado de transición que k-, [Br], y con ello se acelera da lugar su a formación; así,k, se incrementa en relación con la velocidadde formación delos productos.

16.

El producto inicial de la reacción deGrignardes,desde luego,la sal de magnesiodel alcohol, por una transferencia el bencidrol. Este es oxidado la a cetona, benzofenona, probablemente de hidruro -al exceso de benzaldehído- lo cual se lleva a cabo con ayuda de la carga negativa del oxígeno del alcóxido.

PhMgBr

+

-

PhCHO

H

Ph -C-O-(MgBr)' Ph

Si bienaquí se trata de una reacción colateral no deseada, la transferencia de hidruro de un alcóxido aun g u p o carbonilo es la base de la oxidación de Oppenauer (Djerassi,C., Organic Reactions, Wiley, Nueva York, Vol.VI, Cap. 5), RzCHOH

+ CH,COCH\ RzC=O

+ CHJCHOHCHI

I-BUOK

y de la reacción inversa, la reducción de Meenvein-Ponndorj-Verley (Wilds, A. L., Organic Reactions; Wiley, Nueva York, Vol.11, Cap. 5), R2C-O

+ CH~CHOHCHJ e

41(0P,-i)t

- 2

RzCHOH

siendo ambas reacciones sintéticas muy suaves y selectivas.

+ CHICOCH3

ALDEHIDOS Y CETONAS

17.

CAPITULO 21

(a) Un Cter THP es un acetal: un acetal cíclicoen el que una de las moltculas del alcohol paterno forma parte del anillo. Como cualquier acetal, en presencia de ácid0 acuoso lsreacciones inversasde (1) y (2) de la página 769. rápidamente sufrea

-

QOR +

Un éter THP Un acetal

'O

OR H

0 o

+

ROH

X

Un ion oxonio

0

CIOH,, ;:$.,,

o + H20

+

XI

X

Un hemiacetal

Esto da el hemiacetalXI, el cual, como otros hemiacetales, sufreuna rápida hidr6lisis para dar el aldehídoy el alcohol- q u e resultan ser parte de la misma molkula.

XI

Aldehído y alcohol

Un hemiacetal

(Observamos que el intermediario clave "aquel cuya estabilidad es la que facilita que la reaccidnocurra en ambas direcciones- es el ion oxonio X, el cual correspondeal ion oxonio I de la pág. 769.)

18.

(a) Eugenol e isoeugenolson is6meros (CloH1202),siendo el primeroun alilbenceno (pág. 550): prácticamente lo únicoque puede suceder un desplazamiento es del enlace doble hacia la conjugaci6n con el anillo.

367

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21

Esta isomerización queda confirmada por la Hrdida de dos carbonos en la oxidación siguiente.

L C12H1403

(b) Puesto que el reactivouna es base, su función m& probablees la de extraer un prodn. La separación desde un carbono contiguo al anillo genera un anión alílico-bencílico, estabilizadopor resonancia, HO- +ArCHlCH=CH2

e A r C H : - - C H - - C H 2+ H I O a ArCH- CHCHl + O W

7

Más estable

que puede recibir nuevamente el protón en una u om de dos posiciones. El equilibrio favorece al alqueno más estable, en el cual el doble enlace está conjugado con el anillo. o-CH2

O'CH2

\

E?"+ calor

(c) &O CHO

CH-CHCH,

&O

CH2CH"CHz Safrol

19.

\

KZCr207. H +

Piperonal

lsosafrol

El aldehído protonado es un electxóffioy, el doble enlacees un nuclhfilo; la reacci6n entre ambas funciones cierra el anillo; la hidrataci6n del carbocatión resultanteunproduce diol.

CatiónAldehído protonado

20.

-&o

o-y2

3'

Diol

Un anillo de seis miembros

N y O son estereoidmeros.Para cadauno deellos, la conformación preferiblees la que tiene N. todos los la maym'a de los voluminososgrupos "CCl., en posiciones ecuatoriales. En H son equivalentesy axiales (64.28). En O, hay dos H axiales (64.63) y un H ecuatorial (a campom k bajo, en 6 5.50).

CAPITULO ALDEHIDOS Y CETONAS

21

N

O

Esta interpretación es consistente con la observaci6n general de que, si las otras condiciones novm’an, los protones ecuatoriales absorben a campo más bajo que los protones axiales (problema 10, Cap. 16, pAg. 612).

21.

ph$rh

Aquíocurre el ciene anular al anillo de 5 miembros

11

T - C O O H

espreferiblea

PhCH2$

H

Aglomerados

H

CHzPh

H

IV

Aquí ocurre el cierre anular al anillode 6 miembros

COOHY

COO H

CH2Ph Aglomerados aes preferible ph*pH h

H

H

CH2Ph V

1

H cis

o>) El isómero trans tiene el fenilo axial; la unión por puentes de hidrógeno que incluyen al “ O H y a los oxígenos del anillo contribuyen a estabilizar esta conformaci6n.

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21

Tollens reactivo deTollens 23. (b)reactivo de (a) (c) 2,4-dinitrofenilhidrazina yodoformo del prueba (d) (f) prueba de Tollens prueba (e) de Schiff o Tollens (g) ácido, luego la prueba de Schiff o Tollens(h)pruebadelyodoformo (i) 2,4-dinitrofenilhidzina,o bien, CrO,/H,SO, (i) Acido, luego la prueba (k) ácido y calor, luego la prueba de Schiff o Tollens de Schiff O Tollens

24.

(a)PhCOCH.,da la prueba del yodoformo positiva. PhCH,CHO da la prueba de Tollens positiva. Oxidar los tolualdehídos isoméricosa los ácidos mlúicoso ftdicos, e identificarlospor sus p.f. (b) La metial cetona da una prueba de yodoformo positiva. El hidrocarburo es insoluble en H,SO, conc. frío. El alcohol se pude oxidar aPhCOOH @.f. 122" C). (c) La cetona insaturada decolora BrJCCl,. al El alcano es insoluble en H,SO, conc. frío. El éterse disuelve enH,SO, conc. frío. El alcohol da inmediatamente un color verde conCrOJH,SO,. (d) p-C1C,H4CHzC1da AgCl con AgNO,. p-CIC,H,COCH, da la prueba del yodoformo positiva. EI compuesto nitroda prueba positiva paraN después de la fusión con Na.

25.

La prueba de Tollens indica que el citral es un aldehído; la ruptura en tres fragmentospor oxidación indica dos dobles enlaces. Reuniendo los fragmentos de acuerdo conla regla isoprénica

f

llegamos a:

El citral a, como el geraniol, tiene yHCH, trans; el citralb, como el nerol, tiene H y CH., cis.

ALDEHIDOS Y CETONAS

26.

CAPITULO 21

Evidentemente, el compuesto es insaturado (KMnO, positivo) y es una cetona (NH20H positivo, Tollens negativo). La primera hidrogenacih da una cetona saturada (KMnO, negativo, NH20Hpositivo); la segunda daun alcohol (Kh4n0,negativo,%OH negativo, CrOJH2S0,positivo). Laf6rmula del alcohol indicala presencia de un anillo. C l o H z z O alcohol saturado de cadena abierta C I O H 2 , 0 carvomentol 2H faltantes, significa 1 anillo

-

Si reunimos los fragmentos de oxidacidn, tomandoen cuenta la regla isoprhica, HOOC c\ c- C\

COOH

/,

C-- COOH

C ,'

O

~c-c

-

c\ c/

O

:"c,

C"C

O ,A

4

e-c

\C - c

c, e-c /,c "C '\ c-c

o

c/

/I

\

c-c

//

O

c\ C"C, C'

/

C-COOH

'C

c,

HOOC-C

t-

COOH

C-C

/,

:"-c, \

c-c

,5

c-c

//'

concluimos que la carvotanacetona es

Carvotanacetona

27.

(a> CH,CH>.CCHi

II

\

(b)

CH--CHO

(C)

CH,-CH"CH"CH3

I

CH3

O

OH

3-Buten-2-01 Isobutiraldehído2-Butanona

(V&nse los espectros acotados quese indican en la p4g.857 de esta Guíade Estudio.)

28.

(a) CH,C'H2CH,CCH2CH2CH, I1 O

(b) CH3CH,CH,CH,CCHCH3

It

O

3- Heptanona

4-Heptanona

(c) C H 3 C H 2 C H , C H 2 C H 2 C C H ,

II

O 2-Heptanona

( V h s e los espectros acotados que se indican en lap4g. 858 de esta Guía de Estudio.) 371

ALDEHIDOS Y CETONAS

CAPITULO 21 CHI

29.

(b)

(a) CH,CH,CH,CCH,

II

I

CH,"CH--C--CH,

,I

O

(c)

CH3CH2CCH, I

O

2-Pentanona Isopropil metil

cetona

O

metil Etil

cetona

(Véanse los espectros acotados que se indican en la pág. 859 de esta Guía de Estudio.)

30.

p-CHJOCbHdCHO p-CHJOC6H4CCHj

C~H~-C-CH(CHA)~

O

O

p-Metoxibenzaldehído

,p-Metoxiacetofenona

Q

P

Isobutirofenona (Isopropil fenil cetona) R

(Véanse los espectros con acotaciones de las págs. 860 y 861 de esta Guíade Estudio.)

31.

CH,, CH,

CH, ,CICH~~CH~~CH,~~CH~~CH~~CHO 3,7-Dirnetil-6-octenal Citronelal S

( V h s e los espectros con acotaciones dela phgina 862 de esta Guía de Estudio.)

22 Estereoquímica 111. Ligantes y caras enantiotópicasy diastereotópicas

Dos pares

373

d

ESTEREOQUIMICA 111

CAPITULO 22

Un par

22.3

Ninguno

Un par

En estos casos, la cspccificación se rcficre a la cara que se encuentra volteada hacia arriba y hacia nosotros. (a) C,H,

\(.’

oI

Kc

H

H

‘\ / C

C 2 H j

(b) cHi,

oI1

c

,,CHI

(C)

b

cH,$H

cH--/H <‘

o”

Ninguno

Si

Enuntiotcipicns

CZH,

C,H,

\C H I

Kr

C‘ C H ,i \0 Si

Dia.stcreot6pica.s

(d) En este ejemplo,C-2 tiene caras enantiotópicas. Para discernir la prioridad relativa de los tres ligantes unidos a este carbono trigonal, debemos aplicar la Regla Secuencia1 3 (pág. 141): donde hayun doble enlace,se consideran ambos átomos por duplicado. En este caso no duplicamos al átomo de carbono trigonal mismo, ya que Re y Si estlin comprometidos solamente con tres ligantes. Pero consideremos que C~,

/

c

H )I

iguala a

y, por lo tanto, tiene prioridad sobre“CH,.

374

I $’ I

H

H

ESTEREOQUZMICA 111

CAPITULO 22

H

1

C Br >

C

I

H <'

>

H Enantiotópicas

1

V H

I

H

(g) Aquí, como puede verse ambos carbonos trigonales del doble enlace c tienen a m s heterotópicas; simplemente se trata cada U M en forma individual como si fuera la Única cara heterotópica de la molécula. H\ ,,Cl

I/

Re

C

Re

C

si C1\c/H

/I

H' c'

('I

Si

,

'CH >

CH, C'

[I >

C

/ \

H

H

Dos pares de carasenantiotópicas

ESTEREOQUIMICA m

CAPITULO 22

(dl

Y$:.

w,

CH.3

SCH 3

+OH

+O CH,

H

OH

H T i H R

.,I*H

CH, diasterotópicos Ligantes enantiotópicos Ligantes Ligantes Ligantes (VCase la respuesta al problema 8(g), pág. 66 de esta Guia de Estudio)

CH,

CH3

CH,

H T O H RCH3

enantiotópicos enantiotópicos

diastereotópicas Caras

Ninguno

k

n

I

I

HS HK LigantesenantiotópicosLigantesenantiotópicos Ligantes diastereotópicos

Ligantes enantiotbpicos

Caras enantiotópicas Caras enantiotópicas Caras diastereotópicas

It

,í. Dos pares equivalentes de carasenantiotópicas

Ligantes diastereotópicos

Re

S1

Caras enanfiotópicm

CAPITULO 22

ESTEREOQUIMICA III

2. Alcohol (a)

OH

I.

(b) NADD.

OTs

OH

I1

I

La inversión en la hidr6lisis del tosilato da el etanolI, el cual, por supuesto, transfiere D al NAD+ paradar NADD. 3.

z

Z

Z

NADD(iv) NADD(i) NADH

El NADD(v)es una mezcla:44% de NADD(i) y 56%de NADD(iv). No es sorprendente sea (casi) no estereoespecífica. que la reducción química del NAD+ Resulta claro quela transferencia de hidruro es estereoespecífica, no sólo con respecto al etanol/acetaldehído(Sec.22.4) sino tambi6n con respectoal NAD+/NADH. El NADH contienedoshidrógenos,químicamenteequivalentesperoestereoquímicamente no equivalentes: enantiotópicoso diastereotópicos. (En realidad, debido ala quiralidad del resto de la mol6culade NADH, son diastereotópicos.) El NAD+ S610 contiene un hidrógeno en esta posición,y evidentementees no saturado; contieneun par de caras enantiotópicas o diastereotópicas.

Z

2

NAD

NADH

(i) Cuandose reduce (enzimáticamente) porCH$D,OH, el todo el D se transfiere justo a una de las caras delNAD'; el NADD(i) formado contieneD tan sólo en una de las dos posiciones estereoquímicas.

-1

Z NAD'

Z

NADD(I)

ESTEREOQUIMICA TI1

CAPITULO 22

(ii) Ahora, cuando se usa el NADD(i) para reducir el CH$HO, la reacci6n es la inversa de aquellaen la que se formó el NADD (i) +talizada por la misma enzimay pasando a través del mismo estadode transición- y el hidr6geno se transfiere de regreso desde la misma posición estereoquímica en la cual se había recibido; solamente se transfiere D, y el NAD+(ii) formado queda sin D.

z

NADD(1)

Z NAD'()]) No contiene D

(iii) En seguida, el NADD(i) se utiliza para reducir un compuesto diferente -un aldehído distinto (Sec. 38.3)-, la glucosa. Esta reacción también es completamente estereoespocífica,catalizada por unaenzima diferente; y, comosuelesuceder,tiene exactamente la estereoespecificidad opuesta de a la lareacción con el acetaldehído. Ahora solamente se transfiereprotio el del NADD(i),y todo el deuterio permanece en el NAD+ (iii).

2

NAD+(¡¡])

NADD(i)

Z Contiene un D por molécula

(iv) Cuandose reduce el NAD(iii)por el CH$$OH ordinario, recibe,por supuesto, un protio ordinario. La reacción (iv) tiene exactamente la misma estereoquímica que la la misma a caradel NAD+. Pero esta elvez D ya reacción (i),y el hidrógeno se llega a unir estaba presente en la molkula, y es el hidrógeno el que ahora se unid. El producto NADD(iv) es el estereoisómero de NADD(i).

(v) Comenzamos nuevamente con NAD+ ordinario y lo reducimos químicamente en un D por moltkula. Pero ahora presencia de D,O. Nuevamente el NADD formado contiene en la reacción participan reactivos químicos ordinarios, y esta es casi completamente no

ESTEREOQUIMICA III

CAPITULO 22

estereoespecífica. ElD se une a cualquier caradel NAD+,y el NADD(v) obtenidoes una mezcla de NADD(i) y NADD(iv).

Z NAD'

Z

2

NADD(¡) NADD(1v) (56'A (44 ;;) NADD(v)

(vi) Cuandose reoxida NADD(v) por el CH$$OH, el hidrógeno es transferido,por supuesto, pero a partir solamente de una posición estereoquímica: UM parte de & t e es se mantiene el deuterio (44%)que deuterio (56%),y el resto es protio. En el NAD+ (vi) ocupaba la posición opuesta. Así, el NAD+(vi) UM es mezcla 56:44 de NAD+ (ii)y NAD+ (iii).

Y

2

NADD(1v) (448,)

Y

D

Z NAD'(¡¡¡) (44"")

Para un análisis general,v h s e Levy, H. R., Talalay, P. y Vennesland, B., "The Steric Isotopes", Courseof Enzymatic Reaction at Meso Carbon Atoms; Application of Hydrogen Progress in Stereochemistry; Butterworths, Washington, 1962, Vol. 3, págs. 299-344. Véase tambiCn Loewus, F. A., Westheimer,F. H. y Vennesland B., "Enzymatic Synthesis Am,Chem. Soc., 75,5018 (1953);Westheimer,F. H., of Enantiomorphsof Ethano-1-d",J. Adv. Phys. Org. Chem., 21,1(1985). 4.

(a) La (S)-Alaninase deberá formar a partirde la amida V. No se rompe ningún enlace en el carbono quiral en este paso, y la reaccióndeberA ocurrir con retención.

CAPITULO 22

ESTEREOQUIMICA III

ti.

H Acido l-acetmid opropenoico

5.

Podemos usar la misma posición queen la figura 22.3 (pág. 799). Colocamos la molécula de etanolen la posiciónde enlace (u) de la única manera en que puede ajustarse: con H, el en el agujero pequeño y 4 apuntando haciaarriba. Solamente H este que apunta hacia arriba NAD+. se puede transferir al

6.

(a)Krebsconsideróquelamoléculadelácidocítrico era simétrica y quecontenía exactamente dos grupos“COOH terminales equivalentes. En la conversión al ácido acetoglutíirico,éI esperabaun “revoltijo” de la marca isotópica entre los dos grupos “COOH del producto. Este razonamiento fue aceptado por los dos grupos de investigadores que llevaron a cabo los experimentosde marcaje (en 1941y 1942). y ambos grupos concluyeron que el ácido cítrico no podía serun intermediario en la formación del ácido a-cetoglutárico. (b) La línea de razonamientono es válida. Reconocemoslos dos grupos “COOH como enantiotópicosy como estereoquímicamente no equivalentes; una enzima podría distinguir uno de otro y dar los resultados del marcaje observados. (El hecho de que una enzima pueda diferenciar tales grupos fue seilalado por A. G . Ogston en 1948; sus ideas, en última instancia, dieron lugar al conocimiento que tenemos hoy día sobrela discriminación estereoquímica.)

(c) EI ácid0 cítricopuede ser un intermediario en el proceso -y, en efecto, generalmente se acepta quelo es.

CAPITULO 22

ESTEREOQUIMICA I11

Si:a, b, d, e, f. No: c.

7.

(a) El carbono de carbonilo tiene caras queno son equivalentes, las cuales, debido ala quiralidad en C-2, sondiastereot6picas; la uni6ncon el hidruro podríasuceder la reducci6ndel preferencialmenteencualesquiera de estascaras.(Compáresecon acetaldehído en la Fig. 22,2. pág. 792.)

I

CH,

CH;

Reacción en caras diastereotópicas

(Los estudios con deuteriohan demostrado que, con alcohol-deshidrogenasa la como enzima, el hidruroen realidad se adicina solamente a m la a Re.) &)Los grupos-CH,OH en los dos extremoslade molkula son enantiot6picos; dependiendo de cuál de éstos reacciona,se formara unou otra de un par de enantiómeros.

CH20H C'H,0P0,H2 ,CH,OH +OH CH,0P03H2

CH,OH en

~~

f

+OH

.+-OH

JH,OH

Reacción ligandos enantiotópicos

Enantiómeros

(El trabajo realizado a base de marcado con 14' demostr6 que la glicerol quinasa solamente cataliza la fosforilación en los grupos pro-4.) (c) Los dos grupos "€$OH son estereoquímicamente equivalentes; cualquiera que sea el extremo que reaccione, el producto será el mismo.

CHzOH CH20POjH: CHzOH

H$: HO CHzOH

-

H$:ZHH$:ZH

CH,OH

CH20P0,H, Idédcos

CAPITULO 22

ESTEREOQUIMICA III

(d) Como en (b), los grupos <$OH situados en los dos extremosde la molkula son enantiot6picos; dependiendo de cuA1de Cstos reaccione, se formad uno u otro de un par de enanti6mems.

:I:: ,I:::$:: RCHzOH

CCHHLzOOPH0 3 H z

---+

CH20P0,H2 CHzOH

,yCH20H

Reacción en ligandos enantiotópicos

Enantiómeros

(Dehecho, se ha encontrado que esta reacci6n es estereoespecífica en biol6gico.)

un sistema

(e) El Acido fumárico tiene dostipos de caras enantiot6picas; la uni6n del“ O H podría ocurrir en cualquier cara (no importa encud carbono) para dar cualquierade un par de

enantiómeros.

H, Rc, Re

“H

HOOC’

,COOH C C 11

HOOC, SI

S/

H’

,H

c c!I

“COOH

COOH

COOH

.o+

+OH CHzOH CHIOH (RI

Del ataque ataque Del enlacara

(S)

Re en la cara Si Enantiómeros

Pero el “Htambih se estA adicionando al doble enlace;Qte podría unirse a la misma cara queel “ O H (adici6n syn), o bien a lacara opuesta (adici6nanti).

(En presenciade la enzima fumarasa, la uni6n del “ O H realmente tiene lugar sólo en lacara Si,paradar únicamente kid0 el (S-mAlico.Los estudios con deuterio han demostrado que el -H no se une sino a la caraRe, por lo que la adición es ant¿.Así, de cuatro estereoidmeros posibles a partir de la adici6nde -D y “OH, en realidadS610 se obtiene uno, el 2S, 3R. Sin embargo, hay dos combinaciones igualmente probables que dan esta “ O H se puede adicionar a cualesquiera de los carbonos del doble enlace estereoquímica: el y el -H al otro.)

ESTEREOQUIMICA ru

CAPITULO 22

(f) El &ido succinic0 contiene dos pares de hidr6genos enantiot6picos equivalentes. Tanto si la eliminaci6n es anti como si es syn, los dos hidr6genos que provienen de carbonos diferentes deben perderse en pares espec@cos, como se determina por su estereoquímica: si es syn, un H, y un H,. (En realidad, se ha encontrado que esta si es anti,dos 4 o dos Hs; eliminaci6n es anti.)

COOH Dos pares equivalentes de hidrógenos enuntiotópicos

HOOC

c

/ \

H

23 Acidos carboxílicos

23.1

A 110°C:

63.7

0.11 g vol. a TPN p.m. (glmol) 22400 mL/mol

p.m. =

273 454 -x 383 760 22400

X

0.11 x 22400 383 760 63.7 x - x - =.91 (a 1lOOC) 454 273

0.081 760 A 156°C: - -

66.4

X

p.m.

273 - X 458 429 22400

429 760 p.m. = 0.081 x 22400 x 66.4

213

x -

= 71 (a 156 oc)

458

El monómero, CH,COOH, tendríaun p.m. de 60.Hay asociación aunen la fase gaseosa, y disminuye con el aumentode temperatura.

23.2

(a) ( I )

peróxido

(2)

Rad.

(3)

n-BuCH=CH2

+

CH3CH2CH2COOH

+ CHjCH2CHCOOH

"+

" +

"+

Rad.

RadH

+ CH,CH2CHCOOH

n-BuCH"CH2-CH-COOH

ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 23

(4) n-BuCHCH2CHCOOH

1

+ CH3CHZCH2COOH

n-BuCHzCH2CHCOOH

1

C2HS

+

C2H5

CH3CH2CHCOOH

por lo tanto, (3), (4), (3), (4), etc.

El ataque porradicales libres favorece la separación de un hidrógeno alfa, probablemente porque la resonancia estabilizm'a el radical libre:

CH,

I ,

(c) Acido 2,2-dimetilcodecanoico, CH3(CH2)9CCOOH CH, COOEt

(d)

n Actilmalonato de etilo.

CH,(CHz),?H COOEt

Cpetrow, A. D., Nikischin, G. I. y J. N. Ogibin, "Freiradikale Anlagerung von SPuren und Alkoholen zuden a-Oletinen", Tercer Congreso Internacional sobre Agentes Tensoactivos, Colonia, Septiembre de 1%0, vol. l., Sec. A, phgs. 78-83.)

233

(a) Es evidentequeelcatión1-pentilo es un intermediario: CH3 1 CHIC-CHCH,

CH3 --t

I

CHlCH2C@

I

CH3

Catión t-pentilo

CH3

I 3CH3CH2C-COOH I CHJ

Acido 2,2-dimetilbutanoico

CAPITULO ACIDOS CARBOXILICOS

23

El mecanismo más probable de su reacci6n con mon6xido de carbono implica la generaci6n e hidrataci6n deun ion acilio, un cati6n que debesu considerable estabilidad al hecho de que cadauno de sus átomos -

+

+ : C + O : -+ R+ acilio Carbocatión Monóxido Ion de carbono

R-C-O:+

R-C-O

I

OH Acido carboxílico

tiene un octeto completo (Compkese con la Sec. 10.15.)

Catión sec-butilo

OH

Acido 2-metilbutanoico

(Koch, H. y Haaf, W., "Über die SyntheseverzweigterCarbonsiiurennachder Amerisensiiure-Nlethode", Ann. Chem., 618;25 1 (1958).)

23.4 Br

B I

Acido p-bromobenzoico

Br

23.5

Br Acido p-bromofenilacético

El ion carbonatoes un hibrido de tres estructuras de igual estabilidad. Cada enlace C-4 es doble en una estructuray sencillo en dos; estos enlaces tienen menor carácter de unión doble y, por 10 tanto, son más largos que los enlaces delion formiato.

/o

0~

23.6

Br

Br

Vea la sección25. l .

2-

0 "-c

\

0-

'O

t

CAPITULO 23

23.7

ACIDOS CARBOXILICOS

(a) F > C1 > Br > I. (b) Atractor de electrones.

Para el anih, una estructura como &a implicaría la separaci6n dea l scargas positiva y negativa doble.

23.9

(a) Se rompe elenlace C 4 H :

0)Se rompen el

enlaceC 4 H del ácido,y el CO-H

del alcohol:

E g n-CIIHZ3CH2Brt-(a)

(b) n-CI,HZ3CH2COOH n-CIIH,,CH2MgBr O bien, através del nitrilo:RBr

"+

RCN

"+

RCOOH

H2C"CHz

\o/

(c) n - C I I H z 3 C H 2 C H 2 C H 2 0 Hf-" n-CIIHZ3CH2MgBr

(d) n-CloH21CH=CHZ

(e) n-C,oH21CH2CH3

+KoH(a'c)

Pt

n-CIIHZ3CH2Br +" (a)

n-CloH21CH=CH2

t-

(d)

+ "

(b)

OS

23

ACIDOS

(i)

n-CloHzlCOOH n-CloH21C-CH3

c- ( 9 )

/I

(Sec. 18.9)

O

(j) n-C,,H25CHOH-CH, CH3

I I

(k) n-C12H25C"CH3

n-Cl2Hl5MgBr n-C12H2,Br


H+

<

CH~COCHJ

n-C12Hz5MgBr

a n-C12H25Br

OH

"'T:

Br I

H

Br Br

Elr2.

-

COOH

CC14

H

Acido trans-2-butenoico H

COOH

H$: H COOH

Emmtiómeros Acido eritro-2,3-dibromobutanoico racémico

(c) PhCHOHCHzCOOH

Ph

-&

H

\ / ,c=c \

H

COOH

(principalmente trans)

(a)

(a)

CAPITULO 23

ACIDOS CARBOXILICOS

(d) La única manera de perder HzO(C,%O, - H,O=C,H,O,) dentro de una misma molécula una esterificación intramolecular, para (sin aumentoen el número de carbonos) es mediante dar un éster cíclico (unaZactona, S e c . 24.15).

9

O

Un éster cíclico

23.12

Para evitar la generación de HCN por acción del ácido sobre cianuro de sodio.

23.13

(a)Debemosaiiadndoscarbonos: HOOC(CH~)~COOH

H ' Calor

HIO.

+-

NFC'(CH:)\C'=N

2c N

Br(CH2)\Br

21181 L exceso

14OCH2CH2CHZOH

(b) Debemos degradarun ácido C,, a un fragmento C,: CHI(CH2),CH=CH(CH2),COOH

(c) HOCf I2C=
23.14

1120. H '

0 1 "-f

F

HOOC(CH2)7COOH

ll;s HOC. H,CH2CH2CH20H

-

K M,704

t

HOOCCHzCH2COOH

(a) El diéster, EtOOC(CH,),COOEt. (b) El mondster, EtOOC(CH,),COOH

(c) El diol, HOCH2CH2CH,CH,0H. (d) Elmonobromoácido, HOOCCH,CH,CHBrCOOH. (e) El cloruro de diacilo, p-C,H,(COCl)?.

Br

\ COOH

Acido maleico (Acido cis-butenodioico)

;

COOH

COOH

COOH

-

BrF H

COOH

Enmtiómeros Acido 2,3-dibromobutanodioico racémico

ACIDOS CARBOXKICOS

23.15

El grupo "COOH es atractor de electronesy aumenta la acidez, en comparaci6n con -H o bien con"CH,. K,:

23.16

CAPITULO 23

HOOC--COOH HOOC-CHz-COOH H-COOH H"CH2-COOH 5400 x 10-5 > 17.7 x

A medida que aumenta la distancia entre los grupos
de uno sobre elotro. HOOC-COOH K , : 5400 x 10-5

> HOOC-CH2-COOH 140

>

140 x 10-5

X

1.75

X

10-5

se debilita el efecto inductivo

> HOOC"CH~CH2"COOH > 6.4 x 10-5

10-5

HOOC"CHzCH~CH2"COOH 4.5

23.17

(a)

C2H20, oxálic0 ácido etilén-glicol

+ C2H,02 C,H*O,

- C,H,O, _

_

producto ~

2 H 2 0 pérdida: debió haber doble esterificación

o/ CHO \ OH

p

2

Acido oxálico Elitin glicol

(b)

C,H,O,

- C&03

H,O

Un diester cíclico

ácido succinic0 producto pérdida: debió haber formación intramolecular de &í&ido O

o

Acido succínico Anhídrido succinic0

O

Un anhídrido cíclico (C)

+

C&,O, C2H602

C,"H,@, -C,,H,O,

ácido tereftálico etilén-glicol unidad de Dacron

2HzO: doble esterificación

Dacron

Un poliéster

X

10-5"

ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 23

23.18

H,SO,' KMnO,b

Alcanos Alquenos Alquinos Halogenurn de alquilo Alquilbencenos Alcoholes 1"' Alcoholes 2"' Alcoholes 3"' Eteres Aldehídos Cetonas Acidos carboxííicos Fenoles

conc.

frio

t

+ +

+ -

H$O;

BrIb Cr0,c

+

-

+ +

-

-

t

+

+ +

"

+

+ + +

+'

-

t t

t

-

J

+

t

+ +

+

t

+

t

+

fwn.

CHCI,, AICI,'

NodNoOH' NoHCo;

f

+

t

t

+ t

+

+I

+

-

-

-

-

t t

+ J

'

'Se disuelve. bSe decolora. Cambia de color. Burbujas de hidrógeno. Se disuelve, con burbujas de CO,.fLos 1 alquinos dan la prueba.#Decoloran el KMnO, caliente. 'Reacción explosiva. Liberan HBr. j l m fenoles con vanos sustituyentes que atraen electrones, dan la prueba.

23.19

Acidoo-clorobenzoico, C,H,O,Clp.m. peso molecular de 191.)

23.20

(a)

~~

1000 ~

(y pesoequiv.)156.5.(2,6-C1,C6&COOHtiene

x 0.0972 equiv.de &ido= 0.187 g

1 equiv. de ácido = 0.187 x

1000 I x -__ = 103 g 18.7 0.0972

~~~

@)Es ácido etoxiacético,C~H,OCH,COOH,p.m. (y p. equiv.) 104.Los otros no pueden ser: ácido n-Caproico, n-C,H, COOH, p.m. (y p.equiv.)116;ácidometoxiacético, CH,OCH,COOH, p.m. (y p. equiv.) 90. 23.21

(a)Dos; p. q u i . = p.m./2 = 16612 = 83. (b) E.N. = p. mol./número deH ácidos por mol&ula.

(c) 70 (p.m./3), 57 (p.m./6).

23.22 1.

Carbonato de sodio,N%CO,. C-1: fdrmico, metanoico C-3: propibnico,propanoic0 C-5: n-valeriánico,pentanoico C-8: n-caprílico, octanoic0 C-12: láurico, dodecanoic0 C-18: esteárico, octadecanoico

C-2 acético, etanoico C 4 : n-butirico,butanoic0 C d : n-caproico,hexanoic0 C-10: n-cáprico, decanoic0 C-16: palmítico, hexadecanoic0

CAPITULO ACIDOS CARBOXILICOS

2.

23

(a) (CH3)?CHCHICOOH Acido 3-metilbutanoico

(c) CH,CH2CH2CH(CH,)CH(CH3)COOH

(d) n-BuCH(Et)CHzCH(CH,)COOH

(e)

(0

Acido 2.3-dimetilhexanoico

PhCHzCOOH Acido feniletanoico

Acido a-metil- y-etilcaprílico

(h) p-CH,C,H,COOH

(g) HOOCCHzCHzCHzCHzCOOH 4-metilberu.oico Acido hexanodioico Acido

(i)

o-C,H,(COOH), Acido 1.2-benccnodicarboxílico

(j)

m-C,H,(COOH)2 Acido 1,3-benccnodicarboxílico

(k)

p-C,H,(COOH), Acido 1,4-bencenodicarboxílico

(1)

p-HOC,H,COOH Acido 4-hidroxibcnzoico

(m) CH3CH2CH(CH3)COOK

(n)

2-Metilbutanoatode potasio

(O)

(4)

3.

PhCHzCHzCHzCOOH Acido 4- fenilbutanoico

(CH,CHC1C00)2Mg a-Cloropropionato de magnesio

(2)-HOOC“CH=CH“COOH Acido (a-butenodioico

(p) HOOCCHBrCHBrCOOH

(CH,)?CHC=N 2-Metiletanoniuilo

(r) 2,4-(02N)&H3C=N

Acido 2,3-dibromobutanodioico

2,4-Dinitrobenzonitrilo

(a) Igualnúmerodecarbonos: PhCH,

K M ~ O J OH , calor

PhCOOH

(b) Agregue un carbono: PhBr

M

2 PhMgBr

PhCOOH PhCOOMgBr

(c) Igual número de carbonos: PhCEN

H 7 10

PhCOOH

+

NH4+

(d) Igual número de carbonos:

(e) Igual número de carbonos: hidrolice el trihalogenuro. PhCC13 OH-_

Ph-C,

//

O

OH

CAPITULO 23

ACIDOS CARBOXILICOS

(0 Elimine un carbono (mediante la reacción del haloformo, sec. 18.9):

4.

oxid

1O +.

(a)Igualnúmerodecarbonos:alcohol

ácido.

(b) Agregue un carbono mediante el ion cianuro:

No se puede emplear para preparar ( C y ) ,--COOH a partir det-BuBr. (Véase eliminación contra sustitución, Sec.7.24.)

-

(c) Agregue un carbono mediante Grignard y CO,: H ' n-PrCOOH c--

col

n-PrMgBr

E n-PrBr

m

n-PrOH

(d) Elimine un carbono mediantela reacción del haloformo, sección18.9. n-Pr

C-+CH, 11

O

5.

I

a

+

n-PrCOOH

HCI, n-PrCOOyodoformo

En todos los casos es necesario romper el éter (abrir el anillo), para obtener elhalogenuro, el alcoholo ambos.

(a) Igual número de carbonos:

4c

4c

Eter 4c

(b) Debemos airadir un carbono adicional, probablementea travks de CN-:

Lo) 4c

tlCI (ac)

calor

+

aHOCHz(CH2)3CN

K Mn 0 4

HOCH>(CH?)zCH2CI

Monohalogenuro

4c

Alc. I"

Nifrilo

5c

+ HOOC(CH2)2CN

Acido

5c

I

Nitrib

HzO, H '

HOOC(CH2)3COOH

Diácido

5c

OS

23

ACIDOS

(C) Debemos agregardos carbonos mAs, probablemente medianteCN-: HCl(ac)

calor

4c

6.

+

6C

2CN-

CKCH2)4CI

" +

Dihalogenuro

(a) PhCOOK (d) PhCOONa (i) PhCOCl

NC(CH214CN Dinitrilo

HOOC(CH2)4COOH Diácido

6C

(b) (PhC00)3AI (e) PhCOONH,

(c) (PhCOO),Ca (g) PhCHzOH (k) PhCOCl

(i) PhCOCl

(4) PhCOO-n-Pr

No hay reacción: f,h,m,p.

7.

(a) C,H,COOK (d) C,H,COONa (i) C,H,COCl (m) C,H,CHCOOH

I

Br

No hay reacción: f,h,l,n,o,p.

8.

//

(a) i-PrCOOH i-Pr-c

O

+ HOEt

\

OEt Ester ácido

(c) i-Pr-C

de

,o

/,'

i-Pr-C

\

NH2 Amida

O 5,

Cloruro + (b)

'CI

Sal

(e) i-Pr--CH20H Alcohol 1

_H'

i

LiA'H4

(b) i-PrC:'

O i-Pr-C, /' O ' H

O \

c1.

i-PrCOOH

CAPITULO 23

ACIDOS CARBOXILICOS

CI

(d) Hay que deshacerse del "COOH. Un método antiguo es el calentamiento intenso con

cal sodada (una combinación de NaOH y CaO). Compare con el problema 27, más adelante. PhCOOH

(e) Ph-C

O

4 \

c-

Ph-C,

O Y

(deb)

CI

O--Pr-n

u

Br

(h) PhCHzOH

10.

cal sodada c e PhH

PhCOONa

+

n-PrOH

m-Bromofenol PhCOOH

+LlA'H4

(a)NeutraliceelácidoconNaOH ( ac). (b) Esterifique el ácido con EtOH.

(c) Caliente el ácido con SOCl,.

(d) Permita que el cloruro de ácido (de c) reaccione con N%. (e) Brome el anillo con Br,, Fe. (f) Nitre el anillocon HNO@i,SO,.

(g) Reduzca"COOH a --CH,OH con LiAlH,. (h) Brome la cadena lateral con B r p (reacción de Hell-Volhard-Zelinsky). (i) Trate el bromoácido (de h) con N&. (j) Hidrolice el bromoácido (de h) con NaOH (ac), caliente.

-

(k) Agregueun carbono extra: probablemente mediante CN-. Ph-CH-COOH

I

COOH

HzO. Hi

calor

Ph-CH-COOH

C =N

E Ph-CH-COOI Br

c- (h)

ACIDOS CARBOXLICOS

CAPITULO 23

Podrá encontrar una alternativa en el capítulo 25: una condensación de Claisen cruzada t etilo, o entre fenilacetatode etilo y c ~ b o ~de

EtO---C-OEt

I1

O

11.

(a) PhCOOK

(c) HOCHZCH,CHLC'H,OH (e) PhCOOCHz

(d) PhCOOCHZPh, benzoato de bencilo

N O z (y isómero el

(0

orto)

CH,CH2CHBrCOOH

(g)

COOH Acido ciclohexanocarboxílico COOH

Acetato dc p-nitrobencilo

(p) n-C8H,,COOH

ácido esteárico

+

H

i

H

i

O-CCH2C--0

+ HOOC(CHz),COOH

H

I

+ O --C'(CH2),COOH

(r) igualproductoqueg

CAPITULO 23

ACIDOS CARBOXILICOS

(b) CHICH214CH2COOH

13.

a

Et"THzMgBr EtI4CH20H

KMnO (a) P h C 0 0 H 1 PhCHl

COOH

COO H

(0 Similar a (b), excepto que primero hay que bromar el tolueno enla posición para. (g) PhCHCOOH I Br

zc PhCH,COOH

+-

(b)

CAPITULO 23

ACIDOS CARBOXILICOS

14.

(a> CHjCH2CHCOOEt + EtOH, Hi

1

CH,CH,CH"COOH

,

CH 1

CH3

(d) CH3CHCOOH ,OH- CHjCHCOOH CH3CHICOOH

I

OH

n-BuCOOH n-BuMgBr

a

src-BuMgBr (de sec-BuOH)

< KMno4 CHjCH2CH20H

I

Br

,Mg

a

n-BuOH

(de EtOH)

+

CH,CHO

CAPITULO 23

15.

ACIDOS CARBOXILICOS

Los sustituyentes atractores de electrones aumentan la acidez; los sustituyentes liberadores más sustituyentes hay, tanto más grande es el efecto. de electrones la disminuyen. Cuantos En compuestos saturados, el efecto es tanto mayor cuanto más cercano al"COOH se encuentra el sustituyente. (a)

CH,CH2CHCOOH~CH~CHCH~COO iCHLCH2CHzCOOFI H > CHICHLCHICOOH

Br

,

Br

Br

( b ) tri-CI > di-CI > mono-CI > ácido no sustituido

CI

es atractor de electrones respecto a -H

(g) HOOCCHzC'OOH > HOOCCH,CH,COOH

16.

CH,COOH

Cuanto más débil sea el ácido, tanto más fuertemente básico será su anión. NaCzH, > NaNH2 > NaC"CH

17.

j

> NaOEt > NaOH > NaOOCCH.3 > NaHSO,

La separaciónes aquíexactamente como se describe en la sección 23.4, en dondeel formiato porque de sodio toma el lugar del bicarbonato de sodio. Se elige el sodio formiato de cl ácido más débil que el o-clorobenzoico. fórmico es más fuerte que el benzoico, pero o-C'IC,H,COOH Acido más fuerte K , I20 * I O

+

HCOO Base más fuerte débil

T.+

o-ClChHeC00 Base más débil

t HCOOH

Acido m á s

K , 17.7

i

I O

CAPITULO 23

ACIDOS CARBOXILICOS

18.

Los factores estkricos controlan en la esterificación(o en su inverso, la hidrólisis): cuanto más impedido se halla un ácido o alcohol, tantomás lenta es la reacción. En particular, el orden usual para alcoholes es MeOH > 1 > 2" > 3'. (a) MeOH > n-PrOH > .crc,-BuOH > alcohol t-pentílico

19.

23.8 que se presenta a continuación.

(a)Vealafigura

COOH

COOH

1

CH3

COOH

COOH

COOH

COOH

I

1

I

1

I

I

CH 8

Acido eritro-2,3dibromobutanoico Racémico Ao B

CH 1

Acido treo-2,3dibromobutanoico Racémico BOA

Figura 23.8 Bromación a del ácido Pbromobutirico (problema 19a).

(b) Vea la figura 23.9 que se muestra a continuación. OH

I

COO H

COOH

Idénticos

Figura 23.9

Acido meso-tar&ico Aquiral C

Hidroxilación de k i d o fumárico con HC0,OH (problema 19.b).

CAPITULO 23

ACIDOS CARBOXILICOS

(c) C,H8Br, - C6Hs = CBr,, lo que indica queel metileno CBr, se agregaal dieno. (syn) de la adición delCBr,. La estructuracis de D, E y F se deduce de la estereoquímica

DBr

Y

Y

adcsyn.

;

\

H O O C C H BrZ ~H:, ~ N I ~ HOOCCHl-"

KM&,>

Br

~

HOOCCH2---,

HOOCCH,

H

H

H

E

D

F

Un compuesto meso

20.

HC-CH

-

+ CH,MgBr

Acido &S fuerte

CH,

+

Un compuesto meso

HCXMgBr

Acido m á s débil

c;

-

El compuesto I sufre hidratación,la que podría suceder con dos orientaciones, a o b:

CCOOH

HC

7 -~COOH

1

H~-C

;-c.+

H C-~C--COOH

I

1

HO H

%

t'Iu1om.

H-C

o

Enol

I

H

tautom.

___f

CHI-

CH,--COOH

Aldehído

C- -COOH

Noseform

o

OH t no1

Cetona

El hecho de que J se oxide aun ácid0 sin pérdida de carbono nos revela su estructura e indica que la orientación es como en a. H - C ~CH?--COOH

o 11

21.

(a)NaHCO,(ac) (d)AgNO,

KMnO

>-

HO-C -CH2~

O

J

(b) NaHCO,(ac) (e) NaHCO,(ac)

C~ OH

o

Acido malónico

(c) NaHCO,(ac)

(0 NaHCO,(ac)

Precipitado de AgCl en (d); desprendimiento de COZtodos en los demás.

ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 23

Acido benzoic0 p.e.bajo

Benzoato de sodio p.e.alto (desc.)

(a) (b)

p.f.bajo

p.f.alto (desc.)

(c)

insoluble H,O

soluble H,O

(4

soluble E$O

insoluble EGO

ionización (e)completa ionización completa

(0

ionización parcial

(g)

ácido más fuerte, base más débil base

ionización completa

ácido más débil, más fuerte

Esta comparación generalmente es válida para Acidos carboxílicos y sus sales. (por lo común, sólo son solubles en agua a ls sales de los metales alcalinos.) 23.

(a>

RCOOR' RCOOH,

(líquidos)

+ RCOOR' HzO

RCOO-Na+

7 HCi(aC)

Seque; destile.

RCOOH

Extraiga con éter; seque; destile

(b) El Acid0 n-butirico es demasiado soluble en agua para utilizar el procedimiento (a). RCOOH, ROR (líquidos)

RCOO - N a '

+

HzO

I1 H?O,evap.

RCOO - Na

+

H,SO, conc.

RCOOH Destile

ROR

__

Seque; destile

CAPITULO 23

CARBOXILICOS

ACIDOS

(c) Como en(b), pero quedando 1-hexanolen la capa orgánica. (d)

R C O O ~N a - , R,COH (sólidos) éter

RjCOH

+

Et20

i

RCOO N a '

I "

" "

I 1 , O c\.iip.

"~

.

Recoja sobre filtro

R {COH Recoja el rcsiduo

24.

(a) KMnO,.

(b) CrO,/H,SO,.

(c) El ácido mesotartárico reaccionaKMnO, con caliente; análisis elemental paraotros los tres ácidos. (d)Eláccidovaleri~micodapruebadel hal6genonegativa;utiliceequivalentesdeneutralización para los demás. (e) Equivalentes de neutralización; o bien, el kido 3-nitroftálicoda un anhidrid0 @.f. 162"C, compuesto neutro) cuando se le calienta. (f) El ácido cinámico reaccionacon KMnO,; análisis elemental para losotros.

(g) Ensaye las pruebas más sencillas primero; una si de ellas es negativa, asiga lapr6xima. (1) Sólo el ácido 4-metilpcntanoico reaccionará con NaHCO, (ac) con desprendimiento de CO,, y se disolved. (2) Solamente reaccionará con AgNO,, el cloruro a-feniletilo, de para dar un precipitado de AgCI.

( 3 ) Sólo la o-toluidina es suficientemente básica para que se disuelva en HCl (ac) diluido. (4) Linalool es el Único alcohol y el único compuesto que responderá con rapidez al reactivo CrO,NSO, (naranja rojizo"+verde).

(5) P-Cloroestireno es elÚnico alqueno; ensaye conKMnO,, frío (rojo-violeta)"+ MnO, (café). (6) Trate de disolver la sustancia desconocida en H,SO,, concentrado tibio. De las posibilidades que restan, sólo son insolublesen H,SO,, concentrado tibio la cis-decalina y el 2,4-diclorotolueno;y de Cstos, hicamente el 2,4-diclorotoluenodará una prueba

OS

23

ACIDOS

positiva para C1 en un adlisis elemental, al ser fundido con sodio. (El isodureno sc sulfona con facilidad medianteH2S04 concentrado los demás forman sales de oxonio solubles, R,OH+HSO;.) Si la sustancia incógnita se disuelve&SO, en concentrado tibio, siga a (7). (Restan tres posibilidades.) (7) Someta la sustanciadesconocida unaa fusión con sodio y a un analisis elemental para el se trata de o-cloroanisol. hal6geno. Si se observa prueba positiva para C1,

(8) Si la prueba (7) es negativa, la inc6gnita (reducida ahora a dos posibilidades) debe ser un éter o un hidrocarburo, p-cresil etil éter o isodureno. El éter podrá ser roto por HI concentrado y caliente, dando EtI, P.e. 72°C; si la prueba es negativa, la sustancia desconocida debe ser isodureno.

25.

K, m-C1C6H4COOH; confirmarmediante su amida(p.f.134"). tiene E.N. 201.)

(m-BrC6H4COOH

L, ácidoadípico o 2,4,6-Me3C,HzCOOH; ; se lferencia porelequivalentede la), o mediante el Csterp-nitrobencílico (106" C contra 188°C). neutralización (73 contra M, 2,5-Cl2C,H3COOHo p-C1C,H40CH2COOH; se diferencianporsusamidas (155OC contra133°C). N, trans-CH,CH=CHCOOH o PhCHzCOOH; se distingucnporlaacci6ndel KMnO,; o bien, mediante la oxidación delPhCH,COOH a ácido benzoic0 (p.f.122"C).

O, CH,CH2CHOHCOOH O ICHzCHzCOOH; s e distinguen medianteun análisis elemental. P,HOCH,COOH; confírmelo mediante su amida (120"C), o su éster p-nitrobencílico (107°C). (El &ido a-hidroxiisobutirico un es alcohol 3", negativo frente a CrOJIzSO,.)

12.4 x 0.098 equiv. de ácido = 0.201 g 1000 1 equiv. de ácido = 0.201 x

1000 ~~

12.4 ~

x

1 = 165 0.098

El ácido es o-02NC6H,COOH, E.N. calc. = 167) (El Acid0 antranílico, o-H,NC,H,COOH, tiene un E.N. de 137.)

27.

El punto de partida más adecuado para resolver este problemaes T, p.f. 121-122"C, E.N. 123 + 2. Un poco de arirmética química. 405

ACIDOS CARBOMLICOS

CAPITULO 23

-

I23 ? 2 T 45 PCOOH 78 k 2 da C,H,-, p.m.77

y una mirada ala tabla23.1,página 804,indican quese trata deAcid0 benzoico. Por lo tanto, S debe haber tenido una sola cadena lateral.( M A S cadenas laterales habrían dado, desde luego, un ácido con más de un grupo "COOH.)

Latabla15.l,página525,indicaquelaúnicaposibilidadparaSesetilbenceno(p.e. 136°C). Por lo tanto,Q es uno de ires isómeros: Et

Et

S

Q

Pero la oxidaci6n Qdedio R, que debe ser Acid0 isoftdico;puesto que éste es idmero el meta, también Q debe ser elidmero meta.

Q Acido m-etilbenzoico E.N. calc. 150

R

Acido isoftálico P.f. 348°C E.N. = p.m./2 = 83

La oxidaci6n deU da un ácido V, de p.f. muy elevado y que no aparece ni en la tabla, 23.1,ni en la 23.3.La aritmética química, Ensaye : E.N. = p.m./l

~

p.m. COOH

7

70 -~45 P

2s insuficiente para anillo bencénico

Ensaye : 2

E.N. = p.m./2

p.m. -COOH

140 - 90 -

Ensaye :

:

"

3

N.E. = p.m.13 p.m.

COOH

210

=~

insuficiente para anillo bencénico

C,,tlI

135 15

~~

50

:

75

indica queV debe serun ácido tricarboxílico,C,H,(COOH)I.. Por tanto, U debe ser un ácido dimetilbenzoico, (CH,),C,H,COOH. Tablas más extensas de constantes físicas demostmrán que V es 1,3,5-C6H,(COOH),, lo que significa que la orientación de grupos en U es

ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 23

COOH

28.

COOH

V

U

Acido trimésico P.f. 380°C E.N. calc. 70

Acido 3.5-dimetilbenzoico E.N. calc. 150

(a) El ácido trópico contiene"COOH y un grupo alcohol 1" o 2"; y, puesto queel kid0 a cadena deanillo trópico de ácido benzoico, todo esto debe encontrarsesolen una lateral un bencénico.

El Acid0 hidratrdpico tiene el mismo esqueleto; sin embargo, ya que el " O H ha sido om grupo funcional aparte del reemplazado por "H, su cadena lateral no contiene "COOH.

Hasta este punto, losAcidos podrían ser: Ph -CH--COOH

I

CHzOH

+ Ph-~CH-PCOOH CHI

O

Ph- CH- CH2 -COOH

I

O

OH PCOOH

Ph--~CH*--CH*

Ph- CH?-~~CH--COOH OH

Acido trópico: estructuras posibles

Acido hidratrópico: estructuras posibles

(b) Con base en la síntesis siguiente,

CHI

Acido hidratrópico 407

CAPITULO 23

ACIDOS CARBOXILICOS

podemos asignar las estructuras que siguen: Ph

CH COOH

Ph C--COOH i' CH?

CH~OH

Acido trópico Acido atrdpico

29.

Siguiendo el procedimiento general descrito en el cuadro de la página 251 de esta Guía de Estudio, se hace un poco de aritmktica química,se delinean las estructuras tentativas,se eliminan los isómeros imposibles y se intenta decidir considerando los idmeros posibles C,HSCIO2

(a) ~~

c-00~

c, H ?CI

~

~

(tentativo para señal 6 11.22) significa un gruposaturado equivalente a C,H,

Es posible escribir dos estructuras:

De ellas, S610 la primera puededar una seííal3H; el compuesto es 11

/I

C H I - C,-H

<'

('OOH

í I Acido or-cloropropiónico

(b) La ausencia deseAJes para H ácidos sugiere la presencia de ésteres (dos oxígenos), RCOOR', en este compuesto. C3H,C'IO:

~~

coo

de KCOOR' que debe repartirse entre R y R'

C , H ,C.l.

Sin examinarmás los datos de RMN, podemos visualizar cuatro posibilidades: C.IC.H,C'''

o

OC'H,CI OC H

I

('ti

;c

o I1

Hc

jl

o

5.0

oc t l c H I

CI

HC, i

OC'HzC'H2CI I1

il I

La presencia de dos seiiales3H y 2H no desdobladasen el espectro de RMN descarta a todas, excepto i y ii. Para ii esperaríamos 3H en 6 2.0, aproximadamente,y 2H a campo considerablemente más bajo que64.08. El compuesto debe ser

CAPITULO 23

ACIDOS CARBOXILICOS

h

O

CICH2CC u OCH 3 Cloroacetato de metilo

(c) Como en (b), parece probable quesea un tster en lugar deun hcido. C,H7Br02

-

coo

de RCOOR‘ C3H7Br,que debe repartirse entre R y R’

El triplete-cuarteto3H + 2H apunta a-C$CH,,

como es usual,

lo que s610 deja -CH,Br para ser ajustado. El singulete 2Ha 63.77 es --CH2-, desplazado campo abajopor “ B r y “COOR’ (compare conla sefial b del compuesto(b) antes visto). La sustancia debe ser h

O

BrCH2C, OCH2CHJ (’

(I

Bromoacetato de etilo

(d) Esto tiene el aspecto de un ácid0 (seilald a 6 10.97).

La seilal u es “CH,, desdoblada por dos protones; la seilal 6, un quinteto, es“CH,, , desdoblada por desdoblada por el “CH, y por -CH- ; ;la seilal c es -CH --CH2-,

I

I

y desplazada a campomuy bajo. Así ,las piezas que se deben reunir son:

Con base en los desdoblamientos de las sefiales y de sus valores6, sólo cabe la posibilidad de U M estructura: a h c (1 CH ICHLCHCOOH I Hr

Acido a-bromobutírico

CAPITULO 23

ACIDOS CARBOXILICOS

(e) El singulcte a610.95 indica-COOH; el sistema triplete-cuarteto apunta a-CH,CH,.

Esto dejaS610 oxígeno.En ausenciade U M seiial para--OH, debetratarse de una unidnttcr y, además, debe separarEt- de X%-, puesto que la %Ííal b no es afectada por los El compuesto solamente puede ser: protones delgrupo -CH,-. u

b

c

ll

CH,CH,OCH*COOH Acido etoxiacético

30. (a) CH3CH-CHCOOH Acido mandélico Acido crotónico Acido

(b) C,H5CHOHCOOH

(c) p-O?NC,H,COOH

(Vhnse los espectros rotulados en la pág. 863 de esta Guía de Estudio.)

p-nitrobemoico

24 Derivados funcionales delos ácidos carboxílicos Sustitución nucleofi’lica del acilo

I-

RCOO

Este esun caso excepcional queno se ajusta a la generalización presentada en la sección 24.4:aquí, una cetona sufreuna sustitución nucleofílica,pero sólo porquelos tres átomos sea mejor grupo de halógeno hacen queCX,el sea una base másdébil, y, en consecuencia, los R-. saliente que la mayoría de

Esta constituye otra excepción, pero también es fAcil explicarla: el o-F, poderosamente atractor de electrones, estabiliza al anión saliente, transformándolo en una base más débil y mejor grupo saliente quela mayoría delos Ar .

L o s grupos “COOH están separadospor la misma distanciao casi la misma en los hcidos

cis- y trans- 1,2-ciclohexanodicarboxíIicos,por lo que el puente anhídrido se puede generar fácilmente en ambos.Vea la respuesta al problema 24.3 (b). En el ácid0 frans-l,2-ciclopentanodicarboxílico,la formación del puente anhídrido sometería a la moléculauna a tensión prohibitiva. 411

CAPITULO 24

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

24.3

(a) El ácido cis es el Único capaz de formar un anhídrido cíclico.

Acido cis

Anhídrido cíclico

(b) En ambos ácidos,los dos grupos "COOH están apartadospor la misma distancia. COOH

COOH

trans-1,2-Diácido

ci.Y-1.2-Diácido

(c) Si; sólo el ácido cis puede formar el anhídrido cíclico (diaxial).

HTk>COOH COOH

anhídrido No es posible cíclico un H

HOOC trans-l,3-Diácido

DERIVADOS FUNCIONALES

DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS CAPITULO

24

24.4

Vea la figura 34.3, página 1167. A, ácido pbenzoilpropiónico.B, Acido y-fenilbutírico.C, cloruro de ácido.D, a-tetralona. E, alcohol. F, alqueno. G , naftaleno.

24.5

(a)

9 ,

PhMgBrZ

I!

Ph OMgBr

O

Ph OH

D (problema 24.4)

Ph OH

24.6

1-Fenilnaftaleno

Acilación de Friedel-Crafts. O

O

b'I

o

C14H1003

Acido o-Renzoilbemoíco

c14ho2

9.10-Antraquinona (VCae l a Sec. 34.18)

24.7

Vea las páginas1173)-1174.

24.8

La reacción del anhídrido ftálico conun alcohol racémicoda un ftalato Bcido de alquilo,el cual tieneuna parte ácida.Esta parte permite la reacción con una base ópticamente activa paragenerarsalesdiastereoméricas,lascuales se puedenseparar por cristalización fraccionada. Una vez separadas, cada ésterse puede hidrolizar aun alcohol ópticamente activo. Dado que la hidrólisisunde éster carboxílico generalmente no implica la ruptura del en el pasode la enlace alquilmxígeno (Sec. 24.17), no hay pkrdidade la actividad óptica hidrólisis.

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 24

Enanti6meros nwdificacibn racémica

OH

COOR( + 1 COOH

COOR( - ) COOH

Enanti6meros modificacibn racémica

COOR( + ) C O O - ( + )-BH +

COOR( - )

Diastereois6meros separables

e

L-oHI

(-)-ROH

(+)-ROH

O

Succinimida

24.10

Acido succinámico

Enanti6meros resueltos

I

d

En el anión del amoniaco, la carga negativa se localiza en el nitrógeno. En el anión de la benzamida, éSta es acomodada por el nitrógenoy un oxígeno, y en el anión de la ftalimida, por el nitrógeno y dos oxígenos.

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

8 J

CAPITULO 24

Menos estable

Más estable

24.11

La mezcla se agita con benceno, el cual extrae el estery el ácido benzoico. El tratamiento sal de sodio soludel extracto de benceno con Nazco, (ac) separa el ácido benzoico como ble en agua. La destilación de la capa de benceno húmeda primero separa el agua y el benceno; al final se colecta elester seco a 200°C. PhCOOH, MeOH, H 2 0 , PhCOOMe, H2S04 benceno

HzS04 (se descarta)

PhH, PhCOOH, PhCOOMe MeOH, HzO,

H 2 0 , PhCOO-Na+ PhCOOMe, PhH, (H20) (se descarta)

7" , destilación

alta temp.

PhH, H2O (se descarta)

24.12

PhCOOMe

(a) Un producto de seis carbonos requierela combinación de dos residuos de ácido láctico: C6H ,206 2 ácido láctico - C 6 H 8 0 4 producto 4H

+ 20

significa pérdida de 2H,O

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 24

El agua se pierde a traves deuna doble esterificación en la que participan los extremos opuestos de dos moléculas de reactante.

O Lactida Un éster doble cíclico

o Acido láctico Dos moles

(b) La unión de moléculas polifuncionales a través de la esterificacidn del4 H de una molécula con el"COOH de otra para darun polhero lineal. (El proceso de este tipo se llama reacción de polimerización por pasos, Sec. 36.7.)

24.13

(a) La atracción de electrones por G aceleralareacciónacelerando el primerpaso: contribuye a dispersar la carga negativa en desarrollo sobre el oxígeno. R

,/:z

\ rC

O

/ o

w

e

[ R-JC~~~~] Z

e

Z R-;,C, 1

w

0-

R\

c o+:w

Z,"

R = p-GC6H1

(b) Br, activante; NH,, desactivante; ?-Bu, desactivante. (c) NO, > H > CH, > NH2. Aquí, la atracción de electrones acelera no solamente el primer paso, como sucedió en (a), sino tambidn el segundo: disminuye la basicidad de W; convirtiéndolo en un mejor grupo saliente.

24.14

(a) Un efecto estérico,y liberación electrónicapor los grupos alquilo (compárese con las páginas 757-758). (b) Formiato > acetato > propionato > isobutirato > trimetilacetato HCOOMe > CH,COOMe > CH,CH,COOMe

> (CH,)?CHCOOMe > (CH,),CCOOMe

DERIVADOS FUNCIONALES

24.15

DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 24

Uno de los factores es la basicidad delgrupo saliente: las bases más débiles abandonanal intermediario con mayor rapidez. Basicidad: C1-

< RCOO- < OR- < N H 2

24.17

La aglomeraciónde grupos voluminosos en los intermediarios tetraédricos los hace menos los estados de transición correspondientes; esto estables, porlo que resultamás difícil lograr disminuye la velocidad de la reacción.

24.18

(a) La hidrólisis de estos Csteres de alcoholes terciarios se efectúa, evidentemente, mediante cationes terciarios,en una reacción SN1de los ésteres protonados. O

CH3-C

I1

O-R

+

H+

e

CH~-C---O-R OH\. Y 10 O i l !) CH,-C-O-R I

-+

CH,COOH

+ R'!'

H

(b) En este caso, como S,2 en contra SN1,hay competencia entreuna reacción bimolecular

y otra monomolecular. Pero en la hidrólisis de Csteres son posibles muchas reacciones y la a lsmcisfúciles. La reacción monomolecularmás fácil esS,1. La competencia ocurre entre reacción bimolecular más probable no es el ataque aun carbono alquílico mediante agua, da como resultado, entre sino auno acílico (véasela Sec. 24.4). El cambio de mecanismo otras cosas,un cambio enel punto de ruptura. 417

CAPITULO 24

DERIVADOS FUNCIONALES LOS ACIDOS DE CARBOXILICOS

L o s Csteres t-alquílicos sufren SJ con la mayor rapidez por razones electrónicas,y experimentan sustituciones de acilo con la mayor lentitud por razones estkricas. Siha de haber un desplazamiento del mecanismo en la hidrólisis de los Csteres, es aquí donde ciertamente esperm'amos observarlo.

24.20

-

' I

OH 3-Etil-3-heptanol

2EtMgHr

n-BuCOOMe

MeOH, ti'

I

n-BuCOOH

(a) Los Csteres delácidofórmico. R

I I

H-C--R

t-

H-C

OH U n alcohol Un2"

O

.(/ \

OR'

+ 2RMgX

formiato

H

I

(b) n-Pr-C --Pr-n

t-

2n-PrMgBr (de n-PrOH)

+ HCOOEt (de MeOH y EtOH)

OH 4-Heptanol

24.21

1-Octadecanol,y 1-butanol.L a s condiciones de la hidrogenólisis también conducen a la hidrogenación del doble enlace.

(b! PhCHzO

C

CI <-

¿i

Carbobenzoxicloruro Fosgeno bencílico Alcohol Ester-cloruro de ácido

'Cl -c-Cl

o

+

PhCl12OF1

Un m o l

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS CAPITULO

24

24.23

24.24

Es lineal: hibridaciónsp del carbono.Los enlaces son de igual longitud (más largos uno que triple, más cortos queuno simple); carga distribuida por igual entre los nitrógenos. 24.25

Hidrólisisdelniuiloydelaarnida(odeladi-imida).Losproductossonurea(intermediario), carbonato de calcio, amoniaco.

24.26

(a) El enlace triple cxbono-nitrógeno (grupo nitrilo). Por ejemplo:

(b) Adición nucleofílica (seguida de desplazamientos de protones ).

(c) H 2 0 , MeOH, H2S, NH, sonreactivosnucleofílicosque se adicionanalenlace triple carbono-nitrógeno de la cianarnida. En ácido, se protona primero elE N; en base acuosa, el nucleófiloes el OH-.

24.27

(a) RCOCl (b) RCOO NH,', RCONH?, R C N , midas de bajo p.m., minas

(c) RCOO- NH,

24.28

o (a) CHIC\

(dl (RCO)ZO

+

+

O C , H 7-11 Acetato de n-propilo

OH-

CH1C00-

(e) RCOOR'

+ ~I-C~H~OH

Un mol de éster requiereun mol de OH- para su hidr6lisis (saponificación):el equivalente de saponificación (E.S.) = p.m. del éster= 102 (C,H,,OJ.

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 24

(b) Los ocho tienen la mismafórmula, C,H,,O,, con cuatro carbonos divididos entre el ácid0 y el alcohol.Por lo tanto, en ROCOOR', R puede ser H, Me, Et, n-Pr,iso-Pr;R' puede ser Me, Et, n-Pr,iso-Pr, n-Bur, iso-Bu, sec-Bu, t-Bu(pero no H). Las nueve combinaciones permitidas son:

(c) En RCOOH, C5H,,0,,R debe serun grupo de cuatro carbonos: n-Bu, iso-Bu, sec-Bu, pesos equivalentes de 102. t-Bu son posibles, dando lugara sólo cuatro ácidos con (d) Menos útil, debido al gran número de combinaciones posibles deR y R' en RCOOR'.

24.29 Ftalato de metilo P.m. 194

Se emplean 2 moles deOH-; E.S.= p.m./2=194/2=97. (b) E.S. = p.m./número degrupos éster por mOléCUh. (c) E.S. = p.mJ3 = C,,H,,,OJ3 = 890/3 = 297. 1.

(a)En el orden en el cual aparecen sus estructuras en la respuesta al problema 24.28 @> recién visto: formiat0 de n-butilo acetato de isopropilo propionato de formiato de isobutiloacetatoden-propilo formiato de sec-butilo formialo de t-butilo n-butirato de metilo isobutirado de metilo

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 24

(b) Obviamente,Cstos contienen un anillo aromhtico.Por ejemplo, C,,%02- COOCH, =

C6HS

Benzoato de metilo Formiato

de bencilo Acetato

Formiato de o-cresilo

de fenilo

Formiato de p-cresilo

Formiato de m-cresilo

(c) Estos son diésteres (por eso hay cuatro oxígenos): -

C,H , 2 0 4 2 COOCHJ C?H6 lo que significa una cadena abierta sat.:

C

4-C-C--

,

-c-c-,

c

Las tres posibilidades son: y

?

CH30--C-CH2"CH--C-OCH,

CH,O-C-CHzCHzCHz"C--OCHi 11 I¡ O O

I1

Glutarato de metilo y

3

CH,O-C-C"C"OCH, 11

I

~1

O CH3 O Dimetilmalonato de metilo

2.

(a) n-C,H,COOH Acido n-butírico

(b) n-C3H,COOCH(CH3)2 n-Butirato de isopropilo

(d) n-C,H,CONH, nButirato dep-nitrofenilo

I:

O O a-Metilsuccinato de metilo

n-Butiramida

I

"C

C

CAPITULO 24

(e)

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

::

cH3O$xz~ - c 3 H 7 - n

(f 1 no hay reacwión

n-Propil p-toluil cetona (p-Metil-n-butirofcnona)

(8) n-C,H,COONa n-Rutirato de sodio

(h) n-C,H-COOEt Y AgCl n-Rutirato dc etilo

o (i)

I1

n-C3H7 C

NHCH,

N-Mctil-n-butiramida t

( C l 1 3 ) 2 N f 4 2' CI Cloruro de Dimetilamonio

CHINHJ'CI

Cloruro de mctilamonio

(I)

(k) no hay reacción

0 NHPh n-Butiranilida

~I-CIH:C

PhTuH3'CI Cloruro de anilinio

(m)

PI1

C

C ,H7-n

o

tr-C3H7

producto indicado.

Acetato de isopropilo

Acido acético (Dos moles)

o 'I

C

de kid0 acético junto con el

(b) CH,COOCH(CH,):

(a) 2C:H,COOH

CH,

PI1

1,l-Difenil-I-butanol

En (b), (c), (e), y (1) se forma una cantidad equimolecular

(C)

Ph OH

n-Butirofenona (Fenil n-propil cetona)

3.

(n)

C)(~)~O~ -~ i

Acctato de p-nitrofenilo

+ CH,COO N H , ' Acctamida Acetato de amonio

(d) CH,C'ONHI

CAPITULO 24

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

(f) no hay reacción O

Metil p-tolil cetona @-Metilacetofenona)

(g) CH,COO-Na+

(h) CH,COOEt

(i)

o

+

CH,COOAg Acetato de etilo Acetato de plata

Acetato de sodio

O

11

CH3-C-NHCH,

N-Metilacetamida

+

(j)

I"

CH,--C-N(CH,)~

N,N-Dimetilacetamida

+

CHlCOO"H3NCH3

Acetato de metilamonio

(k) no hay reacción

(1) CH,CONHPh Acetanilida

4.

(a) Na' - 0 0 C C H 2 C H , C 0 0 - N a ' Succinato de sodio

(c) HOOC(CHJ2CONH2 Acido succinámico

(b) NH,+ -0OCCHZCH2CONH2 Succinamato de amonio

H2C " /

II

O Succinimida

(e) HOOC(CHJ2COOCH2Ph Succinato ácid0 de bencilo

5.

(f) CHI a C ( C H I ,)2COOH

O Acido & @-toluil) propiónico

(a) PhCHzCOOH + NH,Cl

(b) PhCH,COO-Na+

(a) PhCH2COOH + NH,Cl

(b) P h C H 2 C O O - N a + + NH,

+ NH,

CAPITULO 24

7.

DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

DERIVADOS FUNCIONALES

En cada caso se forma una cantidad equimolar de metano1junto con el producto indicado.

(a) n-PrCOOH

(b)

Acido n-butírico

(c) n-PrCOOCH(CH,),3

(d) n-PrCOOCHzPh

n-Butirato de isopropilo

n-Butirato de bencilo

(f) Ph2C(OH)CH2CH2CH3

(e) n-PrCONH2

1,l -DifeniI-I-butanol

n-Butiramida

(h) n-PrCH20H

(g) ( ~ s o - B u ) , C ( O H ) C H ~ C H ~ C H ~ 2,6-Dimetil-4-n-prapil4-heptanol

(c) Ph-C

n-butílico

' 8 0

1 8 9 I'

IWCH

n-PrCOO-K+ n-Butirato de ptasio

..t-

¡I

Ph-C-CI

( d e a)

+

Alcohol

CHjt80H(deb)

Lahidrólisisde PhCO1*OCH, o de PhC'80180CH,da CH,l*OH; la hidrólisisde PhC"OOCH,da CH,OH.

CH.,"CH,Li

PBr\

C-

CH3"CH20H

+LiA'''4

CHI,14COOH

CH3MgBr t "

"TO2

14CH3fCH20H

(e) Ph14CH2CH3

HCHO

<';gg)

14CH3MgBr

Ph14CiCH3

I1 :

f-

Me,CuLI

i

comoen (b)

Ph14COCI

O

PC15

Ph14COOH <

(8) Et-C-Me I

10.

Ef,('ULI

CI-C-Me

I1

I1

*O

t PC1 j

PhMgBr

H21*0

CH,C1802H

'*O

(a) Un éster reacciona con amoniaco para dar una mida y un alcohol.

%

Y y -Butirolactona Ester

O HOCH2CH2CH2C,// NH2

Alcohol

Amida

(b) Un éster se reduce ados alcoholes por el LiAIH,.

G-o

LIAIH,

HOCH~CH~CH~CHZOH Alcohol

Alcohol

(c) Un Cster sufre transesterificaci6n.

Alcohol

"nuevo"

Ester 'hevo"

1

4

~

0

~

CAPITULO 24

DERIVADOS FUNCIONALES DE

LOS ACIDOS CARBOXILICOS

Hay precisamente trespasos. En el primer paso no se puede romper un enlace del carbono

11.

Et

Ts ('I

H-i

O--<'-H

Et ----+7 ' s

"1:

~ O - ( ' ; - ti 8

MC ( + )-Alcohol

M C

O

t t

i

cnvewon ~

~~

S

+

}{-<'-()-\CPh

I1

f!t

* H-C-0

-H

:

M C

M C

H

OOC'Ph t )-Tositam

o

( - - )-Rcnzosto

alcohol

quiral, debido a la mera naturaleza de reactantes y productos, comotampoco se rompe en el tercer paso (SE. 18.5). Por lo tanto, la inversión debe ocurrir en el ataque por el ion SN2. bcnzoato al tosilato de sec-butilo, evidentemente en una reacción

12.

Aquí, comoen el problema 24.18, hay una competencia entre una reacción bimoleculary unamonomolecular. Con unaaltaconcentracióndenucleófilo(NaOH 5N) hayuna sustitución nucleofílica (bimolecular) en el acilo,lacon ruptura del enlace entre el oxígeno y el grupo acilo: RCO t-OR'

No se rompe el enlace con el carbono quiral, y hay retención de la configuración en el producto. Con una concentración baja del nucldfilo (NaOH dil.), la reacción bimolecular es desplazada por la reacción monomolecular: una reacciónSN1 del Cster neutro, la cual es danésteres el posible gracias a la estabilidad del catión bencílico-alílico generado. Ambos

o

13.

CK 'I

o

Los toluatos y el fenilacetato se pueden distinguir por hidrólisis y determinación dclos p.f. de los ácidos resultantes. L o s dos benzoatos se pueden distinguir por su equivalente de saponificación, opor el p.f. del Cster 3,5"initrobenzoato dcl alcohol obtenidopor hidrólisis. El acetatode bencilo esel Único que daun líquido, un ácido solubleen agua después de hidrolizarlo.

CAPITULO 24

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

14.

(a)NaHCO, (ac) da CO, conácido.

0)El EtOHda un éster de aroma agradable a partir de RCOCl; el RCOCl también da CO, a partir de NaHCO, (ac). (c) NaOH, calor; prueba para NH, con tornasol. (d) BrJCCL,, o KMnO,. (e) NaOH, calor; prueba paraNH, con tornasol. También observe la lenta disolución del nitrilo. (f) NaHCO,

(ac), caliente.

(9) Cr03/H2S04.

(h) La sal de NH,' da una evolución inmediata de NH, por acción del NaOH (ac) enfrío.

(i) AgNO, alcohólico. 15.

(a)

PhCOOH

+

RCN

PhCOOEt

+

RCOOH

7 "

PhCOO

RCOO Na ' (en solución)

PhCOOEt

Na -

IH+

~

Secar; destilar

I

PhCOOH

RCN

t i 2 0e v d p

RCOO N a

Colectar por filtración

~

(sólido)

I

H 2 5 0 4: destilar

RCOOH

(c)

PhCOO N H , ' -__-

+

PhCONH,

\

PhCONH2 (en sol.)

I

PhCOO N H , ~

+

Colectar por filtración

evap. del éter

PhCONH? 427

CAPITULO 24

16.

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACZDOS CARBOXILICOS

El éster THF' se forma por la adición, catalizadapor ácido, de RCOOH al doble enlace,lo cual se lleva acabo fácilmentepor la estabilidaddel catión intermediario I, que esen realidad un ion oxonio:

La hidrólisis, catalizada por ácido, del éster THP también es fácil, ya que implica la formación del mismo catión I. Se forma un hemiacetal cíclico y, al igual que otros hemiacetales, regenera el aldehído y el alcohol, que en este caso formandeparte la misma molécula. (Compáresecon el problema 17, Cap. 21, pág. 777.)

OHC

Ho'

,/

Aldehído-alcohol

meso

A

racémico B

B es la modificación racémica, y da la monolactona 11; pero como el " O H y el "COOH restantes soncis, I1 puede reaccionar posteriormente para formar la dilactona. 428

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 24

A es el compuestomeso, y da la monolactona 111; aquí, el " O H y el "COOH restantes son trans, y no es posible una reacci6n posterior.

A

Ill

Monolactom

18.

El empleo de catalizadores de transferencia de fases incrementa en gran medida el poder nuclmfílico delos aniones carboxilato,y acelera la reacci6n drásticamente.

19.

(a) H2N-C-NH2

2NH,

II O

Di-mida

(b) CI-C-CI I1

o

ElOH

*

PhCH2CH2Br G

C

EtO-C-CI I1

NH

I

t

C,Hz ;CH:

PhMgBr

E

CN -

o

EtO--C-NH2 It

O Ester-mida

O

Ester-cloruro de ácid0

(Di) cloruro de ácid0

(c) PhBr

+ Nazcol

D

H+

PBr,

PhCHzCHzOH F H2

PhCH2CHzCrN ~ H

0

PhCH2CHZBr' G

; PhCHzCH2COOH r + NH4' I

429

CAPITULO 24

DERIVADOS FUNCIONALES

DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

CI J

I

K

1 -1ndanona (Véase el problemaloa, pág. 776)

O K

20.

Estigrnasterul

"'OH L 1-1ndanol

M Indeno (V6ase la respuesta al problema 22. pág. 558)

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS Ph

CAPITULO 24

Ph

I

U

V

X

W

Progesterona

Z

Y

Pregnenolona

@)El espectro ultravioleta indica que la progesterona tiene un enlace doble conjugadocon el grupo ceto C-3. En el último paso de la síntesis, la doble unidn se desplaza, generando el producto mAs estable.

21. AA BB

cc

DD

(a) Ac,O

NaHCO, no ácid0 no ácid0 no ácido no ácido

Tollens

d o 4 H d o 4 H un “ O H no--OH

“ C H O no “ C H O no “ C H O no acetal

C H ? --CH- -CH2

OH

OH OH

OH

BB

AA

(b) N EE FF GG HH

II

JJ

no ácid0 no ácid0 no ácid0 ácid0 éster Et

KK LL

no ácid0 no ácid0 no ácid0

MM

no ácido

Schiff

“ C H O no “CHO no - C H O no acetal

CHiOCHzCHz

1

cc

OH

HIO,

no es 1,2- diol 1,2-diol no es 1,2-diol no es 1,2-diol

HZC -OCH3

1

OCH, DD

Ac,O Tollens Schiff HIO, un “ O H “CHO “CHO a-hidroxi aldehído U-OH a-hidroxi cetona-CHO no a-hidroxi cetona un “ O H “ C H O“ C H O a 4 H no no “ O H “ C H O no “ C H O no no es 1.2-diol no “ O H “CHO “CHO no no es 1.2-diol (debe ser formiato) no “ O H “ C H O no “CHO no no es 1.2-diol dos “ O H “CHOno “CHOno 1,2diol no “ O H acetal acetal 1,2-diol implicad0 en acetal un “ O H “ C H O no “CHO no 1,2diol formado por acción del HzO aHC0,

431

CAPITULO 24

DERIVADOS FUNCIONALES DE

LOS ACIDOS CARBOXILICOS

CHTFHCHO CH3C-CH? CH2CH2CH0 CHiCHzCOOH I'

O OH

OH EE

HCOOC2H5 OH

FF

CH ,COOCH) JJ

22.

I

CHOH CH:' '\ O-CHZ CHOH

1

MM

If

HH

GG

O-CHz

j

HrC/

HZC"CH---CHl %/

0

OH

LL

KK

(a)NN y O0 son Acidos malónicos sustituidos; pierden CO, cuando se calientan (C,H,,O, Son estereoidmeros, y difieren en la relación entregrupos -Cq, los cuales pueden ser trans o cis.

- CO, = C,H,,O,).

CHI NN

CH

CH 3

1

PP

Un producto

trans

Racémico

Racémico

COOH H

O0 cis Aquiral Aquiral

H

QQ

H RR

Diastere6meros

Aquiral

meso

Dos productos

(b) Sólo se puede resolver el isómerotrans; el idmero cis es aquiral y meso.

23.

432

(a)La eriuosa es un aldehído y contienetres "OH. L a rupturacon 3HI0, indicaque presenta la siguiente estructura, que contiene dos carbonos quirales:

DERIVADOS FUNCIONALES DE

24

LOS ACIDOS CARBOXILICOS CAPITULO

Laoxidaci6n de (-)-eritrosadaun kidodicarboxílico, HOOCCHOHCHOHCOOH. Puesto es 6pticamente inactivo, debe tener la configuraci6nmeso, lo que indica que que este hcido la (-)-eritrosa es el compuesto2R,3R, o bien su enanti6mero. CHO O

H

H

COOH COOH meso-¿ícid0

2R,3R

COOH 2S,3S meso-ácido mismo

La (-)-treosa debe ser un diasteretimero de la eritrosa, ya sea elidmero 2 S , 3R, o bien el m,3s.

';p,t"

CHO

(b)

CHZOH CHzOH 2S,3R activo

H

~

O

CHzOH R-Gliceraldehído

CHO

I

OH

COOH

HTzH

COOH

I

HNO,

__f

M0

COOH Acido

I

$' OH

HO

H I

activo

2R,3S

Acido

Hof H

H A CN- H i

OH

H

He

CHzOH

H'1 H z 0

CHO

COOH I

I

H -1HzO

COOH

H

CHzOH CHzOH

H

-

CHO

Br2. H z 0

OH

CHzOH ( - )-Trcosa

(Compárese conel problema 11, Cap. 2 1, pAg. 776.) Los nombres deestos compuestos forman la base para las designaciones eritro y treo (vtase la phg. 354) que se utilizan para especificar ciertas configuraciones de compuestos

con dos carbonos quirales. idmero El eritro es aquel que puede convertirse (al menos en el (reo se puede transformaren UM principio) en UM estructurameso, mientras que idmero modificación radmica. 433

CAPITULO 24

24.

DERIVADOS FUNCIONALES DE

LOS ACIDOS CARBOXILICOS

(a) Las tres seiiales con la misma área en el espectrode RMN a temperatura ambiente deben provenir, por supuesto, de los tres grupos metilo de la amida.Los dos grupos metilo en el

nitrógeno noson equivalentes, lo que indica que estáimpedda la rotación alrededor del enlace C-N. Aun a temperatura ambiente, la rotación es lo bastante lenta para que el espectrómetro deRMN vea estos grupos por separado: unocis y el otrotrans con respecto se acelera, y a 110°C los dos al oxígeno. Conforme aumenta la temperatura, la rotación grupos se observan en un solo ambiente promedio. Esta rotación impedida sugiere que el enlace C-N tiene carácterde doble enlace, el cual se atribuye a la resonancia que involucra a estas estructuras:

Como veremos después (Sec. 40.8), hay otra prueba que apoya el carácter parcialde doble C-N en las amidas:la longitud del enlace y la coplanaridad de los seis enlace para el enlace átomos participantes. @) Esperm’amos que el espectro RMC de mostrarael mismo efecto de la temperatura que el espectro de RMN protónica: tres señales a temperatura ambiente, dos de las cuales se juntarían en una a 110°C. Esto es lo queen realidad se ha observado.

(Abram, R.J., y Loftus, P., Proton and Carbon-13 NMR. Spectroscopy, Heyden, Filadelfia, 1978, págs. 171-174.)

X.

O

(a) C H ~ C ~ \

OCHZCH?

(b) CHL=C- COOH

1

CH?

(c) CbHsCH2CONH: Fcnilacetamida

Acetato rnetacrílico Acido de etilo

(Vhnse los espectros rotulados de la pág. 864 de esta Guía de Estudio.)

Formiato de n-propilo Propionato

de Acetato metilo

(Vhnse los espectros acotados de la pág. 865 de esta Guía de Estudio.) 434

de ctilo

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

CAPITULO 24

Anisato de etilo

(Vhnse los espectros rotulados de la pág. 866 de esta Guía de Estudio.)

Acetato de isopropilo

y-Butirolactona

(Véanse los espectros acotados de la pág. 866 de esta Guía de Estudio.)

29.

(a) CH2=C(CH,)CH

O

O

\OCH,CH,CH2CH,

Metacrilato de n-butilo

(c)

Acetato de ciclohexilo

,

C2H,00C,, H C , =Ci H COOC, H Fumarato de dietilo

(Véanse los espectros con acotaciones de la pág. 863 de esta Guía de Estudio.)

30.

40

CHX,

OCHZC~H, Acetato de bencilo Fenilacetato SS

C,HJH~C/(

O

OCHj de metilo TT

C&fKH2CHzCOOH Acido hidrocinhico

uu

(V&nse los espectros rotulados delas págs. 868 y 869 de estaGuía de Estudio.)

CAPITULO 24

DERIVADOS FUNCIONALES DE LOS ACIDOS CARBOXILICOS

OCH==CHZ

Acetato de vinilo

vv

(Véame los espectros acotados de la pág. 870 de esta Guía de Estudio.)

H COOEt

COOEt

32.

(a) Et00C(CH2),COOEt

Adipato de etilo

I (b) Et- -C-Ph

COOEt

Etilfenilmalonato de etilo

I

(c) CHI C .-N-C

II

'

-H

COOEt Acetamidomalonato de etilo 0

(Véanse los espectros rotulados dela pág. 871 de esta Guía de Estudio.)

25 Carbaniones I Condensaciones aldólicasy de Claisen

25.1

111,en la cual la carga negativa reside en el oxigcno, Atom0 el que mejor la puede acomodar.

25.2

El hidrógenomás ácid0 esel que se encuentra unidoal carbono situado entre los dos grupos carbonilo. La eliminación deun protón genera un aniónmuy estabilizado porquela carga negativa se acomoda en dos oxígenos (y no en uno solo).

25.3

Mediante una resonancia como lade los radicales libres( S e c . 15.15) y carbccationes (SCC. 15.17), un grupo fenilo estabiliza un anión bencílico; cuanto más grupos fenilo hay, tanto mayor esla estabilización.

25.4

(a) ElCN- se adiciona al sistema conjugado de la manera que genere el anión más estable, por el oxígeno, que es el átomo que mejor aquel en que la carga es parcialmente acomodada lo puede hacer.

(b)

Este anión acepta un protón ya sea en el carbono a, o bien en el oxígeno, para generar ya sea la forma cetbnica o la forma enólica del producto. En cualquier alcaso, final se obtiene el mismo producto, principalmente la cetona.

431

CARBANIONES I

CAPITULO 25 CNHCHJ

I I

CH?- C-C CH J

'

IT

CN

Opticamente inactivo: modificación racémica 438

I

C~-OH

Forma enol

CARBANIONES I

CAPITULO 25

Cuando el carbanión recobra un protón de H :B, el protón puede unirse a cualquier cara del se una, dará uno u otro enantiómero. Puesto carbanión y, dependiendo de la cara a la que que la unión a cualesquiera de las caras tiene la misma probabilidad, los enantibmeros se forman en cantidades iguales. (b) I1 puede dar un carbanión, el cual, como en (a), pierde fácilmente su configuración. I11 no tiene hidrógenoen a, y no puede formarun carbanión.

(c) El paso determinante ladevelocidad en el intercambiode hidrógeno es el mismo que se forma en el caso de la racemizacih y, en consecuencia,de la bromación: aquel en que el carbanión. CH3

I I

+

(1) Ph--C-C-C2H5

II

-

OD-

O H Aquiral

activo

y

1;

O_/

separado Hidrógeno Sin marca Opticamente CH,

+

A A

( 2 ) I'h-C-C!-C2H5

D20

--f

+ HOD

3

Ph-CC--C-C2H,

)

o

Lenfo

I

Ph-C-C-C2H5

O I I DI Marcado conD Opticamente inactivo

Este es el eslaMn final en la cadena de pruebas que demuestran quela pérdida de un hidrógeno en a es el paso determinante de la velocidad en la halogenación. Cuando el un ion hidrógeno, (i) estepor ion, probabilidad estadística, tiene la misma carbanión recobra y así generar una modificación rackmica; oportunidadde atacar cualquier cara del carbanión y (ii) este ion, tambiCn por probabilidad estadística,es casi seguro que sea deuterio, ya que el ácid0 (el disolvente) en es su mayor parte D,O.Una vez establecido que el carbanión es el intermediario tanto en, la racemización como en el intercambio de hidrógeno, y en vista y lahalogenaciónpodemosconcluir, de la relaciónqueguardalaracemización razonablemente, que el intermediario en la halogenación tambiCnes el carbanión. 25.6

(a) Como en el problema25.5 (a), la racemización se lleva a cabo a traves de un carbanión por el oxígeno del acilo. aquiral, y el acomodo dela carga negativa es realizado O Ph-CH

I

!I

C -OEt

5

Ph

OH

//"

C :C O E t I

OH Aquiral

(b) Es más difícil que se genere el anión con doble carga (el carbanión y el ion carboxilato) que un anión con una sola carga.

Ph

C H COO i OH

Ph

C

o -6O

OH

CARBANIONES I

CAPITULO 25

(c) Muy lenta (sies que ocurre), puesno hay en a un hidrógeno disponible paraque, por su eliminación,se forme el carbanión.

25.7

Se esperaría quela velocidad de racemización fuera el doble de la de intercambio, puesto que la ganancia de un deuterio significm'a casi la p6rdida de actividad óptica de dos moléculas. (Véase la respuesta al problema 5.5, pág. 184), en el cual la velocidad de racemización es el doble de la del intercambio isotópico.)

25.8

(a) Ambas reacciones proceden mediante el mismo paso lento (2), página 896, la formación del enol. (b)Igual queen (a).

25.9

(a) HSO,

H3C

(c)

(e)

1

Ph- C -0

+ [PhCOCHJ

-

OH

CHI Ph

i

Ph -C-CH2COPh

OH

Hi Y",.

PhCH2C O

+

[PhCHCHO]

--f

- H20

YH3 Ph-C

I

~CH-C ~0

Ph P h C H 2 C-H- C H C H O

1

OH

(Unaresefia de la condensación aldólica, puede encontrarse en Nielsen, A. J. y Houlihan, W. J., "The Aldol Condensation",Organic Reactions; Wiley, NuevaYork, Vol. XVI.)

25.11

Se obtiene una mezcla de productos aldólicos, pues se puede formar cualesquiera de dos

carbaniones, que luego se adicionan a la cetona.

CARBANIONES I

25.12

CH3-C-H I1 OO H

CAPITULO 25

+ H'

J CHj--C

H T", CH2 C--H

+

H'

@OH

protonado Aducto Nucleófilo Electrófilo

25.13

(a) El paso (2) es mucho más rápido que la inversión del (1); apenas formado elCgrbanión molkula de CH,,CHO (paso 2) antes de poder hacerlo (paso l), reacciona con una segunda con agua (paso 1 invertido) para formar una molkula de acetaldehído que, en D,O, contendría deuterio. Más exactamente, Velocida$= k,[carbanión][aldehído] velocidad -,=k-][carbanih]

Evidentemente, k,[aldehído] es mucho mayork-,, quey la velocidad, es mucho mayor que la velocidad-, .

(b) De segundo orden. Velocidad=k, [aldehído][base]

En los términos más exactos del párrafo escrito con letra pequefia en la phgina 19 1,

velocidad=

k , [aidehído] [base] k1+ k 2 [aldehído ]

Cuando [aldehido] es elevada, k, [aldehído] es mucho mayor que k-,, y el términok-,/k, [aldehido] esmuy pequefio en comparación con1 y desaparece. (c) Cuando [aldehído) es baja. k, [aldehído] deja de ser mucho mayor k-,,que y velocidad, ya no es por más tiempo mucho mayor que velocidad-,. En consecuencia, un número significativo de carbaniones sufrenel paso (1) invertido, en lugar del paso2, con lo que toman deuterio para formar CH,DCHO. Cuando estasmolkulas de acetaldehído marcadas eventualmente sufren la condensación aldólica, se transforman en aldol marcado. (d) El paso(2), la adición al carbonilo, es más lento para una cetona, no siendoya mucho más rápido que el inverso del paso (1). 441

CARBANIONES I

CAPITULO 25

25.14

Es una condensación aldólica inversa de la acemna (uldol retrógrada o retro aldol). De acuerdo conel principio de reversibilidad microscópica (phgina 288, todos los pasos de la condensación aldólica, están involucrados,pero en el orden inverso: CHs

I

CH3--C--CH2--C

i

OH

I

-CHI

CH?

+ O H - e CH,

C - ~ C H-c L ~ - c H+~ t 4 2 0

I

O

'i

o

O

CH 1 [CHlCOCH;]

t HLO

I

CHI C

I1

+

OH

O

25.15 El traslapo de orbitales IC de los enlaces dobles carbono-carbono y carbonooxígeno, muy similaradelosdienosconjugados(v6aselaFig. 10.5,págg.393)yaldelosalquenilbencenos.

25.16

O (de i-PrOH)

CAPITULO 25

CARBANIONES I

Ph

I

(d) PhCH2CH2CH--CH,0H

f

" AN i

Ph PhCH,CH=C-CHO

4 - Hz0

: I

Ph

PhCHzCH-: CHCHO

1

OH

:

i

OH

2PhCH2CHO (de PhCH2CH20H)

2PhCCH 1 I O (de PhCHOHCH,)

25.17 Et

Et

I

EtCH,CH-CHCH,OH

I

red.

t-

I

EtCHzCH -CHCHO 2EtCH2CH0

wBuOH

OH

OH

''6-12"

25.18

oxid.

f-"

Vea las páginas 1053 - 1054.

25.19 (a) PhCH2CH2FHCHj I

OH

i

Ni

PhCH=CHCCH3 1'

O

+'-r

P h C H O (de PhCH,) CH,COCHJ (de i-PrOH)

CAPITCLO 25

(b) PhCH2CH2CHPh

I

OH

(C)

Hz, N I

CARBANIONES I

PhCH CHCPh

43$L

I

o

PhCHO

f"

PhCH,

C H %CPhorigina 752)

!

H,. NI

ti

.o

PhCHzCHzCHzPh C-" PhCH2CH"CHl'h PhCHlCHZCHPh ~

t-

(b)

I

Ph

Ph

I

(d) PhCHlCHCHzOH

H,, U1

PhCH

CCHO

OH

+-H20

OH

'-

PhCHO (de PhCH,)

I

PhCHICHO (de PhCH,COCI)

7PhCHO (de PhCH,)

(e) PhCH CHCCH CHPh L

O

25.20

CH3COCH 1 (de i-PrOH)

(a) El hidrógenoen y será ácido, puestoque la carga negativa del anión es acomodada por el oxígeno elcctroncgativoa través del sistcma conjugado.

(b) PhCH C H C ~ H CH CHO

25.21 CH ,COOFt

Otl

+ [CH,COOEt]

*-%

PhCHO -t CH3CH CHCHO 2CHiCHO

PilC'HO

PhCH - CH,COOEt I

0-

PhCH CH,COOEt

l

~

OH

PhCH CHCOOEt Cinamato de etilo

25.22

En todos los casos (exccptoen d), la base separa un protbn, el cual se encuentra en posición ulfa respcclo a uno o más grupos atractores de electrones (--NO,. ---C"N, C -:=O, incluso 2,4-(N0,)zC,H3-~) para dar uno de los siguientes aniones: ~

CARBANIONES I

CAPITULO 25

Ya formado el anión, éste se adiciona al aldehído o a laCetOna para dar un producto similar a un aldol; se protona el grupo alcoxi,y se pierde agua.En (e), tambiénse necesita hidrolizar el anhídrido intermediario. (Para una revisión de estas reacciones, v6ase Johnson, J. R., “The Perkin Reaction and Organic Reactions, Wiley,NuevaYork,Vol. I, Cap. 8; Jones, G., “The Related Reactions”, Knoevenagel Condensation”,Organic Reactions, Wiley, Nueva York,Vol. XV, Cap. 2.)

25.23

Unaeliminación ”+ 1- y 2-buteno. (Para un análisis general de la reacción de Wittig, véase Trippett, S . , “The Wittig Reaction”, Q.Rev., Chem. Soc. 17,406 (1963).)

25.24

En todos los casos, con excepción de (c), hay dos combinaciones de reactivos que, en el (b) y (d); papel, podrían dar el producto deseado. Se indica la mejor combinación en (a), en cada una las de alternativas,la preparación del iluro se vería acompañada en gran medida por eliminaciones. Compare con el problema 25.23. (a) CH,CH2CH2CH-CCH2CH3

I

t-

CH3CH2CH2CH- PPh,

CH3

CW

I

(b) Ph-C-=CHCH*Ph

CH,

I

+ Ph-C

~0+ Ph,P= CHCHzPh

I

+ Ph-C= O

(e) PhCH CH-CH-CHPh ~

I

2-Butanona

H (c) Ph-CHZCH-Ph

+ O-CCH2CHI

-

+

PhjP-- CHPh

PhCH-=CH-&-=O

+

Ph,P- CHPh

CHz

CAPITULO 25

CARBANIONES I

AICI,

benceno t anhídrido acético

(b) PhCOCHI +-

P h l P CHCHzPh (c) PhCHO

+%-

PBr

BrCHzCHzPh HOCHzCHzPh

a-PhCHCl?

ZCI?, calor

f--------"-

PhCHj

cl2,calor

CHPh Ph,P

C1CH2Ph --

PhCH-CHCHO PhCHO Ph3P=CHPh

CH,=CHCHO

PhiP CCOOMe CH3

PhCH3

(Como enc)

+ "

(página703)

+

CHiCHO

KCr207

EtOH

como en (c)

calor

c-"Glicerol

+

NaHSO, (Véase el problema31.5 pág. 1064)

Ph3P

BrCHCOOMe %CHJCHzCOOMe 1

CHj CHjCHzCOOH

K MnOd

n-PrOH

CARBANIONES I

CAPITULO 25

H H

I

I

I

I

PhO-C-CCH,CHI CH,

HO

-

H O-=C-CHCH~CH, C

Hemiacetal

Una regla general: la ruptura de los éteres vinílicos es particularmente fácil (cornpáresecon el problema 14, Cap. 21, pág. 777).

La secuencia constituye unaruta general para obtener aldehídos.

H C O

PhlP-CH

\

/CH2

Wittig doble

PhlP--CH I

H

E

F

CARRANIONES I

\

H

ci.r-2-Octcno

25.29

I t

Ph2PCCI 3

I

*

Ph2PCH 1 y cniant6metro H

Los equilibrios (1)y (3) en la condensación (pág. 906) son rcvertidos p o r el EtOH. Cuando la reacción se lleva a cabo cn éter, toda la condcnsación continúa hastala formación de producto. (Para una rcsciiadc la condcnsaciónde Claisen, vCase Hauser C.R.y Hudson, B.E., Jr., "The Acetoacetic Ester Condcnsation and Certain Related Reactions", Organic Reactions, Wilcy, Nucva York, Vol. I, Cap. 9.)

CAPITULO 25

CARBANIONES I

(c) No, porque es difícil hacer anillosde 3 y 4 miembros. La aparición de 12 carbonos enel producto indica queesth implicadas dosmolkulas de succinato deetilo; la p6rdida de 2C,H,OH sugiere una condensaci6n de Claisen doble. ClhH2XOH 2 succinalo de etilo - C , ? H I , O , producto C 4 H I 2 O 2 cquivale a 7C2HsOH

EtOOC’

ckfooEt y’

t Clalsen ”

HI$’ [EtOOCCH

c

‘YHCOOEt CH,

kc<

o

O GOEt

(Paraunarevisión,véaseSchaefer, J. P. y Bloomfield, J. J., “The Dieckmann Condensation”, Organic Reactions, Wiley, Nueva York, Vol. XV, Cap. 1.)

El PhCOOEt se mczcla con NaOEt,y luego se ailade lentamenteCqCOOEt. HCOOEt y NaOEt, luego lentamenteC4COOEt. Oxalato de etiloy NaOEt, luego lentamente CH,COOEt. Carbonato de etiloy NaOEt, luego lentamente PhCH,COOEt. En todoslos casos se mczcla un &ter sin a-H con labase, y luego se agrega un Cster que contenga a-H. El primer éstcr no puede sufriraumondensación, de modo quees estable frente a la base. Cuando se afiade lentamente el segundo Cster, este seconvierte en un anión en presencia de una gran cantidad del primerCster, y una muy pequeila del segundo;por consiguiente, y por razones estadísticas, el carbanión se aAade principalmente al primer Cster para dar un producto cru7ad0, con buen rendimiento.

(a) Reemplace el anión I de laa ls pAginas 906-907 por CH,COCH,,, el cual se obtiene mediante la accióndel O E t sobre la acetona.

n + -CH?COCH,

(b) CHJCHlC-OEt I1 Lf O

--j

CH.3CHI-C-CHZ-C-CHI

I/

I1

O O 2.4-Mcxanodiona

CARBANIONES I

(C)

/"l

+

PhC-OEt

II

-CHzCOPh

" +

Ph-C-CH2-C-Ph

/I

O

Ph

25.33

I1

O O Dihenzoilmetano

! I

(a) PhC-f-CH-C-OEt

II

I1

O

-+S PhCOOEt

+

PhCH2COOEt

O

COOEt OEt

O

0

o

EtOOCCOOEt Oxalato de etilo

+

EtOOCCHzCHzCHzCOOEt Glutarato de etilo

Ftalato dc etilo

H

1.

-1

(a) P h C H 2 C ~ = 0+ [PhCHCHOI-

Ph

I

'

PhCH2CH-CHCHO

I

OH Ph H

Ph

I (b) Como en (a), luego PhCH2CH-C-CHO I 1 OH H

(c) Lo mismo que en (a).

- H20 H+ t

PhCH2CH-(!-(!--=O

CARBANIONES I

CAPITULO 25

(d) PhCHzCHO

PhCHCHO

Br2'CC'4+

I

Br H

1 (e) PhCH2C=0

+

Ph,P=CHz

(b) Como en (a), luego

~

PhCH>CH=CHz

Ph ,PO

- H2O

OH

(c) Lo mismo que en (a).

(e)

3.

c) O

+

Ph,P=CH*

~

CH2 (vCasc la pág 893)

Ph \PO

(a) No hay reacción

H

(C)

I

PhC--~O+ C H IC H O

H H H OH-

1

+ PhC-C

1

-C=

O

Cinamaldchído

CARBANIONES I

H

I

(e) PhC--O

+ CHI -

H H

C C ~HI

11

OH +

O

I

1

PhC--C---C-CH, ¡I O

Bcnyalacctona

CH!C\\

( k ) Cannizzarocruzado:

PhCHO

4

(Efbenzal es I'hCHx)

o

H C HPOh C H 2 0 H

(Compkcse con cl problema 25.20, phg. 903.)

Acido cidmico

-t HCOO N a

'

CARBANIONES I

CAPITULO 25 H

I

+ Ph3P=CHCH=CH,

(m) PhC=O

H

I + PhjP-C-OPh

H H

I

/

n+ m

PhC=C-OPh

P h C H~ C H - C H

CH2

I-Fenil-1,3-butadieno

H

I

(n) PhC-O

(O)

- PhJPO z

H H

I

- PhjPO

I

PhC=C-OPh

PhCHzCHO

Fenilacetaldehído (de n)

Los &eres vinilicos se rompen fácilmente; compare con el 14, problema Cap. 21, página 777.

(e) CH3CH2CH CCHO

producto (a) CH

(dl CHjCH>CH=CCH?OH I CH 1

9-HBN

c HOCH,CH.NH,

(e) C H , C H ~ C H - - C H C H ~ O H

I

t

H z *N'

producto (c)

producto (a)

OH CH, ( f ) CHjCH2CH2CHCOOH < calor

producto (b)

I

CH 3 (8) PhCH=CCHO PhCHO

I

- H2O

+ CHICHzCHO

CH3 (h)CHjCD2CHO

+

CHjCHZCHO

+

DL0

+

OD

El hidrógeno cx ácido se intercambia fácilmente con deuterio. (i)

CH3CH2CH"O

t-

CHACHlCHO

+

H2'R0

Compare con el problema21.9, página 771.

+

H'

CAPITULO 25

5.

CARBANIONES I

(a) Es necesaria la eliminación de IC: pruebe la reaccidn del haloformo (Sec. 18.9).

Ph 1

(C)

C HC,C HH I

CH Ph 1

H,, NI

t

i

(producto (b)

OH

6.

Todas estas reacciones son condensacionesdeClaisen, dicarboníhcos.

por Io que dan productos

p

CAPITULO 25

CARRANIONES I

(d) HCOEt

I1

+ CHzCOOEt HC--CHCOOEt I

¡I

O CHI (sólo se conocena m o derivados del sodio)

CH 3

O

~

(e) El oxalato de etilo es un diéster, por lo que puede participar en dos condensaciones de Claisen sucesivas:

+

EtOOC COEt II O Oxalato de etilo

CHLCOOEt

a

EtOOC C CHCOOEt

I

I1

CH2COOEI Succinatode etilo

O CH2COOEt

+

E t O C C CHCOOEI ~--% EtOOCCW C-C- CHCOOEt /I I I i 1 1 1 1 EtOOCCHz O O CHzCOOEt EtOOCCH, O O CH2COOEt Succinato de etilo Producto de primer Una a-dicetona Segundo mol Pa0 EtOOCCH, I

El producto inicial no sufre condensación de Claisen intramolecular (condensacidn de su renuencia a formarun anillo de cuatro miembros. Dieckmann), evidentemente por La condensación cruzada Claim de del oxalato de etilo es el primer paso de una ruta útil para la obtención de a-cetoácidos (véase el problema 30.9, pág. 1049) y de allí, la de aaminoácidos (problema40.13, pág. 1332). (f) PhCOEt t CHICOOEt

o

x

P h C CHCOOEt

Ph

O

O

OEt+ CH3CPh PhCH2C"CHlCPh

(h) PhCH2COEt

I/

11

O

1

Ph

O

II

I1

O

O

O

(i) También el carbonato de etilo es un diester, y puede participaren dos condensaciones de Claisen sucesivas: EtOCOEt /I

+ CH,CPh

O Carbonato de etilo

PhC-CH3

I¡

O

II

O

3 EtOC-CHZCPh I/ II O

+ EtOC-CH2CPh PhCCH2-C-CH2CPh I1 O

/I

O

Acetofenona Producto tricetona Una del primer paso

O

11

O

O

o¡I

Segundo m o l

El carbonato de etilo es 6til en trabajos de síntesis para la introduccidn de un grupo carbetoxi, "COOEt, tal como enel primer paso de este problema. (Véase otro ejemplo en la pág.908.)

CAPITULO 25

CARBANIONES I

(a) CH,C-CH2COOEt CH,C-CHCOOEt CH3CH2C-CHCOOEt I, 1 1 O

I

I1

0 CH3

O CH?

(b) No. Dm'a un rendimiento muy pobre para cualesquiera de ellos, contaminado por los otros dos.

PhCOOEt

h

b

+ CHJCH2COOEt

+

PhCOCH,CH3

OEt-

/

O

t "

II

11: I

H

I1

O Carbonato de etilo

Ph I

(b) PhCH,C/C-COEt

EtOCOEt

PhCHZCOOEt

+ PhCHZCOOEt

0

CHj

! I

(c) EtOOC-C+C -COEt EtOOC -COOEt I l l 1

O H O

¡I

(d) P h d COEt - - .,- - HC O ~

H

0

:I

o

+ CH3CH2COOEt Un mol

e HCOOEt + PhCHzCOOEt

(f) P h C k H 2 C C H 3

I¡ :

Oxalato de etilo

~

a

PhCOOEt

+ CHICOCHl

O

o

o

(h) EtOC-CHCH,COEt

I o"-;""

HC O

o

toE'

HCOOEt

+

Formiato de etilo

Un mol

EtOOCCHzCH,COOEt Succinato de etilo

CAPITULO 25

CARBANIONES I

9.

Recuerde que a menudo es posible obtener el isómerocis mediante la hidrogenaci6n deun enlace triple con el catalizador de Lindlar (Sec. 11.8).

-

CH3

10.

I

OH

(a) CH3-C-CH2-C-CH,

I

OH

o

(c) C H j C H ==CHCHO

- H20 t "

2CH3CCH,

~

'I

m

i-PrOH

O

(de EtOH)

CHJCH ---CH2CH0 2CHlCHO I

OH

(d) PhCH=CHCHZOH

<

NaBHI

PhCH-CHICHO PhCH==CHCHO

[ t-

I

OH PhCHO

(de

PhCHs)

_OH- N 0 2 0 C H 0 (página 751)

+ CHjCHO (de EtOH)

+ CHjCHO (de EtOH)

CARRAMONES I

CAPITULO 25 OH

Hz, Ni

(f) CH3CH -~CHZCH* CHJCH-CHZCHO OH

OH

OH

CH3

CHI

I

(h) CHICH2C-C:~CH I

OH

c-- 2CHjCHO (de EtOH)

I

t-

CH,CH2C--0 (de sec-RuOH)

,(1)

(j)

+

~

NaC-YCH (de acclileno)

PhCH~--CHCHO (página 902)

P h CCHH CCHH C H - C H 2

-I P h CCHH CCHH CCHH P h

I-

Ph,P=CHPh

s

CICt+:Ph

(de PhCH,)

phCH=CHCH==CHCHO

A

PhCH-CHCHO (página 902)

CH,CHO (de EtOH)

o

Acido cinimico

YH

COOH

H\

H---OH

(m) Ph Ph

OH

H

Acido trans-cinámico (problema 25.22, pág. 903)

CAPITULO 25

CARBANIONES I

11.

Por medio de una condensación parecidaa la aldólica se forma un y-hidroxikido, el cual posteriormente produce la y-lactona (&ter cíclico). Me

COOH

Y

B

MeCH-CHCOOH H H2CCOOHCHzCOOH

OH

t-

CHjCHO

>CCOOH

+

I

c(

O Una y-lactona Un éstet cíclico

Una yhidroxiácido

base t-Hz0

ZCH3COCH:j Acetona

13.

(a) La acilación puede ocurriren cualesquiera de los carbonos c1 de la cetona. PhC"CH2CCH,CH, PhCOEt

ll

II

11

O

+

O

O

CH,C--CHCH,

¡I

o

I

C"0 I

Ph

(b)Una prueba conyodoformo ( S e c . 18.9) podría distinguir los dos posibles compuestos.

14.

(a) CH3-C=C-COOEt

*H20 , Hg2 + +

[

CH,-Z-;CH-COOEt

1

"-f

CH,-C-CH2-COOEt

O II

CAPITULO 25

15.

CARRANIONES I

Una condensación aldólica cruzada convierte el HCHO en un grupo metilol, -€H,OH.

Otras dos conversiones de este tipo compuesto tri-metilol. H

I

HCHO

CHzOH H

I

OH

O -=C-CHZ-CHZOH

(ya que todavía hay

HCHO

O = C-CH --CH*OH

CHzOH

dos hidrógenos a) darán un

H

I

O-C--C

CHzOH ~

1

I

"CHzOH

En este punto se han consumido todos los hidrdgenos a, pero ahora puede ocurrir una reacción de Cannizzaro:

HCHO

H CHzOH I 1

+ O-C-CH2OH I

base

+ HCOO-

+

CHzOH

CHZOH No hay hidrógenoa

16.

CHzOH Pentaeritritol

Intercambiamosprotio por deuterio de una manera convenientey regioselectiva, tratando ía cetonacon DzO en presencia de baseo ácido (véaseel problema 25.5 (c), pág. 895).

Q

OH

H

17.

X

I

H-C-C-C-H

(a)

H

H ! !

1 1

HOCHz-C-CHzOH

t

Ani& mbs esfuhle

X

I t H-C-C-C-H I !I I

H O H

I

H-Cd-C-H

L.--+

I

No se forma

8 O H La atracción electrónicapor parte del halógeno haceque los hidrógenos unidos al mismo unir, sean más ácidos y, en consecuencia, se carbono conel cual el halógeno se acaba de puedan eliminar más fácilmentepor la base para permitir la sustitución posterior. (b) RP-C-CX,

I/

O

*

OH R-AeCX,

I

TO -

-

OH

R-(!

II

O

+ CX3-

-

RCOO-

+

HCX,

CARBAMONES I

CAPITULO 25

La atracción electrónica de los tres halógenos hacenCX3que sea una base muy debil (si se comparacon un carbanión) y, por lo tanto, seaun buen grupo saliente. Asi pues,los dos aspectosesenciales de lareacción del haloformo-la regioespecificidad de la halogenación,y la ruptura- están controlados por el mismo factor: la estabilización de un carbanión a travesde la atracción electr6nicapor parte del halógeno.

A juzgar por la acidez de los hidrógenos y de los aldehídos a,& - n osaturados (problema 25.20, pág. 903) y en vista de la estructura del citral (problema 25, Cap. 21), proponemos:

18.

CH, CHJ-C CH

19.

I

H

1

CHI

I

H

1

PC -0 + C H , " C - z C H " C =CO HJ-C-=CH"CH-~ P-Mctilcrotonaldehído Dos moles cond. aldólica

CH,

I

Por reacciones de Wittig en dos puntos de la molkula.

Brornuro dc isopentilo

20.

H I CH PC O Deshidrocitral

CHJ

CH-C

El éster acetoacético es lo bastante &ido para desplazar CH, a partir de CyMgI.

I

CAPITULO 25

21.

CARBANIONES I

(a)

(b) En la formación de C se genera el nuevo doble enlace carboncbcarbono con las dos configuraciones posibles,para dar una mezcla de diasteredmeros: (9Z, 11E) y (9E, 11E). Aunque no podríamos haber deducido esto de las pruebas presentadas, la feromona real tiene la configuración (9Z, 1 1 0 .

462

CARBANIONES I

CAPITULO 25

A partir de este indiciono podemos deducirla estereoquímica en la posición 10,esto es, la configuración del doble enlace generado en la formación deJ. La feromona real es el isómero (IOE,122). "\

n-C3H7,

x,

/C.=C

,e-c

,CHL(CH>);CH:OH

\ \ ~

H H H (lOE, 12Z)Hexadecadien-l-ol Bombicol Atrayente saua1.de la polilla del gusano de la seda

23.

por base:

(a)Tautomerizacióncatalizada H

I

'

-C-C-+

o

\

I a H : B + - C -C -

:B Base

T

O/>

híbridoAnión Forma ceto

I

~C C

:B+ Base

OH 1 Forma enol

Tautomerización catalizada por ácido: H

-C-C-

Catión

I

OI' Forma ceto

+ H:B e Acido

H : B + -C-C11

3 OH

!

e

I

H:B+ Acido

I

C C OH I

Forma enol

(b) y (c) El enol esd estabilizado por: (i) la conjugaci6n delC= O restante con elC=C,

y (ii) el puente de hidrógeno intramolecular:

I

-c-c-cI1

I

~l

,yC \

PC

I

c-

/: OH O Forma enol Conjugación Quelación Compuestos 1,3- o Pdicarbonflicos O H 0 Forma ceto

24.

(a)

CI~H~OO material , partida de

- C1oH1402 compuestoA C2 H6 0 lo que significa p6rdida de EtOH

CAPITULO 25

CARBANIONES I

La pérdida deEtOH sugiere una condensación de Claisen interna entre grupo el &ter y un carbono a de la cetona. Dea ls dos posibilidades, escogemos la queda un anillo de seis miembros.

La pérdida de 2C,H,OH sugiere una doble condensación de Claisen.

.. + enantiómero M

o l

o

Las proporcionesde a:b, y de 2d:c son iguales;el valor de las mismas(5.6: 1) indica quehay aproximadamente un 85% de enol.

Todo es enol.La conjugación del doble enlace cubone-carbono con el anillo estabilizael enol y excluye a la forma ceto.

(Véanse los espectros rotulados la depág. 872 de esta Guía de Estudio.)

26 Aminas I. Preparación y propiedades fisicas

26.1

RNH2, RH, RCOOH HCO,-(ac)

4,

J.

RCOO H +(ac)

RCOOH

RNH2, R H Hi (ac)

'.

La mezcla sólida se puede tratar directamente colectando cada compuesto insolubre en un filtro. Los líquidos son más fáciles de manejar si previamentese disuelven en éter;los componentes de la mezcla se separan mediante un embudo de separación, considerando que las sales solubles en agua serán insolubles en éter, y que los compuestos insolubles en agua serán solubles en éter. 26.2

Al igual que el amoniaco, el carbanión tiene una barrera energética, ybaja fácil de superar, son imágenes especulares entre sí. La uniónde un cuarto entre los arreglos piramidales que grupo al carbanión puede ocurrir sobre cualquier arreglo, y dar así la modificación rackmica. 465

AMINAS 1. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

CAPITULO 26

26.3

A temperatura ambiente, la inversión sobre el nitrbgeno lo suficientemente es lenta para que cis y dos protonestrans al la RMN detecte dostipos de protones en el anillo: dos protones etilo. A 120°C,la inversión es tan rhpida que los cuatro protones se ven en posiciones

promedio: son equivalentes.

H

H

26.4

H

(a) IV existe comodos pares de enanti6meros,y cada par es diastereomkrico conrespecto al otro. En un par, el-CH,y el 2 1 esth cis, y en elotro par, trans.

La interconversiónde diastere6meros requiere la inversi6n sobre el nitrdgeno,-la cual probablemente debido a la rigidez deldeanillo tres miembros" es tan lenta a25°C que los diastere6meros se pueden separar.

(b) La peroxidación de un doble enlace carbono-nitr6gen0, al igual quela de un doble enlacecarbonmarbono, produce un anillo rígido de tres miembros, que contiene nitr6geno y oxígeno.

Este existeen formas enantiomkricas: Ph

Ph

1

Ph

Ph

Enantiómeros

El estado de transición para laepoxidaci6n contiene tanto elcentroquiraldel peroxiAcido

como el centro quid que se desarrolla en el ep6xido; en consecuencia, existen configuraciones

diastereoméricas de diferente energía. Puesto que el peroxiácido es ópticamente activo, predomina un diastere6meroen el estado de transicidn, lo cual hace que predomine de uno los epóxidos enantiomCricos"y, por lo tanto,el producto es 6pticamente activo". (Este

AMINAS I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

CAPITULO 26

proceso se conoce, como inducción asimétrica.) La interconversión de los epóxidos se lleve acabo UM inversi6n sobreel nitrógeno, la cual, como enantiomCricos requiere que en (a), evidentementees muy lenta.

(Brois, S.J., “Aziridines. XII. Isolation of a Stable Nitrogen Pyramid”,J. Am. Chem. Soc., 90 508 (1968).)

26.5

(i)DegradacióndeHofmann:

(ii) A travCs del nitrilo: n-CSHIINH2

H?, N I

CN

n - C 4 H P C ” N + rl-BuBr

PRri t-

n-BuOH

(iii) A VavCs del halogenuro:

26.6

(a) PhCHzNHz

d NH PhCHzCl

PhCHj

+‘I2’

O

NH2

(C)

PhCHzCHzNHz

(d) C H ~ Q N H ~

(e) PhNHz

OBr f

4

Hz, Ni

Fe, H+

PhCH>C=PhCHzCl N

CH3@O2

PhCONHz

NHI

t-

(Como en a)

H NH O~I ,S O I

PCI‘

PhCOOH

PhCHj KMnO

J

PhCH?

AMINAS I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

CAPITULO 26

1.

(a) I " CH,CH,CH,CH,NH2 CH3CH2CHCH3

I

NH2 sec-Sutilamina

nSutilamina

CHI H

H

!

!

H

I

2" CH,CH2CH2--N--CH, CH3CH-N-CH3 CHjCHZ"N--CH2CH-, Metil-n-propilamina Metilisopropilamina

1

Dietilamina

CHI

I

3" CHjCH2-N-CH3 Etildimetilamina

(b) 1'

PhCH2NH2, bencilamina;

o-,

m-, y p-CH,CeHJNHZ a ( lstohidinas)

H

I

2" Ph-N-CH,,

N-melilanilina

3" ninguna

3.

(a) N% en exceso (c) NH;. H z . Ni

( c ) Hz. Ni (g) K > C r 2 0 -: SOC'I, : N H.? ; O B r

(b) (d) (f) (h)

Anilina: de (y, en condiciones muyvigorosas, a) Bencilamina: todas (exceptola primera parte de h) 468

C5H5NHCr0,Cl; N H 3 , H ? , N i Fe. H ' . calor 8 r 2 , OH HBr. N a C N ; H , , N i ~

AMINAS I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

(b) n-BuCH2NH2

CAPITULO 26

CN c-

rc-Bu-C-N

YI-BuOH

rl-BuBr

EtBr

CH

1

e EtOH EtNHz

(d) C H I C HN - ~ C H L C H J H

-

CHjCOCH,

t CrO, "

CHICHOHCHI

"

Anhídrido acético (prig. 852)

(e) PhCHCH,

Ph-CCH,

iN H ' ' H z '

NHz

C6H6

O ~

-I

EtCOCl

(i)

,,-Bu

~

CH-Et

I

+

H 2 , Ni

t7-BU-C -Et IN

N HZ

O

SOCI,

t-- EtCOOH

(de n-PrOH)

n-BuzCuLi s L

n-BuLi

(de -BuOH)

Et Br (de EtOH)

(j) PhNH-Et H N O I Fe , H'

H2.501

PhNHz t " ChHh PhNO2

(1)

PhCHzCHCHz

I

N Hz

N H J H2 Ni

t--"- PhCHzC-CH, I1 O

c

t-

Me,CuLi

+Gl MeLi (de MeOH)

PhCHzCOCl

SOCI2 t -

PhCHzCOOH (página 811)

469

AMINAS I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

CAPITULO 26

H:. N I

(n) PhCH-CH2 I

PhCH

1

OH NH2

5.

C--N

+!$&

PhCHO

PhCHC12

OH

(de PhCH,)

(a) El mismonúmero de carbonos:

(b) Un carbono más:

(c) Un carbono menos:

(d) Dos unidades C;,

6.

(a) BrCH2CH2Br

2CN~

NCC2HdCN

Cadaverina

red

(+8H)r H2N(CH&NH2 Putrescina

AMINAS I. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

CAPITULO 26

O

I1

P

o Anhídrido succinic0

9.

(a)Par de enantiómeros:carbonoquiral. (b) Un compuesto inactivo: aquiral. (c) Par de enantiómeros: nitrógeno quid (d) Par cis-trans inactivo: comparecon los ciclohexanos 1,4-disustituidos (Cap. 12). (e) Par de enantiómeros: molkula quiral. Los planos de los anillos son perpendiculares entre sí. (Compárese con el problema6, Cap. 12, pág.465.) espejo N

x

x

N

" No superponibles (f) Par de enantiómeros; nitrógeno quiral.

10.

(a)

(b) La configuración electrónica sobre C=N es similar ala de C=C ( S e c . 7.2,7.5 y 7.6). Donde los dos orbitales sp2 del C= es& unidos a dos sustituyentes, un orbital sp2 del N= contiene unpar de electrones no compartido. Larotación impedida sobre el doble enlace carbono-nitrógeno permite aislar los estereoidmeros. 471

AMINAS 1. PREPARACION Y PROPIEDADES FISICAS

CAPITULO 26

Ph2C-NOH : no (los dos grupos sobre el carbono tienen que ser diferentes, Sec. 7.6). Los OLTOSdos, sí.

(c)

,CHI

Ph,

N

\~

OH

C

,CHI

N

HO'

Ph, N

N\

Ph \

I

N

Ph Ph'

trans

Oxima de l a acetofenona

O

O Ftalimida Ada

tI-PrNH2 c'

+

cis

Azobenceno

8

O

O

O

ocOo A

N

,

B

Sal de la irnida

COO

D

(b) Debido a que Nelsólo se puede alquilaruna vez, la síntesis de Gabriel produce minas primariaspuras, libres de la contaminación de minas secundarias y terciarias. La síntesis se basa en la acidez del enlace N-H de la irnida (en la cual dos haygrupos acilo presentes que aumentan la acidez de dicho enlace).

27 Aminas 11. Reacciones

27.1

orto o para al "NH, estabiliza la amina a travksde

(a) Un grupo nitroenposición estructuras como

(b) Tales estructuras noson posibles para el idmero mera. (Trate de dibujarlas, S610 para cerciorarse.)

27.2

(CH3)3A:BF3

27.3

(a) I I1

"+

CH,CH2CH2CH2CH2NMe2 CH3CH2CHCH2NMe2

I

CH3

+

(b) CH3CH2CH2CH2CH2Br Me2NH CH3CH2CHCH2Br

I

+ Me2N

" +

-

CH3CH2CHCHZNMe2

CHI

27.4

I

--f

CH2"CHCH2CH=CH2

I1

"-+

CH2=CH"C-=CH2

I

CH3

CH,CH2CH2CH2CH2NMe2

calor isom.'

I

CH3CH =CHCH

CH3

:CH2

Dienoconjugado más estable

CAPITULO 27

27.5

AMISAS 11. REACCIONES

La eliminaciónE2deiones-omis (amonio, sulfonio)procedeatravés de un estado de transición semejante aun cxbani6n. La orientación es de Hofmann: hay UM separación que mejor puede acomodar la carga negativa parcial, preferente deun protón de el carbono es decir, se separa el protónmás ácido; por ejemplo:

(a) En este caso sólo puede suceder la eliminación en el grupo 2-metil-3-pentilo. La pregunta es: ¿de cuál rama de esegrupo se pierde el protón?

Hi

CH3

CH, I CH-,"CH-CH"CH"CH\

-%=

I

principal: Producto

'ON Me,

protón

CH3 I CH3--CH2 -CH P C - -CHI I 1 MeiN H

a

+

CH-,--CH-CH -CH"CH,

CH,-CH,-CH secundario: Producto del protón

Me,N

del C 2"

!

~

&CH,

+

CH3 MeiN

C 3"

(b) En este caso, la eliminación puede ser en uno u otro de dos grupos: un etilo O un n-propilo. ¿De cud de ellosse pierde el protdn?

Producto principal: protón delC 1 O

C'HZ-CH?

H

CH2C-H

0,

I

CH,~- CH-CH?~ -N~-~C -CH2~-CHI H2 I

H

CH2 - C H j

% C H J C H - - C H I + n-PrNEt? Producto principal: protón delC2"

(c) Como en (b), siendo los grupos etiloy 2cl0roetil0. + I

CH I

1

C H I --CH2--N~-CHr--CHCI

I

CHx

i

H

3 CH2CHCl

+ EtNMe,

principal: Producto protón delZ H 2 C l

AMINAS 11. REACCIONES

CAPITULO 27

(d) Como en(b), siendo los dosgrupos etilo y n-propilo.

Producto principal: protón del C 1 CH3

CH, -CH2

27.6

i'

,

' N - CHz--CH CH, 1 CHI

C H 2 - ~ - CC HH ,

I

+

EtNMe:

Producto principal: protón delC2"

H

(a) El ion etóxido es una base fuerte y produce UM eliminación E2 con la orientación de dtbiles, y la principal Hofmann esperada. El ion yoduro y el disolvente, etanol, son bases reacción esla eliminación El; se forma el catión 1-pentilo, el cual pierde un protón con la orientación de Saytzeff esperada.

(c) Aquí, la sustitución en competencia con la eliminación es SN2,con ataque preferencial en el grupo metilo menos impedido.

27.7

En el bromurode 2-feniletilo, elgrupo fenilo que atrae electrones está unido al carbono que pierde H; al dispersaruna carga parcial negativa, el fenilo estabiliza un estado de transición semejante a un carbanión y acelera la reacción. Br

6.

C H , ~-~CH+Ph H -B

CAPITULO 27

AMINAS II. REACCIONES

(Este efecto es adicional al ejercido en los bromuros de 2- y I-feniletilo: mediante la conjugacib, el fenilo estabiliza el doble enlace incipiente del estado de transici6n.)

27.8

(a)"@) En el ani6n del amoniaco, la carga negativa se l o c a l i z a sobre el nitr6geno. En el anión deuna amida, la carga es acomodada por el nitr6genoy oxígeno. En el ani611 de la diacetamida, la carga se acomoda por el nitr6geno y dos oxígenos, tal como se encuentra

en el ani611de la ftalimida (problema 24.10, phg. 857) o en el ani6n de una sulfonamida, y tiene definitivamente el mismo efecto sobre la acidez.

27.9

(i) El ataque nucleofílico sobre el azufre del grupo sulfonilo es más dificil que el araque sobre el carbono delgrupo acilo. El carbono del grupo acilo es trigonal; el ataque nucleofílico noe s a impedido, e implicala fomaci6n de un intermediario tetratklrico. El azufredel grupo sulfonilo es tetraMco; elataquenucleofílico esd relativamente impedido, e implicala uni6n temporal deun quinto grupo. O 4

R-C

\

W

+

O:Z

I I

Ar---S--W

I

R-C-Z ~

C trigonal Ataque relativamente libre O

"--f

+

O S tctraédrico Atuque impedido

:Z

W C tctraédrico Octeto estable

+ S pentavalente Deceto inestable

Sustitución nucleofílica en el grupo acilo

Sustitución nucleofílica en el grupo sulfonilo

(ii) El ataque nucleofilicoen el carbono de un grupo alquilo de un éster sulfónico es más fácil queel ataque en el carbono de un grupo alquilo de un éster carboxilico. El desplazamiento del ion sulfonato, menos bhico, es m& fkil que el del ion carboxilato. Así como el ion sulfonato se separa con mayor facilidaddel hidr6geno con su par de electrones

AMINAS II. REACCIONES

CAPITULO 27

que el ion carboxilato (como lo indica la acidez relativa de los dos ácidos), dela misma se separa delgrupo alquilo consu par de electrones más fkilmente manera el ion sulfonato que el ion carboxilato. O 1 9 Ar-S-O-R

I

4

R-Z débil:

”+

Z:

O

R”C

7

O

‘0%

”+ &,,

Z:

27.10

+

ArS0,Base buen grupo salieue

R-Z + R COOfuerte: Base

Ocurre ocasionalmente

saliente pobre grupo

Una explicaci6n lógica seria la siguiente. Sihay bien muy poca anilina libre presente, la que hay es mucho más reactiva que elion anilinio y da el productopara. (La activaci6n por el grupo amino es enorme;en la halogenaci6n en donde la protonacidn de la amina no es importante, ila dimetilanilina 1019 es veces m k reactiva que el benceno!) Sin embargo, a juzgar por el trabajode J. H. Ridd (University College, Londres), parece ser que el ion aniliniopor sí mismo sufre una considerable sustituci6npara. Ridd propuso se encuentra muy que, en comparaci6n con el -NC(CHJ,’, la carga positiva en el dispersa debidoal puente de hidr6geno entre susmuy iicidos protonesy las molkulas del disolvente.

-NH;

Un grupo “NH,aromático (Ka - 1 W o ) es considerablementem b débil queun grupo NH,alifhtico (Ka -lW5), y no puede neutralizaren forma apreciable algrupo “COOH (Ka 10-3. Por supuesto, Io que sípuede es neutralizar el grupo -SO,H, fuertemente hcido, como en el hcido sulfanílico.

27.11

-

(a) Cati6n n-butíico

27.12 (b)

HONO

CH3CH2CH2CH2NH2 CH3CH2CH2CH2(t

11’ -H+>

transp.

CH3CH2CHCH3

‘3

25 y”

n-BuoH CHjCH2CH-CH2 CHzCH

.

sec-BuOH

sec-BuCI

1

CHCH, 13% 3

: / o

AMISAS 11. REACCIONES

CAPITULO 27

27.13

(a)

I I transp.

i

:But

---r 1-BuOH

""t

catión 2O

H

(h) A r H

-t

H O N O ->

f\?' -+ O H NO

muc1

CAPITULO 27

AMMAS II. REACCIONES

27.15

(a) Ninguno de ellos. (i) Los dos grupos, -N(CHJ2 y "NHCH,, liberan electrones al anillo, casicon la mismaI intensidad (ii) Además del efecto estérico modesto, el nitrógeno al ataque. en los dosgrupos debed ser casi igualmente susceptible (b)Por supuesto, hay algo en lo que "NHCH, difiere completamente de-N(CH,),: primero contieneun protón unido al nitrógeno.

el

En ambos casos es probable que el ataque electrofílicoocurra inicial en el mismo lugar, m k disponibles: en elnitrbgeno, para aquel en donde los electrones no compartidos están formar un ion amonio cuaternario inestable. En el caso dela amina secundaria, en este intermediario el nitrógeno puede perder un protón paradar el productoN-nitroso. EstaN-nitrosucibnunaessustitución electrofílica en dos pasos análoga a la sustitución electrofílica aromática. NO

+

+

p3

CH3

I

Ph---N I

01

Ph"N--N=O

"--j

I

H

H

- 11

CHl

I

Ph-N--N=O Compuesto N-nitroso

En elcaso de la amina terciaria, el ion cuaternario intermediario no tiene ya protones que pueda perder. En lugar de ello, pierde NO' y se regenera la amina, la cual en un momento Ph NO+

~

N

I

-

N -O

No puede perderun protón

CH?

+ Ph-N

Compuesto C-nitroso

dado sufre una sustituciónen el anillo(nitrosucih en el carbono).Así, la C-nitrosaciónes la N-nitrosación fracasa. una alternativa que adopta la reacci6n cuando

27.16

Vea la página487 de esta Guía de Estudio, en dondese plantean los procedimientos que se siguen para resolver los problemas de síntesis de compuestos aromAticos.

m-Nitrotolueno

N2 +

e3

ÑH>

NO? NHCOCH,

CH3

(página 962) v

NHCOCHl

479 ..

I

x ,

*.

.~ ""

CAPITULO 27

AMINAS 11. REACCIONES

6

Br

6

G

C

iHIP02

Br Br Br

HONO

Br

6

Br NH2

1,3,S-Tribromobenceno N2'

0

COOH

Acido o-tolúico

Acido m-tolúico

0 N2 /\CHj

0

+

H20. t i + calor

H

3

iCuCN

4pHONO

0

(página 921)

6

NH2

2CH3 (página 962)

AMINAS II. REACCIONES

CAPITULO 27

m-Dibromobenceno I

O B r

&Br

(como el anterior)

m-Bromoyodobenceno

27.18

B

CH, r o Br

26Dibromo tolueno

H,PO>

CHj B r O Br

+

HONO

N2 +

Br

6 0

Br

+B r 6 j B r + m +

NH2 NO2

6,

NO2 (página 498)

Br W B r 3,5-Dibromonitrobenceno

27.19

N2+

(a) La atracci6n de electrones por parte de los grupos nitro hace que los iones diazoniosean más electrofílicos. (b) Es menos reactivo debido a la liberación electrhica por parte delgrupo 4

4.

27.20

Para prevenir el acoplamiento del ion diazonio lacon amina queno se ha consumido. En exceso de ácido,la mayorparte de la mina se encuentra protonaday, por lo tanto,no se y su velocidadde acoplamiento son bajas. puede acoplar. Laconcentraci6n de la amina libre

27.2 1

(a) En una amina aromática hay dos posiciones ricas en electrones, propicias un ataque para y el anillo.Al igual que en el caso del NO' (problema electrofílico: el átomo de nitrógeno 27.15), al ArN,' encuentra que el ataque en el átomo de nitrógeno es más fácil, y así forma el intermediarioI. En elcaso deUM amina primariao secundaria,I puede perderun protón para dar 11, un compuesto dzuzoamino, el cual esun idmero del esperado compuesto azo IV. Sustitución en el nitrtigeno R

II

Un compuesto diazoamino

481

CAPITULO 27

AMINAS 11. REACCIONES Sustitucibn en el carbono

I I1

IL'

Un compuesto aminoazo

(b) La formación de I1 es fhcil, pero reversible; el ataque electrofílicopor parte del H+ regenera la amina y la &N,+. Estas reaccionan nuevamente,una y otra vez, hasta que se lleve a cabo el ataque sobre el anillo para formar el complejo sigma 111,y a partir de éste el compuesto azo IV. Una vez formado, IV persiste, ya que su formación no es reversible.

27.23

Me,N(ONH, +ArNH2

d SnCl M e , h . O N :NAr

" ,

p-Amino-Nfldimetilanilina

t-

Me,N

0+

ArN2+

(página 931)

Para ArN;, usualmente se escoge-O,SC,H,N;

(del Acid0 sulfanílico,pAg. 951); cuando se regeneraesteácido(como ArNHJ enel paso de la reducción, su característicade solubilidad (véase laSec.27.9) difieren bastantede las de la amina quese desea obtener, lo que permite una fácil separación.

27.24

(a) Sustitución nucleofílica.

(b) UM amina terciaria puede reaccionar comoen (a) para dar el derivadode una amina secundaria. Conclusión incorrecta: quela amina es secundaria.

CAPITULO 27

AMINAS II. REACCIONES

27.25

(a)Conclusiónincorrecta:quelaaminaesterciaria. (b) Filtrar (o separar) y acidular la solución acuosa.Se formará un precipitado si la amina era primaria.

(a) n-BuNH3+CI-

(b) ~ I - B u N HHSOl ~

(c) ~ I - B u N H J- 0 O C C H J

(d) no reacción hay

+

+

(e) CH,C-NH-Bu-n

¡I

y el producto

de (c)

O

(f) (CH3)2CHC--NH-Bu-n I1

y

(h) PhS02N-Bu-n c

Na'

O n-BuNH,' -0OCCH(CH1)2

(g) o ~ N ( O ) ~ - N H - B ~ - ~y

1 I

O H ' c 1 -

O Et

I

Et

Et

Et

Et

I (i) n-BuNHz'CI-, n-BuNH+CIF, n-BuN"Et+CII

I

CHlPh

1

(j) n-BuNH*+CI-, etc.

( k ) no hay reacción

( I ) u-BuNMe> 'OH

(m) CH,CH2CH=CH2

(n) ~I-BuNHCH(CHJ)Z

( Oel )

Vea

+

Me,N

problema 27.12, página 955

COOH C-NH-Bu-n

II

O

(r) 2,4,6-(02N)3CbH,NH-Bu-,r

2.

Las aminas alifáticas son más básicas que las aminas aromáticas (Sec.27.3). Los grupos queliberanelectronesincrementanlabasicidad;los grupos queatraenelectrones la disminuyen ( S e c . 27.4).

(a) ciclo- C,H,,NH,

> NH, > C,H5NH2

(b) CH,CH2NHZ > HOCH2CH,CH2NH2 > HOCH,CH,NH, (c) p-CH3oC6H4NH2 > C,H,NH, (d) m-EtC,H,CH,NH,

(e) p-CIC,H,NHMe

> p-O?NC,H,NHl

> C6HSCH,NH, > m-ClC,H,CH,NH,

> 2,4-Cl,C6H,NHMe > 2,4,6-Cl3C,H,NHMe

AMINAS II. REACCIONES

CAPITULO 27

3.

En una solución acuosade Me,N+OH-, la basees el OH-, que es mucho m k fuerte que la Me,N.

4.

(a) Las tres forman sales de amoniosolubles. (b)

PhNHz

HONO

A

CH3

I

PhN--H

HONO

"---+

-

PhN2+

Solución incolora

CH3 I PhN-NLO

compuesto nuetro, amarillo

(c) Las tres forman sales de amonio cuaternarias. ( d ) PhNH? CH 1

CH 1

Phr?- H

9 , Phl'j~-CH,

" +

-

CHI PhN--H

CH, I

PhN CH

,

ArS0,N"Ph

Es neutra: insolubleen&ido

o base

'no hay reacción Permanece básica: insoluble en base, soluble en &ido Si se hace con cuidado

(e) PhNHL -+ CHI

H

ArSO,N-~-Ph Es ácida: solubleenbaseacuosa

-

PhNHCOCHl Es neutra: insoluble en &ido o basediluidos

PhNCOCH3

Es neutra: insolubleen&ido

o basediluidos

No hay reacción Permanece básica: soluble en Cicido, insoluble en base

"COCY.

(f) Como en (e), con "COPh en lugar de

(g) Las tres sufren una rdpida bromaci6n enel anillo, para dar los productos mbromados.

5.

(a) Los tres forman sales de amonio (como en 4a). (b) La EtNH, da N,; la Et,NH da un compuestoN-nitroso neutro (amarillo);la Et,N da el

y, ademl, productos de r~paUa mismo compuesto N-nitroso

(c) Las tres forman sales de amonio cuaternarias.

AMINAS CAPITULO II. REACCIONES

27

(d) La EtNH, da una solución, laETJW da un dlido y la EGN no reacciona (como 4dj.en (e) Las amidas neutras de aminas 1" y 2"; no hay reacción con la amina 3" (como en 4e). (f) Lo mismo que en (e) (y como en40.

(g) Se podríano tener conocimiento de esto, pero las aminas 1" y 2" dan las N-bromoaminas (compárese con lapAg. 1083). No hay reacci6n con las aminas 3".

6.

(a) p-CH,C6H4N2 CI +

(b) /I-O =NChHJNEt?

(c) n-PrOH, iso-PrOH, CH3CH-CH2 (compare con el problema 27.12, pág. 955) CH3

I

(e) C6H5N-N=0 (f) 2-Meti1-2-buteno. t-PeOH

(g) C1- + N 2~

N

z

+

C

I

-

CAPITULO 27

8.

AMINAS 11. REACCIONES

(a) H , P 0 2 , H,O.

(b) $0, H’, calor, separando inmediatamente el cresol por destilación con arrastre de

vapor.

(c) CuC1. Calentar la solución de lasal de ArN;CuCl,-. (d) CuBr. Calentar la solución de lasal de ArN;CuBr;. (e) KI. (f) HBF,; aislar la salde ArN;BF;

calentar lasal seca.

(g) CuCN. Calentar la solución de la sal de ArN,’CU(CN);. (h) C H I ( @ N = - N - a N M e 2

fH’

C H 3 0 N 2 *

+

QNhle,

Resorcinol

9.

+

(a) n-PrC-NHCH3

‘I

Me MeNHItCI-

(b) PhN-CCH, I1

+ CH,COOH

O

O

(c) n-Pr3N

+ CH,CH -=CH2

(d) i.yo-BuC”NEt,

(e) MeOH

+ Me3N

( f ) Me3NH+ -OOCCH,

(g) M e 2 N H 2 ’ C I -

(i)

MeOH

+ CH,COOH

+ PhNH-CH O

I1 O

(h) P h N H l

+

EtZNHl’CI

+ PhCOO-Na’

(j) MeNHCNHMe (N,N’-dimetilurea) O

+

MeNH,+CI-

AMINAS CAPITULO II. REACCIONES

27

Síntesis: un enfoque sistemático Puesto que las síntesis que estamos planeando se vuelven másy más complicadas,ha llegado el momento de emplear un enfoque sistemático: quizás ya lo estamos haciendo aunque sin damos cuenta cabal de ello. Esbocemos formalmente los pasos que pueden pensarse para un enfoque comoCste. Se utilizará la síntesis de compuestos aromáticos como ejemplo, pero el enfoque es general y, con las modificaciones apropiadas, se puede aplicar a la síntesis de todo tipo de moléculas,por más complicadas que sean. Como ya es usual, vamos a comenzar conla molkula que deseamos obtener -la molécula Nos planteamosa lssiguientes preguntas en el orden objetivw y trabajamos retroactivamente. dado: Pregunta (1). ¿Se puede introducir cualesquiera de los sustituyentes de la molécula objetivo a travCs de una sustitución electrofílica aromática directa, y con la orientación adecuada? Si no, entonces: Pregunta (2). ¿Hay en la molécula objetivo algún sustituyente que se pueda formarpor la oxidación o reducción de algún grupo relacionado? Por ejemplo, “COOh c“. “CH, o -m2 +“ -NO,. Si no, entonces: Pregunta (3). ¿Hay en la molécula objetivo algún sustituyente que se pueda introducirpor desplazamiento de algún otro grupo? Por ejemplo, -CN t -N;, o bien, “ O H t“€1 (en anillos activados). Si no, entonces: Pregunta (4). ¿Hay en la molécula objetivo un hidrógeno que haya llegado a esa posición Por ejemplo,-H t--N; o --H t-S 0 , H . por desplazamiento de algún sustituyente? En todos los casos en que la respuesta a una dea ls preguntas sea“sí“, sacamos esegrupo (Pregunta 1); o lo transformamos (Pregunta 2) en su precursor (digamos“COH t-“CH.& o lo reemplazamos (Pregunta 3) por su precursor o precursores (p.ej., ArCn e “ ArN,+ e-“ArNH,); o bien (Pregunta4), sustituimos ese-H (o, quizás -D o -T, en compuestos marcados) por el grupo que ocupaba previamente esa posición. Ya que se han efectuado las transformaciones que implican las respuestas afirmativas, todas las preguntas connueva la estructura que acabamos de generar.Estos planteamos de nuevo pasos se repiten tantas veces como sea necesario hasta que, trabajando en retroceso, encontremos o tolueno. finalmente un material de partida como benceno Tenemos ahora un conjunto de pasos retroactivos conocidos como tranrformaciones, los cuales ponen de manifiesto las diferentes reacciones quese necesita llevar a cabo (como la nitración, lareduccióndelion diazonio, la reacción de Sandmeyer, pero etc.),no necesariamente antitético ordenando en el orden apropiado.A continuación revisamos nuestro procedimiento l a s transformaciones independientes en una secuencia sintética fácil de manipular y constituida por pasos progresivos(reacciones). Al hacer esto, debemos tener presente que con frecuencia es necesario elementos utilizar de la selectividad (la regio selectividad control: éstos son grupos que introducimos para asegurar o la estereoselectividad) enun paso posterior. Los elementos de control pueden protegerun grupo, o bien disminuirsu efecto activante (la acetilaciónUMdeamina, por ejemplo); también pueden bloquear UM posición o, a la inversa, aumentar la reactividad en algún punto en particular. La necesidad de utilizar estos elementos de control puedeno ser obvia mientrasse trabaja en las transformaciones antiteticas, pero suele hacerse evidente cuando tratamos de una serie de reacciones sintéticas. armar todo el conjunto para esclarecer modo particular en seque formulan estas preguntas puede tener algún de familiaridad, viso Y así debería ser. Este enfoquese deriva del quese ha desarrollado - e n forma especialmente destacada por E. J. Corey, de la Harvard University- para el uso de los computadores en el disefio de síntesis orgánicas. Véase Corey, E. J. y Wipke, W. T., Science (Washington,D . C), 166, 178 (1969). Corey, E. J., et al., J . Am Chem. Soc., 94,421,431,440,460 (1972). 487

CAPITULO 27

AMINAS H. REACCIONES

Br

Br

CH,

(o)

CH,

0

NMe3+I

Et

CH3

NO, H

O

Apliquemos nuestro procedimiento general ala síntesis de este compuesto y veamos cómo trabaja. (i) Pregunta(1): ninguno delos grupos se puede introducirpor sustitución directa (desde luego, con la orientación apropiada), de modo que proseguimos con la siguiente pregunta. Pregunta (2): El -N% se puede formar por reducción deun "NO,, así que escribimos este pasode la síntesis.

(ii) Hahiendo hecho esto, comenzamos nuevamente, planteando nuestras preguntas ahora con respectoal nuevo compuesto (el nitro). Pregunta (1): se podría introducir el -NO, por sustitucih directa: pero se podría hacer lo mismo conel -Br, y, m& aún, con regioselectividad. Asi que tratemos de probar un paso de bromación, retrocediendo hacia un compuesto m8s simple.

(iii) Despuksde esto comenzamos nuevamente, y contestamos las preguntas sobreeste nuevo compuesto.

AMINAS CAPITULO II. REACCIONES

27

Pregunta (1): El " N O , se puede introducir por nitracibn -y, casualmente, el is6mero parusepuedesepararconf~ilidaddelis6meroorfo-.Asi, hemostrabajadoretroactivamente un material de partida aceptable. hasta llegar al tolueno,

Reuniendo todoesto, tenemos lo siguiente:

Si revisamos esta secuencia de transformaciones nos encontramos con quef kes i l de manipular y constituye una síntesis aceptable del producto que queremos.

Aplicandonuestroprocedimientogeneral,llegamosa transformaciones.

la siguientesecuencia de

Ahora revisamos esta secuencia para ver si corresponde una rutaasintktica viable.Nos damos cuenta de que si bien podemos, en efecto, bromar la p-toluidina, con eso se introducirían dos -Br.Sin embargo, si primero acetilamos el 9 hacemos , que para que s61oocurra lamonobromacibn; disminuyala velocidadde la sustitucibn lo suficiente despuCs de eso podemos eliminar con facilidadgrupo el acetilo.

"6

Llegamos, pues, a la siguiente síntesis aceptable:

Br NH2

NHCOCH3 NHCOCH,

Br:

G3

(página962)

N H2

Se han agregadodos pasos, la acetilacióny la hidrblisis subsecuente, pero gracias a ellos se obtuvo el control en la parte m& crítica de toda la síntesis, la introducci6n del bromo.

489

AMINAS 11. REACCIONES

CAPITULO 27

Aqui,nuestroprocedjmientogeneraldalugaralasiguientesecuenciadetransformaciones.

Encontramos queesta es una ruta sintktica defectuosa.No podemos tener libres un grupo el mismo compuesto:estos dos grupos reaccionm'an entre sí. Como en (b), protegemos temporalmente al-N% por acetilación. En el paso final se no se elimina elgrupo acetilo mediante una hidrólisis en tales condiciones de reacción que hidrolice también el grupo sulfonamida, menos reactivo(v&se la pAg. 954).

-NH, y un grupo -SO,Cl en

ÑOl

Ñ o

(página 962)

AMINAS 11. REACCIONES

11.

CAPITULO 27

(a) De los seis isómeros, el más difícil de sintetizar es el 2,3-dibromotolueno. Utilice el enfoque antitético presentadoen el cuadro de la página495 de esta guía,y observe cuán limpiamente el procedimiento de preguntas y respuestas conduce hacia la obtención deuna materia prima fácil de conseguir.

Isómero 4 s difícil de hocer

t

I HoNo

Más o menos a la mitad del proceso retroactivo el lector se puede enfrentar a la siguiente alternativa: ¿cuál de los " B r se deberá introducir al último, el que está situado juntoal CH,, o el otro?

CAPITULO 27

AMINAS II. REACCIONES

La respuesta depende de otra pregunta: jcuál de las dos aminas recien mostradas es la m&

fAcil de hacer? Es la amina I, como se muestra en la respuesta completa esbozada antes, pero es conveniente tratar de disefiar una ruta sintktica para la mina I1 con el Único fin de verificar, cuál es la más fácil de hacer. El "NO, tiene una funci6n clave, pues debe se colocado temporalmente en el anillo para bloquear una de las dos posiciones activadas por el -N%.

(de o-CH,C,H,HN,, pág. 962)

Fe

6

3 (página 498)

NO?

AI hacer el isdmerose recorre todo el esquemahasta la pregunta4 ( v h e el cuadro de la pág.495 de esta guía),antes de contestar afiiativamente. La secuenciaes

492

CAPITULO 27

AMINAS II. REACCIONES

Al observar elidmero vi, podemos reconocer queambos " B r deben haber entrado al anillo bajo la influencia de un grupo, ya desaparecido,mucho más poderoso como orientador que 4%. el El grupo -N, es la opción lógica, ya que se trata de un orientador orto, para, que puede eliminarse con facilidad a travb de una desaminacidn reductiva (diazotación y reducción).

(página 962)

(O bien, comenzar con m-nitrotdueno, a partir del problema 27.16, pág. 963.)

(iii)

$,,

+ " -

c1

Comopara el isbmero orto,.exceptoque se comienza con elp-nitrotolueno (pág. 497)

(Separado del isómero pura)

(iii)

6 F

f-

como para el idmero orto que se acaba de mostrar, excepto que se comienza conel p-bromonitrobenceno.

493

CAPITULO 27

AMTNAS 11. REACCIONES

El m-nitroetilbenceno que sc necesita se elabora de la misma manera que el m-nitrotolueno (en el problema27.16), comenzando con etilbenceno(phg. 551).

AMINAS CAPITULO H. REACCIONES

27

(página 963)

N o2 (página 498)

13.

(a) HOOC(CH2),COOH

+

H,N(CH2)6NH2

---f

sal

I

calor - tf?o

-C(CH2)4C--NH(CH2)6NHC(CH2)4C-NH(CH2),NH-

I1

O

/I

O

I1

O Una poliamida

It

O

(b) Hidrólisis ácida delas uniones amida.

1193.

14.

(a)Vealapágina 1188. (b)Vealapágina

15.

Un mal grupo saliente (OH-) se convierte en un buen grupo saliente (OTs-).

AMINAS II.REACCIONES

CAPITULO 27

16.

(a) El ion halogenuro compite con el agua como nucledfilo:

LA reacción del Ph-N,' (1) Ph-NL!'

(2) P h +

+

"+

:Z

Ph

"+

es parecida auna S, 1:

+

+ N2+

Lento, determinante de la velocidad

Ph---Z

La concentracióny naturaleza de los nucleófilos no afectan la velocidadde la reacción @aso 1), pero si la composicidn de los productos, la está cual controlada en el paso (2): cuanto más ion halogenuro esté presente, tantomás halobenceno se formará. La atracción electrónicapor parte del"NO, abate la formación del catión aril0 a partir de p-NO,C,H,N,', y la reacción ocurrepor una sustitución semejantea una SN2:

En esta reacción un de solo paso, la concentracidn y la naturaleza de los nucleófilos afectan tanto la velocidad como la composicidn de los productos. (b) ElN,, que casino presente propiedades básica, un esgrupo saliente extraordinariamente bueno.

17.

(a) Prueba de Hinsberg

(b) HONO, luego Pnaftol

(c) Prueba de Hinsberg

(d) Prueba de Hinsberg

(e) Sal 3'

OH.

+ olor

(f)AgNQj (-+

o de vapores básicos de la m i n a .

AgCl del PhNH-j'CIW

(g) CrOJHZS04

( h ) HCl(ac)

(1) BaClz (d Baso4del sulfato)

(j) AgNO,

( k ) HCl(ac)disuelve PhNH?

(I)

(-->

AgCl del E t N H , + C I )

RaClz (--1 BaSO, del sulfato), O Hz0 (disuelve la sal), O NaOH (libera PhNH?)

AMINAS II. REACCIONES

18.

CAPITULO 27

Compare con la respuesta que se dio al problema 26.1. (a)-(d) Disuelva laamina bbica en kid0 acuoso.El compuesto neutro (alcano, Cter, a m i d a , ion dipolar) no se ve afectado y se puede aislarpor destilaci6n o filuaci6n. Luego la mina se regenera de su sal a partir de la solución hcidapor acci6n de una base fuerte. (e) Transforme a la amina 2' enuna a m i d a neutra con anhídrido acCtico; la mina 3" permanece sin acetilar. En seguida proceda con la separaci6n de la amina bhsica y la a m i d a neutra como en (c). Finalmente, recupere la mina 2' por hidrólisis bhsica de la amida P, y coléctela por destilaci6n.

(0 Separe primero el ácido, disolviendo en NaOHacuoso; en seguida proceda a separar la de su sal a partir de la amida insoluble,y el hidrocarburo como en (a). Regenere el hcido solución alcalina con el uso de un hcido fuerte. (g)-(h) Proceda como en (c).

19.

(a) HONO, luego p-naftol parala anilina; en seguida la prueba de Hinsberg (2' contra 3"). (b) HC1 (ac): la base contra la amida neutra. (c) Prueba de Hinsberg para distinguir las aminas 3' y 2;s610 una de las aminas 1' (la o-toluidina)dará una prueba de diazotaci6ny acoplamiento. (d) El NaOH (ac) caliente da14 9a partir del oxamato de etilo (RCONH,). (e) La HCONH, es solubleen H,O; lamina 3' bkica es soluble en HCl (ac), peroel nitrilo, neutro, es insoluble. (f) Só10 la amina básica es solubleHCl en (ac); el NaOH (ac) caliente sobre el nitrilo d a r A NH,;el PhNO, no reaccionará.

(g) Por medio deun andisis elementalse pueden distinguir el cloruro de tosilo ( S , Cl) y las (ac) a dos sulfonamidas(S,N), las cuales, posteriormente, pueden distinguirse con NaOH la manera de la prueba de Hinsberg. El análisis elemental distinguela p-cloroanilina a (Cl,N) y al cloruro dep-nitrobencilo AgNO, (Cl cadena lateral+ (CI,N), los cualesse pueden distinguir ulteriormente con AgCl). De loscompuestosquerestan, S610 laamina 3" es incolora;lao-nitroanilina (Kb6X1O"3es más soluble que la 2,4-dinitroanilina (K,de alrededorde en HCl (ac); y la 2,4-dinitroanilina, cuando secalientecon NaOH (ac). da NH,mediante una sustituci6n nucleofílica aromática( v h s e la Sec. 29.7).

20.

Ensaye la amina con el procedimiento de Hinsberg. Si es 3', pruebe para C1.

AMINAS 11. REACCIONES

CAPITULO 27

Si es 2*, haga cl derivado acetiladoy determine su p.f.; si el p.f.es de 5 4 - 5 5 O C haga la p-toluensulfonamida paradistinguir las posibilidad. Si es la,pruebe para Ci.

21.

(3)

El hislrcixido de amonio cuaternariio se encuentra completamente ionizado, por lo que da una solucicin fueemente bbica.

(b) La f6nnuh se ve incremenlada por CH,CQ--

<:,fa

,o, lo que indica el reemplazo de"Hpor

I

CH3('OCH*C'H,NMe;+Ott

o

22.

Acetilcolina

(a) Párrafo 1: una amina 1" aromhtica y básica. Párrafo 2: fa hidrólisis de un derivadode Bcido da la sal del ácidoy un alcoholo una amina soluble en agua. Párrafo 3: precipitacicin de RCOOH. La disolución posterior indica que el ácido es anfotérico y presenta tambiénun grupo amino.

La zitrnktica quimica:

c'-H,C)?N C'00f-1

" ~"

C.(, H f > N

cyt,H N CbH4

~-

-~

"~

NH?

NH?

/'

indica ChH4

COOH

El p.f. no deja otra alternativa para A que la delBcido paminobenzoico (Tabla 23.1, pág. 804). Regesernos a la Novocaína original. Dado que Csta es un derivado de Bcido, podemos restar el grupo x i l o de A.

AMINAS CAPITULO 11. REACCIONES

27

Aún tenemos un nitrógeno sin asignar; todavía no podemos decir se encuentra si en un grupo amida o en unoamino, ya que en cualquier caso la Novocaína sería soluble en ácido debido al grupo-NH, de A. Así que debemos investigar el residuode la mezcla de la hidr6lisis: la soluciónettrea de una amina (o posiblemente de un aminoalcohol). P h f o 4: B es una amina. La reacci6n con anhídrido acttico produce una sustancia C. que aun es básicay, por lo tanto, todavíaes una amina. Así,B sólo puede ser una mina Esto significa que la Novocaína un es terciaria. (las aminas terciarias no forman amidas.) éster, y no UM amida. Por consiguiente, C tiene que ser el tster acetato deun alcohol. -

CxH1702N

C

CzH20

se

adiciona un grupo éster

ChHlON = B

En consecuencia, la Novocaína es el &ter p-aminobenzoico del alcoholB;

Novocaína

Novocaína COCI

r- L

23.

COOH

C"

(página 498)

D es un compuesto neutro. Su lentadisoluci6n en NaOH caliente sellala quees un derivado D es una de ácido. La formaci6n E, deuna basey, por consiguiente, UM amina, indica que amida. E mismo es una amina 2' que da G , PhS0,N RR', una sulfonamida neutra. El Bcido F, libre de nitr6geno p.f.180°C. es kidop-tolúico (Tabla 23.1, pág, 804). Como de costumbre, laaritmética química es útil: CISHISON

- CH3C,H4C0

C;HxN

compuesto D grup6acilo de F porción amina de la amida

AMINAS II. REACCIONES

CAPITULO 27

E comienza a teneraspecto de UM mina aromdtica, -

C,HRN ChH,

____

CH,N

ysindudasetratadeN-metilmilinaC,H,NHCH,. Porlotanto,Ges PhSO,N(CH,)Ph.

Combinando toda esta información obtenemosD:

H

I

J

N Me3 OH +

L

B;

M

~.3.5-Ciclooctatrieno

H O - +N,Mej

N Mez

/

N Me2 O

N

+NMe3

0

HOP

1,3,5,7-Ciclooctatetraeno

(véase el problema 13.7, pág. 484)

AMINAS CAPITULO II. REACCIONES

27

Esta síntesis del ciclooctatetraeno fue llevada a cabo en 1911-1913 por el gran químico ya habíamosvisto alemhn, y ganadordelPrimerNobel,RichardWillstlitter.Como anteriormente(prob1ema13.7,pBg.484),seencontr6queelproductoposeíalaspropiedades normales deun alqueno y,en consecuencia,no es aromtitico. Ella actualidad,un estudiante no se ajustan ala regla 4n + 2 que se inicia no lo encuentra sorprendente: diez electrones de Hiickel parala aromaticidad. Sin embargo, hace cincuenta aiíos este hallazgo fue una de las pruebas mas importantes de que la estructura del benceno era muy especial "aunque no se supo en quC estribaba este rasgo sino hasta1931, cuando Hiickel formulósu regla. Willstlitter hubieraobtenido realmente (Por diversos motivos, muchos químicos que dudaron ciclooctatetraeno; la síntesis fue repetidalaboriosamente "y el descubrimientofue confirmad-por otros investigadores en 1948.Si Willstlitter hubiese observado las propiedades que entoncesesperaban se del ciclooctatetraeno, podemos preguntamos, Lesas dudas hubieran sidotan trascendentes?

25.

ElBcido pantothico es un Bcidomonocarboxílico:daunamonosal y un mondster. TambiCn parece ser una amida: contiene nitdgeno no bhsico y se hidroliza al ticido paminopropiónicoy a V. Puesto queV no contiene nitdgeno, el Bcidop-aminopropiónico tiene que proporcionar el nitrógeno de la amida: R"C"NHCH2CH:COOH

II

La aritmética química,

O

pantotknico ácid0 C9H17O5N - CONHCH2CH,COOH

amida

C5H,,O2 indica que that V es (C5Hl ,02)--COONa

indica queV es saturadoy de cadena abierta,y que contiene oxígeno en uniones alcohol o Cter. La ruta de síntesisnos lleva al compuestoT. Este es un

IJ

Un y-lactona

CAPITULO 27

AMINAS II. REACCIONES

y-hidroxiácido que espontAneamente forma la y-lactona U. El tratamiento deU con basede V, la sal sódicade T. O NaOH

,

coo - N a '

U

Una lactona es un Cster. Los Csteres reaccionan con amoniaco paradar amidas ( S e c .

24.19) y, como erade esperar, con aminas para dar amidas sustituidas.U reacciona con el

grupo amino del kid0 P-aminopropi6nico paradar la amida sustituida que es el kid0 pantotknico. HO

O 11

H - P \ CH3-c

26.

I

C I'H, CH,

O

+

NHzCHzCH2COOH

"---,

/ fl-aminopropi6nico Acido

O H 3cI l~ HOCHz- - C-CH"C--NHCHLCH2COOH

I

H3C

1

OH Acido pantoténico La forma S-(+)- es biolbgicamente activa

Es evidente queW es el clorihidrato (soluble en agua, reacciona con NaOH paraCI) perder de una amina aromhtica1' (diazotación y acoplamiento conPnaftol). Suponiendo que es la sal de UM monoamina,ArNqCl-, podemos utilizar e1 equivalente de neuualizacidn para determinar la estructura. 131 -

+-

52.5

ArNH3+C1NH,'CI-

2

_____

78.5 k 2

equivalente a C,H5-

W es el clorurode anilinio, C6H,TC1-, y el líquido es la anilina, C6H,W.

m-Anisidina

27' (a) CH3CH2CH2CH2NH2 N-Metilformamida n-Butilamina

(b)

HCONHCH3

(C)

m-CH3OC,H,NHz

(V&nse los espectros rotulados dela phg. 873 de esta Guía de Estudio.)

CAPITULO 27

AMINAS II. REACCIONES

(Véanse los espectros acotados de la pág.874 de esta Guía de Estudio.)

4-Etilpiridina 4-MetilpipcridinaCiclohexilamina

(Véanse los espectros rotulados de la pág. 875de esta Guía de Estudio.)

Etilbencilamina

p-Fenetidina @-Etoxianilina) X

Cetona de Michler Y

Z

(Véanse los espectros con acotaciones de lasphgs. 876 y 877 de esta Guía de Estudio.)

28 Fenoles

28.1

Los puentes de hidrógeno intermoleculares en los is6meros meta y para disminuyen o desaparecen en la dilución con CHCl,; en el is6mero orto, los puentes de hidrógeno intramoleculares (pág.982) no se ven afectados.

28.2

Puentes de hidrógeno inuamoleculares:

8”

H

-C=

Para el nitrilo, la geometríano es la adecuada: grupo el N, con un carbono diagonal en el o-cresol (sp), es lineal, lo cual coloca al nitrógenomuy lejos del“OH. El grupo 2% no forma puentes de hidrógeno.

28.3

Vea la figura 28.8, página 506, de estaGuía de Estudio.

28.4

Alquilación de Friedel-Crafts: benceno, propileno (de la pirólisis), HF.

28.5

Debido a que los grupos nitro aumentan la acidez, estos fenoles sonlo bastante ácidos (valores deKa de 10-4 y otros “muy grandes”) para permitir la reacción con HCO; el que es una base débil. 505

FENOLES

CAPITULO 28 A r O H , ArCOOH, ArNH:, ArNOL (solución cdrca) T

I

~

.

NJtIC'O,(ac)

ArOH, ArNH2, ArNOz

i

Aro Na'

J. ArOH

capa acuosa

ArNH

+

i

\capa

&ma

ArNOz

CI

"

N d ) t 1 (ac)

ArNHl "-

Separación de la mezcla del problema28.3

Figura 28.8

28.6

O Na'

('I

CI

OH

(problcrna 28.12)

Pág. 985

(problema 28.4, poco antes)

FENOLES

CAPITULO 28

Compare con el problema5 (c), phgina518.

28.9

La volatilidad del idmero orro es mayor debido al puente de hidr6geno intramolecular. (CompArese con el problema28.2, phg. 984.)

28.11

(a) Esta es una nitrodesulfonucibn: el grupo-SO,H fílicos, en estecam por el"NO;. ArS03-

+ NO2+

'3,,so3 " +

Ar,

es desplazado por reactivos electro-

-

"-+

\

ArNO2

+ SO3

N02

(b) H a y menos oxidación destructiva por el agente nitrante.

28.12

La sulfonación es reversible. Se forma m k rhpidamente elidmero orto; el idmero pura

es m& estable. Entre15 y 20°C la velocidad ejerceel control y detemina la composición (V&se la Sec. 10.27.) del producto; al 100"C es el equilibrio el que ejerce el control.

FENOLES

CAPITULO 28

O

Aspirina

28.15

Salicilato salicílico Acido (a partir del fenol)

metilo

de

(a) La eliminación del protón es más fácil en CHCl,, que es más ácid0 que el CHCI,; es imposible en CCl,, pues no tiene protones.Confiia el paso (1). (b) La eliminación del protónen CHCL, genera un anión que puede adquirirD del D20, dando (2x4. Confirma el paso(1) y su reversibilidad.

(c) El paso (2) -y con él, el paso(1)" su reversibilidad.

se invierte,C1-en excesoconfirma el paso (2) y

(d) El paso -y(2) con é1, el paso (1)- se invierte,esta vez a causadel I-. Confirma los pasos (1) y (2), y su reversibilidad. (e) Elnucldfilo CI,C- se adiciona al grupo carbonilo. Confirma el paso (1). 28.16

ArONa, ClC%COONa, caliente, acidule. (Compárese con el problema 28.6, pág. 994.) Los equivalentes de neutralización de los ácidos ariloxiacéticossec. 23.21 serían útilesen la identificación de fenoles.

OH

OH

FENOLES

CAPITULO 28

OH

ONa

calor, preslon

S03Na

ONa

0N a

calor fuexte

o S 0 3 N a

NaOH t "

FENOLES

CAPITULO 28

6' 6' ~

NZ

+

(página 951)

HONO

NHI

6

(de PhCH,)

CH3

CAPITULO 28

FENOLES

(de PhCH,)

(problema 18d, pág. 557) CH(CH3 12

H C H OO. H -

6:cHj

~

Mel. OH-

@H

(página 998)

FENOLES

CAPITULO 28

( b ) no hay reacción

(c) no hay reacción

(dl

0::;'

8 (VCase la Sec. 23.16)

(n) no hay reacción

SO,H

COOH

(S)

igual que (r)

Br Todos los demás: no hay reacción

CHO

( u ) igual que (t)

FENOLES 7.

CAPITULO 28

(h) PhCH20CCH3

(c) PhCH2Br

II

(i) igualque (h)

O

(k)

OCHzPh COOH

O P h C H 2 I10 - C a NO2

(1) PhCH20-S-Ph

I

O

(n) PhCH2CI

O

Todos los demás: no hay reacci6n

8.

(a) PhS0,H

> PhCOOH > PhOH > PhCHzOH

(b) H2S04 > H2C03 > PhOH > H 2 0 (c) m-NO, > m-Br > nosustituido > m-CH, (d) 2,4,6- > 2,4- > p -

9.

NaOH(ac) (a) (b) NaOH(ac) para detectar el fenol. Luego,&SO, CrO, para distinguir el alcohol del 6ter.

(c) NaHCO, (ac) para detectar el ácido. En seguida, NaOH(ac) frio para distinguir el fenol del éster. (d) HCl diluido. (e) Los dos ácidos son solubles en NaHCO, (ac), pero S610 el &ido salicílico produce De los compuestosrestantes, S610 el salicilm de etilo("OH fen6lico coloraci6n con FeC4. libre) es solubleen NaOH (ac) frío.

(0 NaHCO, (ac)para detectar el&ido (desprendimiento deCO,; disolucih). En seguida, el NaOH(ac) disuelve el fenol. Luego, HCIeldiluido disuelvela mina.El dinitrobenceno, neutro, permanece inalterado,

FENOLES

CAPITULO 28

10.

PhOH, C6H4Me2

(a)

PhO- Na

o- xileno

+

1

Hi

PhOH Extraer con éter

ArOH, ArOOCPh, ArCOOH (en éter)

1

NaHCO,(ac)

J.

j.

ArCOO Na '

ArOH, ArOOCPh

I

H+

4,

ArCOOH

acuosa capa

-.

/\

1

1

v

ArOOCPh

A r o Na'

iH+

Destilar el éter

ArOH

PhOMe, CH3C6H4NH2(en éter)

4,

ArNH,'CI

I

OH

ArNH2

Y

PhOCHI Destilar el éter

FENOLES

CAPITULO 28 A r NA O rzN ,A H r2C, O O AH rO ,H

(f)

NaHCO,(ac)

ArCOO- N a

ArNO:, A r N H z , A r O H

+

NaOH(ac)

H'

ArO-Na+

ArNOz, ArNHz

-1 ArNO,

OH

HCI (ac)

ArNH3'C1-

ONH2 oNo2 OH

11.

(a)

c Sn.H+

NH2

t-

NO2

como en 4 (k) y 3 (d), antes vistos

FENOLES

CAPITULO 28

(g) BrCH2CHzOPh (h) CH,:=CH-O-Ph (1) C H 2 - CH-O-Ph

BrCH2CH2Br + NaOPh

t-

e

H'

BrCHzCH20Ph

NaOH(ac)

f-"

t-

PhOH

(9)

+

CH2-CH-O-Ph

I

H

Un hemiacetal CHlCHO

+ PhOH

(página 960)

FENOLES

CAPITULO G i I 3 C O O H

12. (a)

28

CH-CHCOOH

‘calor

‘ reacc. Perkin

O O C H ,

HBr

Ac2O. OAc-

OH

OH Acido

&CH3 OH

(Prob. 25 22e)

Aneto1

6C);CHzNHI

(c) OH Noradrenalina

13.

~

H z ,Ni

==N

&HC

OH

OH

CN-, t i +

6 OH

‘calor HBr

OH Vainillina

El ion fenóxido contiene dos sitios de reactividad nucleofílica: el a:-, y los electronesK del anillo. Este es un ejemplo delo que Nathan Kornblum @due University) llamó anión ambidenfado (L.: ambi, ambos; dens, diente). (a) Sustitución nucleofílica alifáticaen el carbono bencilico;el 4del fendxido es el nucle6filo PhCHlC1

+

-0Ph

-+

PhCHzOPh

+

C1

(b) Sustitución nucleofílica alifática, como antes, pero ahora el anillo del fenóxido compite como nucleófílo: con el4-

(Desde el punto de vista del anillo, la reacciónes una sustitución electrofílica aromática.) (c) En disolventes apróticos, el -0- se solvata sólo débilmente y, en consecuencia, es grado; en agua, la solvatación debido a enlaces de hidrógeno disminuye el reactivo en alto poder nucleofílico del “O-,de modo que el anillo comienza a competir conel éxito con él. (d) MeOH y EtOH son menos efectivos que HOH para establecer puentes de hidrógeno. Los protones Acidos del PhOH y delCF,C%OH se enlazan fuertemente por puentes de hidrógeno. 517

CAPITULO 28

FENOLES

(Komblum, N., Berrigan, P. J. y IeNoble, W. J., “Solvationas a factorin the Alkylation of Arnbident Anions: the Importance of the Hydrogen Bonding Capacity of the Solvent”, J. Am. Chem.Soc., 85, 1141, (1963).)

14.

o::.”

Un ácid0 fuerte convierte reversiblemente el fluoroglucinol (R = €3) y sus éteres (R = Me o Et) en especies protonadas híbridas en esta estructura +OR

b H,

R O’

R = H, Me, o Et

H

H

a

a

y de las estructuras correspondientes con la carga enlos otros oxígenos. Estas especies son los familiares iones bencenonio (complejos sigma), los cuales son los intermediarios en la sustitución electrofílica aromática ” e n esta ocasión con dos pmtones en el sitio del ataque (vhnse la Sec. 14.8; el problema 14.10, pág. 508, y el problema 4, Cap. 16). El espectro se debe a los protonesa (64.15) y b (66.12), que son protones alílicosy vinílicos desprotegidos por la carga positiva. Al diluir con aguase pierde un prot6n, por lo que se regeneranlos productos originales. En el D,SO, se reemplaan gradualmente todos los protones del anillopor deuterios a base de iones bencenonio gracias a una serie de sustituciones electrofnicas aromáticas similares. A partir de 1, 3, 5, -C,y(OCHJ, en D,SO,, se esperaría aislar el 1, 3, 5C6D3(OCH3) 3’

15.

(1) La protonación de un aldehído. (2) La sustitución electrofílica, conun aldehído protonado como electrófilo. (3) La protonación de un “ O H y la @dida de%O para formar un catión alnico. (4)La adición electrofílicade un catión alnico a un doble enlace para formar un catión 3” y generar un segundo anillo.(5) La combinaciónde un catión 3” con el “ O H de un fenol para formar un éter protonadoy generar un tercer anillo.(6) La pérdida de un protón para dar I.

(Taylor, E. C . , Lenard, K., y Shvo, Y., “Active Constituentsof Hashish. Synthesisof d -A6-3,4-trans- Tetrahydrocannabinol”,J. Am. Chem. Soc., 88,367 (1966).) 518

CAPITULO 28

FENOLES

HO e N = N a O E t

- 0m

N

=

N

a OEt

C

E t O o N = N a OEt D

Et0

==NG% OEt

H

2EtO(0)NHI

G

Et0 or!-c-cH3

I1

O Fenacetina

E

D

CH3CoC1

H

3-Cumaranona

FENOLES

CAPITULO 28

' Y ' Asignación incierta

p-Cimeno

I*

8

0

CH3 S03H

o

COOH

Carvacrol y timo1 Asignación incierta

O S 0 3 H

COOH K

Asignación incierta

COOH

EOOH K

Por consiguiente: 9 S 0 3 H

A J

I

Aneto1

M

L

L

HBr. calor

Hexestrol

111

IV

OCH2CHZOCH2CH20 HO

CAPITULO 28

FENOLES

VI

Q

,OCH,CH,OCH,CH>O

VI

El éter corona

OCH,CH,OCH,CH,CI VI1

(b) Por supuesto, un fenol podria ser soluble en NaOH acuoso.

(c) Se forma un complejo solubleen agua entreel Na' y el Cter corona. (d) De ordinario esperm'amos que la colisión "y la reacci6n- entre los dos extremos de una molécula comoVI1 fuera sumamente improbable. En cambio, esperm'amos que VI1 reaccionara conuna nueva molécula del cloroéter para alargar la cadena.

(e) El ion Na'o K' actúa comoun patr6n en la formaci6n del Cter corona. A medida quese forman las uniones éter, lamolkula gira en torno al cati6n; los dos extremos deVI1 se encuentran sujetos en la posición correcta para se que lleve a cabo el cierre del anillo. En realidad este esun efecto sinf6rico;los htomos que van a reaccionar se acercan y se mantienen en la relación espacial apropiada gracias al cati6n metAlico. De esta manera, el su efecto fundamentalmente en la misma forma que lo hace un metal catión metálico ejerce de transición o una enzima (véasela pág. 735).

18.

OH

CICH~COCI

G

o

H

o

POCl,

N?

C-CHZCI I O

/I

O N

Esta es la única posibilidad que podría dar CHX,

o

GO~-?-CH2Cl

CH2COCl

N?

N?

Por aciiación alquilacibn Por del anillo

C"CH2CI

60,

O

Por esterijicación del anillo

COONa

COOH Acido 3,4-dihidroxibenzoico

FENOLES

CAPITULO 28

o

o

o

N

19.

OH (+)-Adrenalina

(a) El felendral un esaldehído (prueba de Tollens) capaz deoxidarse aun Acido que contenga una insaturaci6n susceptible dereduccibn, indudablemente undobleenlacewbomxxrbono. Con esto en mente, hagamosun poco de aritmética química en kid0 el saturado. -

ClOHlBOZ COOH

~"

C9H I 7 significa R

C9H1 9 si R fuese cadena abierta -CgH17

2H faltantes signifcan 1 anillo

Sabemos ahora que el felendral tieneun anillo, un enlace dobley un grupo "CHO. La da su estructura. síntesis por un camino bien determinado nos

(b) El felendral sintético es la modificacidn racémica: i-Pr K->-CHO

H

OHC-( ? )- Felandral

H

La quiralidad que persiste en el felendral se genera en la conversi6n de U en V: el doble enlace se puede formar en una u otra direcci6n desde el carbono portador del "CN, dando un par de enanti6meros. Laeiiminaci6n es igualmente probable en cualesquiera cualquiera de dea l sdos direcciones, por lo quese obtiene la modificaci6n racémica.De esta etapa en adelante no hay más cambios estereoquímicos. 522

CAPITULO 28

FENOLES

Enantirjmeros Se forman en cantidades iguales

0

Ho

(c)Compare conlos problemas 12.13 (e) y (f), ptigina 455.

H~ COOH COOH

COOH CHO HZ.ca!.

Tollens

Pr-i (-

)-Felendral

Acido (-)-felfindrico

H

H

y

Pr-i

Acido dihidrofelándrico Diastereómros: ambos son aquirales

20.

Y es m-cresol, el único cresol que puededar un compuesto tribromado.

21.

(a)Z y AA son neutros: el oxígeno es "OH, OR o bien -C =O. Son no saturados. La oxidaci6n vigorosa kid0 a anísico indicalapresencia(y retención) de un enlace éter, pero Hasta aquí, podemos reconocer también la pérdida de dos carbonos de una cadena lateral. la presencia de los siguientes elementos estructurales: C H 3 0 G " C -

+ dos C adicionales en cadena lateral

La aritmética química

C3H5

cadena lateral

establece la cadena lateral comoC,H,;las pruebas químicas mostraron que ésta es no saturada, y no un anillo de ciclopropano. Por lo tanto, las estructuras posibles son: cis- o rrans-CH30 QCH-CHCH,

(:H30~CHZCH=CH2

C H , O o CI - C H : CH3 523

FENOLES

CAPITULO 28

(b) La hidrogenación al mismo compuesto, CIJ-Il,O,demuestra que el esqueleto de carbono de la cadena lateral insaturada es el mismo en Z que enAA; esto descarta la estructura de cadena ramificada, demodo que ahoraS610 quedan tres posibilidades: cis- O tmns-CHjO o c H = C H c H 3 C H , 0 ~ c ~ ~ 2 c ~ - - = C H 2

(c)Ozonólisis, o bien, isomerización deuno al otro mediante un calentamiento fuerte con KOH.

-

(d) La síntesis implica el acoplamiento de un reactivo de Grignard con un halogenuro de alilo. C H , O o B r

Mg\ C H j O

0

MgBr

+

BrCH,CHCH2

Bromuro de dilo

p-Bromoanisol

C H 3 0{ o C H 2 C H

=CH2

+

MgBrz

p-Alilanisol Z

-

(e) El calentamiento con base fuerte convierte el dilbenceno Z en el más estable AA, que tiene el enlace doble conjugado con el anillo. De los dos isómeros geomkuicos, de esperar es trans, más estable. la obtención del isómero p-CHIOChH4CH2CH- CH2

G-, - H+

t H

f

r \

p-CH30C,H4CH-CH-CH2

+ ti. H

17

- t{+

t

H +

H /’ c -:C ‘, /

H\

+xF p-CHjOChH4

---+

CH 1 cis-p-Propenilanisol

/CH,

,c-c ‘~ H \~

p-CH30ChHA tram-p-Propenilanisol AA

Isómro

mris estable

trans

f

NaNH2

Brl

c-

C H 3 0 0 C CH

CAPITULO 28

FENOLES

C H j a C H = C H 2

C H 3 O a C HI C H 3

- Hz0 H+

f-"

OH

c CHICHO -" C H , O o M g B r

22.

C H 3 0 0 B r

Evidentemente, BB es un fenol, lo que justificala presencia de un oxígeno @or lo menos). También parece ser un éster (lo que justificatía los otros dos oxígenos), por su lenta una prueba positiva de haloformo,esto es, la hidrólisis RCH a hidrólisis aun alcohol que da (OH)q . CIOJ312O3 BB -OH -C6H4 fenólico

CloH I 1 0 2

C6H 4

éster

C3H7

indica que el alcohol es iso-FWH.

OH

, /

- COZ

C4H702

ClOHllO2

Un residuo de C,H,

C4H702

anillo aromático

COOPr-i

OH-

2 2 i-PrOH

+ C6H4\

RD

/

0-

H+

coo

/

+

OH

CnH4 \

COOH

El Único kid0 hidroxibenzoico que es volhtil con vapor es el idmero orto el &ido salicílico; CC debe ser éste, y BB tiene que ser salicilato de isopropilo.

23.

Sus características de solubilidad indican que el chavibetol es un fenol. (a) La metilaci6n conMe,SO,/NaOH introduce un metilo, 'CII H , 4 0 2 DD CloH IZO* chavibetol

-

lo que indica que hay un grupo fenólico en el chavibetol. (b) La ruptura conHI caliente paradar CqI demuestra que el chavibetol es un metil Cter, lo que justificael segundo oxígeno. Al preversu conversih en vainillina, tentativamente C I , H I 2 O 2 chavibetol -OH fenólico ClOH I IO

C I O H1I 0 - OCH3 éter ___

CyHx

C9Ha - C,H3

__

aromático trisustituido

C~HS

525

CAPITULO 28

FENOLES

suponemos que, al igual que la vainillina, el chavibetol es un compuesto aromático trisustituido y que el oxígeno deltter se encuentra unidoal anillo. El residuo deC,H,de nuestra aritmttica química corresponde a una cadena lateral no 21 recien analizado). saturada (compárese con el problema (c) El tratamiento del chavibetol una base con fuerte caliente da por resultadola isomeración desiguiente manera: a EE; podemos explicar esta conversión la O\, /

CH3

C h H l ~C H I -CH-CH?

o\,

oH CH

0

Chavibetol

,C,HjCH=CHCH

,o'

3

EE CloH~zOz

ClOt~l202

Sin duda ocurre la misma isomerización cuando DD se trata de una manera similar. C H 10, 'C6HI CH2 CH CH2 C H3

/

0

DD

e,,HIJO'

oticalor-

C H 30, ChH ,CH=CHCH

CH,O

/

1

FF C I1 H 1 4 0 2

Ahora debemos encontrarla orientación de los compuestos. Este problema se simplifica mediante la ozonólisis.

OH

Vainillina

Es fácil interpretar el resultado de FF:

OH

OCHJ

OCH 1 FF

GCH, Uno de éstos es chavibetol

¿Cual dea l s dos posibilidades es el chavibetol? Sabemos que los grupos de EE (1carbono, 3-oxígeno, 4-oxígeno) tienen esencialmente la misma orientacidn los de que FF; por lo tanto, el Únicoisómero posible la devainillina quese puede formarpor ruptura deEE grupos --OH y " 2 % . es uno que tenga invertidos los

CAPITULO 28

FENOLES

ojOH CHO

-%

EE

OCH 3

Isórnero de l a vainillina

Finalmente, entonces, llegamos laa estructura del chavibetol:

OCH EE

24.

,

OCH, Chav~betol

(a) La piperina es una amida de la piperidina (Sec. 35.12) y de un ácido, llamado pipérico, RCOOH, en el queR = C,,H90,.

'

O R -C-N

3

HIO. O H ____f

H-

NC>

Piperidina

+

RCOOH

(R = CIIH~O?)

(b) El p.m. del ácido pipérico (C,,H,,,O,) es de 218; su E.N. es de 215It 6. Es evidente que el ácido pipéricoes monocarboxílico. A juzgar por el bajo contenidode hidrógeno en R, es evidente que contiene anillos, enlaces no saturados,o ambos. La bromación (sin sustitución) da C,,H,,04Br4; concluimos doce de que probablemente hay dos enlaces dobles activos, los cuales emplearían los cuatro carbonos.

El residuo indicaun anillo aromático (seis C), pero quedan un carbono y dos oxígenos sin asignar los cuales no se pueden hallar en otro"COOH porque el ácido pi@ricosólo tiene uno de estos grupos (recordemos que p.m. = E. N.), y ya lo tuvimos en cuenta. Pasando por alto este último problema por el momento, echemos un vistazo a la insaturación. LA degradación oxidativa del ácido pipérico nos da varios productos, dos de loscualesidentificande modo clarísimo todos los carbonos:elácidotartárico, HOOCCHOHCHOHCOOH,y otro ácido, C,H604, que resulta diferente de todos los ácidos ftálicos,C6H4(COOH),, y al que los investigadoresoriginalesdieronelnombredc piperonílico. Podemos relacionar los ácidos pipérico y piperonílico dela manera siguiente: C~H~OZ-COOH t HOOC--CH -CH -COOH

I

piperonílico Acidotartárico Acido

OH OH

1

¿mid t-

C7H:OZ- C H l C H

~

Cf1- CH

COOH

Acido pipérico Parcial 527

CAPITULO 28

FENOLES

No podemos postergar más el estudio del carbono y los dos oxígenos “que faltan”. Fenoles y alcoholes son imposibles, porque la oxidación los descompondría. Un grupo a conduciría aun ácido carbonilo deun carbono seríaun aldehído que, oxidado“COOH, Sólo nos quedanlas uniones éter como respuesta para los ftálico en lugar del pipcronílico. oxígenos. Pero,jcomo se obtienen dos enlaces elkricos para un solo carbono? La ruptura del éteres la clave: se generan formaldehídoy dos grupos fenólicos.

Acido piperonílico

Partiendo de esta estructura, tenemos el camino despejado hacia el ácido pi@rico y la piperina:

Piperina

(c) La secuencia sintética confirma nuestra estructura en todos los aspectos.

Catecol

GG

HH

Pipcronal

CAPITULO 28

FENOLES

piperonal

CHSHO 7

CH-CHCHO

%+

NaOAc

I[

CH=CHCH=CHCOOH

pipérico

acido

Acido pipérico

soc12

CH-:CHCH=CHCOCI

+-

piperidha

JJ

Piperina

25.

Sus características de solubilidad indican que la hordinena es un fenol y una mina. La prueba de Hinsberg revela que se trata de una amina terciaria; si bien el cloruro de al grupo benecenosulfonilo puede reaccionar con el grupo fen6lic0, deja sin modificaci6n amino, con sucarkter bAsico intacto. Una vez mAs, la degradaci6n oxidativa brinda mucha informaci6n; sin embargo, debido a la sensibilidad delos fenoles la hordinena debe metilarse primero. HOArR Hordinena

Me>SO4

OH-

CH30ArR LL

anísico

0

CH~O Acido

CooH

Sabemos ahora que la hordinena tiene un " O H fenólicopara con respecto auna cadena grupo es terciario(lo que requiere lateral, única, portadora del grupo amino. Puesto que este tres carbonos como mínimo), dicha cadena lateral no puede contenerm b de dos carbonos:

Esto queda confirmado por la generación dep-metoxiestireno a partir LL, probablemente de con eliminación de M e w . Me2NH

+ C H J O a C H = = C H 2 ccalor -p-Metoxiestireno

CH,OoC2H4NMe2 LL

FENOLES

CAPITULO 28

(a) Hasta este punto, hay dos estructuras que concuerdan conlos datos:

(b) Cualesquiera de las dos estructuras se puede obtener por aminación reductiva (Sec. 26.11). H

Acido p-tolúico

""

MM

NN

CHJ

O0

I

COOH PP

FENOLES

27.

CAPITULO 28

El alcohol conifenlicoes soluble en NaOH, pero no en NaHCO,, por lo que debeser un fenol. El tratamiento con cloruro de benzolio (paradar S S ) aumenta en 14 el número de carbonos, lo que indica quese agregaron dosgrupos benzoilo y, por consiguiente, quese han esterificado dos"OH. La reacci6n conHBr frío, para reemplazar" O H por " B r , demuestra que unode los " O H es alcohólico. La ruptura con HI paradar CH$ revela la presencia deun grupo metil éter. La aritmética química sugierela presencia de una cadena lateralno saturada: C l , , H I ?O3 alcohol coniferílico -OH fenólico

CIOHI 1

0 2

-OH

alcohólico

C' I OHI 00

Clo~lloz CI~JHIOO -OCH, Cter ____ CvH7

~

CQH7 C6H anillo aromático __

C,h

En formacongruentese halló queS S (con sus funciones fenol y alcohol protegidas) decolora tanto al KMnO, como al Br,/CCl,: es prueba de insaturación. Hasta aquí, a ls estructuras posibles son: OH CbHJ ~ - O C H j /

\

CH

~

OH ChHj --OCH, /

CHCHzOH

\\

C=CH2

I

CHzOH

Finalmente, la ozonólisisda resultados que no dejan margen para dudas acerca de las estructuras del alcohol conifenlico, S S y 'IT.

Mcl

OH-

28.

'

CH ,O CH 1

o]b==C I CH,OH H H

0

TT

(a) UU es un acetal(estrictamente, un cetal) y una lactona.Seforma por la captura la sustitución intramolecular (nucleofílica) del ion bencenonio que, de ordinario, conduce a electrofílica aromática.(Este parece ser el primer caso de este tipo que se ha descubierto.) 531

FENOLES

CAPITULO 28

g+

CHI

Br

xx (1) Sustitución nucleofílica con catálisis hci& (de Lewis) mediante Ag', que ayuda a extraer Br para permitirla entrada de-02%. (2) Reduccidn de dos enlaces dobles.(3) Hidrólisis alcalina de una lactona (un ester)da que un alcohol (un hemiacetal) y un anión carboxilato. (4) Como otros hemiacetales, tste es inestable y genera un compuesto carbonílico y un alcohol (un hidroxiácido).

Por ejemplo, la ruptura Ude M unión 6ter(ROCH,) en XX y la deshidratacidn del alcohol resultante darían origen a VIII, complethdose así la transformación de un fenol en un sistema alifático polifuncional. Con un grupo carbonilo enla molkcula- e l grupo funcional más importantede la químicaorghica- se abren docenas derutas de síntesis. S32

CAPITULO 28

FENOLES

VI11

X

IX

XI

Se pueden introducir otros grupos, aparte del - O C Y , en el paso (1): acetato. por ejemplo. La cetal-lactona se puede romper antes de la hidrogenacibn para producir estructuras comoIX. Se puede extender el proceso a sistemas aromáticas policíclicos (Cap. 34), con la formación de compuestos tales como X y XI. (Corey, E. J., Barcza, S . y Klounann, G., "A New Method for the Directed Conversion of the Phenoxy Grouping into a Variety of Cyclic Polyfunctional Systems", J. Am. Chem. Soc., 91,4782 (1969).)

29.

CHO Vainillina (pág. 986)

Piperonal (pág. 778)

BBB

AAA

(y HH en el problema 24, visto poco antes)

6

CH(CH 1

CHI

\j

h

Eugenol (pág. 986)

ccc

&OC", CHC HCIH CC HH - z,C H ? ~

Timo1 (pág.986) DDD

Isoeugenol (pág.986) EEE

Safrol (pág. 986) FFF

Primero revise sus respuestas comparándolas con las indicadas arriba. Tanto si estuvo en lo correcto como si no, trate de ajustar las estructuras correctas a los espectros. En seguida, consulte los espectros rotulados de las páginas879 a 881 de estaGuía de Estudio, y coteje sus asignaciones de sefiales las que con allíse indican. Finalmente, revise el análisis de estos espectros, expuesto en la página 883 de esta Guíade Estudio.

29 Halogenuros dearilo Sustitución nucleofi7ica aromática

0)Vea la sección 14.19

29.1

(a) Vea la sección

29.2

Hay un enlace &--Omás fuerte en los fenoles debidoal carácter de doble enlace parcial, de hibridación sp2o ambos, del carbonoaromkico.

29.3

(a)

10.15

O = - N O O H KOH\ O=N 0 0 - K ' p-Nitrosofenóxido de potasio

@)Sustitución nucleofílica aromática. de grupo (c) Atracciónelecrrónica-o, más apropiadamente, aceptación electrones"pore1 nitroso, lo cual estabiliza el estado de transición que conduce al intermediario I.

EtOH 535

HALOGENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29 29.4

(a) Hay sustitución nucleofílica aromática de“ O H por “$, ambos grupos-NO,, ubicados orto y para respecto al

con activación debida a

44.

(b) El productolade hidrólisis, lap-nitroanilina, es activado hacia la sustitución nucleofílica aromática por el grupop-nitro. En medioalcalino,partedel producto sufre el desplazamiento de “ N H , por “OH, para dar p-nitrofenol, conlo que disminuye el rendimiento, además de que el fenoly sus productos de oxidación dificultan la purificaci6n del producto.

o’ o y (c) Ocurre que desplazamiento nucleofílico del“ C 1 por el ”S0,Na. Aquí el reactivo, SO,%, es un nucledfilo que poseeun par de electronesno compartidos sobreel azufre. En una sulfonaci6n ordinaria, el reactivoSO, es un electr6fil0, con un azufre deficientede electrones.

(d) No es un método general, puesto que requiere que el anillo esté activado por sustituye como -NO,, ubicados orto, para, o ambos, con respectoal punto de ataque. Además,no se puede utilizar este tipo de sustitución paradesplazar H-, sino quesólo resulta para grupos salientes débilmentebhicos, tales como C1-. No se podría emplear para preparar &ido bencenosulf6nico. (e) Comoen (c), hay sustitución nucleofílicaaromatics con SO,” como nucldfilo y, esta vez, NO; como grupo saliente. En los is6meros orto o para, cada NO, activa al otro, de sal de bencenosulfonato hidrosoluble: modo que se obtiene una

El isómerometa no reacciona, y permanece insoluble 536

HALOGENUROS DE ARIL0

29.5

CAPITULO 29

El -NO puede ayudar en la dispersión de cualquier tipo de carga, negativa o positiva, desarrollada en el estado de transición que llevahacia el intermediario en la sustitución aromhtica.

-E O :

Electrofilica

~

Y

29.6

-

La ariunCtica quimica indica la adición de edxido de sodio, C,H,,08N3Na -C7H507N3

C2H50Na

producto material de partida

equivale a etóxido de sodio

o bien, en el segundo caso, demedxido de sodio. El producto I1 es el mismo en ambas O z NG

koz

NO2

y

0 2 N6

Me0

OEt

0 2 IN .-.‘ o N o 2

0

2

NO2 +

NO2

LC

02N&2

I1

02N&Oz

NO2

NO2

Mezcla

reacciones,y es un ejemplo estable del intermediariolaen sustitución nucleofilicaaromitica por medio del mecanismo bimolecular.

29.7

Elaniónfenilo, C,H,-, es UM base mis fuertequeelanión 2-F-3-CqoC6q-,el cual contiene dos sustituyentes que atraen electrones y debilitan el carkter bhico: -F y 4%. Por el contrario, el o-fluoroanisol un es &ido m& fuerte queel benceno.

29.8

El compuesto organolítico reacciona como un reactivo de Grignard: (a) con CO,, para dar un Acido carboxílico:

HALOGENUROS DE A R E 0

CAPITULO 29

(b) con una cetona, para dar un alcohol terciario:

(c) El magnesio reaccionaen el enlace-Brparadar el reactivo de Grignard, que es andlogo al producto organolítico de la reacción (5). pzigina 1036, y reacciona como en (6) para generar bencino.

aBr+ F

29.9

Mg

(a) AgNO,

& B r:

"-j

MgBrF

+

0

Bencino

(b) &NO,

(c) Br,/CCI,, o KMnO, (d) prueba del yodoformo; o 0

, /H2S04

(e) prueba del yodoformo

29.10

(a) Oxidación a ácidos; luego determinación de sus p.f. (aunque ambos muyson elevados),

o de sus equivalentes de neutralización(201 contra 123).

(b) Ozonólisis e identificación de fragmentos (C&CHO contra o bien, HCHO), isomerización al otro (el idmeropropenílico) mediante KOH caliente de un isómero(el compuesto alílico) (véase problema 21, Cap. 28).

No hay reacción: b,c, d, e, f, g, k, 1, n, o. 2.

(a) n-BuMgBr

(b) n-BuOH

(c) CH,CH2CH=CH2

(d) n-BuC"CH

(e) n-Bu-+Et

(f) n-BuNHz

(g) n-BuCN

(1) Ph-Bu-n

No hay reacción: h,i, j, k,m, n, o.

y Ph-Bu-see

HALOGENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29

(f) CHjCI, AICII

(Véase el problema 3b,poco antes)

(k) a - C H 2 C H = = C H ,

(m) NaNH,/NIl,(líq)

c-

MgBr (como en g)- BrCH2CH=CH2

CAPITULO 29

DE

(e) PhCHzOH

(f) PhCHOHCHi

HALOGENUROS

(g) PhCHOHPh

ARIL0

(h) p-CH,C,H,CHOHPh

Ph CH, (m) Ph3COH

I I

1

(o) C6H6 + HC=CMgBr

( n ) Ph--C -CH-CZHS OH Opticamente activo

Modificación racémica:f, h. k, (Opticamente inactivos.) n. Unico compuesto 6pticamente activo: Todos los demás: compuestos únicos, ópticamente inactivos.

6.

(a) 2.4.6-triNOJ > 7 , 4 - d i N 0 2 > o-NO, > m-NO:, no sustituido.

( b ) 1'hCH: > PhH > I'hCI > PhN02

(c) CHICHCH-CHJ

I

Br Alílico

> CH*CH?CH--CHZ > CH,CHLCH"CH

I

~

B I-

Alquilol"

Vinílico

Br

(d) I'hMe > p-BrC,H,Me > f'hBr > p-BrChHJBr (e) I'hCH2CI > EtCl > PhCl BencílicoAlquilo 1" Aril0 ( f ) PhCHCHj > PhCH2CHL > PhCH-CH

I

BI Bencílico

7.

I

Br Alquilo 1"

I

Br

Vinílico

NaHCO, acuoso, para reducir al mínimo la sustitución nucleofílica por OH-, que convertiría parte del producto en 2,4-dinitrofenol (comphrese elcon problema 29.4b).

HALOGENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29

Arino

kin0

Anión más estable (Véase la Sec. 29.14)

Anión más estable (Véase la Sec. 29.14)

HALOGENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29

Br

Br

Br

Br

(problcrna 27.16, pág. 963)

(corno en d)

CAPITULO 29

HALOGENUROS DE ARIL0

10.

Vea la sección 35.10

1 l.

En algunos de los pasos el tipo de reacción depende del punto de vista. Protonación del aldehido.

Protonación de un alcohol.

Sustitución electrofilica aromática: segundo paso de una reacción SN1 delalcohol protonado.

Segundo mol

CI DDT

Clorobenceno

Bencino

Bencino

Fen01

Ion fenóxido

HALOGENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29

El ion fenóxido es un anión anbidentado que puede reaccionar en el oxígenoo en el anillo; compare con la respuesta al problema 13, capítulo 28. Reacción en el oxígeno

(=&+o*-i

Bencino

Difenil éter

Ion fenóxido

p-Fenilfenol

Reacción en el anillo

13.

El intercambio de hidrógeno sucede, como hemos visto, por la vía de un carbanión (págs. Esto, a 1034-1035). Su velocidaddepende de larapidez de formación del carbanión.su vez, depende del acomodo de la carga negativa desarrollada en el estado de transición que su efecto inductivo, el flúor contribuyeal conduce a la formación del carbani6n. Mediante acomodo de esta carga negativa. El efecto inductivo depende de la distancia al carbono orto que desde las posiciones meta negativo, siendomucho mds poderoso desde la posición o pura. (Véasela referenciadada en la respuesta al problema 23, más adelante.)

14.

Elgrupo -N; activa muy poderosamenteelanillohacia la sustituciónnucleofílica aromática. El ion cloruro desplaza cantidad gran de -Br antes de que ocurra la reducci6n.

15.

\

NR2 XI

HALOGENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29

Bunnett (pag. 274), quien realizó este trabajo, ha ofrecido esencialmente la siguiente interpretación.(Haypruebasadicionalesquecontribuyenadescartarciertas interpretaciones alternativas.) Cuando X = F, el intermediario se forma reversiblemente (1). Una parte deX continúa por Nrdidas de X-, pero otra parte,se revierte aArX por Nrdida de R,NH, a productos (2) débilmente básica; esta inversión de (1) retarda la reacción global. Medianteruta la (3), la baseconvierte al intermediarioX en XI, que se transforma con rapidez en productos (4), por pérdida de X-, en lugar de volver a ArX por pérdida de la fuertemente básica especie aniónica R,N-. Cuando X = Br (2) es mucho más rápida porque el enlace C-Br es más débil. X se forma irreversiblemente,convirtihdose todo en producto ya sea con o sin la acciónde la base. (Bunnett, J. F. y Randall, J. J., “Base Catalysisof the Reaction ofN-Methylaniline with 2,4-Dinitrofluorobenzene.Proof of the Intermediate Complex Mechanism for Aromatic Nucleophilic Substitution”, J. Am. Chem. Soc., 80,6020 (1958).)

16.

(a) Hay un efecto isotbpico primario. Considere la respuestaal problema anterior,en que X = OPh, o bien, WPh. Los pasos (2)y (3) son mQ lentos para el is6topo m8s pesado y, mediante el paso (1) invertido, se revierte más del intermediario hacia elde partida. material (b) La piperidina aumenta la velocidad(3) deen relación con la reacción inversa de (l), de

manera que una fracción mayor del intermediario continúa hacia producto, independientemente de sise pierde OPh-o WPh-.

17.

En el disolvente aprótico, el ion azida se encuentra poco solvatado (no hay formación de puentes de hidrógeno) y, en consecuencia,es un nucleófilo más fuerte.

18.

(a) 28, N,; 44, CO,; 76, bencino; 152, bifenileno, un dímero del bencino que se forma gradualmente.

Bencino Dos moles

Bifenileno

Acido o-aminobenzoico (Acido antranílico) 545

HALOCENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29

(La dimerización del bencinoen la parte (a)es una cicloadición tkrmica [2+21, y esd prohibidupor la sirnetria (Sec. 33.9). Seguramente,o bien la alta energía de las particulas que intervienen hace posible la difícil reaccidn o bien la reacción procede según un mecanismo no concertado por pasos.)

19.

Primerohagamos un poco dearitmkticaquímica: C,H & I

t CIPHISK . "

"

C,,H*OCIK

clorobcnccno PhJCK

C2,H2,,CIK ~~

C25H2o

reactantes productos

_____ KC1 se pierde; esto sugiere que el producto es

Si suponemos que el producto es tetrafenilmetano, podemos escribir la siguiente serie de reacciones:

Ph Bencino Clorobenceno

Tetrafenilmetanobase

La KNH, es necesaria para generar el bencino; el anidn Ph,C-, estabilizado por resonancia, y un nucle6fílo demasiado débil para es una base demasiado débil para formar el bencino, llevar a caboun desplazamiento bimolecular.

Un carbani6n bencílico, al igual que elion fendxido (problema 12 recién visto o una mina aromática (problema 27.15, pág. 956, y PPoblema 27.21, pdg. 9661, podría ser un reactivo ambidentado (véase la respuesta al problema 13,Cap. 28). Debemos considerar la -por razones estéricas- no reaccionara en el carbono de la posibilidad de que el bencino dar Ph,C, sino en el anillo para dar XII, una estructura que nos recuerda cadena lateral para al dimero del trifenilmetilo (I, pág. 545).

XI1

20.

(a) A 340°C,lareacciónprocede, al menosparcialmente,medianteelarino adiciona agua de dos maneras diferentes para dar tanto m- como p-cresol.

XI11 que

HALOGENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29

A 250°C la reacción procede a traves de solamente p-cresol.

un desplazamiento bimolecular, dando

(b) Se forma el arino XIV (compare con el problema 18, poco antes), el cual adiciona

t-BuOH en las dos formas posibles.

XI v

(c) Se forma el arino XV, que no sólo adiciona NH, (como -q), sino tambienC q C N (como %€€$N). Aquí, los productos posibles son idmeros los orto y meta y. como en la de la carga página 1035 predomina el isómeromera: tiene gran preferencia la generación

5HcH c1

NaNH?,

COOH

NHI

xv

NH2

negativa sobre el carbono adyacente al sustituyentedeatractor electrones. (Enlas partes (a) y (b) de este problema, las opciones son los isómeros meta y pura, y se manifiesta escasa preferenciapor uno u otro.) 21.

Tanto 11,como III generan el mismo arino, XV1,el cual da XVII porreacción intramolecular. ,CH3 \

CH3

/

11

\

H

I

CH3 XVII

c1 111

H

XVI

1"etil2,3-dihidroindol

HALOGENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29

22.

(a) Sólo Br(CH,),BrreaccionaconAgNO,. Só10 p-BrC,H,CH=CH, reacciona con KMnO,. (b) Se oxidan todos a ácido,BrC,H,COOH, y se determina el p.f. : o-, 148 C ;nz-, 1 56 C : p - , 254 P C.

(c) Sólo PhCH,Cl reacciona con AgNO,. o-C,H,CI, no reacciona conKMnO, caliente. (d) Sólo el alquino decolora el Br,/CCl,. Los alcoholes reaccionan con CrO,/H,SO,, y pueden distinguirse mediante el análisis elemental (para Cl). De los compuestos restantes, sólo el etilciclohexano no contiene C1, y sólo PhCl es soluble en ácido sulfúrico fumante. (e) El halogenuro de aril0es negativo frente al AgNO,. Los demás se deben oxidar a ácidos, los cuales se distinguen mcdiantesus p.f. (aunque ambos son muy elevados) o bien mediante sus equivalentes de neutralización(83 contra 162).

23.

(a) Un mecanismo basado en un bencino justificaalgunos de los hechos. Rr

Br

Br

1v

XVllI

Br

v

VI I

VI11

IX

(b) Se sabe quelos bencinos reaccionan con el ion halogenuro. Siel bencino XVIII es un intermediario, comose postula en(a), debería reaccionar conel yoduro agregado paradar VIII, lo que es contrario alos hechos. Br

O B r B:_ Br IV

o~r Br

XVllI

l b B r 8 : ~ \I O j B r Br

\

Br

vIII

No se obtienen en estascondiciones

HALOGENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29

(c) Básicamente, la danza de los halógenos ocurre enpasos. dos (i) Ar-H

+

B:

e

Ar:3

+

B:H

El paso (i) es la familiar separación deun protón mediante U M base para generar un carbanión. El paso (ii) es un desplazamiento nucleofílico sobre un halbgeno, con un arilxarbanión como nucleófiloy otro aril-carbanión como grupo saliente.

Para explicartodos estos hechos, sólo necesitamos estos dos pasos, una más regla como son los que tienen la guía: los únicos carbaniones suficientemente estables para participar carga negativa orto respecto al halbgeno. Como se ha ejemplificado con los datos del es más poderoso desde la problema 13, antes visto,el efecto inductivo del halógenomucho meta y para, m& distantes. posición orto que desde las posiciones Según se sugiereen el problema, comencemos conV y la base,en presencia deVI, y veamos cómo se puede formar IV. Descubrimos que la clave es la transformación del uibromocarbanión XIX en su isómero XX, cuyos Br se distribuyen como enIV.

Br v

XIX

XIX

VI

VI

xx

xx

IV

Mediante lainversiónexactadelospasosreciénindicados,podernosexplicar conversión deIV en V, en presencia deVI.

oBr ’oBr Br

(4)

+

Br

B: I _

+ B:H

Br xx

Br IV

Br

xx

Br VI

VI

x IX

la

HALOGENUROS DE ARIL0

CAPITULO 29

Br

Br

XIX

V

Comenzamos a vislumbrar el papel especial que representa el compuesto tetrabromado VI: contiene Br con la misma distribución que tiene tanto IV como V y, por pérdida de uno u otro Br, puede convertirse conIV o en V. A continuación, comencemossolamente con 1V y la base, y veamos Cómo se f o m ~ n todos los productos. Br

Br

Br

Br

xx

IV

Br

-;o[O\ Br

Br Br

+

Br

Br

Br

/y”,’

Br

xx

6 1

r-:

1V

B

r

QBr Br

R:

QBr

Br m-Dibromobenceno

6 Br

Br

i r p-Dribromobenceno

VI

La secuencia (4), (7) de m- y p-dibromobencenos y genera el compuesto tetrabromado VI. Con VI ahora presente, puedeocurrir la secuencia(5), (6) para dar V. Los pasos de (7), (4) invertidos convierten los m-y p-dibromobencenos otra vez IV, en pero el bromo quese incorpora no tiene queser necesariamente el que antesse perdió del IV. El resultado neto, después de muchos ciclos,es UM distribución completade un Br marcado en IV. (Escriba una serie de ecuaciones para comprobarlo.) Las reacciones del compuesto dibromoyodado VI1son a d o g a s a (4) y a (7). Los compuestos mbromoy bromodiyodadosse obtienen por cierto tipo de “dismbución”, esta vez no con isótopos sino con diferentes halógenos, el Br y el I. (También escriba las ecuaciones que demuestran esto.) Finalmente, la parte más difícil:¿Por qué se debe adicionar VI para llevar a cabo la isomerización deV, pero nola de IV? Escribimos ecuaciones análogas(4)ay a (7), ahora comenzando conV en lugar deI V .

+

(I)

B:

e

o

Br

Br

V

XIX

+

B:H

HALOGENUROS DE ARIL0

Br XIX

CAPITULO 29

Br V

Br VI

Br XXI

ano es

respecto orto a X

Para que V genere el compuesto clave tetrabromado VI debe separar un Br de otra molécula deV; pero esto no puedeocurrir, ya que la reacción requeriría la formación del carbanión XXI, en el cualla carga negativa noorto respecto al halógeno. ¿Por que no es necesario adicionar V para llevar a cabo la isomerización de IV? La casi ante nuestrosojos": en la secuencia(4), (7),VI respuesta, como Bunnett señala, "está se genera a partir de la reacciónde la base conIV cínicamente. (Bunnett, J. F., "The Base-Catalyzed Halogen Dance, and Other Reactions of Aryl Halides", Ace. Chem. Res., 5, 139 (1972).)

30 Carbaniones I1 Síntesis malónica y acetoacética

30.1

Utilizamos el procedimiento general, tal como se describe en las páginas 1043-1045. Acido deseado: (a) CH,CH2CH2-CH2COOH

CH3 I CH3CH- CHZCOOH CH3

I

CH,CH>-CH COOH

Se necesita: Se

R

=

n-Pr-

alquila el éster malónico con.

n-PrBr

R iso-PrBr = ;so-Pr-

R = EtR'= Me-

EtBr MeBr

No se puede obtener ácidos acéticos trisustituidos mediante la síntesis malónica porque sólo es posible introducir dos grupos alquilo.

Síntesis malónica con R = iso-Bu-

(La bromación Y la amonólisis se reali~anmejor con el Acid0 libre que conel éstcr.)

CAPITULO 30

CARBANIONES I1

(c) CH,CH2CH- CHCOOH

I

f-

como en (b), apartir de C H $ . ~ ~ C HCH z~~~~

I'

NH2

Isoleucina

Síntesis malónica con R = sec-Bu-

30.2

(a) En lasíntesisdelácidoadípico,elexceso de ester sodiomalónicoocasiona el desplazamiento de ambosBr del bromuro de etileno.

En la síntesis del ácido cíclico, el exceso constante del halogenuro orgánico asegura la monosustitución: (EtO0C):CH-

+

+

BrCHzCHzBr (EtOOC),CH -~CH2CHzBr

Br

Luego, la adición de un segundo mol de etóxido generaun carbanión que cierra el anillo mediante un ataque nucleofflico intramolecular. Br

Acido ciclopropanocarboxflico

(b) Igual que para ácido ciclopropanocarboxflico

BrCH,CH$H,CH,Br.

en (a), salvo quehay que emplear

CH2

1,\ -

HLC _ _ C H COOH \

f

-

H2C ~ - -CH2 Acido ciclopentanocarboxflico

CAPITULO 30

CARBANIONES II

303

(a) La reacción de Kncevenageles unacondensación similar a la aldólica (problema 25.22f, pág. 904). CH,(COOEt), PhCH=C(COOE + PhCHO

(b) PhCH=C(COOEt)

OH-. H 2 0

calor

PhCH=C(COO-)Z

-

t)z

tí+

PhCH C(COOH)?

calor

co2

A

-

PhCH-CHCOOH Acido cinámico

(c) Mediantela condensación de Perkin (problema 25.22e, pág. 904).

30.4

(a) La reacción de Cope es una condensación similar ala aldólica (problema 25.228, pág. 904). --O

+

CH,-COOEt CN

(b) O = f - C O O E t CN

30.5

30.6

CN

H+ z

calor

=C"COOH

A O==CH-COOH

COOH

Acido ciclohexilidenoacético

CH,CHCH,COOEt

1

CH(COOEt), A

A se forma tal como se describe en la sección 31.7

~ustituciónnuc~eof~ica,cone~imi~cióncomoreacci6ncompetitiva(Sec.7.~4).Rendimien~ en producto de sustitución: 1" > 2" >> 3". No se puede usar halogenurosde aril0 (Sec.29.4).

CAPITULO 30

CARBANIONES I1

H CH,C-C-COOEt CHjC--C"COOH

11

I

-

I

I1

Y a 'X CH,C-CH?"CHZCOOH

co

A

11

O CH2COOH

O ¿!H*COOEt

O

Un ycctoácido

Observamos que, de los dos grupos carboxilo, el que se pierde es el que se halla beta con respecto al grupo ceto. El empleo del ácidobromoacético simplemente convertiría el derivado sodado nuevamente en éster acetoacético (b) [CH,COCHCOOEt]-Na'

+ CI-C-Ph

+

I1

O

H CH,C--C-COOEt ,¡ I O C-Ph

+

NaCl

il

O

H

H

I CH,C-C-COOEt !I I

"-3r

I I1

1,

O C-Ph

O C-Ph

O

O

II

[CH,COCHCOOEt]-Na+

-

H

I

CH,C--C--COOEt

I1

1

O CHZCCH, I1

II

O Una P-dicctona

o

H --f

CH,C-c"COOEt

II

I

+

NaCI

0 CHzCCH,

H i CH,C--C"COOH

1

O CHzCCHl

-coz

I1

O

30.8

CH,C-CH,-CPh

__f

O

+ CICHzCCHl

I1

P @ II

- CO-.

CH,C"C"COOH

o r a

CH3C"CH2"CH2"CCHj 3

/I

/I

O

O

Una ydicetona

O

Seguimoselprocedimientogeneraldelas páginas 1047-1048. Cetona deseada: (a) CH3CHzCH2~-CH2CCH,

I/

Se requiere:

Se alquilaéster elacetoacético

Rn-PrBr = n-Pr-

O CH, 1 (b) CH,CH--CHzCCH,

II

R = iso-Pr-

iso-PrBr

O CH3

I

(c) CH,CH~-CHCCHJ

II

O

R = Et-

R'

=

Me-

EtBr MeBr

con:

CARBANIONES 11

CAPITULO 30

(d) No se puede preparar acetonas trisustituidas mediante la síntesis acetoacCtica, puesto que sólose pueden introducirdos grupos alquilo.

(f) CPI3CCH2-CH2CCH3

I1

O

-

I1

O sintesis acetoacéticacon

R

=

(RX

CH3CCH2-

It

=

CH3COCH2C1)

O

O bien, sería m& conveniente proceder como sigue: 2Na+ -[CH,COCHCOOEt]

EtOOC COOEt

+ Iz

"+

2NaI

I t + CH3CCH-CHCCH3 It

O

-

//

" OH-+

O

- CO2

H'

CHjCCH2"CHZCCHJ

/I

11

O

O

(g) PhCCH2-CH2CCH3

/I

/I

O

O +"

síntesis acetoacética con

R

=

PhCCH2-

11

(RX = PhCCH,Br)

II

O

30.9

O Bromuro de fenacilo

Hay unacondensación de Claisencruzadapara dar A, seguidade la hidr6lisis y descarboxilación deun pcetodcido. (Como en el problema30.7 (a), vemos aquí que, de los dos gruposcarboxílo se pierde el que se halla beta con respecto algrupo ceto.) Un a-cetodcido CH3

EtOOC-C-OEt

I1

I

+ CH2COOEt

- EtOH

___f

O

A

H+

Hz0

CH3 E t 0 0 C " C " C HI C O O E t

11

O A

CH3

I

HOOC-C-CHCOOH HOOC-C-CH2CH3

ii

O

I1

O

Un a-cetoácido

CAPITULO 30

CARBANIONES I1 COOEt

30.10

S

"+

(a) HOOCC--CH2CH(CHh

!I

I

EtOOCCtCHCH(CH,)2 I1

O

O Acido a-cetoisocaproico

8

EtOOC-C~-OEt

I/

+ EtOOCCHlCH(CH3)2

O Oxalato de etilo

Isovalerianato de etilo

COOEt

(b) HOOCC-CH2Ph

!I

O Acido a-ceto-p- . fenilpropiónico

<-Too,H O O C C i C H P h S E t O O C - C - O I1E t , I

I1

O

I

+ EtOOCCH,Ph

O Oxalato deFenilacetato etilo

de etilo

COOEt (C)

HOOCC"CH2CH2COOH

II O

H+

f

I

I

EtOOCC-kHCH,COOEt

-coo,

'I

;

O

Acido a-cetoglutárico

]OEt-

EtOOC-C-OEt

+ EtOOCCHzCH2COOEt

O Oxalato de etilo Succinato ~

(d) HOOCCH-CHZCH(CH,)~

I

NH2 Leucina

'N HN, .i

Hz

HOOCC"CHzCH(CH3)l I

o

de etilo t-

como en (a)

Acido glutámico

30.11

(a) El extremo cargado pirdeCO,. El anidn resultante (similar aI, pág. 1049) se estabiliza por el acomodo de la carga negativa en el oxígeno.

(b) Un ani&

doblemente cargado, ")C-CH;, sería menos estable, y el estado de tmnsición que condujera é1 a se alcanzm'a con dificultad.

CAPITULO 30

CARBANIONES I1

30.12

En este caso, la descarboxilaciónda 2,4,6-(N0,),C6H,-, que se encuentra estabilizadoen relación con la mayoríalos dearil-aniones por los tres grupos poderosamente atractores de electrones.

30.13

Intervienen intermediarios capaces de reaccionar conBr, y I,. Es bien sabido quelos dos intermediarios que se proponen para la descarboxilación, el carbanión I y el enol (pág. 1049), reaccionan con los halógenos. (Secs. 25.3 y 25.4.)

30.14

HO-C-CH2-COOH HO==C"CH,-COO" 11 :! O OH ,a OH

\

n

"-+

COZ

+ HO"C---CH2 I

Enol

HO"C"CH3

/I

O

30.15

PhC=C-C029

t-

COZ + PhC-C:' PhCYCH

L a descaboxilación da PhC C- que, a semejanza con los aniones de otros acetilenos terminales, es relativamente estable(Sec. 11.11).

30.16

Seguimos el procedimiento general de las páginas 1051-1052. Acido deseado:

Requiere: R

( a ) CH,CH2-CH-COOH

I

R'

H

(b) CH,"CH"COOH

1

(d) PhCH2-CH-COOH H

CH3CH2-

CHJCOOH

R'X

=

EtBr

R'X

= =

MeBr MeBr

=

MeBr

CH3CH2COOH R CH3-

CH3

I

=

R'= CH3R" = CH3R"X

CH3

CH3"CH"COOH

H-

CHjCOOH. R = H-

I

(C)

=

Materiales iniciales:

PhCH2-

R ' = CHJ-

R'X

R

CH3COOH

=

R'=

H--

R'X

PhCH2Cl

CARBANIONES TI

CAPITULO 30

(Meyers, A. I., et al., "Oxazolines. IX. Synthesis of Homologated Acetic Acids and Esters", J. Org. Chem., 39,2778 (1974).)

30.17

Como es normal, el compuesto de organolitiose adiciona al grupo carbonilo del aldehído para dar el alcohol 2".

A

EtOH

AH?SO,'

n-C HCH-~CHZCOOEt

'>I

OH

B

Un P-hidroxiéster (b) Igual queen (a), excepto quese utiliza (r~-Pr)~c=O como compuesto carbonílico.

(c) Igual que en (a), excepto quese usan PhCHO y I

= Et).

Ph---CHSCHCOOEt I

OH

30.18

I

El anillo de oxazolina protege al grupo carboxilo, de manera que se pueden llevar a cabo reacciones de Grignarden otros sitios dela molécula.

C

D

CAPITULO 30

CARBANIONES II

P h ~ - C O O E t E O

I1

(b) P h i CCHzCHzCOOH 8

/I

AICI,

PhH

O

Ph Et

‘C--CHCH,COOH

’

H,C

1

H2C \ c ’

\

O AcilaciónFriedel-Craps de

I1 O Anhídrido succinic0

Un ycetoácido

(c)

+

/c

I

EI-C-CHZCH~COOH OH I

C

Et-C-CHZCHZI OH I

N

CH,

(Meyers,A. I., el al., “Oxazolines. XI. SynthesisofFunctionalizedAromaticand Aliphatic Acids. A Useful Protecting Group for Caboxylic Acids against Grignard and Hydride Reagents”,J. Org. Chem.,39,2787 (1974).)

30.19

Se fOrma un complejo Acido-base; dentro de Cste, se transfiere un prodn medianteun estado de transici6ncíclico.

CARBANIONES XI

CAPITULO 30

R

0

&'

R'

O=C

R'

($0

'2H RJ

/

-

R

\ /

O-C

B

/

R'

O \

R-H

R'

BrCHzCOOEt (de CH,COOH)

r-

isa-BU-B

3

9-URN

f--

I CH,C -CH2

CAPITULO 30

CARBANIONES I1

(Brown, H. C., Boranes in Organic Chemistry, Cornel1 UniversityPress, Ithaca, N.Y., 1972, págs. 372-391;o bien, Brown,H. C., Nambu, H. y Rogic, M. M. J. Am. Chem. Soc., 91,6852,6855 (1969).)

30.21

Seguimos el procedimiento general expuesto en la página 1056. Para sintetizar: Alquilar

e;

o acilarenumina la

Con:

de:

PhCH2Br

CH2 =CHCHzBr

o O

CH3

I

BrCHCOOEt

BrCH2CCH3

II

O

O

(i CH 3

: I

(f) C H 3 C t C " C H O

II : I

O CH,

CH3

I I

H--C-CHO CH3

CH ,-C-CI

I/

O

(House, H. O.,Modern Synthetic Reactions, W. A. Benjamin, NuevaYork, 24ed. 1972, págs. 766-772.)

30.22

(a) En U M condensaci6n tipo alddica, elcarbononucleofílico de la enmina ataca al carbono del grupo carbonilo del aldehído.

CARBANIONES I1

CAPITULO 30

A

(b) La iminaC es lo suficientemente ácida corno para descomponerel reactivo de GrignNd y formar la sal de magnesio; esta sal tiene un carbono nUdeOfík0, por 10 que se alquila con el cloruro de bencilo. H

I

(CH3)*C-C-=0 1 H

H

+

H2N -Bu-r

-

H20,

I

..

(CH3)2C-C N -Bu-{ ~

H C

Una imina

MgBr

H

3

D

C2H5--MgBr

1.

+

E

Seguimos el procedimiento general esquematizado en las páginas 1043-1045. Se alquila el Acido deseado

(a)

CH3CH2CH2CH2-CH2COOH

Requiere:

R

=

n-Bu-

con:

&et

malónico

n-BuBr

CH3

I

CH,Br

(b) CH3-CHCOOH

CW3Br

CH3

I

(c) CH,CH"CH,COOH

R = iso-Pr-

iso-PrBr

CAPITULO 30

CARBANIONES II CH3

I

(d) CH3CH"CHCOOH I CH,

R = iso-PrR' = Me-

( e ) C2H5-CHCOOH

R

I

C2H5

(f) PhCH2-CHCOOH CH2 Ph

H3C

Et-

EtBr

R' = Et-

EtBr

=

R' PhCH,Br = PhCHz-

(9) HOOCCH-CHCOOH COOEt

MeBr

RPhCH2Br = PhCH2-

I

I

iso-PrBr

R = CH3CH-

CH3CHBrCOOEt

R'

MeBr

I

/

CH3

=

Me-

O, lo que es más conveniente, oxidar dos moles de &ter sodiometilmdónico con (Compárese con el problema 30.8f, pág.1049.) 2Na+ -[CH,C(COOEt)21

+ I2

-

2NaI

+ (Et00C),C-c(c00Et), I

-

H',

I

H3C CH3 - co:.

I,.

HOOCCH-CHCOOH

I

H3C

I

CH3

(h) H O O C C H 2 + H 2 i C H 2 C O O H AAada un mol de C$Br,a dos molesde éster sodiomalónico; luego hidrolice y descarboxile como siempre(Véase el problema 30.2, pág. 1046.)

Airada un mol de éster sodiomalónico un a exceso deBrCH.$%CH,Br; luego agregueun mol de NaOEt y, finalmente, hidrolicey descarboxile como siempre.(Vhse el problema 30.2, pág. 1046.)

2.

Seguimos el procedimiento general indicado en las paginas 1047-1048. Cetona deseada: (a) CH3-CHzCOCH3

Requiere: R = Me-

(b) C2H,-CHCOCH3

R = Et-

I

C2H5

EtBr

R' = Et-

Alquile el ester acetoacktico con: MeBr EtBr

CARBANIONES Il

CAPITULO 30 (C)

R

CHjCH2CH2-CHCOCH3

I

R'

C2H5

(d) CHCHCHZ--CHzCOCHr

=

n-Pr-

n-PrBr Et Br

= Et-

R = EtCHCHz-

EtCHCHzBr

I

I

5l

Me

CH3

R

(e) (CH3)2CHCH2CH2-CHCOCH3

MeBr R'

CH3

=

iso-Pe--

=

Me-

iso-PeBr

CH3CHCOOEt

Br (g) HOOCCH2-CH2yHCH3

<

HOOCCHZ-CHZICH~

H?. N I

I

O

OH t-

a.a.e. síntesiscon RX

+"

=

CICH,COOEt

a.a.e síntesiscon R X

=

n-PrBr

y R'X = MeBr

(j) CH,CH2CH2CH"CHzCOOH

I

conc.OH-

Prob.

I,

a.a.e. alquilado con

2-PeBr

CH3

(k) CH,CH-CHzCOOH 1

f

conc. OH Prob, I ,

a.a.e. alquilado con

iso-PrBr

CH3

(I)

HOOCCH-CH,COOH

I

CH, 566

<

conc. OHProb. I I

a.a.e. alquilado con

CH3CHBrCOOEt

CARBANIONES I1

(m) CH3CHCH,--CH2CHCH3

I

I

L Hz N I CH3CCH2+CH2CCH3

II

OH

OH

O

o 3.

'

I/

O

-

CAPITULO 30 Problema 30.8 (0

O

,coo

-

__f

2-Carbetoxiciclopentanona Un p-cetoéster

Ciclopentanona

U

v

/I

ciclopentanona

NaCH(COOEt), ,CH,pCHCHzBr / HzC, + NaCH(COOEt), CH2Br

-

I

H2C\

NaOEt

CHz-CH

CHz-CNa 1

I

H2C\/

+

CHZ-CNa

1

(COOEt),

I

\

/CH2

(COOEt),

A

I (COOEt),

d o,o H COOH

C

I

I

CH

H2C-Br I H2C-Br H2C,

+

NaCH(COOEt)2 + I I NaCH(COOEt),

"

I

H2C

/

/

NaOEt

CNa

Br \ CH2

H2C

H2C, CH 1 (COOEt),

/

C Na

Br

l

(COOEt),

D

1 COOH F

(COOEt), E

CH2

CAPITULO 30

CARBAMONES II EtOOC

COOEt

EtOOC H&O

+

+ e&H I

Iz

1

HC--CH

d

COOEt

EtOOC

COOEt

1

+

21

EtOOC kOOEt G

HOOC COOH OH-

G G i 2

I

H'

1

calor

HC-CH

+

I

1

- 2c02

HOOCCHz-CHlCOOH

HOOC COOH

H

Acido succinic0

COOEt

COOEt

i

C -COOEt

C ' -COOEt I

COOEt

I

COOEt

9

I

H

COOH I

'calorT % OH-

HLC - ~ - C-COOH

1 C--COOH 1 H2C-

calor A

-''O'

H2C- C 1 1

CGOH

HzC--C -COOH

1

COOH

H J

COOH

Y I >CH ,b u.lL

\.

Acido 1,3-ciclopentmo dicarboxílico

Acido 1,2-ciclopentmo dicarboxílico

dicarboxílico

Aciab ciclopentano-1,j"dicarboxílico.Se afiade un mol de BrC$C%Br a un exceso de éster sodiomalónico (como en el problema 30.2). Luego se agregan 2NaOEt, seguidosde CHa,. Se hidroliza y se descarboxila. Acido ciclopentano-l,2-dicarboxílico. Se procede igual que parael compuesto 1,3-,pero usando BrCH,CH,CH,Br en lugar de BrCH2CH,Br, y I, en vez de CH,I,. (Compárese con el problema 4 (c), anterior.) Acido ciclopentano-1 ,I-dicarboxílico. Los mismo que en el problema 1 (i) recién visto, pero usando BrCH,CH2CH2CH2Br endevez BrCH2Ch,C$Br, y no hay que descarboxilar después de la hidrólisis.

CAPITULO 30

CARBANIONES 11

5.

2CH2=CHCH2Br+ M g + BrC H2CH-CH2

”+

CH2=CHCH2-CH2CH=CH2+MgBr2 K CH 3

K

2HBr ”--+

CH3CHCH2“CH2CHCH,

Br

I

Br

NaCH(COOEt)2

f

I

I

CH~CHCH~CH~CH-CH(COOE~)Z

1

L

M

CH3\./H

CH3 COOEt COOEt

N

” OH+

-%

COOH COOH

calor

__+

QCOOH

-‘O2

CH, O

6.

(1)

cI~c-coo-

Tricloroacetato

(2)

CI,C:-

calor

coz + CI3C:-

:CCl* Diclorocarbeno

+ c1-

La descarboxilación de C1,CCoO- (1) es relativamente fkil debido a la estabilidad del carbanión quese genera. (Compárese con los problemas 30.12y 30.15, págs. 1049 y 1050.) Una vez que seha formado C1,C-, siguen (2)y (3), comoen la pdgina461.

7.

(a) Muy similar al procedimiento del problema 30.2 (a), excepto que utilizamos dos moles de éster acetoacético en lugar de éster malónico.

CAPITULO 30

CARBANIONES I1 O

O

'!

!I

CHjCCHZSCH2CH2SCH2CCHj

t

O P I1 CHjCCH--CH2CH2-CHCCH,

I

COOEt

a

I

CH3COCH2

,

+ BrCHzCHzBr +

COOEt

COOEt

CHzCOCHi

I

COOEt

(b) Se realiza una condensación aldólica intramolecular. Dea l s dos posibilidades, la reacción sucedede modo que se forma el anillo de cinco Atornos, y no el de siete.

(c) Igual que en (a), pero empleandoCH&, en vez de C%BrCH,Br.

CHJCOCH2

I

+ CH212 + CHzCOCHl I

COOEt

COOEt

(d) Probablementeuna condensación aldólica intramolecular, y de manera que un dé anillo de seis Btomos y no uno de cuatro.

8.

(a) En el compuesto I, página 909, observamos dos"COOEt beta con respectoal C=O

y, por consiguiente, susceptibles de descarboxilarse con facilidad. calor - COI

tl'

O H - . H1O heat

EtOOC. cyrCooEt

o

'o

4

---

Como en el problema 25.33(b), página 909

CAPITULO 30

CARBAMONES II

(b) Seguimos el procedimiento general para la preparación de a-cetoácidos,como se ilustra en el problema 30.9 (pág. 1049).

COOEt CH3CH2CH2

+ EtOC --COO Et 11

o

nButirato de etilo

9.

Oxalato de

etilo

Todos ellos se preparan por reacci6n de la urea con el Cster malónico apropiadamenIte sustituido: H

O

,NH2

o =c \

NH2

+

/

C~HSO--C CzH50-C

'

\ C / \

\O U rea

disustituido

R

R'

\

N

OEt___, o=c¿ EtOH

Ester malónico disustituido

/ 3

\

/O

-7\ , R

I

b>c\R,

N -C,,

H' barbitúrico Acido

\\

O

Los Csteres malónicosse preparan mediante alquilaciones sucesivas con: (a) C,H,Br, dos veces. (b) CH,CH2CH,CHBrCH, ; CH,=CHCH2Br.

(c) (CH,),CHCH2CH2Br; C,H,Br.

10.

(a)La eliminación deun porrón enel C-5 del ácid0 barbitúrico da lugar aun anión aromático estabilizado por resonancia (seis electronesx: dos delC-5 y dos de cada uno de los dos nitrdgenos); el Veronal no tiene protones C-5, en por lo que no puede formarun anión como el anterior. (b)El Veronales una imida, con dosgrupos acilo por cada unode los grupos N-H.

11.

(a)Esta es UM condensación rem-Claisen: consiste enuna serie de pasos queson esencialmentelos inversos de aquellosen los que se forma el &ter acetoac6tico. Aquí, el equilibrio se encuentra desplazado en la direcci6n que produce los iones acetato no 571

CAPITULO 30

CARBAMONES II

reactivos, estabilizadospor resonancia. Esta reacción se conoce comoruptura ácida del Cstcr acetoacético,en contraste con la más familiar ruptura cetónica utilizada para producir cetonas.

+ OH- *

( 3 ) CHjCOOEt

CHjCOO-

+

EtOH

(b) Se debe alquilar éster el acetoacético dela manera usual, luego se calienta conUM base concentrada para originaruna condensación rerro-Claisen (ruptura ácida).

R

CH,C-CH,COOEt

I I

OH

+ CH,C-.C--COOEt

II

.I1

conc.

___f

CHJCOO-

O R'

O ic)

CH,COCHCOOEt-

+ CH3CH2CH2Br

+

RR'CHCOO

YOOEt I

--f

C H 3 C H 2 C H Z- C H C C H 3 /I

o

'0"

C H J C H ~ C HI ~ C H C C H ~ I1

O

t

"++ -

'

CHjCH2CH2CH2COCHj Ruptura cednica CHJCHrCH2CH2COOH+ CH3COOH Acido a-valeriánico

Acido acético Ruptura ácida: reacción colateral

La cetona cruda contiene agua, EtOH, ácid0 adtico y Acid0 n-valeriánico. Se eliminan y se aislan el agua, elEtOH y la los ácidos lavando con NaOH acuoso. Luego se destila cetona. Se eliminan el EtOH y algo de agua al agitar con CaC1, concentrado en solución acuosa. Al separar la cetona de la capa acuosa,se seca sobreMgSO, anhidro y se destila.

12.

(a) En el problema 25.32 (pág. 909), vimos quea ls cetonas sufren una condensación de Claisen cruzada con los Csteres paradar pdicetonas. Igual que la cocdensación de Claisen la cetona ordinaria (problema 11 recién visto) tambiénCsta se puede invertir para generar y un anión carboxilato (en vez del Cster original). Usando el ejemplo del problema 25.32

na

CAPITULO 30

CARBANIONES I1

G);

CH,"C"CH2CCH,

1

OH

II

O

-

CHJCOOH

+

-CH2COCH,

+ CHJCOO-

+ CHjCCH, O I1

Si esteretro-Claisen se aplica a &dicetonas ciclicasesposible obtener productos útiles, con grupos carboxilato y ceto en una mismamolkula.

Enamina

N?H,

Cctona

1

base

HOOC(CH2)bPh

(c) Como en (b), excepto que utilizamos ClCO(CHJ7COOEt en lugar de PhCOCl. (El hcido azelaico, HOOC(CH,),COOH, es asequible por la degradacidn oxidativa del Acid0 oleico, presenteen las grasas (pág. 802).)

13.

n-CbH,,CHO

+

BrCH2COOEt

n-C6H13CHCH2COOEt

Zn

I

__f

OH P

n-C6HI3CHCH2COOEt

I

OH P

3

n-C,H,,CCH,COOEt

o Q

Un p-cetoéster

CARBANIONES I1

CAPITULO 30

14.

Puro

Una mezcla

IOf*. HzO2.

U

T HrO?,

UZO?

"0 "0 >Oti

HO

1,4-di0l

OH

1,5-diol

La hidroboración deles enlaces dobles sucede en las dos formas posibles dar T, una para un equilibrio, posiblementepor mezcla de isómeros1,4-y 1,5-. El calentamiento ocasiona una hidroboración reversible, dando casi por completo el isómero 1 5 , U, m& estable, el U es 9-BBN (Sec.30.7). cual contiene dos anillos de seis átomos. Durantelaoxidación se retienelaconfiguraci6n(problema 17.9, pgg. 638). Por consiguiente, la formaciónlos decis-dioles indica que el puente es cis tanto en el 1,4-, como en el 1J-borano, lo que erade esperarse por consideraciones estkricas.

CAPITULO 30

CARBANIONES I1

(Knight,E. F. y Brown, H.C., "Cyclic Hydroboration of 1,5-Cyclooctadiene. A Simple Synthesis of 9-Borabicyclo [3.3.1] nonane, an Unusually Stable Dialkylborane", J. Am. Chem., Soc., 90,5280 (1968))

H

I

+ OH- e

Ar-C-O1

H

I

Ar-C-OI

0-

OH

Ar-

+ H20

+ H20

--3

ArH

+ OH-

(Bunnett, J. F., Miles, J. H. y Nahabedian,K. V., "Kinetics and Mechanism of the Alkali Cleavage of 2,6-Dihalobenzaldehydes",J. Am. Chem.Soc., 83,2512 (1961).)

16.

La aritméticaquímica,

indica la combinación de dos moles de lactona con pérdida de un 30, lo que sugiere una deshidratación: indudablemente una condensación detipo aldólica, seguida de O

yButirolactona Dos moles

V

V es una lactona (un éster) y un éter vindico. Ambosgrupos funcionales son rotos por HCl concentrado: el vinil éter da una cetona y un alcohol (véase la respuesta al problema 14, Cap. 21); la lactonada un alcohol y un &ido carboxílico.En este instante tenemosun

CAPITULO 30

CARBANIONES I1

"

H20

P

H2C

/

CH \2

I

H2C\

O\

' ' .\ HZC"CH2

' O

C-CH

C- OH OH

a -

co1

OH Cetona-alcohol Acido-alcohol Un dihidroxi-P-cetoácido

Eter-ester vinílico V

CH2 H,C' 'C--CH2

CI

II \ / O H2C-CH2

1

HZC\ CI

Diclorocetona W

dihidroxi-pcetodcido; la descarboxilacidn y el reemplazo de los dos "OH por el 2 1 da W. En presencia de ácido, la cetona W sufre UM alquilacih intramolecular en cada uno de los carbonos a para dar diciclopropil cetona.

Diciclopropil cetona

17.

(a) R X

+

COOEt

I

NaCHCCH,

I,

O

-

COOEt

I

RCHCCH,

I1

O

X

Nerolidol

coo -

I % RCHCCH, 1,

O

caliente

RCH2CCHj

o Y

CAPITULO 30

CARBANIONES II

18.

(a) En el primer paso se pierde C,H,OH (C, zH,20, - C,,H,,O, = C2H,0H) lo que sugiere una condensación de Claisen intramolecular (condensación de Dieckmann, problema 25.30, pág. 908). Esto podría ocurrir en una dedos formas:

COOEt

BB

Estructurac.posibles

Dependiendo de cuál sea la estructura correcta para BB, la mentona podría tener unau otra de dos estructuras:

CC ?

Mentona Estructurmposibles

( 1 ) OEt -

I

C

c' ' c

Más probable: dos unidades isoprénicas

(c) La reducci6n confirma la estructura indicada (b). en

4-Isopropil1-metilciclohexano

A

A

Mentona

TI

(2) i-Prl

CAPITULO 30

CARBANIONES I1 CH2COOH

CH2COOEt

I

CH3COCCH2COOEt

I

A - CO?

I

CHjCOCCH2COOH

I

z

H

I I

CHjCOCCH2COOEt

HlO

I I

1 /

CH,-C-CCH,COOEt H&

H

MM

LL

CH2COOH HO CHzCOOEt HO CHJMgl

CHlCOOEt

H

COOEt KK Un S-cetoéster

MM

2EtOH. Hi

OH-

NN

Hi

"+

I I

1 1

CH,--C"CCH2COOH H3C

H

O0

Un y-hidroxiácido

o

Acido terpenílico

Una y -lactonu

21.

-0oc

'

1-2 -c-c-

'

I 1 + -C=C-

+ COZ + HZP04'

'(!)PO3H2

Elion dihidrogenofosfato, H.$'O, es mucho mejor grupo saliente, que el OH-, mhs fuertementebhico. La pérdida de CO, no conduce al carbani6n inestable, sino un alqueno a el quese lleva los electrones. neutro, estable, siendo H2Po, el En todas estas biosíntesis se manifiesta la quimica de los carbaniones -o algo quele asemeja-. Las unidades acetato se combinan para formar acetoacetatomediante lo que viene aser una síntesis mal6nica(Sec. 4 1.7). EnUM condensaci6n detipo ald6licose alrade otro acetato al acetoacetato para dar 3-metil-3-hidroxiglutarato,un precursor de seis pMida carbonos del ácido mevalónico. Aquí apreciamos la de CO, que finalmente genera el esqueleto isoprenoide - c o n lo que queda claro el camino hacia geraniol, farnesol, escualeno, lanosteroly colesterol; o bien enun organismo diferenteal caucho-. (Vhsela referencia citadaen la respuesta al problema22, Cap. 10.)

Compuestos carbonílicos a, p -no saturados Adición conjugada

31.1

+ EtOH

(b) CH3CH=CHCOO-

(a) CH,CH,CH,COOH

(c) PhCH=CHCOO-

+ CHI,

( e ) CH,CH=CHCOO-

+ Ag

(d) CH,CH=CHCH=NNHPh (f) PhCHO + PhCOCHO

(h) meso-HOOCCHBrCHBrCOOH

(g) CH3CH2CH2CH20H

(i) racémico HOOCCHOHCHOHCOOH

31.2

A, PhCHZCHzCHO

(b) PhCH=CHCHO

(c) PhCH=CHCOOH

C, PhCH=CHCH,OH

B, PhCH2CH2CH20H

- Hz0

+

2tfi

(d) (CHJ,CHCH=CHCOOH

PhCHO

PhCHO

+

+ (CH3C0)20

+ CH3

HO

(Condensación de Perkin, problema 25.22e)

(CH&CHCH2CHCOOH

I

Br

-

como en el problema 30.1 (b)

581

CAPITULO 31

31.4

COMPUESTOS CARRONILICOS

(a) CH,=CHCN Acrilonitrilo OH

Acrilato de metilo

CH,

I

1.

<

HOC1

C H I - CH2

CI

-;io

CH2CHzCOOMe

I

M$H

CHzCH,CN + corno en (a) I

OH

CH3 (C)

CH2--CH2

OH

(b) CH2=CHCOOMe < OH

CHzCH2CN

- HHi zO

I

I

CH2=CCOOMe <-::o Mctacrilato de metilo OH

CH3CCOOMe

I

4

M$H

OH

CH? i CH3CCN CH3CCH3

I

II

O

CH3

(d) -CHzCH--CHzCHI

1

COOMe CN Lucite, Acryloid Orlón

31-5

(a)

CH2CH-CH2

I

1

OH OH OH OH OH OH Glicerol

I

-CHZC-

-H20

t

i

COOMe Plexiglhs

-Hz0

tautom.

CHzCH=CH CHzCHzCHO

I

I

I

+ CH,==CHCHO

Acroleína

(b) CH2==CHCOOH CH,=CHCHO acrílico

Acido

Acroleína

31.6

Todas sonmenosestablesque

31.7

IV es una mida, formada por la adición nucleofílica y elsubsecuentecierredel anillo mediante la formación de unamida.

I.

CAPITULO 31

COMPUESTOS CARBONILICOS

-

Mediante dos adiciones nucleofilicas sucesivas.

31.8

+ NHj

CH,=CHCN

CHzCHzCN

I

NH2 CHzCHzCN

+ HzNCHzCHzCN

CHZ=CHCN

" +

H-N

I

I

CHZCHzCN

Mediante dos adiciones nucleofílicas sucesivas.

31.9

+

CHZ"=CHCOOEt

CHjNH2

CH2CH2COOEt

-

CH~NH

+ CHzCH2COOEt

CH2=CHCOOEt CHzCHzCOOEt

I

CHjNH

-

31.10 (a) CH,CH--CHCOOEt HIC-COOEt

I

COOEt

(b) CH2-CHCOOEt CH2COCH3 H 2C"COCH3

CH3CHCH,COOEt

I

CHzCH2CQOEt CH3-N

" + " +

H-C-COOEt

I I

-

I

CHzCOOH

I

COOEt

-

A

B ruptura acetona

CHzCH2COOEt

I

_____f

H-C-COCHj

CHZCHzCOOH

I

I

I

COOEt

COOEt

D

C (C)

CH,CHCH2COOH

CH2-CHCOCHj

"-+

CHzCHzCOCH,

I

H-C-COOEt

HzC-COOEt

I

I

COOEt

COOEt

E

(d) PhCH -CHCOPh

PhCHCH2COPh

" +

I

CHZCOPh

HCHzCOPh

F

(e) CHz-zCHCN HzC-CN

I

CH=CH2

" +

CHzCH2CN

I

H-C-CN

I

CH-CHZ G

"'O'

CH2CHzCOOH I H-C-COOH

I

CH=CH2 H 583

CAPITULO 31

CARBONILICOSCOMPUESTOS

(f) EtOOCCECCOOEt

+ EtOOCCCHCOOEt

H-C-COCH~

HlC-COCH3

I

I

COOEt

COOEt

I

(g) EtOOCC=CHCOOEt

I

H -PC"COCH

i

OH- conc. ____f

Ruptura

HOOCC-CHCOOH

I

a Úcido~

CHZCOOH

3

COOEt I

31.11

(a)

J

C,H,,O,

C*H,4 0 5

éstermalónico formaldehído

+ CH,O

- C,H,,O,

producto K

pérdida de H,O: sugiere condensación aldólica

OS H

I

+

HC O

H,C(COOEt)Z

H,C--CH(COOEt)2

-

n20

___f

I

OH

COOEt / H,C-=C, 'COOEt K

COOEt

EtOOC, ( b)

COOEt

/ CH

EtOOC

/

PCH2- CH, L

HOOC,

COOEt

(c 1

CH--CHz -CH,

EtOOC

EtOOC,

/ CH2

EtOOC

malónico

EtOOC, /

M~chael

t "

/

'COOEt

+

/

COOEt

Ester

-3

K

-CH2 CH HOOC

/

COOEt

HzC C ,

-CH

,COOH 'COOH

2c0, ____, -

L

HOOC(CH2))COOH Acido glutárico

UCIalvIla

Ciclohcxanona

MVK

CAPITULO 31

COMPUESTOS CARBONILICOS O

o

(CH3)zC Oxido de mesitilo

Ester malónico

9

O

M

H H

31.14

PhCH"CH2"C

N

Mlchael

O ¡I

Br +"---- PhCH=:CH-C

oG

B

r

+

Q

1,3-Ciclopentadieno Acido (Sec. 13.10)

CAPITULO 31

COMPUESTOS CARBONILICOS

(b) Cuando se adiciona el ani6n del malonato al ion de íminio, etilo nose forma un carbani6n

como el I de la página 1067, sino la molkula neutra V, mucho más estable.

(c) Una aminaterciaria no tiene prodn que perder,por lo que no es capaz de generar un ion iminio.

o

31.16

I

ChHs

'

Dd-Alder

II

O

C,H5 1,4-Difenilmaleico 1,3-butadieno

0

Anhídrido

O

O

1,3-Butadieno

2-Ciclopentenona

1,3-Butadieno Dos moles

31.17

(a)

""@

t t),ela-Alder " -

O 1 p-Bcnzoquinona

\

-+

;"i I1

O

3-Etoxi1,3-pentadieno

COMPUESTOS CARBONILICOS

CAPITULO 31 OH

O

31.18

31.19

(a) Su facilidaddeoxidación.

+

6

+ 2H' +

2e-

O

(b) Su facilidad de reducción.

31.20 N-OH p-Nitrosofenol Monoxima de

Fen01

1.

Acroleha: CHz=CHCHO

<-Elo

+ OH-

la p-benzoquinona

HCHO

+

CHICHO

(Oelproblema31.2,

página Crotonaldehído: 892. Cinamaldehído: página893. Oxido de mesitilo: página892. Benzalacetona: página893.

pág. 1062)

"

Benzalacetofenona: página893.

-

CAPITULO 31

COMPUESTOS CARBONJLICOS

+!E$

Dipnona: PhC CHCOPh CHI

I

PhC==O + CHjCOPh 1

CH?

Acido acrílico: de acrilonitrilo, problema 31.4 (a), p6gina 1063. Acido crotónico: rrans- CHICH -CHCOOH

Ag(NH,)z'

Acido isocrotónico: cis-CH,CH=CHCOOH

+H>.Pd

trans-CHjCH- CHCHO (pág.892) coz

CHJC-CCOOH

CH3C=CMgBr

f"

* McMgBr

CH,C"CH

Acido metacníico: página761. Acido sórbico: CH3CH=-CHCH=CHCOOH

4

Ag(NH')2+

CHjCH-=CHCH=CHCHO m-

CH3CHO

+

1-

H20

CH3CH"CHCHO (página 892)

Acido cinámico: problema 25.22(e) (condensaci6n de Perkm), página904.

Acido maleico:

cis-HOOCCH-=CHCOOH

*

HC-CH

/

\

25lt300 C

cis-

HOOCCHZCHZCOOH HOOCCHrCHCOOH (problema 5a,pág. 836)

y trans-HOOCCH=CHCOOH

+I

KOH(alc)

I

Br

(En realidad se obtiene mediante anhídrico maleico por oxidaci6n catalítica del benceno.) Acido fumárico: rrans-HOOCCH=CHCOOH 4 trace'HBr luz (Veáse el problema12 pág. 556)

HC-CH Anhídrido rnaleico:

04

1

\C \()/ \o

calor +"-

c~s-HOOCCH=CHCOOH Acido maleico (véase un poco antes)

ácido maleico o fumáriico (véase un poco antes)

COMPUESTOS CARBONILICOS

CAPITULO 31

Acrilato de metilo: problema 31.4(b), pdgina 1063. Metacrilato de metilo: problema 31.4(c), página 1063.

+

Cinamato deetilo: PhCH XHCOOEt PhCHO

CH,COOEt

Acrilonitrilo: problema31.4(a), página 1063.

(C)

t CHI, (d) PhCHO

PhCH CHCOONa

+

CH3CCH0

/I

1

CI

(i)

O

I

I

O

CN

PhNH

II

I

O

NH2

I/

O

I

1

Ph

COCH,

Ph

I1

I

O

( n ) PhCHCH2CCH,

I

O

I1

NHOH O

I

Ph

(r) CH!CCH,CH-C(COOEt),

I1

CN

CH,CCH,CH"CHCOOEt

PhCHCH2CCH3 CHj-NH

11

O

(9) CH,$CH,yH-?HCOOEt

(S)

O

11

O

Ph

(k)

(p) CH,CCH2CHCH(COOEt),

(o) PhCH=CHCCH-CHPh

O

11

O

OH

(m) PhCHCH2CCHJ

PhCHCH2CCH3

I

1

O

(J) PhCHCH25CH3

ll

O

(h) PhCHCHlCCH,

'I

Br

PhCHCH2CCHl OCH,

(I)

(g) PhCHCHlCCH,

I

Br

Br

O

(f) PhCHCH2iCHj

(e) PhCH-CH-CCH3 I II I

O

(t)

I

Ph

9

PhCH,C-O

I

CH,

(") A

C

O \C Ph H

,

CAPITULO 31

3.

CARBONILICOSCOMPUESTOS

El enlace C-C formado en cada una de a lsadiciones de Michaelse indica mediantela línea punteada. El "€00- perdido en descarboxilacionesposteriores (ve& el problema 4, más adelante), se indica con letras en negrita en los incisos (aHi). H

Ph (a)

Ph--C-CH,CH

I

Ph

tC-CN

(b) EtOOCCH2CHi-C-CN

' I

I1

o

'

COOEt

COOEt

1

:

(c) EtOOCCH,CH+-CH

H

~- COOEt : I COOEt

HIC

H

O

HXC

COOEt

H3C

(g) EtOOCCH,CH+C-COOEt

(d) EtOOCCH -C+ CH-COOEt

: I

COOEt

1

COOEt

CH3

'

I

COOEt

O

I!

: I

I

: I

:

EtOOC

CH,-C-CH~CH+CH-C-CH~

II

Q

(h) E t O O C - C H i C H , i C H - - ~ C O O E t

I !

: I

COOEt

I :

I : (f) CH3~-C"CH2C+CH-C -CH3 I1 I : / 6 H3C COOEt

CH, : I

I

I

COOEt

3C

! : I ( e ) CH,--C---CH2C+C ~-COOEt ¡I I ; I

(i)

H

' i

I

: I

(j) M e O 0 C C H 2 C H 2 S C H 2 N O 2

O COOEt COOEt CHzCHzCN

CH3

H

H3C

: I ; I ( k ) EtOOCCH2CH+C+,CHCH,COOEt : I ' 1

(I)

,"-,

NCCH2CH2tCKH2CHZC N

: i

NO2

'-

NO2

(m) NCCH2CH2-CC13

Ph

4.

I

(a) Ph-C-CH2CH---CH2COOH

/I

Ph

I

(b) HOOCCHzCH--CH,COOH

O COOH

I

(c) HOOCCHzCH-CHZCOOH 590

COOH

I

(d) HOOCCH-C-CH2COOH

CARBONILICOS COMPUESTOS

31 CH3

CH3

I (e) CH~"C"CH2C-CH2COOH I I' CH, O H3C

I I

(f) C H ~ " C - C H 2 C - C H 2 " C " C H ~

I1

I1

O

CH3

O

CH3

I

1

(h) H O O C C H ~ - C H ~ " C H ~ C O O H

(g) HOOCCH2CH"CHCOOH

CH3

(i)

I

CHj-C-CHZ-

CH-CH2-C-CH3

II

I1

O

5.

(EtOOC),CH,

O

+ PhCH=CHCCH=CHPh +

HZC(COOEt),

I1

Doble

O Ph

H

I

1

I

I

H

Ph

I I

1 I

EtOOC-C-C-CH2CCHz-C-C-COOEt EtOOC H

II

O COOEt H A

O

O

c /I

HC/ I1 PhCH

I

,CHPh CH

COOEt EtOOC

/ \

B

,Michaelintemo

~

H2C' 'CH,

6

I

I

PhCH \

COOEt EtOOC

/

,,CHPh C

\

C

o

S91

COMPUESTOS CARBONILICOS

CAPITULO 31

o

,

O

O

O

,I

? CH 3 1,4-Dimetil-

Anhídrido maleic0

COMPUESTOS CARBONILICOS

CAPITULO 31

1,3-Butadieno Bexualacetona

COOH

I

C C

'S,

COOH 1,3-Butadieno

(e)

I

COOH Acido acetileno dicarboxílico

A

O

W-8 + o

O

1.3-Ciclopentadieno p-Benzoquinona

\

1.1'-Biciclohexenilo (I, pág. 1076)

O

1,4-Naftoquinona

(11, pág. 1076)

-o+

CHCHO I/ CHCH, 1,3-Ciclopentadieno Crotonaldehido

1,3-Ciclopentadieno dos moles

CAPITULO 31

8.

CARBONILICOSCOMPUESTOS

Si trabajamos este problema despreciando por el momento la estereoisomeria, llegamos a: O

O

I

o

O Anhídrido maleic0 H,,COCI C

II

C ClOC’ ‘H Cloruro de fumarilo

E

D

F

Acido 1.2-ciclohexanodicarboxilico

COCl

COOH

H2, NI

&

COOH

H

G

COOH

1

1.2-ciclohexano-

Acido

dicarboxílico

q”z$)

Los productosfinales F e I deben ser, por consiguiente, los &idos 1,2ciclohexanodicarboxílicos estereoisomCricos:

(!-?

$z:>

H

HOOC COOH H

COOH HOOC

F

I

Meso: m se puede resolver Acid0 cis-1,2-ciclohexanodicarboxílim

(7

Recémico: se puede resolver Acido tram-1,2-ciclohexanodicarboxíh

Trabajando retroactivamente a partir de estos últimos, podemos apreciar la reacción que de Diels-Alder implica una adición syn.

H

H

D

Producto cis

G

Producto trans

f-

Adición syn

CAPITULO 31

c Ho +

O

cis (meso)

O

OH KMnO, frio

H

610

IH

\

I1

O

O

Y

COOH

\

H

HO &O0

COOH

meso

meso O

H

H

H

H

KMnOl. calor

(a partir de (c),justo aqtes)

10.

COOH

-- COOH

FH rf.. H H

H

CHzCOOH

HOOCCHz

HOOCCH~

CHzCOOH

"

- - COOH

HO

0

COOH

COOH

meso

(a) Se produce el conocido desplazamiento-1,2 de metilo para generar un carbocati6n más estable, seguidode la eliminaci6n de un prot6n.

COMPUESTOS CARBONILICOS

CAPITULO 31

(b) Ya vimos en el problema 25.20 @ág. 903) que los hidrdgenos y de los compuestos carbonííicos a,pno saturados son kidos; el carbonidn que resulta de eliminar uno de esos

protones interviene enUM condensación de Claisen.

EtOOC-C-CHzCH=CHCOOEt

O

(c) El grupo fosfonio, atractor de electrones, activa el doble enlace hacia una adicidn nucleofílica porel ion fenóxido; el producto de adicidn XI1 sufre luego una reaccidnde Wittig intramolecular.

(d) El carbono del iluro tiene carhcter nucleofílico y, en el primer paso de la adición nucleofílica conjugada ataca al ester a,/%no saturado del C-3 para generarel ani6n XIII. A continuación, elPPh, se desplazaen UM reaccidn intramolecularde sustitucidn nucleofílica.

XI11

CH,"CH"CH"COOEt \ /

CH2

(e) Se forma bencino, que sufre una reaccidn de Diels-Alder con el furano. O

I\

Furano (Cap. 35)

Bencino

Br

+ PPhj

31

ARBOMLICOSCOMPUESTOS

11.

La adición nucleofílicade H20a un aldehído a,pno saturado genera el aldol, XIV.

1

CHjCHO

El equilibriose desplaza hacia la fragmentaciónal eliminaruno de los productos (acetaldehído) por destilación.

12.

(a> HOOC-CH=CH-CH=CH-COOH

4

KoH(a'c)

HOOCCHCH~CH~CHCOOH

!

Br

2Brl

i

I

Br

P

HOOCCHzCH2CHzCHzCOOH Acido adípico

(b) HCgC-CHO

+

HCzC"CH(OEt),

base

H H

I

i

I

!

HC-C-CH(OEt),

Br

I

Br Br

CH,TCH"CH(OEt), (L del problema 14a, que se verá enseguida) " C H O protegido

597

CAPITULO 31

COMPUESTOS CARBONILICOS

(d) CH3-C---CH=CH2-CH,

--C"CH

I;

I

O Ceto

-

CH2

+

H,O, Hg'.

HC=-C"CH=CHZ Vinilacetileno

H b

OH En0 I

EtOOC,

(e) HOOCCHz-CHCH2COOH

I

- co d&s

Ph

EtOOC

CH--CHCH,COOEt

/

I

Ph

1

Adic. de Michael

EtOOC, EtOOC

EtOOC

O bien, vía

+

\Hz EtOOé

PhCHO

+

/

,COOEt HzC, (Knoevenagel, seguida por Michael) COOEt

CH2

+

PhCH=CHCOOEt Cinamato de etilo (problema 1, visto antes)

un cw-

H2 0

( f ) HOOC---YH -CHzCOOH ~ N ~ ~ C - C H - C H z C O O E t f - - " h C H - C H C O O E t I Cinamato de etilo Ph Ph (problema 1 antcs visto)

T

H ti7

13. .Espermina

H

I

N C ~C H * C H 2 - N ( C H 2 ) ~ ~ - ~ C H * C H 2 C N

H?SOn, calor

14. (a) CH2"CH---CH2

-(~rob)~~yf CHl-CH-CHO

OH OH

J, acroleína

I

OH

I

I

Michael

CAPITULO 31

COMPUESTOS CARBONILICOS

HCI

"-+

CH,=CH--CHO

]

CH2-CH2-CHO

l

CI

.

J

H

::2-CH2-C-OEt

I

I OEt

K

Aldehído protegido por formación de acetal

CH~"CHz--CH(OEt)2 C1

-

K

CH2-CH-CH(OEt), OH

OH

(b)

I

H'

I

OH

CH,=:CH-CH(OEt),

OH-

I

OH M

K Mn o 4

OH

M

CH,-CH-CHO

I

Hidrólisisdel acetal a aldehído

1

+

(Prob31.IOf)

Mlchael

H2C-COOEt EtOOC-C-CH-COOEt

I

H+

-OOC-C -CH-COOI H-C-COO-

"-j

calor

HC-COOEt I

I

COOEt O calor

- coz

HOOC-C-CH-COOH

coo

P, ácido aconitic0

~

H+

-00C-CH-CH2-C00I H-C-COO-

I

coo Ph ( 4

\

c-c li I1 O

CHzPh PhCH2

0

/

Ph

C

I1

O

/

I

CHzCOOH

tricarbalilico R, ácido

-

Ph \

doble aldol \

calor

-c02 ' HOOC"CH"CH2-COOH

-

base

I

CHzCOOH

I

OH-

1

L

COOEt

Q

1

OH

N, gliceraldehído

EtOOC-C~-C-COOEt

O

CH2"CH--CH(OEt),

Ph'

/

P ic

c

C \'

/I

Ph El anillo se forma por la

Ph

O S, tetrafenilpentadienona ("Tetraciclona")

interacción dos base de moléculas bifuncionales

COMPUESTOS CARBONILICOS

CAPITULO 31

o

o

Ph

o//e ' ol

S

T

Anhídrido maleic0

Ph

O

Ph

O

calor -CO.

-

HI

Ph

U

Anhídrido tetrafenilftálico Aromatizacidn mediante la pérdida de CO t 11,

Aromatización por pérdida de CO

O PI

Ph

Ph

C

Dlels-Alder

Ph

H

Ph

(f) CH3-C

I 11

O

Ph

+

BrMgCzCOEt

__f

H

I I

CH,-C--C-COEt

Ph Ph

-calor CO

V

S

CH3

-6

"Ph

Ph

W

Pentafenilbenceno

H+

+

I

CH,-C-C=COEt

I

OH

OMgBr

X

i

Hz

Pd/CaCO,

CH 3

I I

CH,-C-CH=CHOEt OH Y

COMPUESTOS CARBONILICOS

CAPITULO 31

CH3

I

H2

CH,-C-CH-CHOEt

I

I

H+

OH Y Un iter vinílico

CHJ

H CH, CH,"C--CH2"C=O I I

0

éter vinílico (problema 1 4 , p á g . 777)

OH

H

I I CH3-C"CH2-C-O I

CH3 H CH,-C=CH"C"O I I

H' H2

OH

Fúcil ruptura de un

0

P-Metilcrotonaldehído (Tiene el esqueletodel isopreno: útil en síntesis)

CH 3

I (h) CH~-CC=CHCOCH~+ H2C-COOEt

I

CH3

3i%CH3-C-CH2COCH3 I I

COOEt H-C-COOEt

I

COOEt

cc

COOEt

+

CHBrJ

I

coo -

CAPITULO 31 H

(i)

I

+

CH3C=0

-

-:C--CCHJ

COMPUESTOS CARBONILICOS

-

H

I

H+

CH3-C-C-CCH3

!

O-

CH3-CH-C-CCH3

I

OH DD

YK2cr201

CH3-C-C~CCH3

11

O €E, 3-pentin-2-ona (,)

CH~-C-C-C-CHJ

H20 z H+,Hg'+

II

tautom. CH3-C-C-C-CH3 CH3-C-CH2-C-CH3

I1

I

O OH H

O

EE (inmediatamenteantes)

!

I/

!I

O O FF, acetilacetona (2,4-Pentanodiona)

Enoi

Hidratación de un alquino (Sec. 11.10)

CH3

(1)

I

~H~-C=CHI

HOC1

CH2-C-CH2

I

c1

I H20. H + C H , " C - C H 2 y I I 1

I

CI

I

!

CN HO CN

HO C1 HH

/CH2\COOEt (m> HZC, ,CH2 CH2 I COOEt

I1

O

OEL-

I

HC=C-CH2

I

I

COOH COOH JJ

Condensación de Claisenintramolecular (Dieckmann) (problema

COOEt

25.30, pág. 908)

KK

LI

KK

o a C EtOOC

CH3

c H 2/'H

LL

~

0

'

base -H20

,

Condensación aldólicaintramolecular no así los vinílicos COOH MM

COMPUESTOS CARBONILICOS

CAPITULO 31

Cl

Cl N N , un cetal

CI NN

O0

PP

1

H

La hidrólisis del cetal descubre la cetom

+

,I:1:::;

QQ, 7-cetonorborneno COOEt

(0)

COOEt H&H CHI-CHCN

I

COOEt

Mlchael

COOEt

COOEt I

COOEt

I

+

HC-CH2CH2CN COOEt

xx

YY

1

EtOOCQNH

O

zz

Una amida

CAPITULO 31

COMPUESTOS CARBONILICOS

o BBB

AAA

ccc

(

15.

)- Prolina

Al igual que otros reactivos nucleofílicos, el de Grignard puede adicionarse de manera conjugada a compuestoscarbonílicos a,p n o saturados.

p

-

I1

O

,I

PhCH=CH-C-CH3

H+

MgBr+

PhCH-CH=C-CH,

I

Et

O

/i

PhCH-CH2-C-CH3

I

'"

OH-,

CHI,

Et

CH,

16.

I

(a) Et00C-CH-CH-CH-COOEt I

I

+

Michael t "EtOOC-CH,

I

c?>

/

CH,

O

I11

Una Gdicetona

CH,CH:=C-COOEt I

c

O" \CH, Cetona a,p-no saturada aldol

HO,

,CHI C H2C' 'CHCOOEt

,

I

o""cH

CHCH,

I

COOEt IV

Una b-hidroxicetona 604

aldol

L

I COOEt Ill

t

-H,O

COMPUESTOS CARBONILICOS

CAPITULO 31

(b) IV es la estructura correcta. f

h

d

i

IV

El espectro deRMN es demasiado complejo para una moléculatan simCtrica como 111, de la cual sólo cabría esperar seis seilales.

f R

U

a

d

P

CH3CH2OC-CH-CH-CH-COCH,CH3

I

h

f

c

b

1

d e

f

111

doblete, 3H multiplete, 1H &iplete,6H doblete, 2H singulete, 6H cuarteto.4H

(Binns, T.D., y Brettle, R., “AnodicOxidation. Part I. TheElectrolysis of Ethyl Sodioacetoacetate in Ethanolic Solutions”,J. Chem. Soc., (C), 336 (1966).)

g+r:

COOH I

17.

C

COOH

Dlels Alder

I

CHzOH

DDD

H

EEE

CHzOH + CI-C-OMe

I/

EEE

-+

calor

O

‘O Me FFF

-co2. - MeOH

~

,Q,CH~ Tolueno

+

GGG

CAPITULO 31

COMPUESTOS CARRONILICOS

La estructura asignada a GGG se hace más patente por su fácil conversión en su isómer nu es 1,3,5-~icloheptatrieno, esta conversión limita tolueno; juntocon el hecho de que GGG severamentela cantidad de estructuras posibles. El espectro ultravioleta (Sec. 16.5) indica una conjugación extensa.(En realidad, la absorción se halla precisamenteen la longitud de onda pronosticada para esta estructura.) La conjugación también queda demostrada por la reacción de Diels-Alder. El espectrode infrarrojo (Sec. 16.18) indica un alargamientoC-H trigonal en 3020 cm", un alargamientoC= C conjugadoen 1595, y la flexión C-H fuera de plano esperada (pág.608) en 864 y 692 cm-'. Finalmente, la estructura concuerda con el método de síntesis. La conversión deEEE en GGG es de interés particular. EEE es un éster alílico,y se cree que sufreuna transpusicio'n alílicaa XV previa a la eliminación. Una transposición de este tipo pudria suceder por la ionización a un catión alílico y CH,OCOO-, seguida por una recombinaciónen un carbono diferente del catión híbrido; aquí lo que parece más razonable y una reformación concertadas de los enlaces,tal como se ilustra es que ocurran una ruptura a continuación.

La formación de GGG implica la pirólisisde un tster, un método suave y bien conocido base en la estereoquímicade las de eliminación, como queda demostrado en esteCon caso. pirólisis de ésteres (syn), parece probable que también aquí intervenga una reacción concertada.

c;
1

(página 870)

Lo más interesantede todo esto es que sea posible por aislar completo GGG. Es unas 30 kcalmenosestablequesuisómeroaromáticotolueno, por loquecabríaesperarsu transposición prácticamente instantánea al compuesto más estable. (De hecho, eso se En realidad, aunque fácil,la conversión dista mucho de ser predijo desde el año de 1943.) instantánea: necesita horas a temperatura ambiente. Es evidente que esta reacción tan endotérmica tieneUM energía de activación considerable, sorprendenle para una simple no surgió sino hasta los aiios transferencia de hidrógeno. La explicación de este fenómeno posteriores a 1%5, gracias al concepto de la simetría orbital (Cap. 33). Como veremos (problema 15 (b), Cap. 33), la sencilla ruta GGG de a tolueno está "prohibida", de modo que la reacciónse ve forzada a seguirun camino más difícil. (Bailey,W.J. yBaylouny,R.A.,"CyclicDienes.XXVI. 5-Methylene- 1,3cyclohexadiene, an Alicyclic Isomerof Toluene", J. Org. Chem., 27,3476 (1962).)

CARBONILICOSCOMPUESTOS

18.

CAPITULO 31

La enamina 111contiene un carbono nucleofílico por lo quesufre la adici6n de Michael al Cster a , p n o saturado.

111

Una enamina (Sec.30.8)

JJJ

CH2CH2COOCH3 KKK

19.

d H

(a)

d H

/

los CH,

C3H 3

q

aYb

HJC

\

o

VI1

Los cuatro metilos son no equivalentes: dos se hallan m k cercanosal puente de oxígeno que los otros dos.

m\

7

c-c

H3C/ 'C'

I1

J H J \CH3

-co

HK,

,CHI

/c=c\

Jc

CH3

O

-". . . ; .C h CH,

CH, O

O XVI

VI1

La pérdida de un CO da XVI (que puede ser singulete o triplete, Sec. 12.16). Cada uno de los carbonos terminales XVI de contribuye con un electr6n para formar un enlace y producir un segundo CO paragenerarelalqueno. Queda unaciclopropanona,laquepierde demostrado queXVI es intermediariopor el hecho de que puede ser atrapado furano, con dando el productoVI1 de la adici6n-1,4.

CAPITULO 31

20.

C,H,CH

CARBONILICOSCOMPUESTOS

O

+

PhNH,‘ Z

o

C‘,,H,C‘H NHPh t 1 4 2 0 Un ion iminio

El ion anilinioreacciona con knzaldehído paraformar un ion iminio,queesel compuesto al que realmentese adiciona la semicarbacida.DespuCs de la adicidn, elgrupo -NHPh se hidroliza y se forma la semicarbazona. Es mucho más rápida la adici6n al ion iminio al grupo que carbonilo, debido a que no hay un desarrollo de carga negativa que deba ser acomodada por la molécula (VCase la Sec. 21.7).Este mismo tipo de activación se podría lograrpor la protonación del grupocarbonilo ( V h s e la pág. 759), pero esto requeriría UM acidez tan elevada que gran parte de la semicarbacida existiría ensu forma protonada, no reactiva(Sec.21.12). Aquí, como en el problema 3 l . 15 antes visto, apreciamos una catálisis para la adición nucleofílica ejercida por arninas, no precisamente por la basicidad de Cstas, sino por SU capacidad de generar iones iminio intermediarios.

21.

-OOC--CH- ~ C H -COO-

Brz

”~, coo

\ < COO-

H +

c

-0OC-C-Br

”---,

,c\

/’

‘CHBr O\ C /‘

Este experimento es prueba de quela adición del bromose realiza en dos pasosy es electrofílica: el carbocatión (o ion bromonio) intermediario es atrapado por el ion carboxilato dentro de la misma moldcula, como antes por CI-, B r , I-, NO;, etc. (Sec. 8.14.) (Tarbell, D.S. y Bartlett, P.D., J. Am. Chem. Soc., 59., 407 (1937).)

22.

Como vimos enel problema 18, capítulo 29, se puede formar bencino por pérdida deN, y CO, de un orto-diazonio carboxilato(I,pág. 1040). Sabemos por la seccidn 13.10 que el ani6n ciclopentadieniloes aromático,por lo cual consideramos probable que la pérdida de N, y CO,a partir de la sal de IX dC el arinoXVII, relacionado coneste compuestoaromático no bencenoide. - 0 O C D N2

IX

@ XVll

Anión deshidrociclopentadienilo Un arino

El arino XVII es atrapado por X para dar el aducto Diels-Alder XVIII, el cual, mediante la pérdidade CO, genera el nuevo anillokncénico central de XI.

31

ARBONILICOSCOMPUESTOS Ph Ph

Ph XI

Ph

Ph XVlII

Ph

Ph

Ph X

XVll

Estoshallazgosproporcionanunapruebam& de laaromaticidaddelani6n pentadienilo, y de la validez de la regla 4n + 2 de Hückel (Sec. 13.10 y 33.6).

ciclo-

(Martin, J. C.y Bloch D.R., "The Dehydrocyclopentadienyl Anion.A New Aryne", J. Am. Chem.Soc., 93,451 (1971).)

23.

Observamos aquíunaseriedereaccionesnucleofílicas:adici6n tipoMichael;luego,adicidn a un grupo carbonilo y, finalmente, una sustitución nucleofílica intramolecular.

(EtOO),C -CH,

\ /O\

,c-c

NC

XI1

/CH, \

CH.,

Transposiciones Carbono como vecino. Iones no clásicos

32.1

La transposición deCurtius implica un desplazamiento -1,2 hacia un nitr6geno deficiente de electrones, con la p6rdida de N, -, que es el mejorde todos los grupos salientes. O

Y)/

R-C

N-NKN

ov

-

R"N=C=O

+

N2

RNHz

Un azida de acilo

+ COZ'

(Smith, P.A.S., "The Curtius Rearrangement", Organic Reactions,Wiley, NuevaYork, Vol. 111, Cap. 8.)

Hoocv vNH2 cv 32.2

La lactama IV sólo se puede formar si111tiene la configuracióncis. Puesto queI1 tambiCn es cis, la reacción debe efectuarse de tal manera que el grupo -NI-$ ocupe la misma O\

CONHz

" f

HOOC

N --H

- H20

CH3 I1

111

IV

Amida cis

Amina

Lactama cis

posición en 111que el grupo "CONH, ocupaba en 11; esto es, la reacción se debe llevar a cabo con retención de la configuración en elgrupo que migra. 611

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

32.3

La conclusión es exactamente análoga a la expuesta en la sección32.5 para la transposición 1090)demuestra quela migraci6n ocurre en de Hofrnann. El efecto del sustituyente @6g. quesea rápido el paso determinante de la reacción, demodo que hay dos posibilidades: (2) y reversible, seguidopor un paso (3) lento; o que (2) y (3) sean concertados. Peroel paso (2) invertido es la combinación de la especie deficiente de electrones con el agua; si esto lo cual es contrario sucediera, el hidroperóxido sin transposición debería tener -18, oxígeno (2,3). a los hechos.Nos quedamos con la reacción concertada (Bassey, M., Bunton, C.A., Davies, A.G., Lewis, T. A. y Llewellyn, D.R., "Organic on the Formation and Decomposition of Organic Peroxides. PartV. Isotopic Tracer Studies Peroxides", J. Chern. Soc., 2471, (1955).)

32.4

(a) Migración de Ii

q j

3

(Ar = p -Told)

p -Mctilbenzaldehído (61%)

(b)El H rnigramás rápido queel p -tolil.

Migración de H

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

32.6

L o s carbocationesse forman como ya sabemos, R

X

+

Ag'

+

+

R.

AgX

(página216)

Y

y luego Ocurren transposiciones semejantes a las pinac6licas.

(c) Ph-CH-CH2

OH

l

H

+

l

OH

Ph H

H+ - H1 0

(e) Ph~-CH-CH-CHA

I

1

-ti*

+ PhCHzCHO

?OH Caticin bcncílico

HO OH

OH OH

1

II\

Ph

I (d) Ph-C-CH2 Ph-C--C--H I

d- H 3

Ph -CH-C-H

Id I O 9, I

-Hi

+ PhaCHCHO

H Caticin bencílico H+ d"H3 -HLO + Ph-CH-C~--CHA

COH Caticin bencílico

PhCH27CH3 O ~

TRANSPOSICIONES

CAPITULO 32

Catión bencílico

: Me Et

Id 1 3 '

Et-C-C-Et Me-C-C-Et

(h) Me--C-C-Et

I

1

H O OH

Me

I

I¡

1

Me O

Catión 3"

Mezcla que

. realmente

- HLO

Me-C--C~-Et

H+

--f

se

obtiene

Et

I

Me-C-C--~Et I1 I O Me

Catión 3" An Ph

An-&C--Ph

%

An I

And-C-Ph

I~

Ph O (En realidad 72%)

OH

H OO H (An = p-CHjOC6H4)

An

4*+

+ An-COH Catión bencfiico

32.8

I,

I C-Ph I

O Ph (En realidad 28%)

Las tres reacciones dan la misma mezcla porque todas procedenporlavíadelmismo Este posteriormente reacciona en de una dos formas que intermediario:un carbocati6n real. compiten entresi: por una transposición paradar pinacolona, o por combinaci6n con el disolvente paradar pinacol. Así, la transposicidn es deltipo S,].

TRANSPOSICIONES Me Me

I

1

I

I

Me-C-C--Me

HONO - N2

Me Me

I / Me-C-C-Me 1 1

- AgC'I

CI OH

Me Me

I

Me-C-C-Me \ /

I

Me

___

H2N OH

I

CAPITULO 32

H+ ~

O

_t

I 7 Me-C-C-CH, tramp.

Me Me

I

1

Me-C--C-Me 9 1 OH C'arhwatltin

I

I1

Me O Pinacolona

___

t H20 -

tlA

Me Me

I

I

I

I

Me---C-C--Me

HO OH

Pinacol

Si la transposición fuese del t i p SN2, esperm'amos diferentes proporciones de los productos a partir de l a s tres reacciones, ya que los distintos grupos salientes estarían parcialmente unidos enlos diversos estados de transición.

(Para revisionesdelatransposiciónpinacblica,v6asePocker, Y.,En Molecular Rearrangements, Parte I; de Mayo,P., Ed., Wiley -1nterscience: NuevaYork, 1963, Mgs. 15 -25; Collins, C. J., "The Pinacol Rearrangement", Q. Rev., Chem. Soc., 14,357(1960).)

32.9

Consideremosel pinacol protonado.La sustituci6n deun grupo -0qsin marcas por UM molécula de disolvente.(H,'Q) compite con la transposición. Cada uno de estos procesos SN2.La respuesta del problema 32.8 indica que puede ser o bien del tipo SN1,o bien del tipo ambos son del tipoSN1.Concluimos quese forman carbocationesy que se recombinan con agua a una velocidad dos o tres veces mayor que aquella con la que experimentan la transposición. Me Me

I I

1 I

Me-C-C-Me

ti+

HO OH Me

Me

Me

Me

Me O 615

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

(Bunton, C.A., Hadwick, T., Llewellyn, D.R. y Pocker, Y., "Tracer Studies in Alcohols. J. Chem. Soc., 403,

Part 111. Intermediates in the Pinacol-Pinacone Rearrangement", (1958)J

I/ \ OTs ,

OAc

-

H-

I

u\

Tosilato de treo -3 -fenil-2 -butilo Opticamente activo

H III

II y III son enantiómeros

Acetato de treo -3 - f e d - 2 -butiloracémico Opticamente inactivo

El ion puenteadoI es aquiral, y debe conducir a productos ópticamente inactivos, específicamente debido a que los ataques a y b producen enantiómeros, y en cantidades iguales. Ph

CH3 OAc V

Tosilato de eritro -3 -feni1 -2 -butilo Opticamente activo

HOAc IV Quiral

OAc

H

VI V y VI son el mismo acetato de eritro -3 -feni1 -2 -butilo Opticamente activo

El ion puenteadoIV es quiral.El ataque ya sea por la ruta c o por laruta d produce el mismo compuesto, ópticamente activo.

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

(Cram, DJ., “Studies in Stereochemistry. V. PhenoniwnSulfonateIon-pairs as Intermediates in the Intramolecular Rearrangements and Solvolysis ReactionsOccur that in the 3 -Phenyl -2-butanol System”,J. Am. Chem. Soc., 74, 104 (1952).)

CHzCHzOH

32.11

SOzCIF

CH~CH~CI

”Q

-

I

CH-CH,@ I

J

CHCH,

1 OH

Observado

(Olah, C.A. y Porter R.D., “Stable Carbonium CXV. Ions. The Ethylene Phenonium and Ethylene-p-toluoniumIons”, J. Am. Chem. Soc., 92, 7627 (1970). Para conocer los antecedentes de la teoría de los carbocationes, con especial énfasis en la observacidn directa de loscarbocationes de larga vida, Olah, véase C.A., “Stable, Long-lived Carbonium Ions”, Chem. Eng. News, 76 (27 de marzo de 1967).)

32.12

(a) Partiendo del clorhidrato de canfeno, escribimos ecuaciones d o g a s a (1) y (2) de la figura 32.1 en la pagina 1099.

VI

VI

Clorhidrato de canfeno

Cloruro de isobornilo 7

5

C I

1

Clorhidrato de canfeno

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

El ion cloruro se pierde del clorhidrato de canfeno con ayuda anquimdrica del C-6, para producir el catión puenteado VI (un híbrido delas estructuras yI I1 l o c a l i z a d a s en la pág. 1098).El catión VI puede sufrirun ataque por abajo ya sea en C-1 (ruta c ) o bien en C-2 (rutad).Adiferenciadelasrutasaybparaelnorbomilo(pág. 1099),lasrutascydnotienen la misma probabilidad:C-2 lleva un grupo metilo y el C-1 no.

El ataque en el C-1 genera el producto de transposición, el cloruro de isobornilo. El ataque en el C-2 (enel gradoen que ocurra) simplemente regenera el material de partida, y tiene otra oportunidad en la el clorhidrato de canfeno, el cual nuevamente pierde C1transposición. El ataque c en C-1 sólo genera el cloruro e m , el clorurode isobornilo. La formación del la carapor opuesta diastereómeroendo, el cloruro de bornilo, requeriría que el ataque fuera a (“por arriba”) de C-1, y éste se encuentra parcialmente unido C-6.

(b) El catión puenteadoI11 (pág. 1099) enel sistema norbomilo es aquiral, y el productoes por fuerza ópticamente inactivo; esto se debe de manera específica a que los ataques ayb dan enantidmeros y tienen la misma probabilidadde llevarse a cabo. Aquí, elcatih puenteado VI no es aquiral: tiene una estructura menos simétrica 111 que en C-3). Genera productos cipticamente a causa del metiloC-2 en (al igual que los metilos activos porque las rutas c y dno producen enanti6meros: dan lugar a diferentes compuestos, todos ellos 6pticamente activos.

(Para una serie de m’culos sobre ionesno cMsicos, v h e Bartlen, P.D.,Nonclassical

fons, W.A. Benjamin,Nueva York,1965.Paraelpuntode vistaopuesto: Brown, H.C., “The

Nonclassical Ion Problem”, Chem. Eng. News, 86 (13 de febrero de 1967); o bien, Brown, H.C., “The Norbornyl Cation “classical or Non-classical?”,Chem. Br. 2,199 (mayo de 1966); o bien, (con comentarios de P. von R. Schleyer), Brown, H.C., TheNoncZassicalfon Problem, Plenum, Nueva York, 1977.)

Y finalmente (L?): Grob, C.A., “Inductivity and Bridging in Carbocations”,Acc. Chem. Res. 16, 42-31 (1983); Brown, H.C., “The Energy of the Transition States and the of2 -Nohorny1 Derivatives. Where is theNonclassica1 Intermediate Cation in the Ionization StabilizationEnergy?”,Acc.Chem.Res., 1 6 , 4 3 2 4 0(1983);Olah,G.A., Prakash, G.K.S. y Saunders,Martin, “Conclusionof the Classical “Nonclassical Ion Controversy Basedon Acc. Chem. Res., 1 6 , 4 4 W 8 (1983); the Structural Study of the 2-Norbornyl Cation”, Walling, Cheves,“An Innocent BystanderLooks at the 2-Norhmyl Cation”,Acc. Chem. Res., 16, 44&454 (1983).

1.

Se llevana cabo desplazamientos sucesivosde hidr6geno paradar la transposición: primero de un cati6n 1O a un cati6n 2”.y luego entre varios cationes 2mComo se consume unaparte de cada cati6n al reaccionar con %O, cada vez hay menos de ellos para la siguiente transposici6n.

TRANSPOSICIONES

CAPITULO 32

V

( 4

3

CH.,CH--CHCHD2

o

3 CH3CH,CHCHD, OH I

V

?I

H

-\

.(

CH,CH-CDCH2D

o

3 CH,CH,CDCH,D OH I

,"y73

CH,CHCHDCH,D CH,,CH-CHCH2D

o

OH I

c

CH,CDCH,CH,D CH,CDCH2CH2D

o

I

OH

CAPITULO 32

2.

TRANSPOSICIONES

Ocurreunamigracióndelcarbonodel

anillo. 3

o bien

Alcohol -cetom 7 -Hidroxi -2 -heptanona

3.

(a) Ensaye las pruebas de yodoformo y de Tollens: bencil metil cetona, yodoformo positiva; a -fenilpropionaldeh,Tollens positiva; etil fenil cetona,yodofmo y Tollens negativas. (b)Bencil metil cetona a singulete, 3H b singulete, 2H c (aromático), 5H

4.

a-fenilpropíonaldehído a doblete, 3H b cuarteto, 1H (probablemente desdoblado otra vez en dobletes) c (arom&ico), 5H d doblete, 1H (CHO)

etil fenil cetona a triplete, 3H b cuarteto, 2H c (aromático), 5H

(a) La transposici6n de Eossen implica la migraci6n a un nitr6geno deficiente de electrones, y el IX)CR' desempeiía el mismo papel que el Br-en la transposici6n de Hofmann (Sec. 32.2) o que el N, en la transposición de Curtius (problema 32.1,pdg. 1084).

32

TRANSPOSICIONES

(b) Los sustituyentes donadores de electrones en K aceleran la migración, tal como lo hacen (Sec. 32.5). Los sustituyentes atractoresde electrones en en la transposición de Hofmann R’ hacen al W R ’ menos biisico y, en consecuencia, un mejor grupo saliente. La velocidad global depende, desde luego, tanto de la velocidad de migraciónde R como de la velocidad de migración de-0OCR’ que es lo normal si los dos procesos son concertados y Ocurren en el mismo paso.

(Pam una revisión delas transposiciones de Lossen y otras relacionadas,v6a.w Smith., P.A.S., en Molecular Rearrangements, Park I, de Mayo, P., Ed., Wiley-Interscience: Nueva York, 1963, pfigs. 528-558.)

5.

(a) A, PhCONHPh; B, PhNH,; C, PhCOOH. (b) Se observa claramente ha que ocurrido U M transposición: losdos gruposPh es& unidos el producto. al carbono en laoxima, y uno esd unido al niu6geno en

Oxim

OH I Ph-C-N-Ph

O H

% Ph-C-N-ph I/ I Amida

N -Fenilbenzarnida

(d) Por la transformación del “ O H en un mejor grupo saliente (menosbhico).

Ph

’

‘OH

Ph’

c?Cl

1 I

HzO - H +

PhCONHPh Ph \C=N Ph’ ‘OH

5

7

Ph ’t/‘C,N Ph’

COTS

”+

9

PhC=N-Ph

I

+ OTS

H2O - H +

PhCONHPh

(En realidad, el papel que desempefian los iicidos en la transposiciónde Beckmann no estácompletamenteaclarado.En(c)mostramoseliicidosulfúricocomo un agente en El PC1, puede protonante del“ O H , pero en lugar de ello puede convertirlo “OS0,H. transformar el “ O H en “OPCl,. Consulte las referencias quese dan m h adelante.) 621

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES O H

1

'I

CHf

G\OH2+

C H 3 7 V C ': N Ph' 2 O H2+

H+

oxima de la (2') -acetofenona

r

oxima de ( E ) -acetofenona

Ph I_ b:C--N, CH3'

oxima de la

H+

(2)-p -nitrobenzofenona

oxima de la ( E ) -p -nitrobenzofenona

H '

+zxx?

"

e H+

? H I

1

Ph-C---N-CH, N "etilbenzamida

"--f

O H

7

kt*

I1

I

CH3"C---N"Ph N -Fenilacctamida

6OHz+

O H

Ph T Y C =N, "f p-N02C6H4-C Ph p - ~ ~ z ~ 6 ~G \4o H ' ~+ N -Feni1 -p -nitrobenzarnida

-N-

0 7

P-NOZC~H~ V'C / --N,

Ph cetoxima (Z)-meti1 -n -propi1

CH,-C---N-- CH, N "etilacetamida

CH, -?q )v\C n-Pr

'

~

N<

G\OH2+

P h b C --N-C,H4N02-p

"+

GOHI+

-

A'-(pNitrofeni1)benzamida

O

'

H

I

n-pr-cN-CH, N - Metil -n -buliramida

O I1

cetoxima

+. CH 3-C -N -Pr-n N -n -Propilacetamida

(0 Hidrolice las amidase identifiquea lsaminas y los Acidos formados. (g) Ciclohexanona. Las oximas sustituidas apropiadamente existen como isómeros geomkmcos (problema 10,Cap. 26), y el productode la transposición depende de cud sea el isómero que participe: como se aprecia en (e), elgrupo trans (an@ al grupo saliente es el quese transpone. (Para una revisión de la transposición de Beckmann, vkase de la Mare, P.B.D., en Molecular Rearrangements, Parte I, de mayo, P., Ed., Wiley-Interscience, Nueva York, 1963, págs. 483-507;o bien, Heldt,W. Z., y Donaruma,L.G., Organic Reactions, Wiley, Nueva York, Vol. XI, Cap. 1.)

6.

(a) Hay tres desplazamientos posibles hacia el oxígeno deficiente de electrones. (i) Migración del hidrógeno

2 -Ciclohexenona

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

(ii) Migraci6n deun grupo alquilo, 4%:

Hemiacetal o bien

H O C H ~ C H ~ C H Z C H- C H C H O Alcohol -al&hído

6 -Hidroxi -2 -hexenal

(iii) Migraci6n deun grupo vinilo,
CH:

OH Alcohol -al&hído Enol

o bien

OHCCHZCH~CH~CH~CHO Adipaldehído Ceto

De Cstos, S610 el último produce adipaldehído. Mas aún, nos damos cuenta de queuna (catalizadapor &ido) del adipaldehído puede producir condensacidn ald6lica intramolecular el ciclopenten - 1 carboxaldehído. (Recordemos queen una condensaci6n ald6licacatalizada con &ido (problema 25.12, pág. 899) el ácid0 cumple Con dos funciones: cataliza la enolizaci6n de unamolkula (el nuclehfilo),y protona al otro grupo carbonilo,haciCndolo más electrofílico.) HC OH+ H2C'

I

1

CH \kHO

HzC, ,CHO CH2

"f

Enol -aldehído protonado

I

- H+

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

adicionales que puedeutilizar para formar uniones. La migraciónde un grupo vinilo no implica necesariamente un estado de transicih que contengaun carbono pentavalente(IV, pág. 1090) sino que también puede ocurrir por la vía de un ep6xido intcrmediario.

7.

TransposicióndeHofmann con R = NH,.

+

H,N--NHz Hidrwina

C'O,'

Ar,C~-O--OH

Un hidroperóxido

Luego tste sufre UM transposici6n como la analizada en la sección32.6. Ar,C--O-oH

Midroperbxido

e H+

Ar2C--O-OHz+

Lf

" f

Ar2C-O--Ar

H

?H Ar2C-OAr

Hemicetal "-f

Ar2C= O Cetona

+ ArOH Feno1

TRANSPOSICIONES

32

(b) La aptitud migratoria relativa (Sec.32.7) de los grupos aril0 incluidos es

L o s productos principales esperadosson:

9.

(a)Se puedeformarcualesquierade los dos cationes 3-t y enseguidamigra o bienel "CH, del anillo,o bien el C,H,.

1protonado

Catión 3'

( R = Et)

OH I protonado

Catión 3"

( R = Et)

I1

(R

= Et)

O

+

Ill

(R

=

Et)

(b) Solamente se forma el catidn bencílico m& estable, porlo que sólo el "CH, del anillo puede migrar.

I protonado ( R = Ph)

Catión bencílica

(R

I1 =

Ph)

(c) Se puede formar cualesquiera losde cationes 3" y despuCs migra elCH, o el -€$del anillo.

Catión 3'

Catión 3' 625

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

(d) La pérdidade cualesquiera de los dos "-OH produce el mismo catión; predecimos la migraci6n más común del Ph.

Ph -ti+ __f

I 1

CHI --C-C--CH,

I1

O

Ph

3,3 -Difeni1 -2 -bumona Prueba de yodoformopositiva Producto esperado

-Hi

+ PhCHzCHlCHO

2 -Fenilpropanal Prueba de Tollem positiva Producto esperado

-Hi+

" "

PhCH*---C-CH-( ¡I

O

Fenilacetona Prueba de Tollensnegaliva

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

IO.

- Hz0

CH2-CHz-CH2

I

I

OH

‘AHl+

OH

63

CH~-CH“CH~@

t

-

CH-CH-CH,

+

CAH Cati6n 2 O

Catión 1’

@

CH“CH2-CH3

/I

+OH Aldehído protonado

i-”+

H

I

O=CCHzCH, Propionaldehído

11. Ph

I

t

Ph--C-C-Ph

c‘

Ph

- HZO

f

1 OH2+ OH

Ph

I

1

Ph-C-C--Ph HOI /,Y@

Ph

e

Ph

I 1 Ph-C-C-Ph \ /

0,

I

H

~ua””p.

pinacolona

fFis’ - H+

Ph

Ph

I I Ph-C-C-Ph \ /

O

Ep6xido Se hidroliza en el medio de reacción

(Pocker, Y.y Ronald, B.P.,“Kinetics and Mechanismof vic-Diol Dehydration.I. The Origin of Epoxide Intermediates in Certain Pinacolic Rearrangements”.J. Am. Chern.Soc., 92,3385 (1970).)

12.

(a) DesplazamienEo- 1,2 del R del boro hacia el oxígeno.

+ OOH- *

(I)

R,B

(2)

R2B-O-OH bf

RJB-O-OH

+ R2B-O-R

+ OH-

luego (1). (2). (1). (2). para los otros R

(b)Retenci6n de la configuraci6n en el grupo R que migra.Esto es lo quese ha observado en otros desplazamientos 1,2 (Sec.32.4). 13.

Hay competencia entrela reacción en la que no migraaril0 el y en la cual la marca permanece inalterada,

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

y la reacción que implica la migración del arilo, en la cualla marca queda distribuida.

ArCOOH

(SO”,))

HOOCZA~ (-íU”<,)

Ya que el catión puenteadoda un producto con la mitad de la marca en cada posición, la proporción de la reacción enla que intervieneeste intermediario es: p-N02C,H4 1646,

C,,H, 54’2,

p-CHIOC,,H, 900“

Como era de esperar, los grupos donadores de electrones enAr lo hacen másnucleofílico, lo que favorece la migración. (Roberts, J.D. y Regan, C.M., “Rearrangementsin the Reactions of 2 -(4 -substituted) -phenylcthylamines-1 -C14”,J.Am. Chem. Soc., 75,2069 (1953).) La ausencia del producto de la migración de hidrógeno, AKHOHCH,, condujo a

Roberts y a Regan a proponer que el catión abierto ACH,CH,’qu&no fuera intermediario,

N,. Trabajos sino que más bien la migración del arilo era simultánea a la pérdida de estereoquímicosmás recientes confirmanesta suposición. Se ha encontrado que el 52% de PhCHDCHDNH, reacciona con retención de la configuración, lo cual concuerda en gran es una prueba contundente de que cada medida con el valor del54% obtenido antes. Esto proceso es completamente estereoselectivo: inversión en la reacción en la que no hay cambio enla marca, y retención en la reacción en la que se distribuye la marca. La interpretación más verosímil es que la competencia ocurreentre el desplwamiento S,2 directo por parte del disolventey la migraciónde tipo S,2, es decir, el desplazamiento del -N; facilitado por el ado. (Snyder,EJ., “Stereochemistryof Deamination of2-Phenylethylamine”,J. Am. Chcm.Soc., 91,5118 (1969).)

14.

628

(a)En el paso determinantede la reacciónse pierde “OAc para dar un carkatidn abierto; ese catión se transpone rápidamente por la migraci6n de un fenilo hasta alcanzar el equilibrio estadístico todas de las marcas antes de que el catión reaccione con ácido acético para dar el producto: el* C de la cadenaestádistribuido en la misma proporción en las dos posiciones posibles,y el *C del anillo esd distribuido en igual proporción enlas tres posiciones posibles (Fig. 32.2, pág. 629 de esta Guía de Estudio). La velocidad ( K ,) a la cualel *C de la cadena se acerca a una distribución 5050, la velocidad (K,) a la cual el *C del anillo alcanza una distribución 3357 y la velocidad ala cual el “ O A C es sustituidopor el 4 A c * son todas iguales, ya queCada una es igual a la velocidad dela pérdida de “OAc.

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

En cambio, si el intermediario fuera un catión puenteado (formado yasea por un mecanismo tipoS,1 o por un mecanismo tipoSN2),cada pérdidade "OAc conduciría a una distribución 50:50 de los productos *C del anillo. Esto es,

la velocidad que seria igual Ka , y K,debería ser la velocidad a la cual el *C del anillose aproximara auna distribución 5050, y no a una distribución 33:67. Aunque el*C del anillo pudera finalmente llegar a la distribución estadística 33:67, la velocidad a la cual haría esto (K,) seria menor que K , , lo que es contrario alos hechos. El estudio dela reacción(3) fue necesario para descartar una posibilidad que podría no habérsenos ocurrido,pero que erauna posibilidad real: el equilibrio a travb de un regreso interno. En ciertas circunstancias, la solvólisis genera pares iónicos (pág. 241) que se recombinan (sufren regreso interno) muchas veces antes de que el catión reaccione por último con un nuclehfilo externo. Si esto sucediera aquí, el equilibrio *Cdel de la cadena Ph H (1)

1

1

I

1

Ph - CC * -

Ph

Ph O 1

Ph H 1 1 + Ph C C* PhPh

C C

I

Ph H

1

1

1

1

Ph--c' C*

1

1

(2) PI1 C C Ph* ~

I

~

1

~~

H OAc

-

11 Ph

I

Ph

t

AcO

H OAc

Ph H

I

Ph C C

Io H

I

H

I

Ph - C C Ph-C Ph*

I

1

H OAc

AcO

Ph H

H OAc*

Figura 32.2 (problema 14).

--j

cationes c

IlOAc

1

Ph*

e

PI1*

I O

Ph C !

H H

t

1

i

H

Ph O 1

/

Ph C~ C Ph* J

I

!

Ph- C C* Ph

Ph H

I 1 (3) Ph-- C -C- Ph I /

Ph

H H

H OAc

Ph H

1

y

Ph

Ph Ph I 1

C C

I

~

1

c'

1

H

I

Ph

H H

Ph

I

C

*Ph H Ph*

Ph

!

I

I

1

C C ~ P h H OAc

Ph

H OAc

Reacci6n del acetato de 1.1,2-trifeniletilo triplemente marcado en &ido acdtico

629

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

y el *C del anillo a travQ de cationes puenteadoso abiertos se llevm'a a cabo antes que la reacci6n con elkid0 acktico externo (marcado). En este caso, Kl y K, serían iguales aun . Pero ICl y 4 serían mayores queK3, lo cuales si intervinieran los cationes puenteados contrario alos hechos. Nota: Cuando aquí descartamos los cationes puenteados como intermediarios, los intermediarios que se combinan conel &ido acético.La dpida estamos descartando como - e n algún momento transposici6n del fenilose realiza a travQ de especies en las cuales -el fenilo estA igualmente unido a los &tomos dos de carbono. Estas especies bien pueden y, en consecuencia,podrían corresponder aun mínimo (quiz8 sutil) en la energía potencial ser un compuesto intermediario, pero no persisten lo suficiente para reaccionar el con Acid0 a&tico. (b) En este sistema estamos tratandocon cationes bencílicos relativamente estables, los

cuales tienen una menor necesidad de estabilizaci6n por formaci6n de puentes que, digamos, los cationes2" en el sistema 3 -fenil-2-butilo. (Para una descripcidn detalladade este refinado trabajo,v&se Bonner, W.A.,y Collins, CJ., "Molecular Rearrangements. IV Triple -labeling Experiments on the Isotope Position Isomerization of 1,2,2-Triphenylethyl Acetate",J. Am. Chem. Soc., 77,99 (1955))

15.

(a)Laformaci6n de Vpodríaprovenirdeunasustituci6ndirecta.Pero la velocidad y el aislamiento del compuesto VI de ciclopropilo anormalmente @ida hace que dudemos, nos da la clave.La reacci6n ocurre con ayuda anquimkricade los electrones IC del doble

enlace,paradarelcati6nciclopropilcarbiniloXXIII.Estecati6npuedesufrirunaeliminaci6n

para dar VI o bien una sustituci6n, con apertura del anillo, para dar V.

IV

Esta interpretaci6nqueda confirmada por el comportamiento del compuesto marcado IVa, el cual produce la mezcla de is6meros Vay Vb predecible por el ataquepor las rutas a y b sobre el catión XXIIIa.

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

(Rogan,J.B.,"The Acetolysisof4-Methyl-3-Penten-1y 1p-Toluenesulfenate",J.Org. Chem.,27,3910(1962). El experimento conmarcado no se efectu6 realmente sobreesta reaccidn, pero se obtuvo una distribuci6n completa enuna sustitucih muy p a r e c i d a de c10nu0 por cloruro (Hart, H. et d.,"Alkylation of Phenol with a Homoallylic Halide", J. Am. Chem.Soc., 85,3269(1963).) (b) Los electrones x del doble enlace brindan la ayuda anquim6rica para expulsar el ONs-. El productoes el cati6n norbornilo que-ya sea cíclico o no -reacciona de la manera usual (Sec. 32.10)para dar el productoem -norbornilo.

VI1

Catión norbomilo

IX

e m -Acetato de norbornilo

(c) Mediante el ataque por atrh en el C-7,los electrones n: del doble enlace ayudan a expulsar el OTs-. El productoes el cati6n puenteado XXIV, que reacciona con el HOAc, es la misma que la del con unasegunda inversih, m a dar el acetato XI cuya configuraci6n tosilato de partida.

X

XXIV

XI

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

En presencia de NaBH,, XXIV sufreunataque por el H: - en cualesquiera de dos posiciones:en el C-7 para dar XI1 o en el C-2 (o en el C-3) para dar XIII.

"y,H 1,

(El descubrimiento histdrico de esta enorme ayuda homoalílica en la ionizacidn fue

informadoporWinstein,S.,Shatavsky,M,,Norton,C. y Woodward,R.B.,"7-Norbomenyl and 7-Norbomyl Cations",J. Am. Chem. Soc., 77,4183 (1955).)

16.

(at(b)PartiendodeXIV,podemosescribirecuacionessimilaresal~dela~gura32.1 @Ag. 1099) para el em "cloruro de norbornilo.

xxv

XIV

xv

5

xxv

xxv 8

5

A

I

3

\

XVI

XVI

32

TRANSPOSICIONES

El ion brosilato se pierde (1) con la ayuda anquimbrica del C-6, para dar el cati6n puenteado XXV.El cati6n XXV sufre el ataquepor atrh en unade dos posiciones:en C-2 (ruta c) para dar XV o en C-1 (ruta d) para dar XVI. En la reacci6n del norbornilo, el cati6n intermediario (111, p&. 1099) era simbmco: los ataques en las dos posiciones generan enanti6meros y en cantidades iguales, esto es, se obtiene el producto racbmico. Aquí, el cati6n intermediario XXV no es simttrico: hay un puente de un carbono (C-3) en un lado y un puente de dos carbonos (C-7 y C-8) en elotro lado. Los ataques por las rutas c y d no son igualde probables y no dan enanti6meros: producen compuestos diferentes, cada unode los cualeses 6pticamente activo.

La ~ t c produce a XV,de la misma confíguraci6n que el materialde partida XIV.La retenci6n global esel resultado de dos inversiones sucesivas: primero en el ataquepor el C-6 y desputs en el ataquepor el HOAc. La ruta d genera XVI pero no XVII.Para la formaci6n de XVII se requiere queel HOAc ataque la cara de C-1 que esd unida al C-6. (c) El ion brosilato se pierde de XVIII con la ayudaanquimbrica de los electrones K del doble XXVI.El kid0 adtico ataca este cati6n simtuico, ya enlace, paradar el cati6n puenteado

seaporlarutaeolarutaf,paradarunoculquieradeunpardeenanti6meros:XVIIyXXVII. Las rutase yf, tienen la misma probabilidad,por lo queseobtienela modifícaci6n rackmica. XVI no se forma, ya quese necesikuía un ataque por el lado del carbono unidoCH, al que originalmente era de la cadena lateral.

H

9f

AcO

AcO XVII

XVII

- OBs

XVIII

&/H XXVII

OAc

OAc XXVII

XVn y XXVIl son enantiómeros; se forman en igual cantidad

TRANSPOSICIONES

CAPITULO 32

17.

(a) XIX es una lactona y, por tanto, un Bster. Como cualquierBster. reacciona con0CI-Isufriendo una sustituci6n nucleofílica enel ado: una transesterificaci6n (Sec.24.20). El producto es un nuevo &&xy un nuevo alc6xido(o, en estecaso, un fenbxido); &tos forman parte de la misma molCcula,XXVIII.

[@)G-~

~- \

xc)C‘H-

--

f

h

/. 1 0 -1 ,o

(‘OOC‘Ci,

C.

= ~~~

C‘ O j.HL

0 ’

(’

_,’

Ph’ C’H2C‘H2Br

*,CHzri:

Ph

Ph’

<‘H?(’ti:Rr

COOC’H ,

XIX

(’OO<‘tI,

I’tl

xx

XXVII sufre una sustituci6n nucleofílica intramolecular” e n realidad una síntesis de Williamson - para dar el t e r cfclico XX. La reacci6n anhloga con R,NH produce XXIX, el cual es a la vez una amida y un fen6xido. Como antes,hay una reacci6n de Williamson interna para dar el Cter,XXI.

w-57

tilc’K2 3

Ph

CHzCHzBr

0 Ph’

C‘

’

,>~‘tl~% ,C‘ONR, ”

<’H2C‘H2Hr

.~

\.

Ph’

O- [‘ti2

C.

~\

CON R

XIX

P h”“CO N R XXI

(b) La sustituci6n nucleofílica en el a d o , como se había propuesto en la secci6n 24.4,

implica el ataque del nucle6filo al carbono del acilo paradar un intermediario teuakirico, el cual, en un segundo paso, expulsaal grupo saliente. Ya hemos visto (Sec. 24.17) las pruebas del intercambio isot6pico que apoyan esta proposici6n. Por ejemplo,en la reacci6n de XIX con H N R , , el intermediario debe ser XXX. La expulsi6n del fen6xido producirh la amida XXIX.

CAPITULO 32

TRANSPOSICIONES

“o-.

Pero en el intermediarioXXX, el grupo acilo se convierte temporalmente en Este grupo es capaz de atacar como nucle6filoal carbono que tieneel -Br, para dar XXII. El compuesto XXII es, pues, el producto generado al arrapar internamente el intermediario tetr&drico, y su aislamiento es prueba fehaciente de la existencia de este intermediario.

1

xxx

GB,

XXII

33 Orbitales Moleculares Simetría orbital

33.1

p[

cHAuC

El monocati6n quese form6 primero se convierte lentamente en el dicati6n, evidentemente a de su doble carga positiva,es m8s estable. La estabilidad de esta última especie,pesar K (4n + 2, n =O). congruente con la aromaticidad: contiene 2 electrones CH3

CHj

CH,

CI

CH.!

CHALucH' CI -CI-

+

-CI-

..,

,

CHI

I

/

CHI

Tres picos en RMN

(3

CH,/ 'CH Un pico en RMN

J

(Olah, G . A., Bollinger, J. M. y White, A. W., "Stable Carbonium Ions. LXXXIX. The Tetramethylcyclobutenium Dication as an Aromatic2 x-Electron System",J. Am. Chem. Soc., 91,3667 (1969).)

33.2

(a) Estoshechos indican que el compuesto I tiene una estructura dipolar;es bhico porque la aceptaci6n de un prodn elimina la separaci6n de cargas, con lo que la molkula se estabiliza. R

R O-

R'

+

HCIO4 -+ R

Todo esto proviene de la estabilidad del anillo cargado positivamente.Esta, a su vez, la S610 comparte un par de electrones atribuimos a su aromaticidad. El carbono "carbonílico" p vacío deeste carbono no proporciona electrones R,por lo que con el oxígeno; el orbital el total parael sistema cíclicoes el número deHückel2 (4n + 2, con n = O).

@)El producto es el cati6n aromático 1,2,3-uifenilciclopropenilo(véase la respuesta al problema 13.6, pág.483). 637

CAPITULO 33

ORBITALES MOLECULARES

(c) La descarboxilación del tricloroacetato es sencilla, debido ala relativa estabilidad del anión C1,C- que se forma.

(Paraunestudiogeneraldelaarornaticidad,consÚlteseBreslow,R.,"AromaticCharacter", Chem. Eng. News, 90,28 de junio de 1965.) (a) El cierre anular abarca cuatro enlaces dobles del polieno y, por lo tanto, 8 electrones x ; esto corresponde 4na (n = 2). La tabla 33.1 predice que, para tal sistema, habrá una reacción electrocíclica térmica con movimiento conrotatorio. I o III "+ producto tram II "-+ producto cis

El cierre anular fotoquímico, en este mismo sistema,se llevará acabo con un movimiento disrotatorio. I o III

+ producto tram

II + producto cis

Echemos una mirada al proceso inverso,la apertura del anillo. Si no en la práctica, al menos en principio el rruns-dimetilciclooctatrieno se relaciona témicamente con dos polienos: I y 111, y con ambos mediante un movimiento conrotatorio, permitido por la simetría. Fotoquímicamente, el cis-dimetilciclooctatrieno se relaciona condos polienos, I y 111. Siempre habrá dos modos conrotatorios posibles. /-A ,-

a

y

p,

y

. " 0

Conrotatorio

y dos disrotatorios posibles: g7

Disrotatorio

Estos pueden conducir al mismo producto, o bien aproductos diferentes,lo que depende del caso particular. Donde hay la posibilidad de dos productos,se pueden formarambos o no. Lafigura33.12(pAg. 1120),porejemplo,indicaqueelcis-dimetilciclobuteno~lop~ede dar un producto mediante un movimiento conrotatorio: el cis, trans-hexadeno. El transdimetilciclobuteno puededar ya sea el dieno trans, trans (en elque losH giran uno contra el otro en elestado de transición), o bien el dieno cis,cis (donde losCH, giran en dirección opuesta). Sólo se obtiene el dieno truns,truns, sin duda por razones esk5ricas.

ECULARES

CAPITULO 33

ORBITALES

En la reacción inversa, el cierre anular del cis,truns-hexadieno (Fig. 33.15, página 1 123) sólo puede dar el cis-dimetilciclobuteno. El truns,truns-hexadieno genera uno de los enantiómeros del dimetilciclobuteno mediante un modoconrotatorio,y el OtrOeMntiÓmero por medio del segundo modo; en este caso ambos modos son igualmente probables, de manera que resulta el producto racémico. Hemos de enfrentarnos a otras reacciones en las que interviene este factor, y ya consideraremos con todo cuidado cada caso individualmente.

33.4

(a) I// I (Fig. 33.7, pág. 11 14). El catión alilo tiene 2 electrones x. (b)4n + 2 térmica;se espera movimiento disrotatorio. (c)En el anión alilo hay 4 electrones x. Es 4n térmica: se espera movimiento conrotatorio. (d)En el catión pentadienilo hay 4 electrones x. Es 4n térmica: se espera movimiento conrotatorio.

33.5

(a)En el polieno (el tropilideno) participan tres enlaces dobles,o 6 electrones x. ES 4n+ 2 térmica: apertura anular disrotatoria. tan rápido queS610 a-120°C el espectrode RMN de la mezcla Esta interconversi6n sucede en equilibrio presenta seaales completamente separadas paracompuestos. (Ciganek, ambos E., "The Direct Observation of a Norcaradiene "Cycloheptatriene Equilibrium", J. Am. Chem. Soc., 87, 1149 (1965).) Observamos que sólo puede ocurrir uno de losdos movimientos disrotatorios posibles: los H angulares deben giraralejúndose entre sí a medida que el anillose abre. El modo alternativo generaría dos enlaces dobles trans, geomémcamente imposibles un en anillo de este tamaiio. No puede ocurrir la apertura anular fotoquímica, puesto que requeriría un movimiento conrotatorio con formación de un doble enlace tram en el anillo de siete miembros, lo que también resulta geomCtricamente imposible. (b) En el polieno (el reactante) intervienen tres enlaces dobles, o 6 electrones x. 4n + 2 térmica: cierre anular disrotatorio.

(c) A lo largode todo el procesohay implicados tres enlaces dobles, o seis electrones (4n x + 2). Primer paso.Cierre anular térmico disrotatorio. Segundo paso.Apertura anular fotoquímica conrotatoria. Tercer paso.Cierre anular térmico disrotatorio. (d)En la primera reacción sólo participan dos dobles enlaces del polieno; en la segunda intervienen los tres enlaces dobles. Primer paso.4 electrones x (4n): apertura anular térmica conrotatoria. Segundo paso.6 electrones x (4n + 2): cierre anular térmico disrotatorio.

Un catión ciclopropilo

Un catión alnico 2 electrones n

Este es un ejemplo de la conversi6n de un catión ciclopropílico en un alnico (problema 33.4, pág. 1126): dos electrones x(4n +2), apertura anular drmica disrotatoria. Luego, el catión alnico se combina con agua.

CAPITULO 33

MOLECULARES

ORBITALES

En realidad, la apertura del anillo es estereoespecífica otro en aspecto adicional, quees el que indica que la apertura es concertada con la p6rdida del ion halogenuro. Los ciilculos cual puede predecir c u í 1de los dos modos disrotatorios conducen otra a regla, mediante la se posibles es el que ocurrirá: los sustituyentes del mismo lado del anillo ciclopropílico como grupo saliente rotarán hacia dentro (uno hacia el otro),y no hacia fuera. En el caso que estamos tratando, los sustituyentes situados sobre un lado del anillo ciclopropílico son carbonos del anillo de cinco miembros, y tienen que rotar uno hacia el otro, puestoe sque th (5 -+ 6). El resultado es que el ligados entresí por medio deun anillo más bien pequeno grupo saliente es el halógenoendo, tal como se ilustra. (Pam conocer los detalles de este tema, consúltese alguno de los trabajos siguientes: Woodward,R. B. y Hoffmann,R., The Conservation ofOrbital Symmetry,Academic Press, Nueva York, 1970, págs. 46-48; DepUy, C. H., “The Chemistryof Cyclopropanols”,Acc. Chem. Res., 1 , 3 3 (1968).) (f) La cetona protonada es equivalente al catión pentadienílico VI11 (4 electrones~ , 4 n )el, cual sufreun cierre anular conrotatorio térmico, generando el catión ciclopentinílicoIX. (Véase el problema 33.4 (d), pág. 1126.) OH

8 ¡I

RR VI11

Un catión pentadienilo

33.6

RR

RR IX

,

R

K

Un catión ciclopentenilo

La interconversión sucede por la víadelciclobuteno.Participandosenlacesdoblesdel polieno, o sea, 4 electrones n. 4n tkrmica: cierre y apertura conrotatorios del anillo.

Observamos aquí los dos modos conrotatorios posibles de apertura anular (véase la respuesta al problema33.3 pág. 1126), en que uno da IV, y el otro,V.

33.7

(a)Esta es unacicloadicióntkrmica [4 + 21, la conocidareacción de Diels-Alder.La reacción permitida por la simetría es supra, la que tambienes geom6mcamentefkil. supra, Colocando el dieno en la configuración S-cis necesaria, arribamos a nuestro producto:

CAPITULO 33

ORBITALES MOLECULARES

"M I

H

H

H

H

Anticipamos, entonces, la formaci6n del cis-3,6-dimetilciclohexeno.

f \

+

I

-cHQ

H

CHj trans,transEtileno 2.4-Hexadieno

CHI

'H

cis-3,6-Dimetilciclohexeno

@)Esotra cicloadici6nthnica [4 + 21: supru,supru.Con el dieno en laconfiguraci6n S-cis, acercamos el dien6fiio. Con respecto al dien6fil0, la reacci6n conduce a una adici6n syn: Me -,

en el producto, ambos H angulares se hallan cis entre sí. La reacci6n tambih es endo, y el puenteanhídridoquedacercadeldobleenlace en desarrollo(debajo de Qte, en la representaci6n anterior); en el producto, el grupo metilo se encuentracis respecto al puente anhídrido.

trans-l,3-Pentadieno

Anhídrido maleic0

(c) Es, como en (b), una cicloadici6n tbrmica [4 + 21 supra, supra.Recordamos una vez m8s: s-cis,syn, y endo.

"f

o=rA.fo H

H

CAPITULO 33

ORBITALES MOLECULARES

En el producto, losPh se encuentran cis entre sí (adición syn) y tambikn cis respecto al puente anhídrido (reacciónendo).

trans,trans-l,4-Difenil- Anhídrido 1.3-butadieno maleico

(d) Esuna cicloadición fotoquímica[2 + 23: supru,sllpru.Esto significauna adición syn a cada alqueno, modo de quelos dos metilosde cada unidad de alqueno permanecen cis entre sí. Hay, sin embargo, dos maneras para que se junten las unidades de alqueno, así como

cis-2-Buteno Dos moles

B

A

cis-2-Butcno Dos moles

dos productos;un conjunto de metilos puede estarcis o trans respecto al otro conjunto. (e) Como en (d). Aquipermanecen trans entre sí los metilos de cada alqueno. Nuevamente hay dos combinaciones,y también dos productos.

(0 E 1 cis-alqueno se puede adicionar al cis-alqueno como(d),enel trans al trans como en (e) y, además, elcisal truns. Hay cuatro productos:todoslos 1,2,3,4-tetrametilciclobutanos posibles.

CULARES

33

ORBITALES 33.8

(a)Seformadiciclopentadienomediante una reacci6ndeDiels-Alder,enlaqueuna molkula de ciclopentadieno actúa como dieno, y la otra, como dien6fdo. La regeneracidn del ciclopentadienoes UM reacci6n refro-DielsAlder, en la que elequilibrio se desplaza más volátil, quese estA eliminando por destilaci6n. para sustituir el componente

Dienifilo Diem Ciclopentadieno Dos moles

I

Diciclopentadieno

(b) La reacci6n es endo, y el anillodel diedfilo se sitúa cerca del doble enlace se que esd formando en la unidad diCnica.

o -

/ = =

"f

H-

Endo Preferible Dara cicloadicic5n [4 + 21

I

H ' H '

H

I

Exo

33.9

(a) S610 intervienen dos enlaces dobles del trieno. Por lo tanto, la reacci6n es una cicloadici6n [4 + 21, que es supra,supra, y fiicil en vez de[6 + 23, la que tendría que ser supra, antara y, como consecuencia, geomttricamente difícil.

COOCzHS

\COOCzHS COOC2HS

I

(b) Es una cicloadición fotoquímica[2 + 21 intramolecular. La estereoquímica supra,supru da la configumción toda-cis en el anillo de ciclobutano.

CAPITULO 33

MOLECULARES

ORBITALES

(c) La reacción es una cicloadición termica+[6 41: se predice que será supra,supra -por i +j es igual a10 y, en consecuencia, lo tanto, geométricamentesencilla" con base en que es 4n + 2.

o Este fue el primer ejemplo informadode una cicloadición [6 + 41. (Cookson, R. C.,

Drake, B. V., Hudec, J. y Morrison, A., "The Adduct of Tropone and Cyclopentadiene: A

New Type of Cyclic Reaction",Chem. Commun., 15 (1966).)

Una inspecciónmás detenida nos muestra que, a diferencia de la cicloadición + 21, esta [4 reacción sucede en el sentido em.

Ex0

Preferible para la cicloadición [ 6 + 41

Endo

Veremosmásadelante(problema 13, phg. 1144) que tanto lapreferencia e m en cicloadiciones [6 + 41, como la preferencia endo en cicloadiciones [4 + 21, se explican mediante la teoría de la simetría orbital. (d) La reacción es una cicloadición tkrmica [8 + 21. Como en (c). la suma i + j es igual a 10;

0

se predijo que la reacciónsería supra,supra y, en consecuencia, geomktricamente fácil,

como resultóser en realidad.

/

COOCH 4

"""$. !llI

I COOCH,,

"-j

a - . - C O O C H 3 COOCHj

(e) La reacción es una cicloadición [14 + 21. Puesto quei + j es igual a 16 (4n), se anticipa una reacción supra,antura. De hecho, & t ees elcaso: en la representación ilustrada en la página 1133,la unión en el lado izquierdo se efectúa desde abajo del polienoH(el angular está hacia arriba y hacia nosotros)y, en el lado derecho, la uni6n se realiza desde arriba (el H angular está hacia abajo y alejado de nosotros).

CULARES

CAPITULO 33

ORBITALES

33.10

(a)Lareacciónes un desplazamiento[1,5] -H, y se anticipaque serh supra. Así es, a lscaras del carbono trigonal. efectivamente,y la transferencia sucede haciacualesquierade

Me H

Et

'\

',

D

Me

Et D

Me

Me

Et

D

Me

(b) Estos resultados ilustran la preferenciapor desplazamientos[ 1,5] de hidrdgeno sobre los

[1,31 o [1,7]. Una serie de desplazamientos [1,5]-D distribuirh el deuterio sólo entre l a s posiciones 3,4,7 y 8, tal como se observó.

Una serie de desplazamientos [1,3]-D (o bien [ 1,7]-D), por otra parte, distribuiríanla marca entre todasa lsposiciones, lo que contradice los hechos.

:5:: ;'D

(c) Se produce un desplazamiento[1,3]-C(supra),con inversibn en el grupo migratorio, tal como se anticipaba. (En cambio, sila arista del frente simplemente se desplazara del C-1

al C-3 con retención, el"CH,, habría pasado a la posición endo sobre el anillo, lo que contradice los hechos.) 1.

(a) En cuanto a sus propiedades químicas, la tropolona se parece a los fenoles. No queda representada adecuadamentepor la estructuraI.

CAPITULO 33

MOLECULARES

ORBITALES

(b) Para ser fenol, la tropolona debe tener un anillo aromhtico. La aromaticidad también está El indicada por otras propiedades: planaridad, longitudes de enlaces, calor de combustión. momento dipolar sugiere una estructura dipolar. La tropolona es un híbrido de siete estructuras dipolares como a lssiguientes:

Tropolona Seis electrones z Aromática

El anillo corresponde al del catión cicloheptatrienilo, 6que electrones tiene x: y es aromático (véanse las Secs. 13.10y 33.6). (c) El momento dipolar de la 5-bromotropolonaes menor que el de la t r ~ p o llo~ que ~, demuestra que el fuerte dipolo de estaesúltima de dirección opuesta alC-Br, del es decir, hacia el oxígeno “carbonílico”.Esto concuerda con la estructura dipolar. (El momento

dipolar para el bromobenceno (Tabla 29.2, pág. es 1021) 1.71 D. Si el momentoC-Br de la 5-bromotropolona fuese similar,anticipm’amos un momentodipolarpara este compuesto igual ap = 3.71-1.71 = 2.00 D, bastante cercano al valor observado de 2.07 D.) (d) En la tropolona hay un puente de hidrógeno intramolecular.

Tropolona

Hiickelpropusosuregla4n+2en 1931(Sec.33.6). En1945,M.J.S.Dewar(pág. 395) ”es postuló que la tropolona la eraunidad responsable de las propiedades extraordinarias decir, aromáticas- de varios productos naturales. La propia tropolona fue sintetizada en de Dewar 1951 porW. von E. Doering y L. H. Knox; esta confirmación de la proposición ”junto con el reconocimiento de la aromaticidad del ferroceno en 1952 (pág. 481)“ desencadenó una gran ola dc trabajo experimental sobre la aromaticidad no bencenoide.

(Doering, W. von E. y Knox, L. H., “Tropolone”,J. Am. Chem. Soc., 73,828 (1951); Dauben, H. J., Jr., y Ringold, H. J., “Synthesis of Tropone”, J. Am. Chem. Soc., 73, 876 (1951); Doering, W. von E. y Detert, F.L., Cycloheptauienylium Oxides”,J . Am. Chem.

ORBITALES MOLECULARES

CAPITULO 33

Soc., 73, 876 (1951). Como revisi6n,v&se Ginsberg, D.,Ed., Non-Benzenoid Aromatic

Compounds,Interscience, Nueva York, 1959.)

2.

Para poder seguir la pista de los carbonos ena l s transformaciones siguientes, los n6melos números ros utilizados en el materialpartida de se conservan hasta el final (aun cuando asignados de estemodo en un producto no concuerden con el uso convencional). En muchos casos se indica sólo una dea lsdos posibilidades (equivalentes): por ejemplo, en el producto del primer paso en se(a), indicae1 doble enlace trans entre C-6 y C-7, y no entre C-1 y C-8. (a) Primer paso. Se abre el anillo de ciclobuteno. Participan dos dobles enlaces en el polieno, o sea, 4 electrones x. 4n tkrmica: apertura de anillo conrotatoria.

Segundo paso.Un desplazamiento [ 1,5]-H, t6rmico: supra.

(b) Primer paso. Se abre el anillo de ciclobuteno. Intervienen dos enlaces dobles del polieno, o 4 electrones x.4n tkrmica: apertura anular conrotatoria.

Segundo paso. Implica tres enlaces dobles del polieno, o sea, 6 electronesx. 4n + 2 tkrmica: cierre anular disrotatorio. (c) En algunas moléculasse produce el cierre de un anillo de ciclobuteno. Participan dos o sea,4 electrones x.4n fotoquímico: cierre anular disrotatorio. enlaces dobles del polieno,

El resto de las moléculas experimenta lo siguiente:

CH,

Primer paso. Un desplazamiento [ 1,7]-C, fotoquímico:supra.

CAPITULO 33

MOLECULARES

ORBITALES

Segundo paso.Un desplazamiento [1,7]-H, fot0químico:supra. (d) Primer paso.Una cicloadición fotoquímica [4+4]intramolecular,i +jes igual a8 (4n): supra,supra.

Segundo paso.Una ciclorreversi6n [4 + 21, i + j es igual a6 (4n + 2), probablemente tbrmica: supra,supru. (e) Un cati6n alílico(2 electrones IC)suhe una cicloadici6n [4+ 21 (termica, supra,supra), para dar el catiónXIII, que luego pierdeun prodn de cualesquiera de dos posiciones.

(0 El puente se traslada entomo al anillo en unaserie de desplazamientos [1,51-C supra (probablemente con retenci6n en el carbono que migra).

(g) Una cicloadici6ntérmica [4 + 21 intramolecular(unareacción de DielsAldeO: supra,supra.

H

3.

(a) Primer paso. Cierre anular que implica cuatro enlaces dobles del polieno, o sea, 8 electronesIC (4n): tkrtnico, conrotatorio. Uno de los R gira hacia arriba, el otro hacia abajo, de manera queen A se encuentran trans entre sí.

CULARES

ORBITALES

CAPITULO 33

tram-7, X-Dialquil-cis,cis,cis-

cicloocta-1,3,S-trieno

Segundo paso.Cierre anular en el que participan tres dobles enlaces del polieno, o6 electrones x (4n + 2): tCrmico, disrotatorio. Desde luego, los R conservan su relación trans; el movimiento disrotatorio da una fusi6n cis de los anillos. (b) Primer paso.Sólo es posible un desplazamiento[ 1,5]-H (el cual, como sabemos, tiene preferencia sobreuno [ 1,3l-H).

B -1sopropenil1 2,3,3-trimetilciclobuteno

C'

2,4,5-Trimetil-3-metlén-l, 4-hexadieno

Segundo paso. Sólo existe UM posibilidad de apertura anular electrocíclica e implica dos dobles enlaces del polieno, o 4 electrones x(4n); siendo térmica, es de suponer sea que conrotatoria. (c) Primer paso. Se abre el anillo de ciclopropano. Intervienen cuatro enlaces en eldobles polieno (D), u 8 electrones x. 4n térmica: conrotatoria. 3

6

'

H

I

..

1

2

Me \ 9 ,Et

f

Me 19-E

D

Segundo paso.Un cierre anular que abarca tres dobles enlaces, o 6 electrones x. 4n + 2 térmico: disrotatorio. Esto conduce a una fusi6n trans de los anillos: con base en las fórmulas mostradas, debe salir un H angular hacia nosotros y el otro en la dirección opuesta. Sin embargo, hay dos modosdisrotatorios posibles (véase larespuestaalproblema 33.3). El H angular en C-1 puede salir hacianosotros o bien alejarse, es decir, puede estar en el o en el mismo que el Et. (Porcierto que elH angular en mismo lado del anillo que el Me, el C 4 hacelocontrario en cadacaso.) Los dosmodos dan productosdiferentes (diastereomCricos). (d) Primer paso. Cierre del anillo de ciclobuteno, en el que intervienen dos enlaces dobles del polieno,o 4 electrones x. 4n fotoquímico: disrotatorio. 649

CAPITULO 33

MOLECULARES

E

ORBITALES

F.

cis,cis-Ciclocis-Riciclo[5.2.0]cis,tranr-Ciclonona-1.3-dieno nona-8-en0

nona- 1,3-dieno

G

tram-Biciclo [5,2,0]-nona-8-eno

(e) Los desplazamientos de H son supra por razones geométricas. Son [1S I si son térmicos, y [ 1,7], si son fotoquímicos.

Material de partida

de

Material

4.

H

I

Abarcadosenlacesdoblesdelpolieno, o 4electrones x. 4n térmica:conrotatoria.El movimientoconrotatoriodebeconvertir unciclobuteno cis-3,4-disustituido en un cis,transdieno. Esto es fácil para el primer reactante, y es lo que efectivamente sucede. Pero el segundo reactante genera un anillo de siete miembros, que es demasiado pequeiio para acomodarunenlacedobletrans.Lasegundareacciónsiguela~tadisrotatoria,probablemente mediante un mecanismo de alta energía, no concertado @or pasos).

CULARES

33

ORBITALES

5.

Primer paso. Cierre del anillodeciclobutano. Participan tres enlaces dobles del polieno, o 6 electrones n. 4n + 2 Ermico: disrotatorio paradar K con fusi6n cis.

K

cis,cis,cis-Cicloocta-l,3,hieno

cis-Biciclo [4.2.0]octa-2.4-dieno

Segundo paso. K sufre una cicloadici6n [4 + 21 (raEi6n de Diels-Alder) para &u L: supra,supra y endo.

K

Ciclobuteno Ftalato

1

de dimetilo

Tercer paso. L sufre una ciclorreversión [4+ 21 (reacci6nretro Diels-Alder), pero con la ruptura de enlaces diferentes los de que se formaron en el segundo paso.

6.

(a) Hemosdicho(Sec.5.23)quelatransposici6ndeuncarbocati6nimplicaun&splazamiento 12,y que se realiza mediante un estado de transicih,XIV, en el cual elgrupo alquilo que al origen dela migración,comoa su &mino. migra (o un hidrógeno)se halla enlazado tanto

XI v

Utilizando el enfoque de la sección 33.10,consideramos queXIV proviene deltraslapo entre un orbital deun radical libre (elgrupo migratorio R) y un sistema x. El sistema x no un radical"cati6n vinílico: etileno, menosun es, en este caso, un radical libre alílico, sino electrón n. El HOMO es n en la figura 33.5 (phg. 11 1 2). 1;. 1

f IOMO

XIV

Suprafacial Retención en el grupo migratorio

Desplazamiento 1,2 en el carbocatión

CAPITULO 33

MOLECULARES

ORBITALES

Observamos que, sobre esta base, el proceso permitido por la simetría es suprafacial y, por consiguiente, geornttricarnente factible. Debería proceder con retenciónen elgrupo que migra, pues es la estereoquímica realmente observada para desplazamientos 1,2 hacia (Sec.32.4). átomos deficientes de electrones La transposiciónde carbocatwnespor desplazamientos[l,2]suprafacialessigmatrópicos procede con retención de la configuración en el grupo que migra. (b) De acuerdocon el enfoque de (a), consideramos el sistema 7c como un dieno radicalcatión: un dieno, menosun electrón x. HOMO es en la figura 33.6 @ág 11 13).unPara desplazamiento[ 1,4] suprafacial sigmatrópicoenuncati6nalílico,predecirnosunainversio'n de la configuración en el grupo migratorio.

vz

Suprafacial Inversión en el grupo migratorio

Aun cuando estos desplazamientos [ 1,4] no son comunes, sí llegan a ocurrir, y se sabe que proceden conla inversión de configuración prevista. (Vrhe, p. ej., Hart, H., Rodgers, T. R. y Griffiths,J., "Stereochemistry of the Rapid Equilibrationof Protonated Bicyclo[3.1.0] hexenones",J. Am. Chem. Soc., 91,754 (1969).)

7.

Por razones gwmbtricas, tal reacción debe ser supra,supra, lo que está prohibido por la simetría. ParaH, el HOMO es o y el LUMOes o* (Fig. 33.4, pág.1111). Para el ctilcno, LUMOesn* y HOMOesn (Fig.33.5,pág. 1112).

Prohibido por

la simetría Prohibido

por la simetría

CULARES

33

ORBITALES

8.

Una reacción de Diels-Alder intramolecular convierte a II en el intermediario XV, el cual UM, para sufre una cualesquiera de dos reacciones rerro-Diels-Alder (casi) equivalentes: regenerar 11, y la otra -mediante la ruptura de enlaces tal como se indica- para generar 111.

xv

9.

(a) La sal de diazonio IV genera bencino (problema 18, Cap. 29),

IV

Bencino

el cual sufre U M cicloadición [4 + 21 supru,supru con el dieno, para dar V. (VCase la respuesta al problema10 (e), Cap.31.)

(b) Una cicloadición térmica [2 + 21 esd prohibida por la simeuia. La reacción no es estereoespecíficaporque no esconcertada:probablementeocurreenformagradual, mediante dirradicales.Por ejemplo:

Bencino cis-l,2-Dicloroeteno

U n dirradical

(Jones, M., Jr., y Levin, R. H., "The Stereochemistryof the 2+2 and 2 4 Cycloadditions of Benzyne", J. Am. Chem. Soc., 9Z, 6 4 1 1 (1969).)

CAPITULO 33

MOLECULARES

ORBITALES

10.

En todos los casos el anillo de ciclobutano se abre paradar un intermediario no aromático. o sea,4 electrones x. 4n t6rmica: conrotatoria. Intervienen dos enlaces dobles del polieno, Este intermediariosufre después una reacci6n de Diels-Alder con elanhidrido maleico.

11.

(a) Hay dos sustituciones nucleofílicas sucesivas:nucleúfiloesel el anión ciclopentadienilo en la primera, y el anión ciclopentadienilo sustituido en la segunda.

C'H

I

H

mso Dibromuro

11\-\'11

(página 1139)

(b) El cis-VI1 contiene cuatro protones olefínicos no equivalentes. El trans-VI1 contiene dos pares de protones equivalentes. (Recuérdese que los planos de los dos anillos son perpendiculares entresí. Utilice modelos.)

(Kloosten,iel,H.,etaf.,"StereospecificityandStereochemisUyofaThe~alSigmatropíc

[I ,5]-Shift of an Alkyl Group", Chem. Commun., 1 1 6 8 (1970).)

CAPITULO 33

ORBITALES MOLECULARES

12.

(a)M y N sonis6merosposicionales,ambosgenerados Análogamente,O y P son idmeros posicionales.

I

de la adici6n syn ex0 de B,D,.

M (or N )

O

oxido

H’

“D

-L O

(Sabemos quela hidroboraci6n-oxidaci6nes syn (Sec. 17.11). Y, aunque no habíamos aprendido que la hidroboraci6n es estereoespecíficamenteex0 en reacciones como la que es lo que sucedeaquí. Consideremos la posibilidadde que, en estamos considerando, eso lugar de ser idmeros posicionales, M y N fuesen estereoidmeros resultantes de la hidroboraci6nex0 y endo. En esecaso, tambienserían estereoidmeros O y P, pero S610 se diferencim’anen cuanto a que -H o “Dfuesen em o endo, con loque difícilmenteserían separables.) La reducci6n de O convierte elgrupo carbonilo en un nuevo centro quiral, dando las dos configuraciones posiblesen tomo a dicho centro:

“ b . H” O

D O

U

ORBITALES MOLECULARES

H VI

(página 1138)

Ciclopentadieno Acetato

de vinilo

(Berson, J. A. y Nelson, G . L., “Inversion of Configuration in theMigrating Groupof a Thermal 1,3-Sigmatropic Rearrangement”,J. Am. Chem. Soc., 89,5503 (1967); Berson, J. A., “The Stereochemistry of Sigmatropic Rearrangements. Test of the Predictive Power of Orbital Symmetry Rules”,Acc. Chem. Res., 1,152 (1968).)

13.

(a) Elaboremosun diagrama similaral de la figura 33.20 (pág. 1130) para la dimerización

endo del butadieno.

HOMO 9 2

LUMO

93

LUMO *3

Enlace secundario

HOMO

92

Observamos,por cierto, el traslapo entre los lóbulos C-1 y C-4 del dienoy entre los del C-1 y C-2 del eno. Además, vemos queun lóbulo en el C-3 del dienose acerca auno de igual fuse en el C-3 de los carbonos del eno, los que ni siquierase unen entre sí en el producto. Un enlace débil (temporal) entre estos átomos contribuye a estabilizar el estado secundariono podría ocurrir si lareaccih fuese e m , puesto que de transición. Tal enlace los átomos implicados esm’anmuy separados.

CULARES

ORBITALES

33

(b) Tracemos un diagrama similar al de (a) para la cicloadiciónendo [6 + 41 de un trienocon

un dieno.

HOMO

/

*3

LUMO *3

Antienlace secundario

LUMO *a

HOMO *z

I

Se puede observar el traslapo que conduce la formaci6n a de enlaces: entre los 16bulo: en C-1 y C-6 del trieno,y C-1 y C-4 del dieno. Sin embargo, los lóbulos yuxtapuestos en C-2 y C-5 del trieno,y C-2 y C-3 del dieno,se encuentran enfases opuestas: en vez de en el estado de transicidn, estas interacciones producirían proporcionarun enlace secundario antienlazamiento.El resultado es que las cicloadiciones [6 + 41 suceden de maneraem. Esto fue vaticinado por Woodward y Hoffmann en 1965 y, cuando se identificó la primera cicloadición [6 + 41, poco tiempo despubs, se vio que la predicción habh sido acertada (&se el problema 33.9 (c), pág. 1133).

Etileno

3-Metil2-ciclohexenona

V

T

S

W

U

X

Y

CAPITULO 33

MOLECULARES

ORBITALES

El primer paso es una cicloadici6n fotoquímica [2 + 21 supra, supra. Es &te el paso clave de la síntesis: genera el anillo de ciclobutanoque y con se larelación necesita, estereoquímica y el -H. Al mismo tiempo proporciona el primero de los grupos adecuada entreel 4% carbonilo, de cuyas propiedades depende la mayor de la química parte progresiva que sigue: bromación ara para dar T; adici6n deCYLi para formarV, que abre el camino hacia W, X con elgrupo olefinic0 con un nuevo grupo carbonilo; la reacci6n de Wiuig para generar terminal. Varios de estos pasos merecen una atenci6n mayor.

Conversión deU en V. El CH,Ei ataca aU desde el lado más despejado (ruta a) y alejado del pliegue de la molkcula.

Conversión de V en W. Probablemente se hidroxila el enlace doble deV para dar un triol, el cualse rompe en dos lugares para formar W. (b) La fórmula molecular para 2 indica una solvomercuración intramolecular. sólo Estoes y elenlace "€%OH sean geoméuicamente posible para aquel isómero en el que el doble

cis.

Z

Y

15.

(a) La conversión de VI1 en benceno requiere la apertura de un anillo de ciclobuteno, e implica 4 electrones n del "polieno" (elknceno). El proceso permitido por la simetría es

hexa-2, 5-dieno "Renceno de Dewar"

conrotatorio, y generaría el cis,cis,trans-ciclohexa-l,3,5-meno, que resulta demasiado tenso para ser posible. La reacción debe proceder con movimiento disrotatorio y prohibido "-0 q u k b medianteun mecanismo que no es concertado en absoluto, sino (es decir, difícil) que evolucionapor etapas.

CULARES

33

ORBITALES

reacci6n debe proceder ya sea por la ruta supra prohibida, o bien mediante un mecanismo no concertado, tambitn difícil.

'acH Antara

< 0T;'l: H

Permitido por la simetría, geome'tricamente imposible

e

CH 3

Supra Geométricameruefácil, prohibido porla simetría

GH

16.

(a) Primer paso. Una apertura electrocíclica del anillo B. En el polieno participan tres enlaces dobles,o 6 electrones x. 4n + 2 fotoquímica: apertura conrotatoria.

(No puede ocurriruna apertura anular térmica: el movimiento disrotatorio permitido por lasirnetriagenerm'a un dobleenlace trans, ya sea enel anillo A, o bienenel C, geomtuicamenteimposible enun anillo de seis miembros.) Segundo paso. Un desplazamiento [ 1,7]-H que, siendo térmico, es de suponer sea que

untara.

(b) Estos tienen estructuras anlilogas las del a pre-colecalciferol y el colecalciferol, pero con

una cadena lateral no saturada de nueve carbonos:

CAPITULO 33

MOLECULARES

ORBITALES

(c) Cierre electrocíclico del anillo B, que comprende tres enlaces dobles de polieno, o 6 electrones K. 4n + 2 tkrmica: disrotatorio. Como se expuso enlarespuestaalproblema 3(c) antes visto, haymodos dos disrotatorjos posibles,

y aquí, comoen el problema reciéncitado, dan estereois6meros diferentes:IX y X. En el ergosterol,el metiloC-1 es p y el HC-9 esa (vhnse lasp6gs. 647-648). En IX y X, ambos sustituyentes son a en uno de ellos,y pen el otro. ,

IX ( O X )

Pre-crgocalcifcrol

x (o

IX).

(d) Es una apertura electrocíclica del anillo B, en la que intervienen 6 electronesn.4n + 2 fotoquímica: conrotatoria,como en el primer paso dela parte (b). Consideremos el proceso del cierre anular. Hay dos modos conrotatorios,

que, en este caso, dan estereois6merosdistintos. Así, el pre-ergocalciferolse relaciona con y XI. En el ergosterol,el dos compuestos mediante el movimiento conrotatorio: ergosterol metilo C-1 es fi, y el H en C-9 es a;en XI, el metilo C-1 es a,y el H en C-9 es p.

Prc-crgocalcifcrol

x1

17.

(a)El tram- XI1 sufre una apertura anular paradar un ciclodecapentaeno. Esto implicatres enlaces dobles del polieno, o 6 electronesK. 4n + 2 fotoquímica: apertura anular conrotatoria.

6

XVIa

xvIb

Ciclodcca-l,3,5,7,9-penlaeno

cis-XI1

CULARES

ORBITALES

33

Existen dos modos conrotatorios ( v h e la respuesta al problema 33.3, poco antes), y dan dos productos posibles: XVIa en los tres nuevos enlaces dobles soncis; todos en XVIb,son trans,cis,truns. Evidentemente XVI,no tiene estabilidad t6rmica. y a temperatura ambiente su anillo se cierra con la participación de tres enlaces dobles, o 6 electrones A. 4n + 2 drmico: movimiento disrotatorio para dar cis-XII. De esta manera, XVI se relaciona con los dos estereoisómeros de XI1 con uno, fotoquímicamente;y con el otro. tkrmicamente. XVI es estable a-19OoC, y no se convierte en cis-XII; sin embargo, se le puede reducir a ciclodecano. Cuando se fotoliza trans-XI1 a -190°C. se forma XVI. Calenthdolo hasta alcanzar la temperatura ambiente se convierte en cis-XII, y Cste permanece sin cambio aunque la temperaturase vuelva a bajar. (b) El ciclodecapentaenoes un polieno cíclico, completamente conjugado, con cinco dobles

enlaces,osea, 10electronesIc;esdecir,setmtadel[10]anlJeno(problema9,Cap.13).Pero 10 es un número de Hiickel(4n+ 2, con n = 2) y debería dar origen a la aromaticidad siempre quela geometríá lopermita-. (Como pudimos apreciar en el problema 13.7, pág. IC,es aromático.) 484, el dianión ciclooctatetraenilo, con 10 electrones El interrogante es: ipermite la geometría la aromaticidad? La respuesta parece ser claramente negativa. Es casi indudable que el ciclodecapentaeno es el intermediario estas en reacciones; del mismo modo, no hay duda de que es inestable en gran medida y, por consiguiente, no es aromático. La preguntasiguiente es: ipor qué no es aromhtico? La aromaticidadexigela deslocalización de electrones x, la que,a su vez, requiere que la molkula sea plana. Si XVIa un decágono regular, con ángulos de deenlace 1U0,24" m&que elAngulo fuese plana, sería aesta desviaciónes evidentemente mgonal normal de 120".La tensión angular que acompafh mayor de la que la molkula puede soportar para admitir la aromaticidad. (El dianión aromático ciclooctateuaenilo tiene ángulos de enlace de 135", 15" más que los Angulos trigonalesnormales:esevidentequela molkula puede soportar esta gran tensión, acompallada por una carga negativa de doble.) XVIb podríaser plana, sin tensión a n g u l a r C " c 4 , pero surge aquíotro problema: los hidrógenos del C-1 y del C-6 apunm'anuno contra el otro, locon que estarían aglomerados el (pág. 1 1 15) cuando el anillo es suficientemente sin remedio.No es sino hasta [18]anuleno grande para acomodar los hidrógenos que apuntan hacia el interior). El aislamiento deun compuesto estable para establecer su aromaticidad puede resultar difícil, pero es directo. La interpretación del fracaso del aislamiento de un supuesto intermediario como prueba de queno es aromático es mucho más delicada. Aparte del aislamiento del producto de reducción, el ciclodecano, la validez deeste argumento depende y, en último t6rmino, descansalaen f m e z a de las reglas de del diseno de los experimentos la simetría orbital. (vanTamelen, E. E., Burkoth, T. L. y Greeley, R. H. "The tram-9, 10-Dihydronaphthalene-Cyclodecapentaene Valence Bond Isomer System",J. Am. Chem. Soc., 93, 6120 (1971).)

Compuestos aromáticos polinucleares

NOT

Siete Tres Dinitro: diez

Mononitro: dos

NO2

NO2 NO2 Siete Siete Nitronaftilaminas: catorce

trans-Decalina

L/ cis-Decalina

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

trans: 2 enlaces ecuatoriales

cis: 1 enlacc axial, 1 enlace ecuatorial

Debe ser más estable la trans-decalina: ambos grupos voluminosos (el otro anillo) se encuentran ecuatorialesen cada anillo. (c) La hidrogenaciónes reversible: la hidrogenación syn para dar cis-decalina tieneControl cinético; la hidrogenaciónunti para dar trans-decalina tiene control termodinámico. Esto es comparable con la rápida adición1,2 frente a la formaciónmás lenta del productode adición 1,4, de mayorestabilidad, apamr de los dienos conjugados; conla conversión de los xilenos orto y para, que se generan inicialmente, en m-xileno, mhs estable, en la metilación de Friedel-Crafts del tolueno; con la conversidn del O-f~nOlSUlf6niCO ácido en SU isómeropara, más estable, y con la conversión del ácido 1-naftalenosulfónico Acid0 en 2-naftalenosulfónico. más estable. 34.4

Tctralina

H

-

HBr

(1" )

Rr

+ HBr

+ HHr (2" 1

Br

+ WBr

(3" )

(4O

)

Cada paso produce un mol de HBr en (1) una sustitución bencilica,(2) una eliminación, (3) una sustitución alíiica,(4) una eliminación, respectivamente.

/2 D

664

C

A

COOH

H

I

J

K

L

Cadaleno 4-Isopropil-1, 6-dimetilnaftaleno

(b) El cadineno tiene el mismo esqueleto de carbono que el cadaleno; su estructura sigue la regla isoprknica.

Cadineno

Cadaleno Esqueleto probable

(c)

& d 00

-

como en (b)

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES COOH

CN

t-

m

C H ZCI

como en (d)

CHIOH f-

comoeno)

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

m

2

+CHJCOCHJ

(X

=

CI, Br, I )

m

MgBr

COOH

(b)

CAPITULO 34

Un arino

t-

Hr

t-

L

comoen(a)

como en (a)

mNc) +Hi

I1

COMPUESTOS AROMATICOS POLTNUCLEARES

CAPITULO 34

L o s tres halogenuros distintos dan la misma proporción de productos porquetodos ellos generan el mismo intermediario: arino. el El producto favorecido es el 11, porque se forma se encuentra m& cerca del a través del carbanión más estable: aquel cuya carga negativa sustituyente atractorde electrones " e l otro anillo.

(b) Medianteeldespla7amientobimoleculardirectode imposibilita la generación de un arino.

-F

por la amina.El2-C%

(c)Ocurren tanto un desplazamientobimolecularcomo una eliminación-adición.El fluoronaftaleno esel menos rcactivo para la formación de arinos ( S e c . 29.14), pero el m& reactivo en los desplazamientos bimoleculares ( S e c . 29.12).

COOH

5 HHOOC OOCF

COOH

ácido 1,2,4-bencenotricarboxflico P . f.225-235"C, desc.

ácido 2-naftoico

HOOC HOOC

CH

ácido 1,2,3-bencenotricarboxilico P.6 19O-I97"C,desc.

ácido 1-naftoico

Me

Me

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

6 Anhídrido succínico

producto ( e )

34.11

(a) La sulfonación tal como se describeen la sección14.9, ladesulfonación comose describe la sección 14.12. @)Vea la figura en lapág. 670.

(b)

mF mN2’ m calor

f--

como en (a)

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

mL=&!COOH H H

(f)

Aczo, Prob NaoAc 25 22e

producto ( e ) (O mediante Reformatsky.)

fi-NaphS0,-

1

Avance de

Figura 34.6.

l a sulfonación a

+ H'

Avance de la sulfonacicin p

Cambios de energía potencial durante eltranscurso de la reacción: sulfonación a contra p del naftaleno (problema 34.11).

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

34.13

CAPITULO 34

ReemplaceCuBrdelproblema34.12(a) por NO,, catalizador.

Orientación alfa en el anillo activado Br

NO2

O"

O

el anillo activado Orientación alfa en el otro anillo Br

Br Orientación ara (posición 1, no 4)elen

(f)

anillo activado

moCH3 COCH,

34.15

(a)

Orientación alfa (posición 1, no 4) en el anillo activado

OCH 3

(b) CH,CO H03S

CH3

00

CH 3

CH3

El complejo voluminoso busca la posición menos impedida: substitución beta en el otro anillo Lasulfonaciónatemperaturaelevada(control termodinámico) da una sustitución beta en laposición menos impedida

Lasulfonaciónatemperaturabaja(controlcinético) da una substitución ara en la posición menos impedida La sulfonación a temperatura elevadada una sustitución beta Orientación alfa en el otro anillo

NO2

CAPITULO 34

34.16

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

(a)Compareconlapreparacióndep-nitroanilina

NO,

N,

(pág. 951).

+

Como en (b), pero comenzando (página con

1162)

(0 Compare con la preparaciónde ácido sulfanílico(Sec.27.9) (página 1157)

m

NH2 SO3H

(8)

a

m

NO? SO3H

(Separar del irómero 5-NO,)

(i)

&

H2S04

00 c"'"

Como en (h). pero usando el idmero 8-nitro.

(página 1161)

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

34.17

Un grupo acilo desactivante se transforma en un grupo alquilo activante.

34.18

(a) Comiencela secuenciadeHaworth(pág. 1167) con tolueno (apartirdebenceno),y acile inicialmente en para con respecto al 4%.

succ. anh. ]Al,,,

a-Tctralona (página 1167)

(c) Utilicep-xileno con la secuencia de Haworth (pág. 1167).

CHTMgBr

t "

CH,

(como en a)

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

CHIOH McHgBr

COOEt

NI

-H:O

COOEt

t

COOEt

H - €!OH

00 a Ph

(i)

34.19

Como antes en (b), pero empleando PhMgBr en lugar de MeMgBr

Vealafigura 34.5, página 1176. O

Antraceno (84 kcal)

-

Naftaleno

(61 kcal)

=

23-kcalsacrificadas

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

O P Fenantreno (92 kcal)

34.21

-

Naftaleno

(61 kcal) = 31-kcalsacrificadas

En la sustitución electrofílica del anillo bencbnico, el cati6n intermediario (ion bencenonio) siempre pierdeun protón para regenerar el sistema aromhtico. En este caso, el cati6n puede combinarsecon un nucleófilo,con s610un pequello sacrificio de energía de resonancia, para dar un producto queaún contiene dos anillos bencbnicos separados.

IT* * 6 H

NO2

H

OAc

\/

+ EtOH

'NO,

d

H

IV

OEt

H

V

34.22

(a)Eldihidroantraceno m& estable es el compuesto 9, 10 (Sec.34.17). En cambio,el tetrahidroantracenom& estable es,

a 0 2 3

I ,2,3,4-Tetrahidroantraceno

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

en el que sólo se destruye la aromaticidad de un anillo. La hidrogenacidn catalítica es por la ruta del compuesto9, 10, finalmente daría el reversible y, aun si la reacción siguiese tetrahidrocompuestomás estable. (b) La sulfonación es reversible. Aunque la sulfonacidn - c o m o la bromacidn y la nitración- probablemente sea másrápida en la posicidn 9, tambiCn lo es la desulfonación.La reacción es controlada termodinámicamente (equilibrio), por lo que da el ácido 1-sulfónico, que es elmás estable.

Acido antraceno-1-sulfónico

Anhídrido ftálico

I,

O 20% rendimiento Separado delproducto 22

O

(d) &CH\

o

O

o-Xilcno

m-Xileno

Como cn (c),página 1174, pero comenzando con tolueno en lugar de benceno; RMg X = MeMgBr

(Encambio,nohan'amos2-metilantraquinonaparadejarlareaccionarluegoconMeMgBr:

a l santraquinonasno muestran mucha reactividad carbnilica y, en todo caso,y hasta donde

sabemos, la adicidn sería principalmente en la posicidn 10.)

(e) 676

Como en (d), salvo que comenzamos con una acilacióc del naftaleno

34.24

El grupo acilo cercano al grupo nitro atractorde electroneses el m8s reactivo. (por ejemplo, v h s e el problema 24.13,p8g. 865.)

o

o

1-Nitro-9. 10-antraquinona

o

O

5-Nitro-2-metil9.10-antraquinona

O

oII

9-Metilfenantreno

1-Metihaftaleno

(b) Como en el problema 34.18(b), pero usando naftaleno (con acilaci6nP, en lugar de benceno.

It

4-Metilfenantreno

Naftaleno

en vez de a- tetralonu

O (c) Como en el problema 34.18@),pero empleando naftaleno (con acilación a)en vez de

benceno.

O

I

CH3

Acilación H2C inicial:

1-Metilfenantreno

@htermdiario:

II

O

Naftaleno

8

O en vez de a-tetralonu

677

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

(d) Como en el problema 34.18 (d),pero con 1-metilnaftalenoen lugar de tolueno.

6

Dimetilfenantreno

1-Metilnaftaleno

(e) Comoen el problema 34,18 (e),pero con 1-metilnaftalenoen vez de tolueno.

fi

Acilación inicial:

',

HzC-

CHS 1.4-Dimetilfenantreno

I1

Naftaleno

o

(La acilación 01 parecería una alternativa válida; la síntesis dada a conocer utilizó realmente

el producto-P.)

(g) Como en el problema 34.25 (0,pero empleando 1-metilnaftaleno (con acilacióna)en vez de naftaleno. O

I

Acilación inicial: CH3

C

/I

o

1,4,9-Trimetilfenantmo

1-Metihaftaleno

(h) El problema 34.15 (b), página 1164, establece que la acilación del 2-metoxinaftaleno puede ocurrir en la posición 6 (acilación En este caso, la secuencia de Haworth puede comenzar conla succinoilación del 2-metoxinaftaleno en la posición6, y proceder en forma normal (fig. 34.5, pág. 1176) hacia la molécula objetivo.

m.

2-Metoxifenantreno

34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES CAPITULO

m

34.26

m

Q

acilaciónj3

,

0

k-CH2CH3

m!!-TH-CH3

halogenacióna

A

3

alquilación

(-OOC)2CH

'YH

O0

hidrólisis

~

Br

B

(HOOC),CH,

,CH3

:H acidulación

D

C

rn

,CH3

E

HOOC"CH2 E -

'No

descarboxilación

red.de

F

H

Clemm.

z

H

G

aromatización

z

____f

2-Metilfenantrenoadición

I

n

34.27

D

C

B

A

t

Fenantreno

El brornuro de P-feniletilo necesariose puede obteneras? PhCH2CH2Br PhCH2CH20H

+

PhMgBr

+

H2C-CH2 \

0

/

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

A

34.28

R

A

D

F

C

F

E

armatización

mtramol. F ~C

alquilación

Fenantreno

G

34.29

B

A deshidratación

E t O O C C M

N a O O C M

HCI

HOOC&

hidrólisis

B-

_____f

D

C

F

__f

G

E

Pireno

El material departida es uno de los intermediarios del problema 34.25(b).

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

34.30

CAPITULO 34

Material de partida Criseno

o

v

El halogenuro inicialse obtiene de la siguiente manera:

+=&) 34.31

f-

Prob. 34.7(g)

Tal como en el problema 34.27, exceptoque se usaa-tetralona(pág. 1175) enlugarde ciclohexanona.

O a-Tetralona O

O 1,4- Naftoquinona

O

O Anhídrido ftálico

H

H

1.4-Dihidronaftaleno (Sec. 34.6)

H

H

Tetralina (Sec. 34.6)

I -Bromonaftaleno

trans-Decalina (Sec. 34.6)

Acido 1 -nafta lenosulfónico

1 -Nitronaftaleno

Acido 2-nafta lenosulfónico (Sec. 34.11)

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

CAPITULO 34

Metil a-naftil cetona

Metil pnaftil cetona (Sec.34.10).

4-Nitro- 1-metilnaftaleno

1-Nitro-2-metilnaftaleno

1.6-Dinitronaftaleno

(f)

1.7-Dinit~onaftaleno-1 naftaleno -sulfónico

m

1,s-dinitronaftaleno

ácido 5-nitro-

(g)

NO2

1.8-Dinitro naftaleno

ácido 8-nitronaftaleno-1 -sulfónico

$=Jg°CH? NOz 4-Nitro-1-acetamidonaftaleno

1-Nitro-2-acetamido naftaleno

3.

(Suc. 34.fY)

9-Nitroantraceno1-Nitro-2-naftol

HOOC 8 0 0 " HOOC

~

oxid.

&H3

1-Nitro-2-metilnaftaleno

NO2

H O O C O HOOC

<

~

oxid..

I

8-Nitro-2-metilnaftaleno

S-Nitro-2-metilnaftaleno

I

2-Metilnaftaleno

(Src. 3 4 . / 2 )

(e)

& &

(SCY 34.8)

producto (c)

a>

(h)

N''

Inasequible por nitración directa CN

(Reacción deBucherer, Sec. 34.12)

producto (d)

&e

producto (c)

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS

POLINUCLEARES

producto (d)

ftálicoAnhídrido Ftalimida

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

O

5.

B

A

F

Fenantreno

La acilación de Aes beta en realidad, evidentementeporrazones esdricas. (Sin embargo, cualquiera que fuesela orientación, siempre el producto final hubiera sido fenantreno.) 6.

(a) Igual al problema34.18(f), pero aquí comience con anisol en vezde benceno, y utilice PhMgBr en lugar de uno delos moles de MeMgBr.

Me0

Ph

1.2-Benzantraceno 1.2-Benz-9, 10-antraquinona (pág. 1174)

O

Naftdeno

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

Ph

1-Fendfenantreno

(e) Tal como en el problema 6(d) anterior,pero usando 1-fenil-naftaleno (sintetizado ya antes en el problema 34.18(i)), en vez de naftaleno.

Ph 1.9-Difenilfenantreno

7.

I

cierre anular en C-1

&1

HOOCCHzCHzC II 0

+ H

Criseno

2-Isómero

cierre anular en C-3 cierre anular en C-2

HOOCCHzCHzC

O

1 !

3-Isómero

G

12Benzantraceno

'

1 cierre anular en ~4

no hay reacción; C-4 está demasiado impedido

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

8.

El producto final tiene todas las características de un fenol: es soluble en NaOH(ac) e insoluble en NaHCO, (ac);se acopla conPhN,’Cl- para dar un azo compuesto coloreado. La fórmula indicaun naftol. Una secuencia de reacciones razonable solamentc conduce al 1-naftol. O

O

11

fjp;2 CH

acdacibn Intrarnol.

’

tautomerización (aranatizac.)

m OH

1-Naftol

Cero

(Ed)

9.

Mediante la adición a las posiciones 9, 10 -10 que sólo exige un sacrificio pequeno de estabilización aromática- el antraceno actúa como dienoen reacciones de Diels-Alder (Secs.31.8y33.9).Lareacciónessupra,suprayterminaenadiciónsynacadacomponente. (Véase la fig.34.7,pág. 688 de esta Guía de Estudio.)

Eter de enol

Un éter vinílico

B-Tetralona

(Prob. 14, pág. 777)

En este problemay en el siguiente, revisamos brevementereducción la de Birch, cuyo enorme valor radica en la síntesis de una amplia variedad de compuestos cíclicos no aromáticos, teniendo como material de partida sustancias aromáticas. En la parte (b) recién vista, por ejemplo, se genera un grupo cabonilo, el cual abre el camino hacia muchos otros m k moderno ilustrado en el problema 28, compuestos. (Compárese con el planteamiento Cap. 28.) (Birch, A. J. y Smith, H., “Reduction by Metal-Amine Solutions: Applications in Synthesis and Determinationof Structure”,Q. Rev., Chem. Soc., 12, 17 (1958).)

O 1,6-Ciclodecanodiona

La dicetona sufre una condensacih aldólica intramolecular (adición de C-5 a C-1, p. ej.), dando origenuna a cetona bicíclica con un anillo de siete miembros, y otro de cinco. 687

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

Azuleno

Anhídrido maleico (cis)

I

J

Aquiral; mes0

Aquirol; mes0

K

(trans)

Quirol; rocémico

&* &

M

L Aducto de Diels-Alde?

M

orud

UM hidroquimm

ZHONO,

NH;;Hlt

-+

NH2

H

O N

VM a u i m

~"

O

diamina

Una

dimnio sdoble a l de

I ~

ZH,PO?

I t

Tripticeno . (Del griegotriptychos: formada de tres placas)

Figura 34.7

Reacciones del problema 9.

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLMUCLEARES

12.

(a) Es obvio que el azuleno es aromático. Tieneuna estructura en la que el anillo de siete miembros tiene una carga positiva, y el de cinco, una negativa. Esto proporciona seis

electrones K "el sextet0 aromátice- para cada anillo. Así como el naftaleno consta de dos anillos bencénicos fusionados, de igual modo el azuleno esd compuesto por un catión mpilio y un anión ciclopentadienilo fusionados. (b) Tal como hemos representado el azuleno, el sentido su de momento dipolar debe ser desde el anillo de 7 hacia el de 5. Debe verse incrementadopor el dipolo C - C I , como realmente sucede.

U

H h

D

Podemos notar que las seaalesa y b observadas en CF3COOD corresponden las sefiales a y d observadas en CF3COOH. La desprotección causada porla carga positiva desplaza más bajos desus posiciones usuales. todas las sefiales campos a c

(b) Sucede el primer paso de una sustitucidn electrofílica aromática para dar el catión comparable al ion bencenonio que se genera de los derivados bencbnicos. (Compárese con el problema 14. 10, pág.508, y con el problema 14, Cap.28.) El ataque ocurre donde debe ser, en el C-1 del anillo pentagonal, porque de ese modo

se genera el catión más estable; el Único enel que se conserva la aromaticidad de uno de los

anillos " e l de sietemiembros-. (Dibújense estructuras para el producto del ataque sobre o sobre cualquier posici6n del anillo de siete miembros.) el C-2 delanillo de cinco Atomos, (Schultze, J. y Long, F. A., "Hydrogen Exchange of Azulenes. Conjugate Acidsof Azulenes", J.Am. Chem. Soc., 86,322 (1964).)

I. Structure ofthe

689

OEt

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

ti

H

H

Esperaríamos obtener azuleno1 , 3 4 (1,Zdideuteroazuleno) por neutralizacidn. (d) La sustitución electrofílica aromática debenaocurriren el C-1 "y así sucede-,puesto que procede a través del cati6n más estable. (Vhsela respuesta ala parte (b) recién vista.)

Catión Azuleno

14.

más estable

Producto de sustitución

Se trata de reacciones de sustitución nucleofílica aromática (Sec. 29.8), y deben ocurrir mediante el carbanión más estable: el que resulta del ataque al C 4 del anillo de siete miembros. H Y SustituciBn nucleofílica

Carbanión más estable

S610 el ataque al C-4 o al C-6 preserva la aromaticidad de uno de los anillos "el pentagonal- y el ataqueal C-4 da, además, una conjugacidndihica en elanillo de siete miembros.(Tracees~cturasparaelproductodelataqueaIC-6oacualquierotraposición.)

-6

CHxCOOEt

CHO

I

HCOH

BrCHzCOOEt ~ _ _ZlI __

A

P

9

/

CH,

CH2

\-

CH,

I

5 EtOH & JO H

-xlo,

Q

R

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

V

U

Eudaleno

1-M&-7-

isopropilnaftdeno

16.

W

X

Y

2,4,5-Tricloro2,4,5-Triclorofenol dihidroxidifenilmetano fenol 6-(hidroximentil)

2,2’,3,3’,5,5’-Hexacloro-6,6’“Hexaclorofeno”

cc

3,4’-Dirnetilbifenilo

(c)

PhCOOEt

+ 2PhMgBc

”+

PhJCOH DD

*

PhjCBr EE

Phy):=CPh* H FF

( I , página 545)

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

HH

GG

Tetrafenilmetano

(e)

o\b,Ph

Ph, ,CH, C

C

¡I

I

O CH3

\ c4

I

Ph

CHj O

H' -3HlO'

phoph

Condensación aldólica triple

Ph I1

1,3.5-Trifenilbenceno

17.

El grupo -N; (con carga positiva, atractor de electrones) activa poderosamente la molécula parala sustitución nucleofílicaaromAtica. El ion cloruro desplazaal -NO2 en algunas molkculas antes de que el -N; sea convertido en "OH. (Compdrese con el problema 14,Cap. 29.)

JJ

~a~ci~ndemetilenoalenlace9,lOsólodemandaun~crificiopequeilodees~bil~~ión por resonancia (Sec. 34. 17). (b) El metileno regenerado JJdese inserta porsí mismo en los enlaces carbono-hidr6geno del n-pentano (pág. 460). La fuerza momz es la restauraci6n del sistema aromático, estabilizadopor resonancia, del fenantreno.

Observamos aquí algo que no aúnhemos estudiado: la inserci6n aleaioria del metileno singulete en cadauno de los enlaces carbono-hidrógeno deun hidrocarburo. (Compdrese

laproporción34:17:49conlade4:2:6,co~espondientealoshidr6genosdelC-2,C-3yC-l

del n-pentano.) Esta aleatoriedad se atribuye a la elevada energía del metileno singulete generado al inicio;toda colisión, ya sea en un enlace primarioo en uno secundario, tiene energía suficiente para que haya reacción. (Es como si lareaccidn fuese llevada cabo a auna temperatura sumamente elevada(Sec. 3.23).

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

(c) Son tres productos de insercióny uno de adici6n:

(d) Resultan’an numerosos productos de inserción,aquí-teniendo pero alquenos diastereose centra,por supuesto,en la reacción de adición. méricos como reactantes-nuestro interks mum en lafase líquida (considérese el posible punto Dado que la reacción necesariamente de ebullición de una molécula deltamailo de JJ), anticipamos la intervención del metileno singulete y, por lo tanto, predecimosuna adici6n estereoselectiva(syn) (Sec. 12.16).

A

H

CH2

i- Pr H

CiS

cis

Adici6n syn

i- Pr

J) H trans

(Richardson,D. B. el al.,“Generationof Methilene by Photolysis of Hydrocarbons”,J. Am. Chem. Soc. 87,2763 (1965).)

19. Dihidropentaleno

KK

Pentalenuro de litio

Como el ciclopentadieno ”y por idénticarazón-, tambikn el dihidropentalenoes Bcido y descompone al n-BuLi con formaci6nde la sal KK. El anidn KK, doblemente cargado, es aromAtico, y cadaanillocontieneseiselectrones x. Correspondeadosaniones ciclopentadienilo fusionados. La seaal a de RMN corresponde 4H, a desdobladapor un protón; laseaal b corresponde a 2H, desdoblada por dos protones. 693

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES o

U

(Katz,T. J. y Rosenberger, M. 'The Pentadienyl Dianion",J.Am. Chem. Soc., 84,865 (1962).) El hidrocarburopaternoeselpentafenoKK sin las cargasnegativas.Es desconocido(aun cuando se ha detectado el 1-metil-pentaleno a temperaturas bajas),y supuestamente es mucho menos estable que el diani6n "como esperaríamos que fuese.

20.

(a) 1 -Cloronaftalenoy 2-Cloronaftalenodan la misma mezclade productos, porqueambos generan el mismo arino intermediario: 1,2-deshidronaftaleno. Es tste el Únicoarino queel y es el arino preferible parael 2-cloronaftaleno, puesto 1 -cloronaftaleno puede formar, productos

t

1 -Cloro- carbanión Unico naftaleno posible

1,Z-Deshidronaftaleno Un arino

Carhanión estable

más

2-Cloronaftalcno

que se genera por la ruta del carbanidn más estable: aquel que tiene la carga negativa contigua al sustituyente atracmrde electrones "el otro anillo. (b) En el caso del compuesto de fluor, el desplazamiento bimolecular directo (que sólo puede dar el producto 1) acompaiia a la eliminación-adición (que da tanto el producto 1 como el 2). Elfluoronaftaleno esel menos reactivo frente a la formaci6nde arinos ( S e c . 29.14), y (a menudo)el más reactivo frente al desplazamiento bimolecular(Sec. 29.12). El efecto que ejerce el cambio de concentraciónde la piperidina(B:H)es comprensible. Como apreciamosen las páginas 1034-1035, cuando X = F, k, >> k,, de manera que el carbanión inicialse forma rápida y reversiblemente X

X

para X = F,

k-

k2

(1). perdiendo en ocasiones un ion halogenuro (2) para dar el arino. Por consiguiente, la velocidad de la formaci6n del arino depende de la concentraci6n del carbani6n en el equilibrio;estaconcentraci6nsereduceamedidaqueaumentaladepiperidina,&splazando

COMPUESTOS AROMATICOS

CAPITULO 34

POLINUCLEARES

el equilibrio haciala izquierda. Conforme se hace m& lenta la generación de arino, el desplazamiento bimolecularse vuelve relativamentemiis importante.

21.

Haciendo primero una revisión general del problema, encontramos una pista que conviene tener presente a todo lo largo de nuestra tarea: el producto final, UU, no sólo es aromático, a campo muy alto, similares alos que sino quesu espectro de RMN exhibe picos inusuales hemos visto para protonesen el interior del anillo del[18] anuleno (problema6, Cap. 16 véase también la pAg. 1115).

TT CISHIS

U U , CIS HI^

trans-15, 16, Dimetildihidropireno Catorce electrones K Aromático

Ya antes habíamos tenido ocasión de conocer compuestos aromSticos con l o s números de Hiickel de 2,6.10 y 18 electrones IC. En este ejemplo tenemos uno cuyo número Hiickel es de14 (n = 3). La aromaticidad requiere eltraslapo de orbitalesp , lo que, asu vez, exige planaridad. Para un anillo de10 carbonos, esto representaun problema especial (véase la respuesta al problema 17, Cap. 33): un polieno completamente cis sería un dedgono regular, con ángulos mucho mayores que los 120" normales del carbono trigonal -evidentemente demasiado grandes para permitir la planaridad y la aromaticidad de la molkula. El polieno 695

CAPITULO 34

COMPUESTOS AROMATICOS POLINUCLEARES

plano alternativo (cis,rruns,cis)tendría ciertos hidrógenos vueltos hacia el interior, y, desde es que el [lO]anuleno ni es un luego, no habría suficiente espacio para ellos. El resultado compuesto plano ni es aromático. (para lograrun compuesto aromático con 10 electrones K , debemos fijamos en un anillo de ocho miembros; el dianión ciclooctatetraenilo del problema 13.7, pág. 484.) El anillo del [18]anuleno, por otro lado, es suficientemente grande para acomodar su interior, y el compuestoes aromático. hidrdgenos que apuntan hacia El [ 14lanuleno ha sido preparado;su estabilidad y su espectro deRMN indican que es esencialmenteno aromático. Una vezmás, no haysuficiente espacio dentro del anillo para los átomos de hidrógeno.Con el W, se ha superado astutamente esta dificultad: el anillo es forzado ala planaridad por la formación deun puente entre carbonos situados lados en opuestosdelanillo. AI mismotiempo, se trata delprimercompuestoquepresenta sustituyentes (grupos metilo) dentro dela cavidad x. Su absorción a campomuy alto es exactamenteloquecabepredecirparaestosprotonesmetflicos(v~selafig.16.4,@g.573), y proporciona una prueba contundentede la aromaticidad deUU y la validez de la regla 4n + 2 de Hiickel. (Boekelheide,V. y Phillips, J. B., "Aromatic Molecules Bearing Substituents within the oftrans- 15,16-Dimethyldihydropyrene",J.Am. Cavity of then -Electron Cloud. Synthesis Chem. Soc., 89,1695 (1967); Boekelheide, V. y Hylton, T. A., "General Method for the Synthesisof fruns-15,16-Dialkyldihydropyrene",J. Am. Chem. Soc., 92,3669 (1970).) (Para un análisis general,viase Sondheimer,F., "The Annulenes", Acc. Chem. Res., 3, 81 (1972).)

35 Compuestos heterocíclicos

35.1

EtOOC

CH3COCH,COOEt

NaOEl ___f

COOEt

I 1 [CH,COCHCOOEt]- A CH,COCH-CHCOCH? B Un Pceto éster doble

A

HOOC COOH H'

I

/

CHKOCH-CHCOCH~

CH,CCHzCH,CCH,

I1

I/

O

O

2.5-Hexanodiona

35.2

p h o p h O

2,s-Difenilfurano

a

HZC"CH2 PhC< 'CPh

o o'/

f

comoenel PhCOCHZCOOEt Prob. 35.1

Una 1,4-Dicetona PhCOOEt

35.3

+

OEt-

+ "

CH3COOEt

La apertura del anillo implica un ataque electrofílico por medio de H'( v h e la respuesta

al problema4(b), m& adelante), elcual es disminuido porel grupo "COOH, amctor de electrones. 697

CAPITULO 35

35.4

HETEROCICLICOS COMPUESTOS

En la sección 36.7 vimos que los fenoles reaccionan con formaldehídoya sea en ácid0 o en base, enlo que constituyetanto una adici6n carbonílica como U M sustitución electrofílica un grupo hidroximetilo y, al proseguir la reacciónlos aromática. Se introduce en el anillo anillos se conectan por enlaces “X%-. El furano, como el fenol, tieneun anillo activadoy sufre una reacción similar.

O

35.5

HCHO H+

O

El furfural, con su calidad de aril-aldehído, no posee hidrógenos a, por lo que sufre la reacción de Canizzaro(Sec.21.14).

Furfural

Furoato dc sodio

Alcohol furfurílico

so, -

35.7

(a) Hay traslapo de sextetos del anillo pirrólico y del bencénico,muy similara lo que sucede en el naftaleno(Sec.34.3). (b) El ataque a la posición 3 da el catiónmás estable: se mantiene la aromaticidad del anillo de seis miembros, mientras que la carga positivaes acOmodada por el nitrógeno.(Vhnse l a s secs. 34.9 y 35.4.)

CAPITULO 35

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

io)

35.8

CI(CH,)4CI

2CN

A

NC(CH2)4CN

THF

i

Acido adípico HzNCH2(CHl),CH2NHz Hexametilendiamina

35.9

(a)

(f)

0

N @c,H2

0

" +

N

¡

Me

(c)

(b) no reacción hay

N

N

I

!

o-S-o I

, A . O CHj

0

N

I

Me

Ph

MerNCHzCH2CH==CH2

"f

N 3 OH-

Me/

\

Me

Melilación exhaustiva (Sec. 27.5)

La higrina es básica, una amina3'. Contiene un grupo carbonilo,y es una metilcetona( S e c . 18.9). La oxidaci6n vigorosa elimina un carbono m h (y dos hidr6genos mas) que la grupo "CH, COCI-Lpido reacción del haloformo: una conclusión tentativa es queunhay a un núcleo resistente.

35.10

RCH2COCHj

oxid.

-+ RCOOH

Acido higrínico

Higrina

La síntesis del ácido higrínico nosdaa lsestructuras. BrCH2CH2CH2Br+ CH(COOEtz)

-

COOEt

BrCHzCHzCHz

4

-COOEt

H?/C

5

~

\

H

Br

A

c

OH

.of

,;;cooN I

\

CH 1

CH, D

E

Br

omd

COOH C'H,

Higrina

C(COOFI), ,

U

('O 2

COO

;'Hz

H2C>

"

,

CH,COCH,

CHA

Acido higrínico

699

CAPITULO 35

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

S-Picolina

3-Aminopiridina

35.14

La piridina es labaseque se precisa para la deshidrohalogenación; no rompe el Cster, mientras que elKOH alcohólico sí lo hm'a.

35.15

La sustitución elecuofílica procedepor la ruta del intermediario I, en el cual el nitr6geno soporta la carga positiva,y en el que todos los Atomosposeen octetos completos.

:o: ..

O I

35.16

La sustitución nucleofílica procede por la vía del intermediario 11, en el cual el oxígeno, como elemento electronegativo,soporta la carga negativa.

:o: .. ~

:o: .. I1

CAPITULO 35

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

35.17 0-

0-

NO,

Br

Br

35.18

L a piperidina, una amina2", se acilm'a por sí misma.

35.19

(a) El anillo que contiene niwógeno está desactivado, como en la piridina; por tanto, lo la Q del anillo menos desactivado. (Compárese sustitución electrofílicaocurre en una posición con la Secs. 34.9 y 34.13.)

(b) El anillo bencenoide es atacado con mayor facilidad por agentes oxidantes que el anillo nitrogenado, desactivado. (c) La sustitución nucleofílica ocurre en el anillo quese asemeja al piridínico (activado). (Compare conla S e c . 35.10.)

35.20 OH 8-Quinolinol

SO,H Separar del 5-isómero

Quinolina

H

H

2-Metilquinolina

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

CAPITULO 35

" -2H

C H 3 0 W ,

NO2 6-Metoxi-8-nitroquinolina

5,6-Benzoquinoliia (1 -Azafenantreno)

35.22

Vealarespuestaalproblema 31.5, página 1064.

o-Aminofenol

8-Nitroquinolina o-Nitroanilina

m-Fenilendiamina

p-Toluidina

8-Quinolinol

1,5-Diazafcnantrcno

6-Metilquinolina

CAPITULO 35

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

6-Bromoquinolina

pBromoanilina

8-Metilquinolina

H

I

O /,‘-C

H

t H \

2-Metilquinolina

aldol

- Hz0

2CHjCHO Acetaldehído

CH3

(Como en el Problema 35.21)

PhCHO

+

CHjCOCOOH

i

COOH

I

C 0” ‘$H CHPh NH2

o-Toluidina

- &%Vih / COOH

N H

Enol

COOH

Q Q P h

Acido 2-fenil4-quinolinacarboxílico

Cero

El enol es la cetona a,b n o saturada que sufre la adición conjugadade la anilina.

CAPITULO 35

35.27

HETEROCICLICOS COMPUESTOS

(a) El anillo que contiene nitrógeno (y que es similar ala piridina) estA desactivado, de modo que la sustitución electrofílica ocurre una en posicidn a del otro anillo (Secs. 34.9 y 34.13). (b) Lasustitucih nucleofílica se realiza en el anillo activado (semejante al piridínico),y en la conservaciónde la aromaticidad del otro anillo y el acomodo de la posición que permite la carga negativaen el nitrógeno. .H

Z

se favorece &S

H (Z

=

NH2-

Z O

nucleofílica

que

R-)

(c) La reacción implica una adición, detipo aldólico, deun carbanión que deriva de la 1metilquinolina al benzaldehído.

CH CHj LMetilisoquinolina

CH-CH-Ph

CH2 - CH-Ph

2

Ill

I1

OH

La 1-metilisoquinolina generaun carbanih, 111, en el quese conserva la aromaticidad del otro anillo. La 2-metilisoquinolina sólo puede dar el carbanión menos estable,IV.

35.28

Sustituciónelectrofílicaaromática o adicióncarbonílicacatalizada depende del puntode vista. (VCase la ecuación(3), Sec. 35.13.)

35.29

PhCH2CH2NHCOCH3

a

PhCH2CH2NHz

e H

PhCH2CN

&

PhCHzCl

(c) no hay reacción 3-Bromopiridina Acido

3-piridinasulfónico

por hcido, lo que

e PhCH3 calor

(d)

0 N

3-Nitropiridina

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

CAPITULO 35

( h ) no hay rcacción 2-Aminopiridina (Sec. 35.10)

(i) no hay reacción

2-Fenilpiridina (Sec. 35.10)

H Cloruro de piridinio

(j) no hay reacción

Bromuro de N-bcncilpiridinio N-etilpiridinio

0-

0-

N-óxido de piridina N-óxido

2.

(a)

0 S

SOIH

ácid0 fenosulfónico

H

de 4-nitropiridha (Problema 35.15)

(b) O C C H ,

s

Cloruro de

o

Pipcridina (Sec. 35.12)

('1

2-Acetiltiofeno 2-Acetiltiofeno

2-Bromotiofeno 2-Aminotiofeno

O C C H , S '1 O

Acido 2 tiofenocarboxílico

(d) O N O , S

H

Acido 2-pirrolsulfónico

Acido p - (2-pirriIazo). 2-Aminopirrol Pirrolidina Furfurilidenacetona bencenosulfónico

5- y 8-Nitroquinolinas

1

0N-óxido de 4nitroquinolina

BU-n 1-(n-Butil) isoquinolina (Problema35.27b)

CAPITULO 35

H Pirrol

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

H H Pirrol A’ -Pirrolina A2-Pirrolina (2,5-Dihidropirrol) (2,3-Dihidropinol) COOH

HOOC

CICHLOOH

NH

(b) HOOCCHzCl ”-A HOOCCHzNHz --

OH?

H,O,

+S

H>C, ,CH2

N

B

H2C,

I

THO

N

,CH2

l

H

H A

H A’Pirrolina (2,5-Dihidropirrol)

4. (a) 2CH1,

+ HOOCCH2CH2COOH CH3CCH2CH2CCH3 Acido succínico

I1

o

O

C 2.5-Hexanodiona

H

I

Un hemiacetal

H

CH-CH2

2,5-hexanodiona

f-

CH

&

~~

C

\ OH O H +

Enol

5.

\

$H

-CH,

Cetona

protonada

Primero, un poco dearitmktica: (C4HSN)d +(HCHO), 4H20

(CSH70N4

4 pirrol 4 H - (CCHSO H~N)~

(CSH~ON)~ producto perdidas

AI igual que el fenol (o el furano, problema 35.4, pág. 1191), el pimolcontiene un anillo activado,de modo que sospechamos que ha ocurrido aquí una reacci6n similar a la descrita en la sección 36.7:

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

CAPITULO 35

43 N H

t HCHO

5

CH20H H

Cuatro de estas unidades se unen entre sí, con pdrdida de 4H20.Por consiguiente, la estructura debeser cíclica: cuatro unidades, cuatro enlaces nuevos.

4

4

N

anular de la clorofila (pág. 1186 anular de la clorofila (pág. 1186 hemina y de 1345) la pág.

3

Por fina Porfina

6. 1

Quinolina

m

N

NQCOOH

N~~~~~

Isoquinolina

ser

y

E

debe Este

El Único ácido que queda debe ser D: O C O O H D

5-Metilquinolina

(b)

f$:;

SkraupF

.

E debe ser u r n de &os

G?

7-Metilquinolina

%42

HONO+

H

HIPO>

G

7-Metilquinolina

NQCOOH

Este debe ser F

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

CAPITULO 35

(b)

oCH2C

mN

(página 924)

Como en (a),pero usando PhCH,COCl(dePhCH,COOH,pág.811)

CH,CH=CHCHO

(O

CH,CHO en Doebnervon Miller)

(e 1 HooC O N O , (página 498)

35

HETEROCICLICOS O COMPUESTOS

9.

(a)

ocNON.+ lz oNH2 (problema35.12)

N

N

N’

(Separar del 8-isómero)

(d) 02N@COOEt

I

O C O O E t O

I

O C O O H O

HC1 conc.

(f) H2C CH-CH2 CI CI I CI/ I

10.

*

QCHO

Los sistemasanularespaternos se presentanenlapagina consdltese después de haber trabajado este problema. (a)

737 deestaGuíade

C7HI 204 malonato de etilo urea

+ CH,ON,

O\\

H

W ,C-OEt H-N, C-OEt

/

W

+

I

-2EtOH

H-N

I

U L.

QCHO

” I

Una pirimidina (Una ¡J-diazina)

Estudio:

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

CAPITULO 35

-CsHgNz L H,O, opérdida de 2H,O:

,\

$10

+

H2N

L

Un pirazol (Un 1,2-diazol) (Compárese con el pirazol. pág. 1184)

Una quimxalinu

N

Un derivado 1 ,3-dioxolano

"-f

\

,C

N

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

CAPITULO 35

O

H P

3-Hidroxilindol

El cierre anulares una reacción de Dieckmann (problema25.30pág. 908), yes lamisma que participa en la conversión ácido adípico "+ciclopentanona, pág.853.

R Una pirazina (Una 1,4-diazina)

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

CAPITULO 35

(h)

C ~ H ~ N , etilendiamina

+ CSH

carbonato de etilo

H

1

H 2C'

N-H

I

EtO' H 2C,

+

Et0

[x>zo H

\

-2ElOH

("0

__f

H

N --H 1

S

H

Un derivado del imidazol

aNH2 HO N-H

+

O >-CHI

A -*"'O

1

H

a;)-CH, N H T

Un benzimidazol

C16H2306N

COOEt aN-H

I

H

EtOOC,

+ EtOOC

/

CH2

0

COOEt N-C-CH2-COOEt I (1 H O U

Insoluble en ácid0

Reacción en el-VH,

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

CAPITULO 35

u

C14H1705N -C12HlIO4N v C,H,O opérdida deEtOH: "C-OEt

I1

O

+

H-C-CI

O H 0

I

-C-C-CI

"+

I

/I

1 I

H O

I/

Este paso pareceser una condensacih de Claisen intramolecular(Secs. 25.1 1 Y 25.12).

-ElOH

N-C-CI I1 I N O H

,

COOEt

&

COOEt

-EtOH

-coz

O

H

-

V Un p-cetoéster

d\o O

o

H

@OH

Celo

Enol W

2,4-Dihidroxiquinolia COOEt EtOOC N-H I H

EtOOC'

\

COOEt CH2 -E'oH

@N-C-CH2COOEt I I1

A 0

O

-EtOH

.1

-Cor

Un 15-diazanafaleno

CAPITULO 35

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

OH PhCH-CH-6-Ph COOCHl-C-Ph PhCH:--CH

-3

-

CN

o

PhCH--CH2---C"Ph

I

'I

CN O X es uno de éstos

I -Ph

PhCH-CH--C

Adición conjugada Ph-CH-CHZ---C -Ph

I

I1

COOCHi O Y es uno de &os

Ph

l

-CH-C--Ph PhCH

PhCN-CH2-C-Ph

II

1

CN

O

H2C

MeOH

o

X

k\

o

I

PhC?

H2NI

tl N -Ph

C-OCH, i

O Y - H20

l-

MeOH

Ph I

Ceto

Enol

Z

(m)

C3H402 ácid0 acrílico

+ NzH4

hidracina

C 3 H s 0 2 N 2= A A Adición simple

H2N-NH2

-

C 3 H B 0 2 N ZA A CJH60N2 BB

+

H,Osepierde: "C-OH

11

H2N-

O

CHZ~--CH-COOH

+

6-Hidroxi-l,3,5-trifenil1,4-dihidro-1,2-dimina

"

I

H2C

CH2 C

-

-C-NHI1

O

o

/ \ / /

H N\

I

OH N-H

I

H AA

- H2 0 F

Hr N -t N -H BB

O

Una pirazolidona

Adición conjugada; formación de amida

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

CAPITULO 35

cc 4.5-Diazafenantreno (Problema 3 5 . 2 3 ~ )

FF

Un indo1

O CG Dos unidades de indo1

fusionadas,2 3 a 3', 2'

@) El material de partida tiene10 carbonos, al igual que el producto HH. Así, la reacci6n es intramolecular y, considerando los reactantes (halogenuroy fenil-litio), sospechamos que en ella intervieneun arino. (Compárese con el problema 21, Cap. 29.)

HH

Un arino Una

tetrahidroquinolina

Un arino

O I1

Un benzoxaiol

I

CAPITULO 35

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

o bien

JJ Una oxazoiina

d2

Los sistemas anulares paternos son: f b N

1,3-Diagina (Pirimidina)

1,2-Diazina (Piridazina)

@NN H

1,Z-Diazol (Pirazol)

1,4-Diaganaftaleno (Quinoxalina)

N

H

1,3-Dioxolan0

Indol (Benzopirrol)

1,4-Diazina (Pirazina)

N H

(Renzo-1,3-diazol (Bengimidazol)

4,5-Diazafenantreno (4.5-Fenantrolina)

1,3 -Diazo1 (Imidazol)

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

H20. H ' calor

KK

' MeO

CAPITULO 35

CHZCOOH

PCI~

Me0

OM.2 MM

6Me NN

Un cloruro de ácid0

O0

PP

Una dihidroisoquinolina

Me0

9~ a OMe

CH2

12. CH2-CH2 \

O

RR

/

+

+

Et,NH

-

Papaverina Un alcaloide delopio

-

EtzNCH2CHzOH

[CHjCOCHCOOEtI-

" So c$ l Et2NCHzCH2CI

QQ

RR

CH,"C-CH"COOEt I! CH,CH,NEt, I O

H,O. H *

CH3CCH2CH2CH2NEt2

/I

O

SS

CHjCHCHzCHzC,H2NEt2

I

Br

+ xx

TT

HBr

vv

NI

CHJCHCH~CH~CH~NE~~

I

OH

uu

xx

ww

vv

OMe

OMe

"---f

H- N

I

CH

/

\

CH2

/

CH, CH2 CH2

\

/

NEt,

Plasmoquina

717

COMPUESTOS HETEROCICLICOS

CAPITULO 35

13.

N

‘N’

YY

zz

1 zz

CHI

H

HBr_ ( ? )-

AAA

Amina 2a

Nicotina

BBB y CCC son sales diastereomtricas.

14.

Cloruro de flavilio

(c)El oxígeno contribuye con un par de electrones para completar el sextet0 aromático, con lo cualse genera un sistema análogo al del naftaleno. 15.

(a)El nitrógeno “pirrolico” ” e l N del anillo con el -H unid+ contribuye con dos electronesx,y los otros átomos (incluso el N “piridínico”) contribuyen con uno cada Uno, para dar el sextet0 aromático(Sec.35.2). I

Histamina dfático

NH

> “piridínico”

N

> “pirrólico”

N

HETEROCICLICOS O COMPUESTOS

35

Los pares no compartidos se encuentran, respectivamente,en un orbital sp3.en unosp2, y en la nubeK. (Vbnse las Secs. 35.2 y 35.1 1.)

Histidina

El protón va hacia el nitr6geno más bhico.

(d) El ataque sobre el ep6xido se debe al nitr6geno más básico y, por lo tanto, el más nucleofílico de la guanina, -N%. el

16.

Elácidotropínico, C,H,,O,N, tieneunp.m.de187.PuestoquesuE.N.esde94+_1(= p.m. / 2), tiene que ser un diácido. Asimismo, esuna amina Y,no contiene funciones que se oxiden con facilidady es saturado. La aritmttica química, C6H15N

+ Cz04

aminasaturada de cadenaabierta dos grupos “COOH-

CaH I 504N

- CBH,,O,N

ácido tropínico

2H faltantes: esto signiJica un anillo

CBH1504N

indica que el ácido mpínico contiene un anillo. Regresemos ahora alos datos de la metilaci6n exhaustiva: CgH1604NI EEE -CsH,,O,N ácido tropínico CHJ significa la introducción de un Me EEE

FFF sinpérdida d e N

El ácido tropínico debe ser una amina3’. El N tiene queformar parte del anillo,ya que de otra manerase hubiera perdido comoMEM,. Una repetición del procedimiento descarta el Me,N, lo cual deja una molécula no saturada,HHH, que indudablemente contiene los dos “COOH. Sólo se pierde un carbono (C, +CJ, lo que indica con claridad una unidad -N“€% en el ácido tropínico.

I

C , H , *o4 diácido de cadenaabierta saturada -C,HXOd HHH 4 H faltan: csto significa dos enlaces dobles

HHH es un diácido doblemente insaturado; la hidrogenacidn a ácido heptanodioico indica que la cadena no tiene ramificaciones.

CAPITULO 35

HETEROCICLICOS COMPUESTOS

HHH puede ser, entonces, uno de los siguientes hcidos,

HOOC-CH-C"CH"CH2

-~CH2"COOH HOOC--CH~"CH-C-CH--CH2---COOH

aunque los compuestos alhicos son poco probables; ademh, damos por descontada la posibilidad de UM estructura acetilhica. (Para que surgiera una estructura alquímicao alCnica por metilacih exhaustiva, ¿de que tamallo debería ser el anillo?) (a) Por ahora, y dependiendode la estructura para HHH y el puntode apertura anular que el kid0 tropínico incluyen: postulemos, las estructuras que son posibles para

HOOC.

HOOCCHZ,

(Comenzando con cada una de ellas, indiquelas estructuras posibles paraFFF y HHH.)

o Tropinona

Acido tropínico

Las demás estructuras son:

GGG

FFF

!

I-CHCOOH HOOC(CH2)xCOOH

Acido heptanodioico

\ HHH

35

HETEROCICLICOS O COMPUESTOS

Q

0

GizzF metilación

N(CH3)Z

Tropilideno 1,3,5-Cicloheptat~ieno

18.

19.

(a) CH,=CHCOOEt

-% CH,CH,COOEt I

CH2-CHCOOEt

NHZ

CHzCHzCOOEt

HN’ ‘CH,CH,COOEt JJJ

111

COOEt

COOEt

(Prob. 21.30)

KKK

O

O LLL

NNN

Guvacina

(b) Guvacina Acido nicotínico

MMM

Arecaidina

CAPITULO 35

20.

HETEROCICLICOS COMPUESTOS

Elfenol(Sec.36.7),elfurano(problema35.4,pág. 1191),yelpiml(problema5,pág. 1206) contienen anillos lo suficientemente reactivos para reaccionar cone1 formaldehído: primero -CH,OH, y luego para conectarlos anillos mediante unionescon la introducción del

CH,-.

Aquítencmos otro anillo aromático reactivo y, además, si no formaldehído, otro compuesto carbonílico. La aritmética química, CgHBSz C14HzoOS2 2 tiofcno

+ C6H 20 I

3- hcxanona

CI~HZOOSZ

-CIqHlxS2

O00

H 2O faltante

indica quese combinan dos moles de tiofeno con uno de cetonay se pierde un mol de %O. Por lotanto, postulamos que:

-

Et

-Q ~~

'r O00

A continuación, se efectúa una acilación de Friedel-Cmfts en la posici6n 2, que es la usual, seguidade una reducción de Wolff-Kishner (Sec. 21.9):

000

QQQ

PPP

Nuncahabíamosvistoqueunaamidaactuaracomo agente acilante (aunque, por supuesto, una amida acila el agua en la hidrólisis), pero la sugerencia recien expresada y un recuento de los átomosnos reducen a una sola posibilidad para decidir ensitio queocurre la formilación: la única posición disponible es la 2. La oxidación con el reactivo de Tollens da S S S ; la parteAcida permite su resolución (v&se el problema 24.8, pág. 855).

RRR

sss

Resolución en sus enanlidmerm

Al final, después de una descarboxilación,se efectúa una hidrogenación, lacual elimina y obviamente abrelos anillos. De ahí resulta un alcano saturado azufre, adiciona hidrógeno de cadena abierta(C,H2,, J.

LO HETEROCICLICOS COMPUESTOS

35

UUU es un enanti6mero individual deun compuesto quiraly debería ser, por derecho propio, 6pticamente activo. Pero como aprendimos antes (Sec. 4.13), la quiralidad no siempre conduce auna actividad 6pticamedible. Se ha estimado que este compuesto en particular tendríauna rotaci6n específica imperceptible de únicamente O.ooOo1”. (Wynberg,H., et al., “The Optical Activity of Butylethylhexylpropylmethane”,J. Am. Chem. Soc., 87,2635 (1965).) En el últimopaso de esta síntesis se abren los anillos heterocíclicos e incluso se elimina el heteroátomo, el azufre. No obstante, la presencia de estos anillos fue vitalpara cada uno de los pasos precedentes, pues proporcionaron la regioselectividad necesaria para la construcci6n de la molécula deseada. (Para unarevisi6n del campo potencial del heterocíclico, véase Katritzky, A. R., “Heterocycles”, Chem. Eng. News, 13 de abril de 1970,80.)

H

H VI

VI1

El ion dipolar (VI) pierde CO, para formar un carbani611(VU), el cualest5 estabilizado por la carga positiva en el nitr6geno. La concentraci6n del se ionvedipolar reducida ya sea por un kid0 o por una base,y lo mismo sucede con la velocidad de la reacci6n. El derivado Nmetilado por fuerza existe completamente como ion dipolar, por lo que reacciona con m& rapidez. El carbani611 VII, como los otros,puede adicionase a un grupo carbonilo,y en presencia de la cetona queda (parcialmente) atrapado.

I

H

H VI11

IX

36 Macromoléculas. Polímeros y polimerización

36.1

(a)

Una amida (vCase la Sec. 36.7).

HOOC(CH,),COOH + H,N(CH,),NH, Acido adípico Hexametilendiamina

(b) Una amida. HOOC(CH 2)5 N H ,

(El monómero es en realidad la caprolactama, problema Acido c-aminocaproico 13, pág.1236.)

( c ) Unéter.

H,C'"CH,. 6xidodeetileno / / O

,

(d) Un cloroalqueno. C H =C- C H =C H

I

,

cloropreno

Cl

(e) Uncloroalcano.

CH,=C- CI, clorurode vinilideno

I

C'I

36.2

(a) Unaamida.

' H,NCHRCOO

H,PO, + Acido fOSfÓTiC0 HO-CH, H/O'\H

(b) Unéster.

~

H

HO

6; ,

unaminoácido

o

azúcarH

Un

H O - I b HO , -H ,

HO

6; OH

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION

CAPITULO 36

a-u-Glucopiranosa

H

H

ti

/h-Glucopiranosa

36.4

36.5

Por combinación de los dos radicales libres en formación.

La efectividad deun agente propagador de la cadena dependede cuán fácil sea separar un átomo de él; entre otras cosas, esto depende de la estabilidad del radical que se esté formando.

(a)

H: arilo, lQ,bencílico I*, bencflico 2p,bencílico 3Q.

(b)

H: 2g, alílico.

(c)

X:C-Br

es másdébilque C-Cl.

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION

36.6

CAPITULO 36

(a) El agente propagador dela cadena puede ser otra molkula de polímero. Por ejemplo:

(b) El agente propagador de la cadena puede ser la misma molkula de polímero en un hidrógeno de una posici6n cuatro o formacibn: el extremo generado separa ("muerde") cinco carbonosaths a lo largo de la cadena. Por ejemplo:

Radical en formación

G -CH

I

-('Hz

CHL CI - C H 2C H

Cki? C H 2

I

I

I

G G G Radical ramificado cn formación

1

polhero ramificado

36.7

(a)En el acrilonitrilo, elgrupo -€N es atractor de electrones. En el butadieno, el grupo CH -=( 'Hz cede electrones através de resonancia. ~

CAPITULO 36

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION

(b) A través de la deslocalización del electrón impar en el estado de transicidn, el buradieno cualquier radical. es más reactivo que el acrilonimlo hacia

36.8

(a) El polibutadieno aún contiene dobles enlaces y en consecuencia tambiCn hidrógenos alííicos quese pueden separar con facilidad.Los radicales libres alílicosasí formados se adicionan al estireno para comenzaruna secuencia de reacciones que inserta poliestireno dentro de la cadena de polibutadieno.El proceso se asemeja ala ramificación del problema 36.6 (a).

Ph Ph Poliestireno insertado en la cadena de polibufadieno

Ph

(b) Similar a la parte (a),pero el hidrdgeno es separado del carbono que porta 4 1 .

<'O0 Mc hle

c I

C'OOMe CyOOMe Me

C

I

('H2

CH, ""

C'H 1

C;

C',".

I

Me

( - t i l CIH

-

CI <'I Poli (metacrilatode metilo) insertado dentro de la cadena depoli (cloruro devinilo)

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION

36.9

(a)Ocurre una transferenciaencadena.

CH,O(CH*CH~O),,CH,CH20-

+

CH,OH

-

CAPITULO 36

CHjO(CH2CH20),CH2CH2OH

+

CHAO

(b) CH30CH2CH20H,2-metoxietanol

(b) “ C H 2C H : Ph

36.11

1

Ph

+ CO,

+ ---CH2CH

I

Ph

COO^ H?O\ --CH2CHCOOH

1

+

(a)Un “ O H primario se esterifica mhs rslpidamente que un -OH secundario.

(b) El entrecruzamiento resulta dela esterificaci6n delos grupos “ O H secundarios.

OH

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION

CAPITULO 36

36.13

(a) Hidrólisis de una mida: ácido o base acuosos calientes. (b) Hidrólisis de un Cster: ácido o base acuosos calientes. (c) Hidrólisis deun acetal: ácido acuoso. (d) Hidrólisis deun acetal: ácido acuoso. (O bien, en cada~

36.14

una hidrólisis catalizadapor enzimas.)

$ 0 ,

Transesterificación. (a)

El monómero hipotCtico del nuevo polímeroes el alcohol vinílico, el cual exisle cn la forma ceto, el acetaldehído.

CAPITULO 36

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION

(b) La formación de un acetal cíclico.

H H H H

H CI H C1

36. I5 Poli (cloruro wc'

dc vinilo)

Poli (cloruro de vinilidcno) Saran

Elpoli(clorurodevinilo)pue~emos~arelmismoestereoisomerismoqueelpolipropileno (Fig. 36.1, pág. 1226,con el 4 1 en lugar del 4%. ) Ya que se forma medianteun proceso por radicales libres,es atáctico; las moléculas no se ajustan bien entresí. En el poli (cloruro de vinilidcno) hay dos sustituyentes idénticos en cada uno de los carbonos, y las cadenasse ajustan bien una con la otra.

36.16.

(a)Las cadenas están sustituidas irregularmente, y se ajustan mal entre ellas; las fuerzas intcrmolcculares son débiles. (El dicno proporciona dobles enlaces y, en consecuencia, hidrógenos alilicos en el polimero; la vulcanización origina un entrecruzamiento como sucede con el caucho, pág. 404.) (b) La separación de "H del polimero genera radicales libres, los cuales se combinan. Aquí, los entrecruzamientos son enlaces carbonwarbono.

1.

En cada paso se forma la partícula más estable, con la misma orientación.

2.

Hay una po1imeri;lación del alqueno "catalizada con áciclo", el cual se forma fácilmente a partir de un alcohol secundarioo terciario.

3.

Cada carbono de poli-isobutileno lleva dos sustituyentesidtnticos (dos-H odos 4%); esta simetría evita la existencia de polímeros estereoisómcricos.Por otro lado, el 1-buteno deberá formar exactamente el mismo tipo de polímeros isómcricos que el propileno (Fig. 36.1, pág. 1226, con -C,H, en lugar de"CH,.) 731

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION

CAPITULO 36

4.

Adición nucleofílica al carbonilo; polimerizaci6n arm6nica por reacci6n en cadena.

5.

Los poliuretanos contienen unioneséster y amida. La hidr6lisis "con agua en recipientes sellados a200'C-

produce dioles, diaminasy CO,. Por ejemplo: H

H

Poliuretano

HOC'H,('tl,OH

+

CO,

Etilén-glicol

6.

+

H2N[ONHI \/c H,

2.4-Diaminotolueno

La reactividad hacia la adici6n de BrCCl, ( S e c . 8.20) depende de cuan rfipido Ocurra el siguientepaso:

El PhCH-- C H 2 es más reactivo que el I-octeno, ya que un radical libre bencílico incipiente esmás estable queun radical libre2" incipiente. El resto de la serie puede atribuirse un efecto a p o a lr .El radical CCI, es electrofílico,y la reactividad hacia é1 se ve disminuida por el efecto inductivo atractor de electrones de los sustituyentes. Observemos con detcnimiento diferencia la entre el Ph CH-CH, y el PhCH2CH--CH,. Enel PhC'H-CH2, el grupo fenilo puede ayudar a estabilizar el radical libre incipiente a travésla de resonanciay, también a traves de ella, quizás ayuda a dispersar una carga positiva parcial enel estado de transici6n. En el PhCH,CH--CH, , el grupo fenilo está alejado del sitio de reacci6n, por lo que S610 puede ejercersu efecto inductivo atractor de electrones. '

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION H+

D C H 2 S

CAPITULO 36

PhCHIOH -

I

Catión bencílico

H+ -H>O

Polhero

8.

Examinemos el mecanismo para esta reacción, dado en la página3 18.

(a) Como se mostró, los radicales libres producidos en el paso (3) son los que separanun átomodel CCl, en el paso(4). Pero en lugar de eso pueden adicionarse a un alqueno (5) para formar un nuevo radical,más grande, que entonces atacará al CCI, (6), para dar el aducto 2:l. R (5)

RCH=CHI

+

RCH --CH?- CCI!

I

"+

RCH ----CH2--CH"CH?

CCI,

CI

(b) Dos reactivos están compitiendo por el radical libre orgánico: CX, en la reacción (4), y RCH=CH, en la reacción(5). El CBr, es más reactivo que elCCl, -ya que contiene enlaces C-X más débiles- y, si permanecensin cambio los otros factores, se favorece la separación (4).

CAPITULO 36

MACROMOLECULAS. POLIMEROS

Y POLIMERIZACION

(c) Nuevamentehay competencia. El estireno esun alqueno más reactivo que el 1-octenc, y, si los otros factores no cambian, la adición(5) es la favorecida-en este caso,en un grado tal que sólose observa la polimerización-. (Hay un factor adicional. El radical bencílico intermediario que se forma a partir del estireno es relativamente poco reactivo y. en consecuencia,selectivo(Secs.2.24y3.28):entrelaseparaciónylaadición,queesmásf~cil, tiende a escogerla adición.) En estos ejemplos de adición de radicales libres vemos un intermediario representativo y la polimerización entre la adición simple1:1 en un extremo del espectro de reacciones directa en el otro extremo. 9.

(a) Una polimerización aniónica por reacción en cadena para dar I, que es un polímero con g r u p o s 4 H terminales; luego una reacción de polimerización por pasos con el diisocianato para dar el copolímero de bloque.

I

+

OCh((~] : ( ' H I

+

polimero

N('0

(b) UM reacción de polimerización por pasos (esterificación) paradar el poliéster lineal estireno, la insaturado 11; luego la reacción de copolimerizacidn vinílica en cadenael con cual proporciona los entrecruzamientos. l i O C t H ~ ( ' t ~ ~ 0i t i

C'tl

('!I

~

+

" ' ~ O ( ~ H ~ ~ ' t( 'I O~ 0< k 1

(11

('O

OC't~l~C'tl~O-,

(c) Una polimerización aniónica por reacción en cadena. (Comphese con la reacción del óxido de etileno con la anilina, problema 19.22 (c), pág. 706.)

(d) Unapolimerización aniónica por reacción en cadena para dare1 poliestireno vivo, el cual se mata luego con óxido de elileno para dar el copolímerode bloque.

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION CAPITULO

36

(e) Una reacción de copolimerización vindica en cadena por radicales libres, paradar el polímero lineal saturadoIV. La separación de hidrógeno a partirde IV por los radicales libres del peróxido de benzoilogenera sitiospararadicales libres en IV; en estos sitios crecen ramificaciones de poli (metacrilato de metilo) gracias una reacción a de polimerización en cadena por radicales libres. CH2 C H

I

+

de radicales libres

CH2 C'H

CI

OAc

e---CH,< , I ~ C H , ( ' H C H Z,( , ' H C . l ~ ~ ( ' t i ( ' HI ~ C H ( ' H ~ ( , ' t i OAc

I

('I

OAc

Cl

('I

OAc 1

1

I \'

C'H > IV

+

de knzoila

I

~ _ _+_ polímero

CH? C

peróxido

1

COOC'H 3

10.

El producto es un poliéster,formado por una polimerizaciónaniónica por reacciónen grupo acilo del éster cíclico. cadena; cada paso implica una sustitución nucleofílica en el

12.

La ruptura por HI0,indica la presencia degrupos diol vecinos--CH(OH)CH(OH)-, y en consecuencia grupos diacetato vecinos,"CH(OAc)CH(OAc)"- . Esto muesm que se ha llevado a cabo un poco de polimerización cabeza con cabeza, junto con la orientación predominante cabeza con cola.

H

I

H

I

13. (a) -N(CHZ)5C-N(CHZ)5CO Nylon-6

I!

O

MACROMOLECULAS. POLIMEROSY POLIMERIZACION

CAPITULO 36

(b) Base:\(

o"

)

" +

C-N Ir \H

Base-C(CHJ-NH-

l

O

Caprolactama

Caprolactama

Se trata de una polimerización aniónica por reacción en cadena en la que ocurre una sustitución nucleofilica en elgrupo acilo de la amida cíclica.La base puede ser elOHmismo o el anión formado por separación del protón de -NH a partirde la molkula de lactama.

14. Ciclohexanonoxima Caprolactama Ciclohexanona

15.

El isómero para da cadenas simétricas rectas, que se ajustan bien lasunas con las otras.

16.

Estos compuestos son iónicos "o casi iónicos- debido a la estabilidad de los aniones bencilicos.

17.

(a) Son diasteredmeros: uno es meso y el otro es racCmico.

,,,T. CH.3f'"

u

i-Bu

cH3JL

CH HT 3L TH H,

i-Bu R.S hff2SlJ

A

(b) A

S,S

R.R

Enantiómeros B

es meso; B es quiral y se obtuvo en forma racémica la enparte (a).

(c) Si dibujamos a l sestructuras de A y B como en la figura 36.1 @Ag. 1226), la respuesta salta a nuestros ojos: A se asemeja al polímero isotActicoy B al polímero sindiotáctico. 736

MACROMOLECULAS, POLIMEROS Y POLIMERIZACION

CAPITULO 36

;-B"v ;-BU

BU-;

HH B (enantiómero R,R)

A

18.

Primer paso. El exceso del 1,2 etanodiol asegura los " O H terminales en C.

Segundo paso.El exceso de diisocianato aseguralos " N C O en D;

D

t

t

x N"

Tercer paso.El agua reacciona con algunos delos grupos " N C O en D para liberar CO, y formar -N%.

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION

CAPITULO 36

Estos grupos-HN, reaccionan con otros grupos "NCO libres paradar ureas (amidas) con un entrecruzamiento posterior.El CO, se dispersa en el polímeroy produce espuma. H H

o O

i

i

+

o c.

H

O

19.

El monómero (el cual puede perder un átomo de hidrógeno paradar un radical libre alnico) sirve como un agente propagador de la cadena, y limita el tamalio del polimero. La separación de deuterio es más difícil, y el monómero marcado es un deficiente agente propagador de la cadena. (Nuevamente, aquí podemos ver un radical libre que sufrelas reacciones en competencia, la adicióny la separación, estavez en dos sitios de la misma molécula.)

20.

El oxígeno separa átomos de hidrógeno para formar radicales libres alílicos, R-. Estos se combinan con oxígeno para producir entrecruzamientos;el incremento en el peso se debe ala ganancia de oxígeno.El mecanismo parece ser:

(Aquí el oxígeno tiene el mismo propósitoelque azufre en la vulcanización del hule, sec. 10.30.)

21.

(a)Los dos grupos reactivos de la epiclorhidrina son (i) el C"C1, que reacciona con el fenóxido en una síntesis de Williamson, y (ii) el grupo epóxido, el cual reacciona con fenóxido como en la página 703. El grupo epóxido es el menos reactivo; el exceso de

MACROMOLECULAS. POLIMEROS Y POLIMERIZACION

CAPITULO 36

epiclorhidrina asegura la presenciagrupos de epóxidos sin reaccionar en ambos extremos. El cemento es: H~C-CHCH~0(A-0CH~CH0HCH~0),A-0CH~ HC“CH2 O ‘’

O ‘’

(b) Durante el endurecimiento,laamina reacciona- en tres sitios de la molécula-con los grupos epóxido del cemento para formar entrecruzamientos y así generar un polímerode red espacial.

-NWCH2CH*NCH2CH2NHCH2CHCH20 (A-OCH2CHOHCH20),A-OCH2CHCH2NH t 1 I OH OH

-

(c) Utiliceun exceso de fenol, acetona, y Acid0 o base (compárese con laSec. 36.7).

22.

En F, los protones metilénicos(
F

G

Sindiotáctico

Isotáctico

En G , los protones metilénicos no son equivalentes, y dan dos sellales para lH, cada una dividida en un doblete por la otra. Por lo tanto, G debe ser isotáctico. Aquí los protones metilénicos son diastereotíipicos (Sec. 22.5); por ejemplo, en la representación que hemos 4% y el otro H está cerca de dos “COOC~. mostrado, un H está cerca de dos

.

CAPITULO 37

GRASAS

37.3

El aceite de tung contiene una proporción elevada de Bcido eleoskhico (Tabla 37.1 pág. 1242). La separación de átomosde hidrógeno daradicales libres alílicos, con deslocalización sobre tres enlaces dobles.

37.4

Elalcóxido es un mal grupo saliente.

37.5

La insaturación conserva la semiliquidez de las membranas en la partemás fría del cuerpo.

1.

oxid. +

CH,(CH2)22COOH CHdCH2)-/CH CH(CH2)ljCOOH AcidoAcido cis- o trans-15tetracosanoico tetracosenoico Acido nervónico {Enrealidad, trans) CH,(CHZ),COOH Acido nonanoico E.N. =p.m. = 158

+ HOOC(CH,)ljCOOH Acido penta-decanodioico E.N. = p.m./2 = 136

Puesto que las unidades ácidas (y la unidadde alcohol, el glicerol) siguen siendo las mismas, sólo pudo cambiar ladistribución de grupos acilo entre lasmolkulas del glic6rido. Pudo suceder algo como lo que sigue:

2.

CHzO-COR

I

CHzO-COR'

CHO-COR

I

+

I

CHzO-COR"

CHO-COR'

CH2O"COR CH20-COR' CH20-COR" CH,O--COR"

I

+

1

CHzO-COR base

CHO-COR"

J

I

I

3 CHO---COR'

I

Esto implicada una transesterificación (Se. 24.20), para lo que el metóxido de sodio sería un catalizador excelente:

I I

+ OCHC

HCO-COR

I I

HCO-

3.

+02

R-H

R-0-0.

+

R-H

f

I

HCO-COR'

-

I

HCO-

I

I

CH3O"COR

J HCO-COR'

I

H - O - OR. .+

+ R-O-O-H

+

+ R . etc.

I + HCOI

elc.

CAPITULO 37

GRASAS

En el casodel oleato de metilo: II

10

9

8

-CH~-CHTCH-CH~II

9

10

+ "CH2"CH"CH SH2II

8

" C H 2 " C H "CH-CHI OOH OOH

10

9

8

I

/

I IO

11

9

+ -CHyCH-CH-CH211

8

-CH--CHzzCH-CH2-

I OOH

OOH

10

8

I

4.

El ion dkbilmente básico, 2,4-dinitrofen6xido,es un buen grupo saliente.

5.

~ - C I ~ H ~ I C O+O~-- C I ~ H ~ I C H ~ O H

O

m

~ - C I ~ HI I~ I - C - O - C H Z C I ~ H ~ ~ - ~

OH-

B

9

Espermaceti de n-hexadecilo E.N. = 480

1-Hexadecanol Hexadecanoato n-Cl5H31COOH A

Acido hexadecanoico (Acido palmítico) p.f. 63OC; E.N. = p.m. = 256

6.

(a1I-a ruptura del monoanión en forma de ion dipolar I (o con U M transferencia simultiinea de un protón) es lo mas sencillo, porque:la (i) protonaci6n delgrupo alcoxi lohace mejor grupo saliente; y (ii)lacarganegativadoblesobrelos otros oxígenosayuda en la transferencia de electrones de P a O. R-O"PO3H" R-O-P0,2-

Hz0

+ ROH

I

+ U )

H I

+ H2P04-

GRASAS

CAPITULO 37

(b) Sólo UM fracción del Cster existe en la formaAI.medida que la acidez se eleva sobre por I1 el punto óptimo, disminuye esta fracción; es reemplazada, I como especie reactante, +

+

R-O-POJHH

R”O“POjH2

I

1

H I1

111

y luego por111. MolCculapor molécula, cadauna de estas dtimas es probablemente menos reactiva que I (puesto que carece de la doble carga negativa); pero, a medida que la acidez se eleva másy más, también continúa aumentando la fracciónde éster quese halla en forma de 111, con lo que sigue aumentandola velocidad.

(Bunton, C. A., “Hydrolysis of Monosubstituted Orthophosphate Esters”, J. Chem. Educ., 45,21 (1968).)

Pd

n-Cd I3 H

8. n-C,3H27CH2Br+ Na[CH(COOEt)J

Hr

(CH2)gCOOH

c - ~\/c /

\

H Acido vaccénico (cis)

-+

n-CI,H,,CH,CH(COOEt)2 G

I

I KOH ___f

COOH

/

n-C[)H,gCH>CH

\

COOEt

H

n-CIjH27CHZCH I

/

\

COOTHP COOEt

CAPITULO 37

CRASAS cis-n-C6HI$H=CH(CH2), COOH

soc'zf

cis-n-C6H13CH-CH(CH2),COCl J

COOEt I

I

c~~-~-CI,H~~CH~-C-C(CH*)~CH=CHC~HI,-~

A

II

I

THPOOC O K

COOEt

I

+

cis-n-C,,H27CH2-C-C(CH2)7CH--CHC6HI,-nCOZ

II

I

H O L

I

NaBH4

COOEt

I

C~~-~-C~,H~~CH~-C-CH(CH,)~CH=CHC~H~~-~

I

I

H OH M calor

i

OH

COOH

I

cis-n-C~~H27CH2-CH-CHOH(CH2)7CH-CHC6HI,-n Acido (k)corinomicolénico

9.

n-C8H17"CH"CH3

I

OH

PBrJ

>

n-C8H,7-CH-CH3

I

+

Na[CH(COOEt)J

-+

Br N

n-C8H 17, CHI/

CH"CH(CO0Et)z

CAPITULO 37

-L“C(% tK1

GRASAS

n - C d 17, ,CHCH,CH,CH,-(CH,),COOEt CH? U

10.

n-CsH,, sfx->

tuberculoesteáricn

\ CHCH2CH2CH2(CH2)sCOOH

CH( Acido Acido IO-metiloctadecanoico

C,,H53COOH cadena abierta saturada -C,,HSlCOOH 2H faltantes; esto significa un enlace doble (o un anillo)

Acido C,, ftienoico

CH3 H

l : l

“c
KMn04

--COOH

GRASAS

CAPITULO 37

I

“C-COOH

I

>

I

“c -COOMe >- ZPhMgBr

H

I

H

-

Ph

I

1

-c-C-Ph

I

OH H

V

1

- H +,

O ~

W

(C24H4802)

(C36H58O)

Y, una cetona y CH3

I

C21H43-C-0

(C23H460)

m 12

Cz,H,,COONa

+

CHI3

Y

Una metil cetona

A continuación:

H H

H Br

CH3 CH3 1 ’ -C“COOH 1 CH,(CH2),7CH
AA

KMnO,

CH3 C H 3 ( C H 2 )1 1 7 C + ~ 0otros productos

GRASAS

CAPITULO 37

11.

a h c d CH,(CH~)I~CH~COOH

h CHI

e a c l CHj(CH_) C --COOH H d

cc

Acido octadecanoico Acido 2-metilheptadecanoico Acido esteárico

GG

DD

HH

GRASAS

CAPITULO 37

CH3

H

\c&

C2H5

I

\ CH2CH2C-CHCOOMe

I

t

P(O)(OMe),

N a + -0 KK

CH3,

/c=c

C2H5

/H

1

C2H5\ /C“ ‘CH2-CH2

/ COOMe

\H

LL

MM /

CH3\ C2H5

/

c- c\

C2H5,

CH 2“CH 2

,c-c

CH2Br \H

NN

NN

[CH1COCHCOOEt1-Naf

H O0

1

O H - ; H +;calor

r

?I 3 3 CH,CH,C-CHCOOMe

I

H

QQ

N a + -0

1

P(0)(OMe)2

1

CAPITULO 37

GRASAS

/H

CH3\

CH2“CHZ

C2H5,

c - c /, /

/C”C \ CHZ--CHz CzHs RR

\

CH,’

H

c

H

/ x ,

COOMe

ArCO2OH

Hormona juvenil

(Dahm, K. H., Trost, B. M. y RBller, H., “The Juvenile Hormone. V. Synthesis of the Recemic Juvenile Hormone”, J. Am. Chem. Soc., 89, 5292 (1967); Trost, B. M., “The Juvenile Hormoneof Hyak~phoracecropia”, Acc. Chem. Res., 3, 120 (1970).)

En la preparación F Fde,LL y RR encontramos una modificaciónlade reacción de Wiuig (NaH en este (Sec. 25.10), en la quese utiliza unfosfonato en vez del iluro usual. Una base \

C -0

/

/

+

R‘

I

PhJP -=C-R

Un iluro

+

-

R’

I / -C-C--R I t l -O3

[(Me0)2P(0)CHCOOMe]-

PPh,

”----f

I

I --C

R‘

I

C--R

+ PhjPO

~ - C “ C H --COOMe

I

-0-

t i

”---f

P(O)(OMeI2

(MeO)ZP(O)CH,COOMe Un fosfonato

I

-C -CH-COOMe

+ (Me0)2P02-

ejemplo especifico) convierte el fosfonato en un anión que se adiciona, mediante una reacción similar a la de Reformatsky, al grupo carhnilo. La eliminacidn de (MeO)F;, (Trippett, S., el anión del fosfato de dimetilo, ocurrefkilmente y genera el doble enlace. “TheWittigReaction”,Q.Rev.,Chem.Suc.17,406(1963),especialmentepágs.431-434.)

750

38 Carbohidratos I. Monosacáridos

38.1

(a)En todos estos casos se observm’a un cambio en laf6rmula molecular que, interpretado las propiedades del producto, nos indim’a en el marco del reactivo empleadoy por apoyado lo que ha sucedido. En la segunda reacción,por ejemplo, C6H1206

Brdaq)

C6HlZ07

la adición deun O, sin pérdida deC ni H, indica la oxidación de un aldehído a un ácid0 (mono) carboxílico: RCHO

”e-

RCOOH

Estoseriaapoyadoporlaspropiedadesácidasdelproducto,yporelhechodequeE.N.=p.m. (b) Comenzandopor arriba, cada reacci6n indica que la glucosa contiene:

(v)

c-c-c-c-c-c

38.2

Fórmula I-VIII, página 1270.

38.3

(a) Hay trescentrosquirales:

(vi) C-C-C-C-C-

CHO

CHzOH

I

CH20H

Fructosa 75 1

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38

(b) Debe haber ocho 2-cetohexosas(23= 8): cuatro pares de enanti6meros.

(c) CHzOH I CHzOH 2

I

CHzOH

CH20H

:$,"::

6

c -=o I

OH

';$EH

CHzOH

CHzOH

Psicosa Sorbosa

38.4

I

c -0

c=-o

s H

CH20H

I

Tagatosa

Fructosa

Recordandonuestrodesarrollodelproblema

18.6 @iig. 671), anotamos:

H OH

OH

OH

' I

OH

I

1

' I

$ 1

I

I

'

+ HO-C

+ 4HO-C-OH

4 CH,-OH

CH,+I+CH+H)CH+CHO

I

H

5HIO

I

1-

1

O

-Hz0

"*O

HCOOH 4HCOOH HCHO

38.5

Recordando nuestrodesarrollodelproblema 18.7 @Ag. 672). escribimos:

OHC-COOH HCOOH HCOOH HCOOH HCHO

t

T

H

OH

I

H O -C--OH HO---C-OH HO-C-OH HO-~C-COOH

I

OH

t

H

I

1 I

HZC-OH

t

H

I

I

I

CH,+~H+CH+CH+CH--COOH J $ 1 : I OH OH OH OH OH I

HCHO

+

HCOOH

+

I

I

HCOOH

I

+

HCOOH

+

HCOOH

+

5H101 t -

HCHO

CH~~-CH+CH+CH+CH+CH~

I

OH OH

' I

I

I/

I

/

I

* I

OH OH O O HH B

Glucitol

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

+

HOOC-CHO

HCOOH

CAPITULO 38

+ HCOOH + OHC-COOH

3H104

HOOC-CH+CH+

I

CH+CH---COOH

' I

' I

I

OH OH OH

/

OH

C

-

Acido glucárico H C O O H + H C O O H +H C O O H +

HCOOH

+

4HIO4

OHC-COOH H l

o

O ~~C+CH&CH-~CH+CH"COOH

: I

: I

OH OH OH OH

; I

I

1

D Acido glucorónico

CHO

-

I

Z n , HOAc

38.6

CHzOH

I

c=o Ho"CH H+OH

H+OH

I

CHzOH

CH20H

Fructosa

Glucosona CHO I cHoH

I

.I P h N H N H ,

Aldosa

38.7

HC-NNHPh I C=:NNHPh

HC - ~ ~ O

I

PhCHO

" IH +

Osazona

c--o "---,I7.n HOAc Osona

CHzOH I c -0 2-Cetosa

Los tres azúcares tienen configuraciones id6nticas en C-3, C-4 y C-5. CH-=NNHPh

I

C==NNHPh

'5 l i CH2OH H

CHzOH

Glucosa Osazona

I CH2OH

Manosa

O

O

manosa

glucosa

CH20H

Fructosa

CAPITULO 38

38.8

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

La adición de la lactona al NaBH, "incluso a una cantidad limitadade 6ste- significaun exceso temporal del agente reductor, cual reduce el la lactona directamente hasta el alcohol. Por ejemplo:

38.9

El centro quiralmás bajo tiene el" O H hacia la derecha, ya que esta configuración no

se ve afectada enla construcción apartir de R-(+)-gliceraldehído.

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS CAPITULO

HToH :x+ CHO

38.10

(a)

38 CHO

COOH

COOH

I

+

_ _ f

COOH CHzOH

H:+H :

CHzOH

Acido @,.S)-tartárico (Acido mesotartárico) Inactivo

HOTH

H +OH COOH

Acido @,S)-tartárico

Activo

(b) Sencillamente lleve a cabo la oxidaci6n. y vea si el productoes 6pticamente activoo inactivo.

38.11

(a) Debido a quedan la misma osazona,la (+)-galactosay (+)-talosa S610 deben diferiren la configuraci6nen C-2: son un par de epímeros. Es por esto que pueden serI y II,o bien VI1 y VIII, pero no VI.

De Cstos, I y I1 se degradarían aribosa: CHO

HToH CHzOH

Ribosa

VI1 y VI11 serían degradados a lixosa y, por lo tanto, deben tener las estructuras de la galactosa y la talosa.

VI1 o VI11

-

CHO HO

Ho+:: "OH CHlOH

Lixosa 755

CARBOHIDRATOS I. MONOSACAIUDOS

CAPITULO 38

Puesto quela (-)-lixosa pertenece ala misma familia que la (+)-glucosa -la familia del R(+)-gliceraldehído- tambicn deben pertenecera ellala (+)-galactosa y la (+)-talosa. Esto deja scilo el problema de decidir, entre VI1 y VIII, cuhl es la configuración que representaa la galactosa y c d l a la talosa. Por axidación conkid0 nítrico, VI1daría un &ido ald&ico 6pticamente inactivo(meso),y VIII, en cambio, uno ópticamente activo. COOH

CHO

COOH

CHO

HO

HO HO-

HO H!$T

M0 OH

H-

H

OH

OH

CH2OH

CH20H

COOH

VI1

Meso

VI11

(+)-Galactosa

Inactivo

(+)-Talosa

COOH

Activo

En consecuencia, la (+)-galactom debe ser VII, y VI11 debe corresponder ala (+)-talosa. (b) La (+)-alosa y la (+)-altrosason epimeros, difiriendodlo en la configuraci6n del C-2, el nuevo centro quiral generado mediante la síntesis de Kiliani-Fischer. Puesto que la (-)CHO

CHO

!$:!

1

-t. OH H -t OH H4.H

--"f

HO-+-H

Y

H --+OH I

CHzOH

(-)-Ribosa

CH201-1

CHzOH

I

I1

ribosa pertenece a la misma familia que la (+)-glucosa, lo mismo sucede con (+)-alosa la y la (+)-altrosa. Ellas deben ser I y 11, el Único par de enantiómeros que queda. La aldosa daría I un ácid0 aldárico ópticamente inactivo (meso)por oxidacibn, así como

un alditol inactivo,por reducción. Los productos correspondientes I1 deserían ópticamente activos. En consecuencia, la(+)-alosa tiene que serI, mientras queI1 debe corresponder a la (+)- altrosa. CHO

I

H +OH

CH20H

CH2OH

H+-

HO

OH

-

H

CHIOH

756

CH20H

CH20H

I

Meso

II

(+)-Alosa

Inactivo

(+)-Alaosa

CHIOH

Activo

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38

(c) Esto S610 deja la estructura VI para la idosa. Puesto que la (-)-idosa y la (-)-gulosa dan la misma osazona,son epímeras. La (-)-gulosa (estructura V, pig. 1274 pertenece a la CHO HO HO H i t . OH

H

-

CHOHC- NNHPh C==NNHPh

Ht-

OH

{$OH

H

OH CHzOH CH2OH

CHzOH

VI

(-)-Idosa

Osazona

(-)-Gulosa

misma familia que la (+)-glucosa, y, por lo tanto, tambih debe pertenecer a ella la (-)-idosa. Vea la figura38.17, pigina 778 de esta Guía de Estudio. Derivadas de este modo sistemitico,las aldosas caenen el ordendado por: AUAUruisfs Gladly Make Gum In Gallon Tanks ('Todoaltruista gustosamente hace goma en tanques de galdn".)

38.12

CHO

H +OH

+

CH2OH

R-( )-Gliceraldehído

I

" CHO

H%:;d,H CHzOH

CHzOH

Erinosa

Treosa

H H!f

*H :f HO

H

H + :H :

CH20H

CHlOH

Arabinosa

Ribosa

CHO HO

OH

HO H

H

z:f

OH OH HO OH

CHO HO

OH

CHO OH

'if;H

OH H$ !; '

CHO

Oil

lf; 4f: OH OH

CHO

OH OH

OH CHzOH CH20H CHzOti CH2OH CHzOH CHzOH CHzOH

Alosa Glucosa Altrosa Gulosa Manosa

Idosa

Talosa Galacto~a

Figura 38.17 Nombres de los descendientes del R-(+)-gliceraldehído (problema 38.12). 757

CAPITULO 38

38.13

MONOSACARIDOS CARBOHIDRATOS I.

Puestoquela(-)-fructosadalamismaosazonaquela(+)-glucosa,debetenerlaconfiguraci6n siguiente: CHzOH

c-0

CHzOH (-

38.14

Estas son los enantiómeros de 111 y IV @Ag. 1274). y de la estructura de la fructosa reciCn dada en la respuesta al problema 38.13.

(

38.15

(a)

COO ti

I10

H-¿.-OH

(b)

COOH

38.16

)-Fructosa

HO-C-H

CH

,

(c)

H-e-OH

HO--$-H

-+

C'OO H

(d)

H-"OH

CH,OH

C'OOEt --i

Acido 1.-(+)-láctico

COOH

HO-C-H

CH,

CH,

A

B

-

H-"OH

CH,Br

HO-C-H CH3 C

CAPITULO 38

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

COOH

38.17

(a)

HOD¿--

H-c-

I

('OOH

H OH

COOH

38.18

COOH

('0011

Acido (-)-tartárico (S.S)

Acido mesotartárico

Acido (+)-tartkico (R.R)

(R.3

(a)Esta proporción queda determinada en el primerpaso: la formaciónde las cianohidrinas. En los reactantes ya hay un centro quiral; los estados de transición,los como productos, son diastereoméricos y de estabilidades distintas. COOH I

(b) Ba(OH),+

HO-H

CH20H L-(-)-Gliceraldehído H

Ho

CHzOH

CH2OH

CN

COOH

t

COOH

HNO,

I HO- i HO

1~

H H

COOH Acido meso-tartárico

OH

7CH20H

CHzOH

COOH Acido L-(+)-tartárico

La proporción meso: activo nuevamente se14 1:3. En la formación de las cianohidrinas, son enantiómeros de los estados de transici6n en lareacción del ambos estados de transición D-(+)-gliceraldehído. La diferenciaenergetics entre los estados de transición es la misma que en el otro caso,y lo mismo sucede conla proporción entre productos. (c) Sólo se obtiene material inactivo, porque las cianohidrinas anantioméricasse formarán en cantidades iguales. El isómero favorecidola en serie L est& equilibrado exactamente por su enantiómero, el cualsed favorecido en la serie D. 759

CAPITULO 38

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

38.19

CtíO H

OH

H O ~ I t í

H-

COOH

OH

H+-OH

+

-

H: H

~

~

OH

H+-OH

I

cootí

Acido (+)-glucáricn

c"0

~

t Acido gul6nico

E3

Lactona

-

I

f Gulonolactona

L-(+)-Gulosa

La (+)-Gulosaes un miembro de la familia L, puesto que, teniendo "CHO aniba, el OH del carbono quiral más alejado de aquél se h a l l a a la izquierda. Es el enantiómero de V de la página 1274.

Hof:

--I CHzOH

H

i = OH

HOP-. H H

HO

OH

+"H

HA-OH

HO

I

CHzOH

CHO I

38.20 (a)

4 + )-Gulosa

N, x 112'

Y

+ N,

N,

f

X

19' = 52.1"

N, = 1

en dondeN es la fracción molar de cada anómero. Resolviendo, tenemos N,

=

36.2%

ND = 63.89/,

(b) Predomina la formap porque allí elgrupo " O H anomérico es ecuatorial,Y no axial como en la forma a.

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38

38.21

H Aldosa de cadenaabierta

H Aldehído protonado

H Hemiacetal protonado

H

fl-~-An6mero

I

OH

OH a-~-An6mero

38.22

(

+ )-Glucosa

U AczO

Ato* AcO

Hemiacetal protonado

OAc

Y

OAc

H H PPentaacetato

OAc

H a-Pentaacetato

OAc

La acetilacidn de la D-glucosa da, no como podríamoshaber pensado ingenuamente, un aldehído de cadena abierta, con grupos acetato desde C-2 hasta C-6. En cambio, los productos son cíclicos: la acetilaci6n no ocurre en C-5, sino en C-1, generando así las formas a y p.

CAPITULO 38

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

I

I

-0oc

38.23

(a) -oOC

Acido glioxfiico

O

I

I

H-C"-------l

+

.!!e,

H'

COOHH-C-OH 1

I

I

CHzOH

CHzOH

Acido o-(-)-glicérico

Acetal

Estos productos son comunes a todos los metil-D-aldohexopiranran6sidos.

La (+)-glucosadio el mismo ácid0(-)-glidrico que el obtenido por oxidación del(+)gliceraldehído. @)

H -C - ~ O C H j

I

CHOH

38.24

"AHOH

1

O

-c I

2Hl01

7

H-C-OCH3

I

CHO YHO

H -C

H H -&OH

CHO

"I"

+

CHzOH

HCHO

La diferencia se detecta con facilidad: producci6n de HCHO.

38.25

(a) COOH

CHO

CHOMe

CHOMe

I I

CHOMe

I

I

MeO-C-H

I

HN O

+>

I

CHOMe

1 I

CHOMe

CHOMe

COOH

CHzOH

Acido trimetoxiglutárico

2,3,4-Tri-ometilpentosa

I

I

-1 Me0 -C- H

1

CHOMe H2 0 H+

CHOH

,

Me?S04 OH-

CHOMe j

CHOMe

O

1

CHOH

I

CHOH

I

CH2-

Metil-

Metil-pentbsido

2,3,4-tri-O-

metilpentósido

El " O H en C-5 no se metild porque no estaba disponible: sin duda estabaformandoparte del anilloy, en consecuencia, el anillo debehaber sido deseis miembros (C-1 hasta C-5, m& un oxígeno.)

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38 HC=O

I CHjO-C-H

38.25

I

H C==O

CHOH

+ CH30H

+

CHO

I

CHzOH

38.26 (a) MeOf:H

coz

+

H

CH20Me

~~

Meoy:$i?

OMe

4

OMe H-

H

OH

rMe 1

OMe

H-

OMe

M f:e

MezS04

OMe

t--

OMe

o

~

-OH

H-

O

I

COOH Acido trimetoxiglutárico

~

-

OH

I

CH20 Metila-D-fructósido

El -OH en C-6 se puede oxidar porque no estaba metilado: debid estar formando parte del anillo, elcual debe habersido, por lo t a n t o , de seis miembros (C-2 al C-6, m& un oxígeno.) espejo

MeOCH2

-7

Me0 H

( b)

H

oxid.

OMe O

MeO;'I""

I CHOMe I

CHOMe

I

COOH

Hf:Le oxid.

e0 Me0

H

Me0 Me0

O

COOH

J

CH2-

2,3,4-Tri-O-metil L-arabinopiranosa

Enantiómeros

(a)

COOH CHOMe

j

HTo:;e

1,3,4,5-Tetra-O metil-o-fructopiranosa

38.27

':fe

MOMeH

_I

CHz"

-

"

CHO

I

I

CHOMe

*

/

I

CHOH -4"

I

CHoMe

I

CHOMe O

CHOMe

H+

CHOMe O

c "

I

(1 I

CHOMe

CH,OMe

CHzOMe

I

I

I

Hz0

CH

CHOMe

I

1

CHOMe I CH20Me

~

MezS04

CHOH

OH-

CHOH

f"----

I

CH

I

CHOH

I

CH2OH y-Glucósido 763

]

~

CAPITULO 38

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

L a formación deun ácido dimetoxisuccínico (sin Acid0 glukirico quelo acompde), indica un “ O H “libre” enC4.Esto significa un anillo de cinco miembros enel y-gluccisido.

_-__

CHOMe

COOH

~

CHzOH Metil-y-glucósido

Acido L-dimentoxisuccínico Opticamente activo

(c) Siguiendo el argumento de (a), m b i 6 n el y-fruct6sido contiene un anillo de cinco de C-2, C-3, C-4 y C-5. miembros, y el ácido dimetoxisuccínico proviene

I 1 MeOCCHzOH

w-” I

CHzOH

COOH I

COOH Acido D-dimetoxisuccínico Opticamente activo

También este ácido es ópticamente activo,y se trata del enanti6mero del &ído proveniente del y-glucósido.

38.28

La predicción quese indicaa continuaci6npara cada caso ha sidoc o n f í a d a experimentalmente.

Más estable

P-D-Alopiranosa

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38

HO

HO

H

I

OH Más estable

H

H (c) o * oH

*

H

H Más estable

OH

H

H

OH

&D-Xilopiranosa

H

(d) H

O

OH OH

H

H

N

H OH

H

H & F O H

OH

H Más estable a-o-Arabinopiranosa OH

CHzOH

I

I

H

OH Más estable

OH

P-L-Glucopiranosa

H

WH OH

H

I H

(f!

H OH

CHZOH P-D-Fructopiranosa

OH

OH

CHZOH

H

Más estable

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38 CH=NOH

.to" H

-+

CH=NNHPh

COOH

I

C-NNHPh

H L O H

CHzOH o-Galactosazona

CH20H Acido o-Galacrónico ( o su lactona)

OH

1

CHlOH u~Galactosoxima

CHOAC

H

( f ) Aco

-+

OAc H

Ato+- H

-+

H+-OH

COOH Acido n-galactárico

CHzOAc

y

'

1,2,3,4,6-Pcnta-O-acetil o-galactopiranosa

1

c

~-

H ~ - - C OMC

CHOBz

H

(8)

BzO

BzOH

\

OBz

~~

~

-

H

H

O

O

..

CHzOBr

1

1,2,3,4,6-Penta-Obenzoil-n-galactopiranosa

CHzOH Metila-u-galactopiranósido

CH2OMe 2,3,4,6-Tetra-O-metilo-galactopiranosa

CAPITULO 38

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS CH2OH

(m) el mismo que (1) Me0 COOH Acido 2,3,4,-tri-Ometil-L-arabáriico

CH2OH Galact itol

COOH

HO-

OH

H

CH2OH

OH

-H

OH

CHzOH Acido o-galacdnico

HO

COO H CHzOH Acido L-galacdnico

CHO

CHzOH

I

c

(1 =o

y

HO

(p)

D-galactosa H

D-Tagatosa

D-Galactosona

~

O

CH20H CH2OH D-Talosa

COOH

HO-(9) HO--

H

H

CH2OH

I

H

H

-OH CH2OH ~

CHO

0

(r) HO

(S)

H+ I

I

OH

H +OH

D-LiXOSa CHO I

COOH

(t) no hay reacción

(U)

Producto visto en la página (v) 1289 del a-anómero; de COO H P-anómero de la configuración I opuesta en C-l H t OH I

CH20H

Acido o-glicérico 767

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38

2.

(a) MeOH,

HCL.

(b) Producto de (a),Me,SO,, OH-.

(c) Producto de (b), HCl dil. (d) Vea la figura 38.5 (pág. 1269). El materialde partida indicadoallí es D-glucosa, y el producto es D-manosa. (e) Vea la respuesta al problema 38.19 recién visto. (f) Vea la figura38.4 (página 1268).El material de partida indicadoallí es D-glucosa, y el producto es D-arabinosa.

(g) El producto (f) se trata como en las páginas 1275y 1276. (h) NaBH,; luego Ac,O, H'. (i) 3 P h w ; PhCHO, H+(fomaci6n de osona); Zn,HOAc. (Compare con la respuesta al problema 38.6, reciénvisto.) (i) Síntesis de Kiliani-Fischer (Sec.38.8): CN-,H+;$0,H', caliente; separar las dos lactonas; Na(Hg),CO,. 3.

(a)Vea la respuesta al problema38.3(c). (b)D-Psicosa:da la misma O S ~ Z O M que la D - ~ O So ~la ~-altrosa. D-Sorbosa: da la misma osazon~que laD-gulosa o la D-idosa. D-Tagatosa: da la misma oSazOna quela D-galactosa o la D-talosa.

ZCICHKHO

+

-

BrMgCECMgBr H -O iH CHzCI Meso

I O CHz-" CHzOH B

H-t- OH

Hi--OH

CHzOH C

cis

D

A

:ifH

IKhInO.

CHzOH CHzOH H E !

H

+

w

H

OH

H CHzOH CHlOH D-Alitol

o-Galactilol

Meso

Meso E y €'

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38

CH20H CHzOH CH2OH

Glucitol (o gulitol) Racémico

F

CHzOH

G-

$:: CH20H

HCOlH

H

OH

H

CH20H

OH

OH

I

CH~OH I CHzOH H /C 9~ C1 H

y I'

D-Gdactitol Meso

Ht:) ::+" CH2OH

HCO?H

I

H

H$i: O

CH2OH

D-Alitol Meso

(b)

+

~

H-

C

1! 1

C

C

C H

C H

,!I

C H

Ill

Racémico J

CHzOAc CHzOAc AcKlz

H CH2

H?, Pd

H

y

CI H

CH2

Racémico K

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38

CH~OAC

CtizOAc

CHzOH hydro1

CHzOH

CH2Br

+

C'H20H 1

H --~t OH ! H +H- O H

Ho-t

CH2Br M

H

--

i

--OH

Recémico O Arabitol (Lixitol)

(c) Para cadauno hay dos rutas posibles.

Eritritol 1

cis

2-Rutin-1,4-diol Maferial de partida

(d) Adici6n nucleofílica al carbonilo.

Eritritol

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS CAPITULO

5.

38

(4 OH

HO%H

H

OR

H

a-

CHO

P

:if;;

OR

OH

" 0 %

o

P-

H

CHO

(b)

H

$H

COO H Acid0 D-galacturónico Acido

OH

COOH

D-lllallUrÓniCo COOH

I

C=O -

H

CHzOH

I

CHzOH Acido 2-ceto-D-ghcónico

C=O I

(c)

I

OH

H

CH2OH Acido D-glucónico Acido D-manónico

CHzOH

CHzOH

HOfH

-~

OH

H

OH

H

COOH Acido 5-ceto-~-gulónico

Acido

COOH

C=O

C=O

OH

COO H

COOH D-manónico

1

Br2(ac)

H

OH

L-gulónico

CHO

I

(d)

::$: CHzOH

y

H$:i

CHzOH

OH

H+OH CHzOH 2-Ceto-D-glucónico D-Glucosona Acido

~

"O$"

H

OH

+OH

CH2OH

771

CAPITULO 38

6.

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

El paso determinante de la velocidad implica OH- antesde la reacción con Cu2+: probablemente se trate de la separación de un prot6n para lograr la formaci6n del enodiol @Ag. 1264). (Compárese con laSec.25.3 y con la respuestaal problema 23, Cap. 25.) OH

O

I/

C-H

I I

OH

H - C --OH C-OH Aldosa

H'

0 C-OH

I

+ C-H /I

CU"

--+ productos de oxidación

1

Enodiol

Carbanión

@)Se conoce la configuración para C-1 y C-4. (c) COO t i

Di-O-metil éter del Acido u-(-)-tart&ido

CHO

CH2OMe

;Rt+ I

CHzOH

,

\

-

OMe

H OH Metil-a-D-arabinofuranósido

Q

8.

La salicina esun azúcar no reductor y evidentementeun /%gluc6sido(es hidrolizado por la emulsina). Desu fórmula (C,I-$02), la saligenina, ROH, parece ser aromática.

CAPITULO 38

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

RO

D-glUCOSa

+Saligenina RÓH

H2

H

0

HO

+ mulsina

$

g

H

(C7H802)

H CHzOH Salicina (Se supone un anillo de p i r m s a )

Es obvio queel tratamiento con HNO, no afectaa launidad de glucosa “la hidrólisis un grupo en R de posterior recupera D-glucosa sin cambio“ y, por consiguiente, debe ser se oxida. El aislamiento de salicilaldehído indica que S610 puede estar la saligenina el que incluida la oxidación de un -CH20H a “CHO. Conocemos ahora la estructura de la saligenina y, en consecuencia, de la salicina. H

CHO Salicilaldehído

CHzOH

c o * * OH H

H

H

H

H D-Glucosa

+H

CHzOH Q

j

* emulsina “ 2” 0

Ho%o&OH

Saligenina o-(Hidroximetil) fenol

Salicina o-(Hidroximetil) fenil P-D-glucopiran6sido

El proceso de metilación e hidrólisis confirmala suposición de que la salicina es un piranósido y no un furanósido.(El quinto metilo de la pentametilsalicina se encuentra en el -CH20CH, unido al anillo aromAtico.)

9.

Examinemos en primer lugar R y S. La aritmktica química, C6H,406 cadena abierta saturada - CnH1706 R

O

S

2H faltantes; esto sigruficu un anillo

indica -no habiendo insaturacih- la presencia de un anillo. Los datos de la acetilación muestran seis“ O H en R y S. y los resultados con HIO, reducen las posibilidades a los estereoisómeros del1,2,3,4,5,6-hexahidroxiciclohexano(inositol). 773

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38 AcO,

HO,

,OAc

,OH

;

Hexaacetatos CI~H~JOI~

En consecuencia,la bio-inonosa esUM pentahidroxiciclohexanona.Reduce la solución ( S e c . 38.6) No reduce el agua de bromo porque de Benedict porque es una a-hidroxicetona no es ni aldehído, ni hemiacetal.

OH

HO

OH

HO

R Y S,

Inositoles

Bio-inonosa (estructura parcial) Benedict positivo

Pero, ~cuLd de las numerosas posibilidades estereoisom6ricas es la-bio-inonosa? Una oxidacih vigorosa de la respuesta.

O

HP

6'

OH H Bio-inonosa Meso

COOH

HO H

Acido

Acido

CH20H

D-Idosa

CHO

2

H

3

OH

4

H

5

4

-OH

h

5

COOH

I

D-idárico

+

HHO

HO

COOH r.-idfirico

~

L-Idosa

La reducción de la bio-inonosa da las dos configuraciones posibles en torno al nuevo centro quiral, formAnndose los diasterdmeros R y S .

CAPITULO 38

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

O

&/,/;$

Hy$-+&q

__j

OH

H

OH

Bio-inonosa

J

H

H Mcsoinositol

OH

Scilitol

Mesa

O

HO

OH

H

OH

#

+

Meso

R Y S

No es difícil resolver la configuraci6n más estable de cada compuesto.

OH

H

Bio-inonosa Meso

H

H

HO

H H

HO

H

HO

Scilitol Meso

R.y

10.

(a)

6

CH20H

5

3

2

H Mesoinositol Mesa

S

4 1

-CHOH -CHOH ~ C H O -kff+

&OH

Glucosa

5

6

4

2

3

CH2OH--CHOH- CHOH- CHOH-CHO

--

Arabinosa

6

5

3

CH20H -CHOH&HOH--CHOH

Arabinosa 6

5

2

{ CHO

COZ

c-2

, '

2

3

RuR

C H ~ O H JC H O H ~ H O H k ~ H 0 H -CHOH+CHO i

HCHO

'104

Glucosa Glucosa

~

5

+ 5HCOOH

C--6

--Cc H ~ O H-CH--CHOH; 1- OCH,Ot*

+ COZ c-1

4

3

2

CHOH+ CHOH

OCH 3

I

CH

I

HCOOH

c-3 (Véuse lupúg. 1289) 775

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38

i

KMn04

2 , '

OHC-:-CH3

+ CHI3

HCOOH c2

+

e1

COZ c-3 5

4

2

1

i C H O H j C ~ ~ ~ C H z O-% H I1 3

(b) CH,OHfCHOH

O

HCHO c-5

+ ZHCOOH + c-4

y c-3

2

1

HOOC-CH20H c-2 y c-1

Ribulosa

ribulosa

-= H ,

i

CHzOH &OH

~i C H O H G C H O H f k H , O H 3

2

c

HCHO

+

+

2HCHO 5 y

c- 1

+

3HCOOH c-4, c~-3,Y

c-2

HCOOH t OHC C CHNNHPh

I1

NNHPh c c5 4

c-3, c-2, y

c

1

Un problema algebraico: ¿puede determinar la actividad de cada posicidn individual de la glucosay la ribulosa?

11.

(a)El azúcar T es C5H,,05 y es oxidado por el Br, (x):se trata de una aldopentosa. Es lev6giro y da un hcido aldh-ico 6pticamente inactivo: debe ser o D-(-)-ribosa (IX, phg. 1275), o L-(-)-xilosa (enanti6mero de XI, phg. 1275).

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS CAPITULO

:g H

-

HNOJ >

Ribosa

:f;

CHO

COOH

H COO H

CHIOH

Acido meso-aldárico C5Hs07

T?

COOH

H $ :!:

Z 'HO $;H

H

CHzOH D-( -)-

38

L-(

- )- Xilosa

Acido meso-aldárico

T?

Inactivo

C5H807

Inactivo

El epímero de la D-(-)-&osala D-(-)-arabinosa es (X,pdg. 1275);el epímero de la L-(-)xilosa es la^-(+)-lixosa (enantidmero deXU,phg. 1275.El epímerode T es (-)-U. Tan sólo del sentido de su rotacidn concluimos que (-)-U debe ser la D-(-)-arabinosa, lo que se c o n f i a por su degradacidn y oxidacidn de la tetrosa resultantea kid0 (meso) tarthico inactivo. (Un tratamiento similar de la ~-(+)-lixosahubiese dado k i d 0 ~ - ( + ) - W c o activo.)

:$::

CHO COOH H

OH

H

CHO HNO~

:#OH

degradac.

t "

OH COOH

CHO

CH2OH

Acido mesotar&co

OH

OH CH20H D-( -

CHzOH

)-Arabinosa

D-( - )-Ribosa

T

U

Por lo tanto, T es D-(-)-ribosa.

CHzOH

CH2OH

CH20Ac

I

OAc

H :$o,H2

CHzOH

T fosfato

,Z H:0,H2 OH CHzOH

V

:+OAc

CHzOH

Ac20'

H

OAc

CHzOAc

Meso

W Meso

Meso

Inactivo

Inactivo

Inactivo

X

(c) Luego, el fosfato se ubica en al posicidn 3 de laribosa. ¿En que puntoesd unida la adenosina? El kid0 adenílico no reduceel reactivo de Tollens ni la solucidn de Benedict. ConcZusidn:queelC-l delaribosaseencuentraligadocomoenunglicdsido.Sielnitr6geno de la adenosina esd unido a un &tomo de carbonoen T, debe ser al C-1 . Finalmente, , p A l es el tamaflo anular de la unidad ribosa? Este es revelado por la secuencia usual de metilacidn, hidrdlisis y oxidacidn vigorosa.

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38 COZ

+

1;:

coot 1 I

" oxidación

COOH

Acido 2.3-di-0metil-mesotartárico

Utilizando la evidencia de la síntesis, llegamos a la estructura del ácido adenílico (compárese con la Fig.41.5, pág. 1372).

Acido adenílico

12.

(a)La aritmética química,

indica que la glucosa se combina con una molkcula (AA) o dos (Z) de acetona, separhdose una o dos moléculasde agua, respectivamente.Los productos son resistentes al álcali y se hidrolizan con ácido, propiedades que caracterizan a los acetales. Cada acetona reacciona con d o s 4 H de la glucosa para dar un cetal ciclico, conocido como O-isopropilideno derivado:

Glucosa O-Isopropilidenoglucosa Acetona

Un cetal cíclico

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS CAPITULO

38

La hidr6lisis de Z da AA como intermediario.Puesto que elkido acuoso es un medio desfavorable parala regeneraci6n de acetales, parece sumamente probable que el puente cetálico AA sea el mismo que uno de losdos puentes catcllicos en 2. Ahora bien, ¿a cudes pares de carbonos de la glucosa estfin unidos los grupos 0isopropilideno? (b) Ni Z, ni AA son azúcares reductoresConcluswn: en ambos compuestos hay un grupo

O-isopropilideno unido al C-l.

(c) Z esd metilado en una posici6n. Elkido rompe loscedes, pero no el Cter: permanece el grupo metoxilo. Este O-metil 6terda UM osazona, de manera que es evidente que la

metilaci6n noocurri6Nen C-1, nien C-2. Conclusibn:en Z hay un grupo O-isopropilideno unido aC-1 y C-2.

DD

CC

Un agrupamiento 0isopropilideno en Z

(d) La evidencia es igual que la de(c). Conclusibn: en AA, el único grupo O-isopropilideno se encuentra unido aC-1 y C-2.

GG

FF

El agrupamiento 0isopropilideno en AA

(e) La metilación indica que C-4 estaba comprometido en el anillo acedico de FF y, por consiguiente,también enEE y AA. Concluswn: estoscompuestoscontienenanillos furanósicos. Conocemos ahora la estructura de AA.

CH CHOMe

CH20Me

2.3.5.6-Tctra-0-metil D-ghCOfUIanOSa

OH

1

CH - O H I

C H 2 ~O H AA

1.2-O-IsopropilidenoD-glUCofur¿VIoSa

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDUS

CAPITULO 38

(f) HH es un ácido dicarboxílico de seis carbonos. Uno de ellos se encuentra en el grupo 0metilo, lo que deja cinco para la cadena; los grupos carboxilo son C-1 y C-5 de la O-metilporlo que debeestar ligado por D-glucosa, CC.Conclusion:el C 5 4 H no est6 metilado, un grupo O-isopropilideno.

El metoxilo no se encuentra en el C-1 de CC,ni tampoco en el C-2 (puente de 0isopropilideno); tampoco se halla en el C 4 (anillo furanósico) y ahora, evidentemente, tampoco en el C-5, lo queS610 deja alC-3 o al C-6. (g) La formación de la Glactona I1 indica que C-5 el de este compuestoy, en consecuencia, el C 4 de CC, tienen un " O H libre. Conclusion:el grupo metoxilo de CC se localiza en el C-3. Esto permite queel segundo puentede O-isopropilidenoen Z solamente se halle en elC-5 y el C-6.Conocemos ahora la estructm de Z.

y su epímcro I1

CC

z

HR

1,2:5,6-Di-O-isopropilidenoo-glucofuranosa

(Corno cadena abicrta)

Una Glactona

13.

Se generan enlaces carbono-carbono; teniendo como sustratos aldehídos y cetonas, y base como reactivo, pensamos en la condensación aldólíca. Tanto el D-gliceraldehído (una aldosa), como la dihidroxiacetona c (una etosa), dan los mismos productos: la secci6n 38.6 nos recuerda queUM base puede ocasionar una isomerización"entre una aldosa y una cetona, por ejemplo. Postulamos un equilibrio entrelos dos sustratos de tres carbonos:

CHO

-&OH H

I

CHzOH

D-Gliceraldehído Una aldosa

CH--~OfI

e CH-OH I base

Ct120H

Enodiol

* I

CHIOH

c-

c-10 I

CHzOH

Dihidroxiacetona Una cetosa

Condensaciones ald6licas simples y cruzadas dan los productosfinales.

CAPITULO 38

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS CHzOH

I c=o I

CH2OH

CHzOH

CHzOH

C=O

c-O

I

I

I

H0"C-H

cond. aldól, _____f

I

I

t

H--C-OH

I H--C-OH

7( c=o

H --C -OH

HO- C-

H-7-

I

CH20H o-Fructosa

I

H-C-OH

I

H

I

OH

CHzOH o-Sorbosa

CHIOH CH2OH

CHzOH

I c-o I

FHZoH I

c=o

cond. aldól. ____,

I I

I c- o I HO 4 - H I

+

H-C-OH HOCHz- C-OH

HOCH2"C"O

HO-C--

I

CHzOH

I

I

sa

CHzOH

CHzOH

CHzOH

CH2OH

14.

La hidrólisis se asemeja a una S,], con la separación de un catión especialmente estable: no es un cartmatión, sino un ion oxonio.

I-" 0 HC--OPO,H2 I

H"

I

m 'HO HC-OPOiHz

+OH "+

-0POjHz

do FosfatoprotonadoGlucosa-1-fosfato Acetal

+

I1

-H&

+ Glucosa

HC

I

protonado

Ion oxonio

15.

(a) La seaal a campo bajo se debe al protón en C-1, desprotegido por dos oxígenos. (b) Nuestra interpretación(basada en elCap. 16)sería:KK tiene un "Hecuatorial enC-1 (selIal a campom& bajo); JJ tiene protonesanti (axial, axial)en C-1 y C-2 (mayor valor de J). Sólo en panómero se encuentran los protones enC-1 y C-2 (runs,capaces deestar

axial, axial. Esto nos conduce alas estructuras siguientes:

o-Tetra-O-acetilxilopiran~a

H

AcO

OAc

OAc H

H JJ

/3-Anómero

H axial en C-1 Protones anti en C-I, C-2

/-H

AcO

H

OAc KK

a-Anómero 4 ecuatorial en C-l Protones oblicuos en C-I, C-2

CAPITULO 38

MONOSACARIDOS CARBOHIDRATOS I.

Nos encontramos con quecada conformación es la que esperaríamos que fuera la m& estable para el anbmero particular. En el j%anómero, elefecto anoméricoes m& &bil que el efecto estérico (piíg. 1295): hay cuatro "OAc ecuatoriales. (En el a-anbmero, el efecto anomérico simplemente refuerza esdrico.) al (c) Nuestra interpretación: MM tiene un -H ecuatorial en C-1 (sefiala campo m k bajo); LL tiene protonesanti (axial, axial)en C-1 y C-2 (mayor valorde J). Una vez m& S610 x a i, laxial en C-1 y C-2. en elPanómero pueden estarlos protones a D-Tetra-O-acetilribopiranosa

MM a-An6mero Efecto anom'rico (Sec.38.20)

LL

0-Anómero 4 1 axial en C-P Protones anti en C-I, C-2

En el panómero, el efecto anoménco m es k débil que el estérico: tres de los cuatroOAc son ecuatoriales. Ena-anómero, el en el quehay dos "OAc ecuatorialesen cada una esefecto anomérico. de las conformaciones, el factor decisivo el (d) Comencemos esta vez dibujando la que suponemos sea la conformaci6nm h estable de cada compuesto.

D-Penta-O-aretilmanopiranosa

H

H

---l. -H

AcO

H

AcO

H

OAc

NN

A

c

O CH~O WA C ?

0-Anómero "Haxial en C-I Protones oblicuos en C-1, C-2

A

/,H

AcO,

M

H

1

o-Penta-O-acetilglucopiranosa CHzOAc c

QQ

O

m

AcO

OAc

OAc

OAc

OAc

a-Anómero "H ecuatorial en C-I Protones oblicuos enC-1, C-2 782

H O0

a-Anómcro 4 ecuatorial en C-I Protones oblicuos en C-I, C-2

H

OAc

1

H

H PP

P-Anómero -H axial en &-I Protones a d en C-1, C-2

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS CAPITULO

38

Podemos asignar con facilidad una estructura a ("H ecuatorial) aNN (6 5.97) y QQ (65.99), y unaestructurap ("H axial) aO0 (6 5.68) y PP (6 5.54). Solamente uno de los cuatro anómeros,el derivado delapglucosa, tiene protonesanti; en C-1 y en C-2; sólo PP tiene un valor elevado para J , la constantede acoplamiento. Por consiguiente, el derivado y su anómero,QQ, debe ser el derivadode lapglucosa. Por necesidad, de la@-glucosaes PP, entonces, NN es el derivado de la pmanosa, y O0 es el de laFmanosa.

CH3

CH3

I

H-C 2 \

CHZCOOH CH3

CH3-C,

/

II

CH

\

I

O

I

C=O

CH2 Lactona

/cy

syn-

HOCH

I

HO-C,

1

H 3c

O

I

C-O CH2

RR

6

CH3

I

CH \ HOCH 'O 4,

I

HO-72 >CHOH

I

H3C Micarosa Estereoquímica no considerada

(Solamente el isómero 2 del material de partida es capaz de formar una lactosa.)

(b) La hidroxilación syn (i) del enlace doble enel compuesto cíclicoda un cis-diol; por consiguiente, en RR y la micarosa,los " O H en C-3 y C-4 son cis. La gran constantede acoplamiento (ii) indica que C,-H y C,-H son anti (axial, axial)y, p o r lo tanto,trans entre sí.

(c) La configuración absoluta en tomo C-5 aestá determinada exactamente como se hizo para la D-glucosa (Sec. 38.17).

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38 h

CH 3

CH3 H I IF H

I

(iii)

4’

HOCH HO-C:

I

CH 5

\

O

HI04

I

iCHOCH3

o=c o-c I

H3k C H 2

H 3c

CH3

I

CH

o

KMn04

i

CHOCH3

o=c

‘ O ~

1 ‘c&

‘,&2

H3C

SS

Metil-micarósido (Con base en (i), recién visto)

HOOC’

CHOCH3

TT H+lH20

H

HOOC-~-OH CH,

Acido L-láctico (Acido (S)-láctico)

(d) Haciendo uso de la informacidn acopiada hasta aquí podernos escribir:

CHO

H OH

HO

abierta

O

HO

Cadena L-(-)-Micarosa (P-anómero)

CH3

HO

H

HO

H CH3

Puesto que el “ O H del carbono quiralrn6s bajo se halla a la izquierda, la (-)-micarosa pertenece a la familiaL. La magnitud dela constante de acoplamiento (J=9.5-9.7 Hz)entre C,-H y C,-H indica de allí, llegamos a la siguiente conformación que estos protones son axial, axial. Partiendo preferible: H

HO, H

OH L-(-)-Micarosa

Descartandomomentheamente C-1, observamos queen esta conformaci6nson grupos voluminosos; esta conformaci6nes la que hubikemos ecuatoriales tres de cuatro esperado que fuera la más estable.

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS

CAPITULO 38

(e) El picoacampo bajo se debe, desde luego,C,-H. al En el a-an6mer0,el C,-H es oblicuo con respecto a ambos H del C-2. La sella1esd dividida en un triplete conun valor bajo para J, como efectivamentese observa.

a-Anómero

7

H

-mcH1 /A 1 ,o.r+

OH

OH

H

J pequeño

P-Anómero

En el jl-anómero,el C,-H es oblicuo a uno de losCH , y and al otro. Esperamos dos seflales para el C,-H, cada una un doblete. Habd dos valores para J uno pequeflo, Hz del a-anómero, y el otro mis grande. comparable con el de 2.4

(0 Observamos aquí eltipo exacto de espectro de RMN recitn predicho. Es obvio quela micarosa librese encuentra preferentemente en forma del pan6mer0, tal como se acaba de ilustrar en (d). 17.

(a) El efecto anomtrico @Ag. 1295) estabiliza al a-anómero en relacidn con el

Ho+

p.

H

H

OH

OCH3

Metil-a-D-glucósido Anómero favorecido

(Observucidn: Aquí no estamosanalizandomeramente cu&l conformaci6n de un cud compuesto -el an6mero compuesto en particulares m L estable: Estamos analizando a o el j3- es elmis estable. Nuestra interpretación es la siguiente: es mis estable el an6mero a que elp,porque la conforrnaci6n preferible a deles mis estable quela preferible delB.) 785

CAPITULO 38

CARBOHIDRATOS 1. MONOSACARIDOS

(b) Es evidente quese trata de un efecto similar al anomkrico.La repulsih entre los dipolos asociados a los oxígenos anularesy los enlaces C-CI favorece laconfomaci6n diaxial.

CI

tranr-2,5-Dicloro-l,.l-dioxano Conformacih favorecida

Tetra-O-acetil-/% L-arabinopiranosa H

U

I

18.

(a)

AcO

AcO

o

"-0

H

I OAc

OAc

H

OAc

OAc OAc

H I1

I

Dos -0Ac axiales Dos -0Acecuatoriales

'

Dos-OAc axiales Dos-OAc ecuatoriales Favorecida por el efectoamm'rico

H

H

H

OAc c:u

I -d 0.5: 1

=

I

i

OAc OAc

H I I-d

e : u = 2: 1

CARBOHIDRATOS I. MONOSACARIDOS CAPITULO

38

para una mezcla 5050 de I-dy 11-d. La proporci6ne:u observada de1.46: 1.00 indica que la conformaci6n predominante (78%) es la 114, en la que elC,-OAc es axial. Es evidente que el factor decisivo es el efecto anom&ico. e-OAc 1 = -NI OAc total 3

+ 23

-NI1

=

1.46 1.46 1.00

+

39 Carbohidratos 11. Disacáridos y polisacáridos

39.1

*H

HO

CH20H

iónp

OH

fl-Maltosa

OH

H

H

Las configuraciones de la a- y pmaltosa difieren tan sólo en el C-1 de la unidad de glucosa reducible. (Si ambas mitades glucósicas estuviesen unidas por un enlace p, el compuesto no sería maltosa, sino celobiosa.) 39.2

COOH

::$M :e H

+

COOH Me0 . di-O-metilF H e Acido L-tartárico

H

COOH

CH20Me Acido 2,3,5,6-tetra-O-rnetilD-glUCÓniC0

HT:e

+

I

CH20Me Acido metoxiacético

H _;“M :e

CHzOMe AcidometoximalónicoAcido di-O-metilD-glidrico

CARI3OHIDRATOS IT. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39

39.3

MCO"

,

, M' C, JO. . ~

ti

tl

-" "

OMe

o

~

1,-glucusa

6

& (

'

.

H20Me -~ ! L < )

""-i

%Id , ) $ Me0

f{

+

~

'

'1 OI\.lC

~

+

110

Me0

li

h

('t1,OMc

'4'

(/%ani,nrcro)

S

~

11

11

I

Y

"

2

'1- o I

t..

7

OH

Me0 ~

2.3.6-Tri-O-metilI,-gluc~K+

Aparte de saber, por supuesto, que la maltosa es una glucosilglucosa, sabríamos que la unidad de glucosa no reductora contiene un anillo piran6sico. Sin embargo, nos falm'an datos acerca de la unidad reductora: su tamaílo anular y el punto de unión del enlace glicosídico. Este podría scr cl correspondiente una~-glucopiranosa-4-O-sustituida, a o bien podría seruna ~-glucofuranosa-5-O-sustituida. La oxidación previa a la metilación e hidrólisis abre el anillo hemiacetálico. la única Así, posición no metilada debe ser el punto de unión; sabiendo esto, podemos deducir el tamafio del anillo.

39.4

Vca la figura 39.5, página 792 de esta Guíade Estudio. Luego de perder dos carbonos, el C,-CHO queda" Osin H en posiciónulfa (esto es, sin " O H libre en CJ, de modo que ya no es posible la formación de una osazona. Esto en el C-4 de la mitad reductora de la maltosa. demuestra que ambos anillos están unidos

39.5

La probabilidad de romper la unión glicosídica es mucho menor,y por lo tanto es menor la

39.6

Todo igual la a figura 39.1 (prig. 1303), excepto que hay una unión glicosídica p en las tres primeras fórmulas. L o s productos finalcs son idhticos a los que se obtienen con (+)maltosa.

39.7

(a) Similar laa figura 39.1 (pág. 1303), excepto seque comienza con lactosa: hay una unión glicosídica p, y el C-4 de lamitadno reductora tiene la configuración opuesta. Los monosacáridos metilados finales son:

formación de monosacáridos.

CHO

H

I

4

OMe

Me0 H Me0 - ~ $H H

-1OH

CHzOMe

2,3,4,6-Tetra-0-metilo-galactosa 790

COOH

~4

OM^

Md-1

-

H

H /-OH H --t. OMe

i

CH20Me Acido 2,3,5,6-Tetra-O-mctil o-glucónico.

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

5

5

H T O H

CAPITULO 39

COOH

CH20Me

6

2,3,4,6-Tetra-O-metil2,3,4-tri-OAcidoAcido L-tartárico metil-l.-arabinárico D-galactosa

di-O-metil (O

I

L-lixárico) COOH

1

HNO, "-f

4

H

OH

5

H

OMe

3 M + H.

+

COOH

4

COOH HfOMe

CHzOMe

6

4 5

CHlOMe 6

Acido 2,3,5,6-tetra-Ometil-o-glucónico D-glicérico

Acido Di-O-metilL-tartárico

Di-O-metilAcido

1 -2c

V

H HO -

W

H

o OH

Ho *H

H

H

OH

D-Galactosa

q

H

1

$

H

OH $H20H

hidról.

+

"o-%

o

HT:H H +OH

HOCH,

-OH D-Eritrosa

I

CH2OH

CAPITULO 39

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

OH

Figura 39.5

39.9

Reacciones del problema

(-92.4

+ 52.7 )I?

39.4.

= -19.9'

Se divide entre2, puesto que g/ml se basa enel peso combinado delos dos compuestos (isoméricos). 39.10

Habría dos uniones glicosídicasy, por consiguiente, pérdidade dos molcs de agua: C6HlI0,

Seria un azúcar no reductor.

+ C6H120,

-

2H:O

=

C,:HziiOlo

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

39.12

CAPITULO 39

(a) Los monosachridosmetiladosdela sacarosa son: CH20Me

I

Me0 Hf;;

H

H CHZOMe

CH2OMe

i

2,3,4,6-Tetra-O-metilD-glUCOSa

(b)

CHO

1

COOH 1

"HNO -L

: : 4!$!M e COOH 5 H

CHzOMe

6

O-metilxiláriico

OH

2,3.4,6-Tetra-O-metilAcido D-glucosa 1

2

43 COOH

OH

5

COOH

" :M e

"eo$-..

1

+

O Me

Me0

H COOH

2,3,4-tri-

3 4

Di-O-metilAcido

L-tartáriico

CHzOMe I

I

c=o

H

HNO,

'

COOH Me#:

H

Una ruptura Tres rupturas Nueve rupturas

3 5

CHzOMe

-

1,3,4,6-Tetra-O-meti11Di-O-rnetilAcido D-fI'UCloSa

39.13

2

OMe 4

H

6

39.14

1,3.4,6-Tetra-O-metil1D-fructosa

D-tartárico long.promedio 2000 1/4000 o 0.025% enlaces rotos long. promedio lo00 3/400 o 0.075% enlaces rotos long. promedio 400 9/4o00 o 0.225%enlaces rotos

(a) Los grupos m& grandes ligados a cada anillo son las otras unidades de glucosa de la ser axial en una conformaci6nde silla. cadena. Una u otra de ellas tendría que (b) En una conformaci6nde bote retorcido, aquellasse encontrarian en posicionescuasiecuatoriales (comolo estaría tambiCn el<%OH del C-5): por ejemplo, enlas posiciones a continuaci6n. (Compdrese con la Sec. 12.11.) marcadas 1,4 y 5 en el dibujo que aparece

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39

39.15

(a) Como indica la f6rmula estructuralilustrada en la phgina 1313 obtenemos 3 moltkulas de HCOOH (y una de HCHO)por molkula de amilosa: 1HCOOH de la unidad no reductora terminal, ningún producto de deg1adaci6n pequeflo de unidades no terminales; 2HCOOH + 1HCHO de la unidad terminal reductora. (b)

moles HCOOH/3 peso amilosa/molesamilosa p.m. amilosa/peso (de162) por unidad de glucosa

= moles amilosa

= p.m. amilosa = unidades de glucosa por molkula de amilosa.

2,3,4-Tri-O-metilD-glucosa Producto principal

Uniones en

c-1 y c-6

Unidad terminal de la cadena

H

H

”

H

OH

H

OH 2,3,4,6-Tetra-O-metilD-glucosa H

Unión en C-1

-,%YAo\) 6

6

CH20H H

\

CH2O

” ”

H

.6-

Unidad ligadora

li

de cadenas

HO +.-O.

__H

l . ! .

i

H

Me0

2.4-Di-O-metilD-glucosa

H OH

H

OH

Uniones en e-1 , c-3, c-6

El dextran0es un poli-a-~-glucopiran6sido. Unidad integrante (formadora) de cadenas: se enlaza en C-1 y (2-6. Unidad terminal de cadenas:se enlaza en C-l. se enlaza en C-1 ,C-3 y C-6. Unidad ligadora de cadenas:

0-

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS CAPITULO

39

Así, una parte importante del dextrano consta de cadenas a-glucosídicassencillas, cuyas C-1 y C-6; sin embargo, de vez en cuando unidades se unen entre s í mediante enlaces entre se ligan entresi dos de estas cadenas por medio del C-3. EsquemAticamente,es algo como esto:

Un dextrano

39.17

Me0

OH

H Ocadenas

H H 2,3-Di-O-metilD-xilosa

Me0 Me0

H Uniones en c-I y c-4

OH H

H

HO

H

2.3.4-Tri-O-metilD-xilosa

H

de

0,

H

H

Unión en C-1

H

2-O-Metil D-XilOSa

H

Uniones en c-1, c-3 y c-4

El xilano es un poli-p-~-xilopiran6sido. Unidad formadorade cadenas: uni6n en C-1 y C-4. Unidad terminalde cadenas: enlaceen C-l. Unidad ligadorade cadenas: uniones enC-l. C-3 y (2-4.

H

Unidad terminal de cadenas

CAPITULO 39

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

Una parte importantedelxilanoconsta de cadenas sencillas pxilosídicas, cuyas unidades se unen entre sí mediante enlaces entre C-1 y C 4 ; cada cierto trecho se unen dos cadenas entresí mediante un enlace que implicaal C-3.

Un xilano

39.18

(a) No reductoras. No hay unidadesde glucosa terminalesy,por consiguiente,ningúngrup carbonilo "libre". (b) SÓ10 D-(+)-glUCOSa.

(c) Solamente2,3,6-tri-O-rnetil-o-glucosa, (d) Nadade formaldehído ni ácid0 f6rmico. (e) P.m. = 162. In, en que 162.1 es el valor paraun residuo de glucosa, y n es un número entero

39.19

Asoma el grupo polar S O , -Na+. El anillo bencknico no polar queda sujeto dentro de la cavidad lipofdica.

39.20

Cada ciclodextrina es precipitadapor el compuesto cuyotamailo se ajustaa su cavidad. En orden de tamaflo creciente,son: a-ciclodextrina por el ciclohexano, Pciclodextrina por el fluorobenceno y y-ciclodextrinapor el antraceno.

39.21

En cuanto al ajuste dentro de una cavidad de ciclodextrina, podemos percatamos de que los isopropiltoluenos isoméricos son de tamaíbs diferentes; el m& pequello es el para, mientras queel más grande el es meta. Podríamos pensaren separarlos mediante el empleo sucesivo de ciclodextrinas de tamailos distintos: lamAs pequefia para convertiren complejo el isómeropura, U M más grande para elorto, y una aún mayor parael meta.

7%

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

1.

MeO%oH

CAPITULO 39

MeO*$v

Me0

M e 0 OH

Me0 H H 2, 3, 4, 6-tetra-O-metil-~-glucosa

H H 2, 3,4,-Tri-O-metil-~-glucosa

t

-".

H O

H

H

H

H

* : \ l . ; ; : : : : : - oH

t

H

H

CHzOH H

H

H O .

OH

H

H

6-0- (PDGlucopiranosil)-D-glucopiranosa (panórnero) (+)-Gentiobiosa

2.

(a) La trehalosa es un azúcar no reductor: las unidadesdeglucosadebenestarunidas mediante un enlace C(I)-€( 1). Solamente es hidrolizadapor maltasa:la uni6nglicosídica es ulfa respecto a cada anillo.El " O H del C-5 no esd metilado: los anillos son piranosas. H

-D~luWpUallOSfi-Cl-D-glucopiranósido

Trehalosa

H

Me0

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39

(b) La isotrehalosa es hidrolizada ya sea por la emulsina o por la maltosa: la unión glicosídicaes alfu en un anillo,y beta en el otro.En la neotrehalosa, es beta en ambos anillos.

H

H

a-o-Gluwpiranosil-~D-glucopiranÓsido Isotrehalosa

P-o-Glucopiranosil-PD-glucopuanósido Neotrehalosa

H

H

H

Los datos proporcionados dejan dos preguntas sin respuesta. (i) ~Cu6l" O H de la alizarina participa? MetileAcid0 el ruberitrico, hidrolice y vea cuál " O H no esd metilado. (Las uniones glicosídicas se rompenen condiciones que no afectan las uniones eter la alizarinay el C-1 de la unidadde glucosa, fenólicas.) (ii)Las uniones glicosídicas (entre y entre elC-6 de la unidad de glucosa y el C-1 de la unidadde xilosa), ¿sonuva o beta? Estudie la hidrdlisis enzimAtica delkido ruberímco y de la primeverosa.

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39

4.

Rafinosa

(a) Vea la figura 39.6, página 800,de esta Guía deEstudio. En la melezitosa, la unidadaD-glucopiranosilo (pruebade la maltasa) está ligadaal C-3 de la unidad de fructosa de la sacarosa (no hay metilación del C,-OH de la fructosa).

5.

(b) CHzOH --O

0 -.-C H

CH2OH i

I

~

~-

CH CHOH

I

CHOH A H 2

CHOH O

A

CH

CH2OH

Nada de IICIiO Nada de HCHO Piranosa Furanosa D e la unidad de fructosa

CHOH

I

CH2-

Nada de NCHO Septanosa

CH-

1

-

CH2OH

CHOH

I

CH20H

Nada de HCHO 1 de HCHO Piranosa Furanosa D e la unidad de glucosa

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39

1

1-Sacarosa

w:/L

L

H

U'

H

Fructosa J

Ho HO

Glucosa

H

I

Turanosa I Melezitosa

1

CH2OH

6

H

OH

O

Figura 39.6 Melezitosa y turanosa (problema5a).

-o-7H-lCHOH "I

(c)

2

"i"

CHOH CHOH "I " CHOH CHI"

Heptanosa

I I

O

6H104z

4 HCOOH

CAPITULO 39

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CH2OH Piranosa

3HIO,(septanosa) + 2HIO,(piranosa) = 5HI0, 2HCOOH(septanosa)+ lHIO,(piranosa) = 3HCOOH (e)2HI04(piranosa)X 2 = 4HI0, lHCOOH(pkanosa) x 2 = 2HCOOH

(0 Ambosanillosde glucosadeben serpiran6sicos, puesto que realmente S610 se consumieron 4HI0, y $10 se formaron 2HCOOH. CHzOH

CHzOH

I

I

I 1

-o-c"----

--,O- CH

-O-CH

--O- CH

(€9

I

CHOH "I CHOH CH

1

I

nuda de

HCOOH

O

CHOH

I

CH

,

I

_I-

1 O

~

Hi01 ~-

~

no

hay reacción

CHzOH Furanosa

Piranosa

(h) La unidad de hctosa debe tener un anillo de furanosa: todo el HI04fue consumidopor las unidades de glucosa (4HIOJ, de modo que el anillo de fructosa no pudo haber consumido

HIO,.

(i) Son perfectamente concordantes, como lo demuestra el examen de la estructm indicada en (a).

H

H

c-1

Unión en

c-1 y c-6

0y c4

c-l

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39

o bien

\

H

Estructura real

H H conformaciones (Se suponen Panosa

de silla)

H

H

H

(b) La panosa debe tener la segunda estas de estructuras, puesto que la unidad de maltosa debe incluir la unidad de glucosa oxidable (y reducible). La isomaltosa es semejante a la maltosa, salvo que la uniónes mediante elC-6 y no a través del (2-4. H I CH20ti H ~0'-

HO

.\

H1

1

< H

-..

OH

'o

H I

6-~-(a-~-Glucopuanosil)-~-glucopiranosa Isomaltosa

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39

(c) Esto confirma la estructura ramificada de la amilopectina@Ag. 1314).

r

H

Isomaltosa I

Maltosa

I

I

Amilopectina

H

1 COOH ti H

YHO

H

H

'OH

~

H

H-COH

803

CAPITULO 39

8.

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

(a) El arabano es un poli- L -arabinofuranósido. CHO Me0

H M :/ e

H CHzOMe 2,3,5-tri-O-Me

I

Unidad terminal de cadena Unión de C-I

--OH

CHzOH 2.3-di-0-Me h

Unidad formadora de cadenas Unión de c-I y c-5

CHzOH

3-O-Me

T

Unidad ligadora de cadenas Unión de c-I, c-2 y c-5

Evidentemente, contienen numerosas ramas de dos unidades:

Un arabano

(b) El manano es un poli-D-manopiranósido.( V b s e la fig.39.7, pág. 805 de esta Guía de Estudio.) Tiene ramas de UM sola unidad ubicadas (en promedio) cada tercera unidad formadora de cadena. Si suponemos un máximo de regularidad en su biosíntesis, podríamos llegar a algo como lo siguiente: tres unidades distintas alternan regularmente a lo largo de la cadena;las que están unidas medianteC-1 y C-6 generalmente (pero no siempre

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39 CHO

H

H de cadena

H Unidad terminal

CHzOMe 2,3,4,6-tetra-O-Me

Unión en C-I

CHO

CHO

M e 0 -4-H

H o t - H Me0

tH

" i I

H-J-OH

OH

H

I

CH20Me

MeO-

j-H

:

g

OMe

CH20Me 3,4,6-tr1-0-Me

2,4,6-tri-O-Me

f

e

CHzOH 2.3.4-tri-0-Me

f

1.

I

H H O % $ X Y O \

HO%Ok

HO%

L.

HO, H

H

H

H

H

H

H

H

Unidades formadoras de cadenas

Unión en C-1 y C-3

H

;;i

H

" O ,

H

Unión en C-1 y C-6

Unión en C-1 y C-2

CHO

H

Unidad ligadorade cadenas Unión en C-I, C-2, C d Figura 39.7 Un manano: metilacibn, hidr6lisis (problema8b)

"como lo atestigua la pequefla cantidad de compuesto 2,3,4-tri-O-metil-)

el C-2.

Un manano

se ramifican en

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39

9.

HOOC(CH,),COOH

N

F

adípico

C(CH,),C= N

+-

Ch

E

Acido

ChH8N2 ,-

D C4H.40

c C4HsO

Tetrahidrofurano THF

COOH

O A

B

C~H403

Furano

Acido furoico

(Sec. 3 5 . 2 )

Todo esto no revela el punto de uni6n"CHO del al anillo del furano. Puesto que aquí la que el furfural se forma de unaunidad de pentosa con cadena abierta, parecería probable unión sea enla posición2. (En realidad,asíes.) Podemos imaginar que sucede algo como esto:

Un

10.

Un éter

di (enol)

pentosa

Una

(a)El acido alginic0 es un kid0 poli(~~-manur6nico), con unidades ligadas en C-1 y en C-4

CHO

('0011

Acido 2.3-di-O-metilD-manurónico

~H H

H

Uniones en C-1 y C-4

I, ti

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS CAPITULO

39

(b) El acido péctico esun ácido poli(-D-galacturónico), con unidades enlazadas en C-1 y

C-4.

Me0

HO H

1-H ~~

H

'

OH

o

ti

COOH

"

Uniones en C-1 y C-4

Acido 2,3-Di-O-metilo-galacturónico

(c) El agar es un poligalactopiranósido.

4

tlOiS0

La mayoría de las unidades son de D-galactosa, con uniones C-1 yen C-3. Alrededorde cada décima unidad corresponde a L-galactosa, esterificada con ácido Esta sulfúrico. unidad se halla ligadaya sea medianteC-1 y C-4 con sulfatoen C-6, o bien, por medio de C-1 y C-6 con el sulfato en C-4. (Tambi6n es concebible que contenga un anillo de furanosa, con el enlaceen C-6 y el sulfato enC-5, o viceversa.)

11.

Este polisacárido capsular es un ácido poli(celobiur6nico) con anillos piranósicos, y con y en C-1 y C-3 uniones formadoras de cadenaC-1 en y C 4 de las unidades de D-glucosa, de las unidades de ácido D-glucorónico. (Vtase la fig. 39.8, pdg. 810 de esta Guía de Estudio.) 807

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39

HCOOH

CHzOH O H C - 1/ O \ OHC.

)

\C H O G

HOOC

H

O

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

CAPITULO 39

CH,OH

H

\

COOH

H 1H:O. H +

1

r

+

Producto en cantidad despreciable

H

I

HO ~-C-COOH

I

COOH

Producto en cantidad despreciable

H

I

CH,OH Acido o-eritrónico

13.

0-C-COOH Acido glioxílico J

(a) HCHO 4

.1

HCOOH

HCOOH Celulosa

Se formm'an3HCOOH (y 1HCHO) pormolkula de celulosa: 2HCOOH de la unidad terminal reductora,y lHCOOH dela unidad terminal no reductora. (b) Vea el problema 39.15(b), sustituyendo la celulosa por amilosa. (4

0.0027/3 = 0.0009 mmol celulosa 203 mg/0.0009 mmol = p.m. celulosa p.m./162 = 203'0'0009 162

=

1390unidadesde glucosa por molécula

CAPITULO 39

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS

f

1

Figura 39.8 Polisaciirido capsular: metilaci6n, hidr6lisis (problema 11). 14.

(a) El hipoclorito de t-butilo protonado actúa como fuente de cloro positivo, el cual se enlaza al anillo en una sustitución electrofílica aromhtica típica (Sec.14.11).

H

0/'

f

ArCl

+H

(b) Podemos justificar la regioselectividad conbase en argumentos puramente estkricos. El grupo fenilo del anisoles retenido en la cavidad lipofílica de la ciclodextrina, de donde

CARBOHIDRATOS II. DISACARIDOS Y POLISACARIDOS CAPITULO

39

sobresaleel --OCH.@ar. De esta manera, las posiciones orto e s t h protegidas contraun ataque,mientrasquelaposici6nparuseencuentraexpuestaenelotroextremodelacavidad. Parajustificarelaumentodelavelocidadenlaposici6nparu,debemosespecularunpoco miis. Tal como HOC1 convierte elt-BuOH en t-BuOC1, asi tambih convierte un “ O H de “ o c 1 . Este grupo, situado sobre el borde dela olla ciclodextrínica,se la ciclodextrina en encuentra en laposici6n precisapara transferir cloro positivo a la posici6npru cercana del anisol. De esta manera, la velocidad acrecentada es un efecto degrupo vecino. (c) La cloraci6n se realiza mediante el 4 1 ligado a la psici6n C-3. Esto significa que se hallacerca del borde “superior”de la olla, donde se encuentran la posici6npuru del anisol tiene que sobresalir a mv& los hidroxilosC-3 (Fig. 39.4 p a . 1316) y que el grupo 4% del “fondo”. (Breslow, R., “Biomimetic Chemistry”Chem. Soc. Revs., I , 573 (1972).)

Aminoácidos y proteínas

40.1

-NH2

> -COO

El protón va al " N H , : H,NCHRCOO-

40.2

"COOH

+ H+

-

+

H3 NCHRCOO-

> -NH3'

El prot6n abandona "COOH: el "COOH: +H,NCHRCOOH 40.3

"-f

H+

+

+H3NCHRCOO-

El Kbpara minas aromhticases bastante pequeilo: &el orden de lWo.(El grupo "COO-, con KblC9,es en realidad una base ligeramente m& fuerte que un -qaromAtico.) Como -SO,H es un hido resultado,el "NH,no es neutralizadopor el "COOH.En cambio, el fuerte y puede neutralizarun grupo -qaromAtico.

(b) Acile losamindcidos en soluciones fuertementealcalinas, en las que el componente principal, H.JKIi&COO-, contiene-m,.

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40

(a) En el lado ácido.La ionización del"COOH adicional (K,-10-3 ha de ser reprimida por un exceso considerablede H'.

40 .S

a

HOOC"H--COO-

I

H+

+

~OOC---CH-COO-

NH,' Especie neutra

NH3+

(b) En el lado básico. La ionización-NH, del adicional (K,-10-4) para dar OH- debe ser

suprimida porun exceso considerablede OH-. t Hz0

+H3N-CH-COO-

I

e OH" +

NHz Especie neutra

-H,N-CH-COONH3+

(c) Son más ácidoy más básico que parala glicina.

40.6

El álcali, el ácido sulfanílico, p-+%NC,H,SO;, proporciona un prodn al OH- paraformar un sulfonato solubleen agua, p-H$'C,H,SO,-. Pero los ácidos sulf6nicos son ácidos muy bases en soluci6n ácida, fuertes,y correspondientemente, los aniones sulfonato sondtbiles; el grupo "SO; no aceptaun protdn, de modo que elkid0 sulfanílicono sufre cambio.

40.7

Utilice la migración diferencial en distintos valores de pH; o bien, emplee diferenciasde solubilidades en valores de pH distintos; o bien, precipite aminoácidos&idos, como las sales de ciertas bases, y aminoácidos básicos, como las sales de ciertos ácidos.

40.8

(-)-Cisteína y (-)-cistina. En todos los aminoácidos, el H tiene la menor prioridad y el y tiene la más alta. En R debido a queel O está a la mayoríade los aminoácidos, elC=O tiene prioridad sobre dos lugares del centro quiral. Pero en la cisteína y en la cistina, R contiene aS, el cual est4 a dos lugares del centro quiral, y esto da prioridadR sobre a el C=O. La prioridad inversa un cambio en la especificaciónde S a R . de estos dos grupos provoca

40.9

coo I

CH3

~

coo I

CH3

~

coo I

coo

~

"O - L - H

+ H j N -C-H

CH3

cH3

L-treonina (Lcon base el en

CHO

C-2)

CHO

I

H-OH

CH20H

(Sec. 38.12)

CH20H

Tre

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40

40.10

Cis-Cis: un meso, un par de enanti6meros, Hil: dos pares de enanti6meros: Hip: dos pares de enanti6meros. Ile; dospares de enanti6meros.

40.11

Amonólisisdirecta (como en la pág. 1331). CH2COO-

I

CHjCOOH

+ "

'NH,

acético Acido

Glicina CH3CHCOO-

f-

I

NHA Alanina

CHjCH2COOH

propiónico Acido

+

(CH,),CHCHCOO-

I

t-

(CH,),CHCH,COOH Acido isovaleriánico

NH, Valina +

(CHj)2CHCH2CHCOO-

I

'NH, Leucina

t-

(CH3)2CHCH,CH,COOH isocaproico Acido

HOOCCHzCHCOO-

f-

I

'NH3 Acido aspártico

HOOCCH2CH2COOH Acido succínico

Síntesis de Gabriel (comoen la H g . 1331). CH2COO-

C-

I

'NH, Glicina

CICHzCOOEt Cloroacetato de etilo

(CHj)2CHCH,CHCOO-

I

t-

Acido Leucina

Síntesis malónica (como en la phg.

I

+NH, Valina CH3

I

CH,CH,CH-CHCOO-

I 'NH3

Isoleucina

I

Cl a-cloroisocaproato de etilo

+ NH,

(CH3),CH-CHCOO-

(CH3)2CHCHzCHCOOEt

1331).

c-- (CH&CHBr

Bromuro de isopropilo

CH 3 I + CH1CH2CHBr Bromuro de sec-butilo

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40

Método del &ter ftalimidomal6nico (como en la pslg. 1332). HOCH,-CHCOO

I

~

HCHO, OH

t-

~

(condensaciónaldólica)

NH, Serina +

HOOCCH2CH2---CHCOO-

1

NH, Acido glutámico

+ EtOOCCH,Br

I

+NHj Acido aspártico

40.12

EtOOCCH,CH2Br P-Rromopropianato de etilo

+

HOOCCHZ-CHCOO-

f-

Bromoacetato de etilo

La síntesis de Strecker convierte un aldehído en un a-aminonido: CHjCHCOOI

HzO. H

t +

+NHI Alanina

CHjCH-CN I NH2

+*CN-

CHjCHO

CH2CO0

I

c-

HCHO (de Me OH)

+NHI Glicina (CH,)2CHCH*CHO (CH,),CHCH,CH20H Alcohol isopentílico

CHjCH,CH(CHJ)CHCOO-

1

t

'NHJ Isoleucina (CH3)zCHCHCOO-

I

NH, Valina +

816

t-

(CH3)zCHCHO

t-

(CH,)aCHCHzOH Alcohol isobuulico

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40

NH3 Leucina +

(b) CHjCHCOO

f-

~

NH, Alanina

CH3COOEt enlugar deisovalerianato de etilo Acetato de etilo

+

HOOCCHzCH2CHCOO

I

~

C-

Et00CCH2CHzCOOEt enlugar de isovalerianato

NH, Acido glutámica

Succinato de

+

40.14

(a) H 2 N C H 2 C O O - N a + (C)

PhC"NHCH2COOH

/I

etilo

de etilo

(b)+H,NCH,COOH CI(d) CH3C"NHCHzCOOH

II

O

O

(e) HOCH,COOH

+

N,

(f) HS04'H3NCH2COOEt

(8) PhCH20C"NHCHZCOOH(Cbz-Gly)

I1

O

40.15

(a) PhCNHCH,COCI

(b) PhCNHCHlCONHz I1

II

O

O

(c) PhCNHCHzCNHCHCOOH /I I1 I O

O

CH3

(Bz-Gly-Ala)

(d) PhCNHCHzCOOEt OI 1

AMINOACIDOS Y PROTETNAS

CAPITULO 40

(f)

OOCCHzCHCOO I 'NHj

3,5-Dibromotirosina

(h) M e O O C H z C H C O O \

+NH,

C HCIH ? N, N-Dimetilprolina

(i)

Na'

(j) EtOOCCH,CH,CHCOOEt

OOCCHzCHzCHCOO

'NHIHSO~

NHI Glutamato monos6dico +

(a) 0.001 mol o bien 22.4 m1 N, de la monoamina (Leu).

40.16

(b) 0.002 molo 44.8 m1 N, de la diamina (Lis). (c) No se libera N, de una mina secundaria.

40.17

2.01 x

mL N 2 22.4 mLimmol

-.

~

~

=

milimoles

748 273 x - = m L N 2 aT.P.N. 760 293

Nz = milimoles

-

N H 2 = milimolcs aminoácido, si tiene un --NH2

si es monomina: 0.0821 mmol de aminoácido 9.36 mg -_____ - p. mol. = 114 = p. mol. mínimo 0.0821 mmol

El aminoácido podría ser valina,C,H,, O Y , p. m. 117.No podria ser prolina(p. m. 115). puesto que ella no contiene "NH,.

-C N I

H

\ @NH

(b) Un traslapo de un orbitalp del N con un orbital n del

\

,C=O.

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

40.19

(a) H-C

O

4 \

CAPITULO 40

H-C

/o-

\ N-CH,

N"CH3 I

El carkter de doble enlace parcial de la uni6n carbono-nitr6geno provoca la rotaci6n diastereot6picos que generan seilales RMN restringida, lo cual produce grupos 4% separadas. Estas seilales coalescen a temperaturas elevadas,medida a que los 4% se convierten en equivalentes gracias una a rotación rApida. (Compárese con el problema 24, Cap. 24.) = H

\ /

c

o

I1

N CHf ao

b

'CH3 bo

a

(b) Esto confirma carkter el de doble enlace parcial de la uni6n carbom-nitr6geno en la uni6n peptidica.

40.20

Ala:

0.89 g ___ - 0.01 mol en 1 0 0 g de salmina 89 g/mol

Arg :

86.04 g = 0.50 mol 174 g/mol

Gli:

___ - 0.04 mol

Ile :

1.28 g = 0.01 mol 13 1 g/mol

Pro :

6.90 g = 0.06 mol 1 15 g/mol

Ser:

7.29 g = 0.07mol 105 g/mol

Val :

3.01g 75 g/mol

3.68 g 1 17 g/mol

=

0.03 mol

Resulta así que la fórmula empírica es AlaArgMGli,IlePro,Ser7V~. Los pesos de los se &ade aminoácidos sumanmás de 100 g porqueen la hidr6lisis de las uniones peptídicas agua.

40.21

Puesto que hay 0.01 mol de Ala en 100 g de salmina (problema40.19, poco antes), debe hay una sólo Alapor molkula, haber 1mol de Ala enl o o 0 0 g de salmina. Esto significa que de modo que la fórmula molecular coincide con la empírica.

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40

40.22

Si suponemos sólo unaTir por molkula, 0.29% Tir

=

p.m. TU p.m. proteína

x 100 = _ 204 _ x 100

p.m.

p.m. = 70300

Este es el p.m.mínimo;si hubiesen dosTir por mol&ula,el p.m. sería de 2 x 70.300, etc.

40.23

(a) Si suponemos que hay S610 un Fe por molkula, p.a. Fe 0.335xFe = proteína p,m.

55.8

x 100 = __ x 100

p.m.

p.m. = 16700

Este es el p.m.mínimo. 67000 - 4Fe por molécula 16 700

"

40.24

Me2N{0)

O H

(O)-$-'V-FH--COOH

Una sulfonamida: no sehidroliza fácilmente

O R Derivado de dansilo

40.25

Una vez eliminado el residuo C-terminal de un fiptido, el siguiente residuo se convierte en el C-terminal; Bste, por supuesto, tambi6nes susceptiblede ser eliminado por la enzima, y así sucesivamente.De este modo, nos610 se obtendr6un aminokido cortado de la cadena, sino varios. El residuo C-terminal originalse14 el aminokido que se libera con mayor rapidez al comienzo del tratamiento.

NHzCHCHzOH

I

R

+

Un amino alcohol Residuo C-terminal 820

+

NH,CHCOO ~,etc

I

R' Aminoicidos

AMINOACIDOS CAPITULO Y PROTEINAS

40

base y un nucleófilo; es capaz de romper las uniones amida darpara acil-hidracidas, pero no a partir del residuo C-terminal. (b) La hidracina es, como el amoniaco "estrechamente relacionado- una

O

- NHCHCNHCHCOOH I 1 II

R'

40.27

(a)

O

Nz _

_

f

+NH,CHCOO-

R

I

I/

+ NH2CHCNHNH2,etc.

R aminoácido Acil-hidracidas Un Residuo C-terminal

I

R'

val-Asp Fen-Val Asp-Glu Glu-His Fen-Vd- Asp-Glu-His

(b)

Cis-Gli-Sa His-Leu-Cis Sa-His-Leu

His-Leu-Cis-Gli-Ser-His-Leu

(c>

Val-Cis-Gli Tir-Leu-Val Gli-Glu-Arg Glu-Arg-Gli Gli-Fen-Fen

Tu-Leu-ValCis-Gli-Glu-Arg-Gli-Fen-Fen

(Hay que ser precavido al colocar las unidades Gli.)

40.28

(a) Cbz-Gli-Ala + SOCl,;luegoFen;luego

Hz, Pd.

(b) PhCHzOCOCl + A l a ; luego SOCl,; luego Gli; finalmente €&Pd.

--CH-CHp-

0

"CH"CH2CHJOCH~CI SnCI,

CHzCl

Cbz-Gli

G-cH2-

CHpOCCH2NHCOOCHzPh

1I

O Poliestireno Alquilación A Friedel-Crafs de

A

Sustitucibn nucleofilida

B. un carbamato

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40

0 --CH

B

-H!?,

CHzOCCHzNHCCHNHCbz

-

"CH-CHZ-

CH2"

Me

CbzNHCH(Me)COCI

1

CHzOCCHlNH;

!I

O

c

Ilidrólisis

D

Acilación

Me

I

v

H Br

I

+ +H,NCHCNHCH*COO-

"~

CF 3COOH

E

/I

O

CH20CCHzNHCCHNH~ I/ :I o O

Ilidrólisis

II O

ll

O

+ CH2Br

F

G

Ala-Gli

Sustituci6n nucleofiico

(Henahan, John F.,"R. Bruce Memfield. Designer of Rotein-Making Machine", Chem. Eng. News,2 de agosto de 1971,piigs. 22-25.)

1.

(a) PhCH,CHCOOPhCH2CHCOOH

1

Br

e

PhCHzCHzCOOH

PhCHzCHCOOH

I

Br (Como em (a) )

(c) FHCOOPhCH2 'NHI

i s

COOH PhCH2 CHCOOH I Br

I

2%PhCH2-C-COOH Br h

, BT? I

COOH

I

PhCH,--C---COOH 1

H

via m a l h i c o

PhCHzCl

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40 O

(d) PhCHZ-CHCOO

hidmL

N"CH"CH2Ph

I

+

NH3

COOH

O

H + , calor

,PhCH2CI

- CO*

COOEt *N-+ COOEt O Ester ftalimidomal6nico

1

ftalimida K

COOEt

I

BrCH

I

(e) PhCH,CH-COO-

ePhCHzCH-CN

I

I

+

NH3

COOEt Ester bromomalónico

-CN NH4+

PhCH2CH0 +

LiA'H(0Bu")3

PhCHzCOCl I'S0CI2

PhCHzCOOH (pág. 826)

(f) PhCHzCHCOO- + +

2.

I NH3

9 (a) @ - K +

O

Pd

PhCH,CCOOH +

/I

O

co*

/I

e,-& O

" "

COOEt

-

COOEt PhCHCCOOEt I e (COOEt) P h C H z C O O E t O

LUUkt

+ BrCH I

Ht'

-+

O

COOEt Br(CH2)JBr NaOEt

I

COOEt

A

COOEt

O B

COOEt

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40

,

c

O

O

COOEt

coo +

I I

HjN--C--CH2CHzCH20H H

t.

D

Prolina

(b) En la esmctura de la lisina podemos apreciar un buen ejemplo del proceso "retroactivo" las diversas unidades sindel desarrollo deuna síntesis; aquí se reconocen con facilidad ~ticas,unavezquenoscomprometemosausarelprocedimientodeltsterftalimidomalónico.

"7

BrCHZCH2CH2CH2Br

; i

NH2 ftalimidomalónico Lisina

éster

COOEt +H3N(CH,),CHCOOI NH2 Lisina

e N - & - ( C H 2I ) , - N H 2

n

COOEt

v

COOEt

o

COOEt

COOEt

o

COOEt

(del éster ftalimidomalónico) 824

CAPITULO 40

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

3. (a)

H2C'

'NH3

coo -

I

calor

I

-0OC

- 2H20

____f

,CH2 H3N +

Dicetopiperazina Una diamida cíclica calor

(b) CHjCHCH2COO-

I

+

NH3

'

CH3CH=CHCOOH Acido a$no saturado

CH3"CH

\

NH3'

Una y-lactama

Una amida ciclica

Una Slactama Una amida cklica

'NH3

NH2 Estructura real Lisina

El grupo 4 0 0 es atractor de electrones y, por lo t a n t o , debilitador dela base.El grupo &-amido,mhs distante,es menos afectado,es m& bkico, y recibe el protbn. (b) H O O C C H 2 C H C 0 0 - o

I

+

NH3

-0OCCHCHCOOH

I

+NH,

Estructura real Acido aspártico

El efecto inductivo del9 es atractor de electronesy, por lo tanto, refuena al &ido. El "COOH m& cercano se ve m8s afectado, es m& hcido, y pierde el prot6n. H

(c) H2N-C-I!4(CH2)3CHCOONH2

I1

+

I

NH2 Estructura real Arginena

H +H,N"C"N(CH2)3CHCOOI

1I

NH

I

NH2

825

AMINOACIDOS Y PROTEMAS

CAPITULO 40 H

H

I

+I

H2N-C--N(CH2),CHCOO-

HZN“C-N(CH2)jCHCOO

I/

H HN

I

I

I1

1

NH

NH2

+

NHJ

El nitr6geno del=NH es el más básico, puesto que, al aceptar un protbn, generaun catión estabilizadopor resonancia (compArese conel ion guanidinio, problema24.23, pig. 872). (d) H o ~ C H 2 CI H c o o -

0

-o@H,CHCOOH I

NH, Estructura real Tirosina

+

+

NHJ

El grupo “COOH (Kde alrededorde lC3)es mucho más ácido que el “ O H feniilico (K, de alrededor deI o ” O ) , por lo que pierde el prot6n.

5.

La aritmktica química,

nos llevaal mismo producto paraambas reacciones: Me,N

+

3Mel

t-

CICHzCOOH

+

: H M e% iiCHzCOO

H3NCH2C00-

Betaína

-3HI ~~

+

Me,NCHZCOOBetaína

L a s propiedades son las que corresponden a un compuestodipolar: un dlido cristalino, hidrosoluble, de punto de fusión elevado. En la reacci6n con kid0 participa el grupo

“Coo-

6.

A medida que disminuye el contenido de agua del disolvente, las partes lipofílicas van Esto deshacelas micelas dejab6n y modifica la forma característica quedando al descubierto. ”y, con ello,a lspropiedades características- de una proteína globular.

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

+H,NCH,C-NH~HCOOI1

O

+ O

Cli-Ala

8.

CAPITULO 40

o

O

I

Ftalhidracida O

8

O

O

O

O

Ftalimida potásica

Si hay un komo deFe por molkcula: 0.43% Fe =

55.8 x 100 p.m.

~

p.m. = 13000

Si hay un dtomo de S por molkda: 32.1 1.48%S = __ x 100 p.m. p.m. = 2170

El p.m. mínimo es de 13 OOO: 1Fe y 6 s .

1.31 mg NH, 17 mg/mmol

=

0.077 mmol NH,

100 mg proteína ~ _ _ mmol proteína - 0.00238 42 020 mg/mmol

0.077 mmol NH, = 0.00238 mmol proteína

aprox. 32 -CONHz pormolécula

I7 mg H 2 0 0.00238 mmol proteína requieren = 0.944 mmol H 2 0 18 mgimmol 0.944 mmol H,O 0.00238 mmol proteína

=

aprox. 397 uniones amida (peptídicas + 32 "CONH,)

(c) 397 - 32 = 365 uniones peptídicas + 4 grupos N-terminales = 369 residuosde aminohcidos 10. (a)

Leu @.m.) Om Fen Pro Val

131 132 165 1 I5 1I 7

-

660

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40

Un p.m. de 1300 significa quehay dosde cada residuo, de modo que la fórmula molecular es LcuzOrnzFen,Pro2Va12. (b) El DNP-derivado es simplemente el que se espera la cadena de lateral de la omidna; por consiguicntc,no hay ni grupo C-terminal, nihr-terminal: el polipéptido tiene que ser cíclico.

(c)

Leu-Fen Fen-Pro Fen-Pro-Val Vd-om-Leu Om-Leu V d - h Pro-Val-Om Leu-Fen-Pro-Val-Om-Leu

La fórmula molecular nos indica que aún debemos considerar Om, Fen, Pro, Val. Deben y Om se combina con Leuen el otro extremo quedar ordenados como Fen-Pro-Val-Om, para complc~arel anillo: ~al-Orn-I.eu-Fen .,

fi

L

;

U3d-fl3'I-tlJ()-[l?,f

Gramicidina S

Decupkptido cíclico

11.

(a) Enla cadena B hay seis aminoácidos que sóloaparecenuna vez: Pro, k g , Lis, Asp, Ser y Tre. Busquemos primero los tripéptidos y dipéptidos que contienen a estos aminoácidos.

Cuatro aminoácidossólo están presentes dos veces: Ala, Cis, His y Tir. Estudiemos&tos

a continuación.

CAPITULO 40

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

Falta un Tir. Gli ocurre tres veces, y ya los tenemos todos ubicados: Gli-Glu-kg-Gli

Leu-Cis-Gli

Leu-Val-Cis-Gli

Dos de estos tres p6ptidos deben traslaparse (aparecen aquí cuatro Gli); pero, por el momento, hay incertidumbre respectoa cdles dos de ellos. Val aparece tres veces: Leu-Val-Cis-Gli Leu-Val-Glu

Val-Glu-Ala

Fe~~-Val-Asp-GluTU-Leu-Val

Leu-Val-Glu-Ala

Hay traslapo de Tir-Leu-Valcon uno de losdos primeros p6ptidos. Glu aparece tres veces: Glu-His-Leu Val-Asp-Glu Val-Asp-Glu-His-Leu Fen-Val-Asp-Glu

Gli-Glu-Arg Gli-Glu-Arg-Gli

Leu-Val-Glu Val-Glu-Ala

Gli-Glu-Arg-Gli

Leu-Val-Glu-Ala

Fen-Val-Asp-Glu-His-Leu

No hay traslapo.

Fen aparece tres veces: dosde ellas no figuran en los trip6ptidos. En cuanto aLeu que ocurre cuatro veces: tenemos siete trip6ptidos que contienen Leu; debe haber bastante traslapo. Glu-His-Leu Leu-Val-Cis Leu-Cis-Gli His-Leu-Cis Leu-Val-Glu Tir-Lau-Val Ser-His-Leu

Ciertamente que no se pueden traslapar Leu-Cis-Gli, Leu-Val-Cis y Leu-Val-Glu, y el cuarto Leu debe encontrarse en Glu-His-Leuo bien en Ser-His-Leu. Esto significa que podemos proponer las combinaciones siguientes. Leu-Cis-Gli Leu-Val-Cis Tir-Leu-Val Tir-Leu-Val His-Leu-Cis His-Leu-Cis-Gli

Leu-Val-Glu o bien Tu-Leu-Val-Cis

o Tu-Leu-Val-Glu bien

Fen-Val-Asp-Glu-His-Leu (derivado antes, bajo Glu) o bien Ser-His-Leu

Hemos ubicado tres Leu; aún falta uno.

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40 Hasta este instante, hemos derivado:

Fen-Val-Asp-Glu-His-Leu Tre-Pro-Lis-Ala Gli-Glu-kg-Gli Leu-Val-Cis-Gli Leu-ValGlu-Ala His-Leu-Cis-Gli

Un hexapéptido: tetrapéptidos: Cinco

Dos tripéptidos:

Tu-Leu-Val Ser-His-Leu

Faltan:

2Fen, lTir,lLeu

Glu-His-Leu His-Leu-Cis-Gli

Ser-His-Leu-Val Leu-Val-Cis-Gli His-Leu-Val-Glu

(b) Tir-Leu-Val-Cis

Glu-His-Leu-Cis-Gli Ser-His-Leu-Val-Glu Tir-Leu-Val-Cis-Gli

Leu-Val-Glu-Ala Fen-Val-AspClu-His-Leu Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala Fen-Val-Asp-Glu-His-Leu-Cis-Gli

Esto toma encuentala mayoría delos traslapos, exceptuando Gli. Hemos logradoahora unir las siguientes piezas: Unoctapépitih:

Fen-Val-Asp-Glu-His-Leu-Cis-Gli

Un hexapéptido:

Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala

Un pentapépptido: Tir-Leu-Val-Cis-Gli Dostetrapéptidos: Tre-Pro-Lis-Ala Gli-Glu-kg-Gli

No aparecen:

2Fen, lTir,lLeu

Val-Glu-Ala-Leu Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu His-Leu-Cis-Cli-Ser-His-Leu His-Leu-Cis-Gli-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu Fen-Val-Asp-Glu-His-Leu-Cis-Gli

Fen-Val-Asp-Glu-His-Leu-Cis-Gli-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu

Esto toma en cuenta 15 residuos de un total de 30. Diez mAs se encuentran en

y los cinco restantes, en

Tir-Tre-Pro-Lis-Ala

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

CAPITULO 40

Puesto que Fen-Val es en extremo N-terminal (datos de DNF') y Ala es el C-terminal (carboxipeptidasa), las tres piezas sólo pueden juntarse de una manera, demodo que la cadena B de la insulina de vacuno debe ser: Fen-Val-Asp-Glu-His-LRu-Cis-Gli-Ser-His-LRu-Val-Glu-Ala-~u-Tir-~

LFen-Fen-Tir-Tre-Pro-Lis-Ala

Cadena B

(d) En la cadenaA, tres aminoácidos aparecen una sola vez: Gli, Alae De Ile.los péptidos,Cstos son los primerosen que hay que fijarse. Ala Cis-Cis-Ala

Gli Ile Gli-Ile-Vd-Glu-Glu

Cinco aminoácidos aparecen dos veces: Val, Leu, Asp, Ser y Tir.

Ser-Val-Cis

Leu

Val Gli-Ile-Val-Glu-Glu Glu-Leu-Glu (residuo N-terminal)

Leu-Tir -Glu Ser-Leu-Tir -

Ser-Leu -Tir- Glu

Tir Glu-Asp-Ti

ASP

Glu-Asp-Tir Tk-Cis Leu-Tir-Glu Ser-Leu-Tir

"_

Ser-Leu-Tir-Glu Glu-Asp-Tir-Cis

Ser-Leu-Tir -Glu

-~ .~

Ser

Cis-Asp (residuo C-terminal)

Ser-Val-Cis

Dos aminoácidos aparecen cuatro veces: Clu, Cis Gli-lle-Val-Glu-Glu (residuo Glu-GlU-Cis ~ - ~ ~ ~Glu-Cis-Cis i ~ ~

l

)

Leu -Tir- Glu

Gli-Ile-Val-Glu-Glu-Cis-Cis

Leu -Tir-Glu-Leu-Glu Ser-Leu -Tir-Glu

Gli-lle-Val-Glu-Glu-Cis-Cis-Alz

Ser-Lxu -Tir-Glu-Leu-C;lu Glu-Asp-Tu-Cis

Cis-Cis-Ala

Glu-Leu-Glu

Ser-Leu-Tir- Glu-Leu-Glu-Asp-Tir-Cis

Hay dos fragmentos adicionales,uno de los cuales es el residuo C-terminal. Ser-Val-Cis

Cis-Asp (residuo C-terminal)

831

CAPITULO 40

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

Ahora no falta ningúnamindcido, y hemos reunidolas piezas siguientes: Un nonapéptido:

Un octapéptido:

Ser-Leu-Tir-Glu-Leu-Glu-AspTir-Cis

Gli-Ile-Val-Glu-Glu-Cis-Cis-Ala

(N-terminal)

Un tripéptido: Un dipé)tido:

Ser-Val-Cis

cis-Asp (C-terminal)

Aún no sabemos cudl los de fragmentosno terminales ha de ser colocado primero, pues el Cis C-terminal de dos de ellos podría traslapar al Cis N-terminal deldifiptido. (e) La única manerade poder juntar Ser-Val-Cisy Ser-Leu es tener una porcidn central que cadena A completa de la insulina de vacuno es, corresponda a...Ser-Val-Cis-Ser-Leu-Tir...La por consiguiente:

Cadena A

(0

9

( f ) Cadena A:

NH2 ?HZ 1 Gli-lle-Val-Glu-Glu-Ci -Ci-Ala-Ser-Val-Ci-Ser-Leu -Tir- Glu-Leu-Glu-Asp-Tir-Ci-Asn I I NH2 S Cadena B: NH2 S

1 I

Phe_x

Fen-V;I1-Asp-C;ju-His-.eu -Ci-Gli- Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-TirLeu-Val -Ci-Gli- Glu-Arg-Glir,en“Tre-Pro-Lis-Ala Insulina de vacuno

(g) El otro pudo haber sido H DNP-N(CH~)~CHCOO

I

‘NH,

del grupo &-aminode Lis. Sin embargo, si Lis hubiese sidoN-terminal, habríamos de obtenido él un DNP-derivado doble,y no DNP-Fen, lo que contradicelos hechos.

41 Procesos bioquímicos Biología molecular

1.

2.

El CO, se convierte en el"COOH de lamalonil4oA en la reacci6n (1). phgina1369;es este el carbono quese pierde en la reacci6n (4). Consideremosla hidr6lisis ilustradaen las ecuaciones (1)y (2) de la pigina 1360,en la que B: como deH-B. Se muestra que esto procede la quimotripsina tiene las funciones de tanto mediante el intermediario tetrafkbicoI (compare conla Sec.24.17). H

J"' -H?

R,

..

c=o

R'O'

B

-+

OH R-4 -o R'OI

+

H:B

Lenta

I

OH

' R-C-0-

0

H 0~~ C-O

+

R'OH t B:

Rápida

R/'

* I O ]

H - -9 I

cir

Los hechosdeesteproblemanosconducenadosconclusiones:(i) la reacci6n efectivamente procede mediante el intermediario tetr&drico I; y (ii), elpaso (1) es lento y determinante de la rapidez, mientras quepaso el (2) es dpido. @sto es, k, es mucho mayor I a partir del acetato,y la del que k-l.)En estas condiciones,la formación del intermediario OH R-C-O

OH

I

u-C-

1

R'O

R'S

I

I1

o

CAPITULO 41

PROCESOS BIVQUIMICOS

intermediario 11a partir del tioacetato, son lo mismo; el hecho de que el paso siguiente (2) sea muchom& rápido paraI1 que para I, no tiene efecto sobre las velocidades globales.Más aún, cada melkula de I da sus productos r@idamente, en lugar de sufrir la transferencia prokjnica ilustrada en la phgina 864 y revertirse al material de partida (marcado). En cambio, si la reacción (1) fuese @iday reversible, esperaríamos dos cosas: primero, que la reacción del tidster fuese m& riípida, puesto que en un tiempo dado, llegm'a a producto UM fracción mayor de I1 que de I; y, segundo, que hubiera un intercambio de oxígeno en la forma descrita en la sección 24.17. (Un desplazamiento deun solo paso queno incluyera ningún intermediariotetddrico de oxígeno,pero no las diferentes velocidades en absolutojustificaría la falta de intercambio para los dos Csteres:el enlace a OR o SR se esmía rompiendo en el estado de transición (Único), demodo que eltidster reaccionaría con mayor rapidez.) 3.

(a)Una condensaci6nde tipo ald6lica entre el &ter y el grupo ceto del oxaloacetato. (b) Una condensación detipo aldólica entre elCster y el grupo ceto de la acetilXoA. En seguida, la reducción de un &ter a un alcohol primario mediante la transferencia de un hidruro.

4.

La oxidación biológica de ácidosg r a w s elimina dos carbonosa la vez, comenzandopor el extremo del carboxilo: "oxidaciónbera".

5.

Unacondensaci6n rem-aldólica (inversa),similar a la delproblema 25.14 (pág. 899). Escribamos algunasecuacionesdespreciando el estadodeionizacióndelfosfato, y considerando que la enzima actúa como base y tambitn como Acido. Dihidroxiacetona fosfato CH2OPO3H2

CHzOPOjHz I

H -C---OH I

CHzOP03Hz

"C-"OH H

CHzOP03Hz

I CHzOP03H2

H-C ---OH I CH~OPO~HZ D-Gliceraldehído3-fosfato

De hecho, hemos estudiado casi exactamente el inverso de esta reacción en la formación (catalizada por base) de la D-fructosa, ya sea a partir del D-gliceraldehído o bien de la dihidroxiacetona (problema 13, Cap. 38).

834

6.

Longitudes de onda en el ultravioleta lejano. Una luz con tanta energía ocasionm'a estragos en la mayoría de los otros compuestos que conformanla vida como la conocemos: entre otras cosas, induciría mutaciones a una velocidad mucho mayor que lo normal. (En la capa de ozono de la parte alta de la estratósfera proteje la vida actualidad, sólo la delgada terrestre contra una exposición excesiva a la luz ultravioleta solar.) La naturaleza altamente conjugada de la rodopsina es la que le permiteabsorber la luz m& suave, que llamamos "visible", y ser modificadapor ella.

7.

Sugiere que las hClices son de una

8.

Se generm'an dos mol&ulas deRNA diferentes, a l scuales dirigirían la síntesisde conjuntos totalmente distintos deaminokidos.

sola hebra.

Análisis de espectros

r (u) Neopentilbenceno

1

CH3

C

06

I

I

400

1

1

I

O H2

I O0

200

300

a

(b)Bromuro de isobutileno a

CH3, CH3'

CBr-CHrBr

/

b

a

b

7

6

I

300

400 C

Figura 16.7

5

I

3

4

I

200

2

1

1

1O0

(c) AlcohoI bencílico

Especeos de R M N prot6nica para el problema 16.9, pBgina 578.

O6

I

O HI

I

I

I

1

300

400

200

I OH

100

a

I

I

I

300

400

(b) 1,3-Dibromopropano CH2Br-CHz-CH2Br b

a

I

I

100

200

OH

b

b

U

I

I

1

300

400

(c) Bromuro de n-propilo

b

b

J& z Jbc

7

Figura 16.16

6

I

I

de modo que b aparece como sexteto, pero con ensanche de picos (vCase la Fig. 16.13, pág. 587)

8

I

I

c

5

I

i

I

a

100

c

CH3-CH2-CH2Br u

1

200

0 H.

Y Jab

u I

I

I

I I

3

2

Espectros de RMN prodnica para el problema 16.12, página 589.

I

OS

h

(a) Cloruro de t-pentilo h

CH

a c l b CH,-CH2~ C- --CH,

I

C1

U

I

(b) Cloruro de isopentilo U

CH,

1

(c) Bromuro de n-pentilo

Longitud de onda,

.IO

.20

.40

.

a

4000

.

I

1

I

1

'

3500

1

'

"

!

3000

I

1

2500

1

.

1

1

Sadrlrr 8023 K

2.5

3

!

I

8

1

2000 1800 Frecuencia, cm

,

I600

1400

I200

benceno I I

[ E

~OMSUSI.

1000

I

I 800

I

m

600

1

~

Longitud de onda, ,L 5 6

4

1

5

7

-.I0

.20

~~

.so -

Frecuencia, cm

Sadrler 8514 K

2.5

3

.o0

Longitud de onda, p

4

I

I

I

~

5

6

I

7

1

I

8

9

'

12

10

/

alargamiento

c -c

alargamiento -L

.20

flexión plano

1

4000

I

1

'

/

3500

Sadtlfr 8339 K

I

/

'

1

3000

1

1

1

1

2500

1

1

I

1

2000

I

I

1800

Frecuencia, cm

1600 ~

1

I

l

1400

1

I 1

1200

P

- .40 $:

r-C--H

.80c m

I 1-.00 I

.I0

aronuilico

'

15 I

1

1

flexión fuera

- .80

> P

benceno IMMSUSI. . . 1000

800

* m 600

f

I

1

!

400

I 300

I

I

1

O Hz

1O0

200

(u) Isobutilbenceno

d

a

La señal b es un hepteto, pero los picos externos

son difícilmente reconocibles (véase la Fig. 16.13, pág.587)

b

8

I

400

300

I

i

1

200

O Hz

1O0

a

(b) [-Butilbenceno

I

I

400

d

300

I

200

I

OH

1O0

(c) Isopropiltolueno

a

aI

C

h 33.0 t

e 144.0s

(u) Indano U

r-

(b)2,2,4-Trimetilpentano

u 24.8 d h 25.5~

c 30.1 c

d 31.0s e 53.3 I

200

Sudrlrr 1613C

CH3 C

180

IN)

I20

I 40

100

80

0 SadtlerRejearch I~aborator~es, Dlvlslon of Blo-Rad.

N)

20

40

Inc , (1977)

(c) p-r-Butiltolueno h 31 4 c

1., b

I

a

h

b

f 134.4s

d 1250d

P

H,C b

d e

; i c' SadtlerRssearch 1.ahuratorlcs. D ~ v l s l o nof Rlo-Rad. Inc

Figura 16.26

,

(1977)

Espectros de RMC para el problema 19, pdgina 613.

0

I

I

1

300

400

I

I

O Hz

I O0

200

b

(h) I-Pentilbenceno b

d

b

I

I

I

300

400

(c) Bromuro de sec-butilo a

c

d

b

I1

h

Los dos protones de c son diastereotcipicos, pero tienen dcsplazamicntos químicos y constantes de acoplamiento casi idtnticos. J,

1O0

d

CH3-CH2-CHBr-CH3

/I

d

2 Jcd1Jbd

Figura 16.27

[' lLI-l

,

,

,

'

I

I

8

,

, '

, ~ ~ ~ ~ " " " " ~ ~ ~ ~ ~ ~ " " " ' " ' ' ' ~ ' ~ ~ 1

O Hz

a

por lo que d aparece como sexteto, y c como quinteto, con ensanche de picos (véase la Fig. 16.13. pág. 587). 8

I

1

200

6

5

4

3

2

1

Espectros de RMN protbnica para el problema 20, página 613.

h

(u) 1,2,4-Trimetilbenceno a

h I27 I d I

(6) Mesitileno

J

h 14.2d c 125.8 d

c 128.4d

/ 148 8 S

i C

/

(c) Isopropilbenceno a

a

1

(u) 3,3-Dimctil-l-butcno

I1

(1

(I

CH,

CH, I d ( . C -CH -CHI

CH, U

11

I

I

I

r

h

il

I

1

(c) trans-2-Octeno

U

rc

I

cn

6

I o lxnc

d

c IiOOr

31 ! c

I ll52,l

1-

2,4,4-Trimctil-2-pcnteno

322,

b 2xoc

(I

(CH,),C', /

CH, -~C*' (,

. h

'('Hi

H'

Los carbonos a y b son diastereotópicos, y dan señales separadas

Longitud dc onda, p L.,

O0

10 C-C

.20

alargamienro

C-H alarnamiento

20

>

P

5

;

43 6'

BO

I

300

I

1

400

E

200

OH

I

1 00

I

u-Metilestireno n

b H

d

L

I

s

I

400

sec-butilico

200

300

1o0

OH;

(u) Alcohol

b

e

OH

I

CH3"CH~"CH"CH~ a

c

d

e

b

L o s dos protones de c son diastereotópicos. pero tienen desplazamientos químicosy constantes de acoplamiento casi idénticos. J,,

Jcdrc .Ibd

-

d

(Compare con el Problema 2OC, pág. 613) U

l

8

l

l

l

l

l

l

l

l

7

l

l

(

l

6

l

l

l

5

r

~

l

i

~

4

~

~

~

~

~

3

~

~

~

l

~

2

~

~

~

~

~

~

I

08

I

06

(6) Alcohol isobutííico

8

7

6

5

2

I

I

I

400

3

4

300

7

Figura 18.2

6

o Hz

100

CH~-CH~-O-CH~--CH~

8

I

I

200

U

5

4

3

2

1

Espectros de RMN prodnica para el problema 19. página 678.

1

OH

d

(u) Alcohol a-feniletilico b

OH

1= a

d

1

I

I

I

300

400

200

I

1O0

I

O€

(6) Alcohol p-feniletilico (OtCH2-CH2-OH a c d

LJ

b

+

Sucede que la señal b casi coincide con un pico de c. c

(triplete)

ULW 8

I

I

400 C

I

1

I

300

200

I

1O0

1

O Hz

U

(c) Bencil metil éter

C

b

I

L

U

h ?dYd <'

41

x

1

(u) Alcohol isopentííico

d

h

U

u II 2c

h231t < 43.8 d

(b) 2-Etil-1-butanol

a

h

f h 23 2 c

r 48.8 t

(c) 4-Metil-2-pentanol

Los carbonos a y b son diastereotópicos. y dan señales separadas.

l'

h

1

Frecuencia, cm -* 01400150020002500 50004000 3000

I100

1000

900

800 1IIl1

1 1 I 1 I I I 1 I

700

1 I 1100

C--H

80

O0

alargam'enro

60

40

CH, -C-CHZOH

flexi5n

C-O

alargamiento (1" R O W )

8

5. a

CH.,

, C-H

Lo

20

(K~C -cH?)

92 3. 2.

8'

, 1 1 1 1 , , 1 , 1 , 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 , 1 1 1 1 1 1 , 1 , 1 1 / 1 1 1 1

2

4

3

5

8

7

6

9

Longitud de onda, k

Sudrlcr I2 158

II

10

12

13

14

0

IS

Frecuencia, cm

50004000 2000 2500 3000

10001SO01400 1100 1200 1300

900

800

700

(CH,),CHCH,OH

Longitud de onda, p

Sadrlcr 16

Figura 18.5

1

50004000 2500 3000

100

1

1 1 1 ,

1 1 1 )

Espectros de infrarrojo para

el problema 22, p6gina 678.

Frecuencia, cm-' 7.000

,,

110012001S001400 1300

1 1 1 / 1 1 / 1 1

I

I I I I

111I

1000

900

700

800

C-H

alargamiento

O-H

-

alargomiento I

2

3

4

5

Sadtler 3436

Figura 18.6

6

7

8

9

Longitud de onda, p

10

I1

12

13

Espectro de infrarrojo para el problema 23, phgina 678.

14

20

15

3'

I

I 400

I

I

300

200

I 1o0

1 0 Hi

QQ 3,3-Dimcdl-2-butano1 a

a

I

CH3-C-CH--CH3 l d b CH3

d

a

b

d X

6

7

5

4

3

c

Ir

2

1

06

Espectro de RMN prot6nicapara el problema 23, pzigina 678.

Figura 18.7

h

RR 2-Butin-1-c,1 a

c

d

b

I

J I

06

Figura 18.8

Espectros de RMC y de RMN prot6nica para el problema 2 4 , pzigina 678.

Longitud de onda, p 3

2.5

100

I

4

5

6 6

I

1

77

8

9

alargamiento

Geraniol

O-H 20

O

alargamiento

O

v,

4000 2800 3200 3600

c-o

(CHJ)~C=CHCHZCH~C(CHJ)=CHCH>OH I

2400 2000

1600

IRDC 1773

-

1400

1200

I

12

I

1

15

I O0

60 p.

flexidn

(R>C=CHR)

alargamiento ( 1 ROH)

I 1800

10 1

I O00

xnn 800 ."

Ann 600 1"

Frecuencia, c n - 1

I

1

400

Geraniol

300

b c Ci3, ,Ci2"OH CH3, /CH2, /C=C d ,C=C CH2 H \ CH3 H C E b f

I

1

200

1O0

1 OH

b

Observe que el acoplamiento másefectivo ocurre entre e (doblete)y g (triplete, con más desdoblamiento posteriormente)

L

Figura 18.9

Especeos deinfrarrojo, RMC y RMNprotónicapara el problema 25, página 678.

06

O

Longitud de onda, p

40

-

20 0 1 4000 3600

3200

,

I

,

1x00

2800 2400 2000

1604(j

1

I

1293

1400

1600

1 1 1 5 4 , 1040 j 1000

1200

,

m-disusrituido 800

600

Frecuencia, m”

I K D C 487

Espectro de infrarrojo para el problema 16, p6g.gina 713.

Figura 19.4

Longitud de onda, p

Frecuencia. m”

I R D C 1384

r

I

1

I

200

300

400

b

BB Alcohol p-metoxibencílico CH,”O+H~-OH b c

a

d c d

I a

1

100

I o Hl

I

I

1

300

400

I

100

200

I

OH

b

(u) t-Butil etil Cter

CH3

a

C ~ l l l I I I . l l l l , I I I , , , r , , , l , , , , , , ' , , ~ , , , , , , , I , , , , , ,

8

7

6

1

5

3

4

I

1

300

400

I

1

2

O6

I

I

OR

1o0

200

(6) Di-n-propil Cter

a

I

I

c

6

7

I

5

4

3

I

I

400

300

2

1

I

200

1 o0 U

I

1111

b 8

I

6

5

4

3

1 OH

h d h 61 6 t c 6661

11

I

_li

.

(u) 2-Etoxietanol u

c

CH,~CH:--

d h O- C H 2 CH,

OH

h

d

c

(b)3-Metoxi-1-butanol OCH, d

m h 126.4d

1 ( c ) ?,5-Dihidrofurano

u

1mo

160

140

I20

IW

no

M)

40

20

Frecuencia, cm" 50004000

3000 2500

2000

I500

I O0

80 60 40

2o

O Longitud de m&, p

2.5

3

2.5

3

Longitud de onda, II

Longitud de onda fl

IRDC 4325

4

5

T

e

::

3

g:

1

1

I

I

1

300

400

I 00

200

0

Hz

CC p-Metilfenetol CH~~-O--CH~--CH~ b - /

e

a

d

b

4

I

d

I

1

400

200

300

I

1O0

I

O Hz

~ H ~ - o - c H ~ - - c H ~

w d

h

c

n

c

I

1

1

400

300

200

1

1O0

I

0 H2

EE 3-Fenil-1-propanol ,(~~>-H~--IH~--cH,-oH *-

L-

b

a

d

c

C

La ubicación de c se deduce por el conteo protónico y el pico central demasiado alto del triplete d .

8

c (singulete) d (triplete)

06

7

Figura 19.9

Espectros deRMN protbnica parael problema 20. pagina 713.

3

2.5

60

Longitud de onda, p 1

-

40 20

-

O

4000 3600 3200 IRDC 7302

2800

2400 2000

1800

I600

1400

1200

Frecuencia. cm"

Longitud de onda, p

60

-

20

-

IRDC 3577

(CH,),CHCHO

Frecuencia, cm4

Longitud de onda. u

IRDC 7233

Frecuencia, cm"

1000

800

600

h

U

(u) 4-Heptanona

O

II! d

<'

Ik

(h)3-Heptanona

c

h

Y

'r" I

(c) 2-Heptanona

J

í

I

I

I

300

400

200

(u) 2-Pentanona

T

I

OH

I O0

CH~"CH~-CH~-C-CH~ a

d

b

&

c

a

Y

r

I

400

I

I

I

200

I O0

1

300

(b)Metil isopropil cetona

I

OF

U

U

CH3"C"CH b

A

,CH3 C"CH3 U

C

l/,,,,/,,,j/,,,,/,(,/,,,,,l,,,/,,, 7 6 5

8

(c) Metil

I ' 1 1 , , , , , , 1 , , , , , , , ,

3

4

1

O6

etil cetona

CH3-C-CH2-CH3 b $ , c

u

C

.

c

d

LJ

Figura 21.6

Espectros deRhtN prot6nica para el problema 29. ptigha 780.

-

Longitud de mda, p 5

4

R

IO

9

aldehídico

C=O

20

0

T

alargamiento

C-H

4000

7

6

3600 3200

i

2800

I

I

2400 2000

alargamiento

(ArCHO) 1800

I 1600

1400

1000

1200

Frecuencia, m"

IXLIC 17

9

10

12

15

80 --

20

4000

3600

3200

2800

2400

I R D C 607

2000

1800

1600

Frecuencia, cm"

1400

1200

I o00

800

Longitud de onda, P

Frecuencia, cm"

IHDC' 3335

Figura 21.7

Espectros de infrarrojo para el problema 30, página 780.

600

1

I

1

300

400

Pp-Metoxibenzaldehído

I

I

200

100

O H.

1o0

OH

a

-

L

r

,

300

400

200

Q p-Metoxiacetofenona

-A

CH3O-C-CHj h

,

b

(2

C

8

r

7

6

5

4

3

1

1

I

I

360

400

2

1O0

200

OH

R Isobutirofenona a

n

C

b

8

l,,,,,.,,,+,,,,,,,,,i,,,,,,,,

7

6

S

( , /

4

,, 3

2

I, 1

06

Longitud de onda. p

CH 2'

.S,dr/c,r 1093hM

Figura 21.9

6'

Sadtler Research L.ahordtorlcs. D ~ v l \ ~ oof n Blo-Rad. Inc

I

. (1971).

Infrarrojo, RMC, y RMN pot6nica para el problema 31, phgina 780.

Longitud de onda, p

4000

3500

3000

ZOO0

2500

1800

1600

1400

I200

1000

800

600

Frecuencia, cm"

Sadllrr 8091 K

Longitud de onda, p .o0

.10 .20

.40

>

%

:

.x0 4000

3000

3500

2000

2500

1800

1600

1400

1200

1000

X00

W

600

Frecuencia, cm"

Sadrler 15272 K

Longitud de onda, 1

: T

.40

.20

(COOH)

.xoc m

4000

I I I I I I II I

COOH

alargam'enlo

C = O 4 I alargamiento I

1

3500

/

1

1

3000

1

!

1

1

2500

,

,

,

' u

I

.so

I

2000

1800

1600

1400

1200

1000

Frecuencia , m-'

Sadrlrr 8203 K

Figura 23.7

Espectros de infrarrojo para el problema 30, página 840.

800

W

600

>

Longitud de onda,)L 2.5

3

5

4

6

I

I

7

9

8

12

10

I

I

I

I

15 I

1

17'00

60 40

-

20"

1

O.

1

I

0 2000 2400 2800 3200 3600 4000

1400

I O00

1200

aoo

600

Frecuencia. cm"

I R D C 323

Longitud de onda, )I

Longitud de o n d a , )L 2.5 I o0

3

4

S

6

7

X

Y

10

12

80

40

20 0 40

Figura 24.3

Espectros de infrarrojo para el problema 25, página 879.

15

r

400

n-propilo

de

200

300

L

1O0

(u) Formiato

a

o 11

H"C'-O"CH~--CH2--CH3 tl r h

o

C

l

d

7

8

5

6

400

3

4

300

1

2

200

O S

OH

1O0

1

(b)Propionato de metilo O

II

CH~"CH~"C"O"CH3 a

b

C

a b

I

I

I

I

300

400

200

1O0

>

(c) Acetam de etilo O

I/

CH~--C-O-CH~-CH~ b

c

a

C

Figura 24.4

Espectros de RMN prodnica para el problema 26, página 880.

I

O Hz

p-Metoxibenzoato de etilo ~

H

3

b

+ \

~

O -I1 ~

-

~

h

-

~

C

~

2

-

~

~

3

U

d U

1

Figura 24.5

Espectro de RMN protónicapara el problema 27. página 880. hl

(u) Acetato de isopropilo h

(6) y-Butirolactona

06

I

(u) Metacrilatode n-butilo

o

~~

(b)Acetato de ciclohexilo

d

h

I c

/

I N 1 I

h 6131

1

I

I

l

Figura 24.7

h

c I

1 I

(c) Fumarato dietilo de

I

EspecWos de RMC para el problema 29. página 880.

.1

Longitud de onda. )I 3

2.5

4000

5

4

3600 3200 24002800

2000

8

7

6

I600

1x00

1400

IO

9

1200

12

15

600

800 1000

Frecuencia. cm"

I K D ( ~6275

Lmgitud de onda, p 1O0

60 40

Frecuencia, cm-'

l R D C 413

Longitud de onda, p 3

2.5

o

4000

4

3600 3200

I

2800

5

2400 2000

7

6

I

1 1800

1700 1

1

1

1600

1 1400

1

I 1200

I2

IO

9

8

I

I

1O00

Frecuencia, m"

I K D C 63

Figura 24.8

Espectros de infrarrojo para el problema 30, pAgina 880.

IS

j 800

I

600

O

E.

I

I

1

300

400

I

200

1 00

I

OH

O a

c b

I

~T

400

~

~~

300

T

I

200

100

UU Acido hidrocinámico O

C

a.

Figura 24.9

b

Es~ecbosde R M N prodnica para el problema 30,página 880.

I

O Hz

Longitud de onda, )I 4

I ,

U

h 972t c 141.6d d I61 I S

V V Acetato de vinilo

d

(I

I

I

I

400

I

300

V V Acetato de vinilo i i

H CH3-C-Ó a

'

o

200

a

I

100

6

,H

c:=~.c' \

H c

Observe el desdoblamiento adicional dc b y c: J,, pequeña

Figura 24.10

Espectrosde infrarrojo, RMC y RMN prodnica para elproblema 3 1, página 880.

I

O Hz

-r

I

400

200

I

1

O Hz

1O0

( h ) Etilfcnilmalonato de etilo O-CH2-CH3

O,

"c'

I

b

O-CH2-CH3

Ov

I

d

d

h

b

I

I

400

I

300

(c) Acetamidomalonatode etilo O

\c'

C

O-CHz-CH3

I

I

I

O Hz

1O0

U

I1

b

e C

I

200

a

U

o

H-C-NH"C"CH3

d 1 ,

,

.d

U

C

d

1

Figura 24.11

Espectros de R M N protónicapara el problema 32, página 880.

06

I

1

1

400

300

200

((I)

e OH

II

II

100

O Hz

Acetilacetona

O

O

I

1

a

O

II

I

t- CH3"C=:CH"C-CH,

CH~-C-CH~"C-CH~

d

b

d 1

I

1

1

3 O0

400

200

(h) Benzoilacetona d

-d

OH

O

(~~"c-cH-c-cH, I I/ / 4

i - ~ <-

c

b

U

1

100

O6

I

O Hz

2.5

4

3

Longitud de anda, p

5

I

1

6

,

7

8

9

IO

12

15

1

CH,CH,CH,CH,NH, N-H

f

u

20 ~ a h k n @ ~

(NHz)

O

4000 3600 3200 2800 2400 2000

I

alargamiento

1

IRDC 4227

1

I

1

1800

1600

1400

1200

I O00

Frecuencia. cm"

Longitud de anda, p

20 -alargamiento

IRDC 2085

Longitud de anda. p

Frecuencia, cm"

IRDC 191

Figura 27.5

Espectros de infrarrojo para el problema 27. página 974.

800

600

300

400

(U)

200

a -Feniletilamina

d

II

b (singulete)

b

-v

OH

1O0

Sucede que l a señal b se sobrepnc a un pico de u.

,'

u

(doblete)

u

c J

>

1

I

I

400

I

I

200

300

4

1

O Hz

I O0

(b) P-Feniletilamina

(1

d

S

r

6

7

I 400

5

I 300

3

4

I

I

100

200

u0

1

O Hi

( r ) p-Toluidina

I'

1

b

I

C

a

b 26.0 t c 37.1 t

(0)

Ciclohexilamina NH, hr

a

U

h

a 22.7 c

(h) 4-Metilpiperidina

b 31 5 d c 35.8 t

U

d 46.9 t

I

H

Sudrler 3072C

O SadtlerResearchLaboratories. Dlvlslon of Blo-Rad, Inc

, (

1Y77)

I c

b 28.2 t c 1234d d 149.8d

(c) 4Etilpiridina b

u

CH2-CH, h

1

1

IS0

Sudrlvr 2XIYC

,

1

160

,

1 I40

,

I20

Rg SadtlerRe\earchLaboralorle\.

Figura 27.7

1

,

] 100

1

no

~

Dlvlslon of Rlo~Rad.Inc

1

1 60

,

1

Jn

1

I

u/

, 20

I 1Y771

Espectros de RMC para el problema 29, plgina 974.

1

I

n

Frecuencia, m" I 00

v

80

1

b'

40

52

20

_LLIl 12

Frecuencia, m" 1000

900

800

1

Longitud de onda, )I

Sudller 8732

Figura 27.8

E s ~ c @ ode s infrarrojo para el problema 30, página 974.

8c

60

0

p.

3. Y.

' O.

I

I

400

I

1

300

I OH

1o0

200

X p-Fenetidina (p-Etoxianilina)

d d

U

I

1

400

I

I

1

1 O0

200

300

0

Hi

y N-Etilbencilamina

I

a U

I

b

I

d 8

I

6

5

300

400

Figura 27.9

U

n

U

7

1

2

I 1O0

200

Z Cctona de Michlcr (p,p'-Bis(dimcti1amino)bcnzofcnona)

8

3

4

(triplete)

6

5

Espectros de RMN protónica parael problema 30, página 974.

I

0 Hi

2.5

4

3

5

1.ongitud dc onda. p

1

6

8

9

I2

IO

15

.IO

.IO

20

AAA

.20

>

.40

E.

P zB

.80

m

1

1

1

1

4000 3000

Srrdrirr

1

/

1

I

1

1

1

3500

1

1

I

1

I

/

2500

miento

m o

15466 K

1

I

.

,

.

1600 1200

IROO

Frccucncia, cm

4

3

1

1

I

I

1000

7

6

5

.

1400

z

xon

600

I

~

Longitud de onda, p 2.5

.

9

8

10

I2

15

.10 .90 p

5

.40

3

E.

.so 4000

3000

3500

?O00

2500

Sndrler 18061 K

1800 1400

1600

1200

1000

800

600

02

Frecuencia, cm"

Frecuencia. cm" 50004000

3000 2500

15OO1400 1000 I300 11001200

2000

800

900

700

100 80

ccc

c-c-

60

3

H C. e

40

20

2

3

4

Lmgitud Sodrler 3880

5

6

1

8

9

10

11

12

13

de onda, )I

Figura 28.4

Espectros de infrarrojo para el problema 29, página 1006.

14

1s

O

9

2

2.5:

AAA Piperonal

I

I

300

400

d

a

I

I

200

I OH

100

I

BBB Vainillina d

CHO OH b

a

I

1

1

400

b

300

I

I

1

OH

1O0

200

CCC Eugenol

f

c

H

H

a

8

7

6

5

4

111,/,,,,,1,,,,,,,,/~,,,,,,,,,

3

2

I

-,,

O6

300

400

200

100

DDD Timo1

I

Id

7

5

6

2

3

4

Longitud de onda, p

oj

--

LL

4000

3500

A 3000

2500

1

I I'

b

8

O Hz

U

,

1

1800

-

1600

1400

I

06

29.

(Cap. 28, pág. 1006) AAA y BBB presentan la banda de alargamiento C= O a 1700cm-', y deben ser piperonal y vainillina,respectivamente,que son los únicoscompuestoscarbonílicosdelconjunto; esto muy bajo del"CHO, en sus espectros de se confirmapor la absorción protónica a campo RMN. De los dos, BBB exhibe el alargamiento del O - H a 3200 cm-', por lo que es vainillina; en consecuencia, AAA es piperonal. Estas asignaciones quedan confirmadas por los espectros de RMN:el conteo protónico (referido al X H O ) revela un 4 % (más un "OH), en contraposición -OC\O-; al los dos oxígenos del 4 H , O - ocasionan un desplazamiento a campo mucho más bajo que el oxígeno Único del4 % . De los compuestos restantes, CCC y EEE exhibenel alargamiento del Ck-H, por lo que deben pertenecer algrupo de fenoles aún no asignados: eugenol, isoeugenoly timol. De aquellos dos, CCC presenta el alargamiento de C= C a 1650cm-' característico de un C = C no conjugado, por lo que debeser eugenol; esto queda confirmado pora l sbandas C-H,de cerca de915 y lo00 cm-', característicorrespondientes a flexión fuera del plano cas deun =CH, terminal. Por consiguiente, EEEes isoeugenol,o bien timol.A diferencia pero el alargamientoG=C en del timol, el isoeugenol tiene una cadena lateral insaturada, elsistemaconjugadobienpodriaestarocultoporlabandadealargamientoaromáticoa1600 cm-'. El espectro de R M N de DDD indicaque, delas siete posibilidades, sólo se puede tratar del timol.El grandoblete a1.25 se halla encampo demasiado alto como para corresponder o de alcoxi,por lo que sólo se puede deber a los seis protones a algún protón alílico, vinílico p de la cadena lateral isopropílica del timol. La inspección demuestra el espectro que entero se ajusta muy bien a esta estructura. Eliminado el timol, ahora EEE debe ser isoeugenol. La forma de la banda 1600acm-' apunta haciauna absorciónC = C oculta,y apreciamos una banda (alrededor de 965cm-l), donde cabe esperarUM flexión C-H para un " C H = CH- trans. Finalmente, FFF no exhibe ninguna bandaO - H , por lo que debeser, de las posibilidades que restan, ya seasafrol,o bien anetol.La banda de alargamientoC=C a 1650cm-' indica que la cadena lateral no está conjugada, por lo que FFF es safrol; esto queda C-H (alrededor de920y lo00cm-') quese espem'an confirmadopor las bandas de flexión para un =CH, terminal.

Fórmulas estereoquímicasde compuestos cíclicos Porconveniencia,losquimicosorgánicospuedenin~cardediversasmaneraslaestereoquímica de los compuestos cíclicos. Una línea continua (a menudo engrosada) indica un enlace quesubresufe del plano del papel; una línea punteada representaUM unión que se dirige hacia atrás del plano. Como alternativa,un círculo lleno representa un átomo de hidrógeno que sobresale del encuentra detrás del plano. plano del papel; se entiende que el otro enlace con ese se carbono Cuando no aparece el círculo,el hidrógeno se halla detrás del plano, entendiéndose que el enlace indicado sobresale del plano. Es asícomopodemosencontrarlassiguientesrepresentacionesparael rruns-1,2dibromociclopentano:

H

Br

ya ls siguientes para el isómero cis:

/ \.\, Br

y Br

obien obien

gr aBr obien

Br

r

Br

Síntesis: trabajo retroactivo Dando por sentado que conocemos la química de los pasos individuales, jcómo hemos de U M ruta hacia compuestos más complejos (alcoholes, por ejemplo)? proceder para planificar En casi todasa l s síntesis orgánicas, lo más adecuado es comenzar con la molécula que queremos -la molécula ubjetivu- y rrubujar hacia atrás. Por ejemplo, son pocas las maneras que hay de hacer un alcohol complicado: son escasos los modos de obtener un reactivode Grignard,o un aldehídoo una cetona,y así sucesivamente,hastaarribar por último a nuestros materiales de partida. Por otra parte, estos materiales pueden sufrir tantas reacciones diferentes que, si comenzamos nuestro problema al revés, nos hallaremos frente pocos nos a un número desconcertantemente grande de caminos, de los cuales sólo unos pueden llevar hacia donde queremos. Tratamos de limitar las síntesis menor a la cantidad posible de pasos, pero no sacrificamos la pureza en favor del tiempo. Para evitar una transposición en la preparación de un alqueno, por la vía del halogenuro en lugar del paso Únicode la por ejemplo, aceptamos dos pasos deshidratación.

882

Análisis de espectros Extraiga todalainformación que pueda de la f6rmulamolecular: utilice la ariUnCticaquímica y decida, donde lesea posible, cuántos anillos, enlaces dobles, o ambos, están presentes. Combine esto con bandas características del infrarrojo, valores S,conteo de protones y desdoblamiento dea l s diversas señales de RMN que le permitan reconocera l s unidades estructurales.Si el espectro(o combinaciónde espectros) no presentaambigüedades, debería encontrarse una sola estructura final; vuelva atrás y compare este resultado con toda la información de que disponga. Para los problemas basados en espectros, las respuestas se presentan en dos etapas: se dan los nombres de los compuestos desconocidos en su secuencia propia,junto con las demb respuestas; luego, al final deGuía la de Estudio, se reproducen los espectros con bandas de infrarrojo identificadas,y las sefiales deRMN asignadas. Sugerimos que el lector verifique cada una de sus respuestas también en dos etapas. Primero, coteje el nombre; si su respuesta está equivocada, o si noha podido trabajar nada y, conociendolaestructuracorrecta,vuelva a tratar del problema, retorne al espectro del libro de solucionarlo: vea si ahora es capaz de identificar bandas, asignar señales y analizar divisiones espín-espín. Finalmente, consulte la parte final dedelaEstudio Guía y compare su respuesta con el espectro analizado.

TABLA 33.1 REGLAS DE WOODWARD-HOFFMANN PARA REACCIONES ELXCl'RWfCLICAS

Número de electrones x

Reacción Movimiento

4n 4n

térmica fotoquímica

conrotatorio disrotatorio

4n + 2 4n+2

tkrmica fotoquímica

disrotatorio conrotatorio

Tabla 33.2 REGLAS DE WOODWARD-HOFTMANN PARA CICLOADICIONES [i + j ] i+ Fotoquímica j Térmica 4n 4n+2

antara supra, antara, supra

supra, supra antara, antara

supra supra, antara, antara

supra, antara antara, supra

Síntesis: un enfoque sistemático Pucsto que las síntesis que estamos planeando se vuelven y más complicadas, más ha llegado el momento de emplearu n enfoque sistemático: quizás ya lo estamos haciendo, aunque sin Esbocemos formalmente los pasos que pueden pensarse para un darnos cuenta cabal de ello. cnfoque como éste. Se utilizarála síntesis de compuestos aromáticos como ejemplo,el pero lsmodificaciones apropiadas,se puede aplicar a la síntesisde todo enfoquees general y, cona tipo de moléculas,por más complicadas que sean. Comoya es usual, vamos a comenzar con lamolécula que deseamos obtener "la mol~ulaobjetiv~ytrabajamosretroactivamente.Nosp1anteamoslassiguientespreguntas en el orden dado:

Pregunta (I). ¿Se puede introducircualquiera de los sustituyentes de la molécula objetivo a travésde una sustituciónelecmfílica aromática directa,y con la orientación adecuada? Si no, entonces: Pregunta (2). ¿Hay en la molécula objetivo algún sustituyente que se pueda formar por la oxidacióno reducción de algún grupo relacionado? Por ejemplo, "COOH t""CH, o " N H , +"NO,. Si no, entonces: Pregunta (3). ¿Hay en la moléculaobjetivo algún sustituyente se que pueda introducirpor dcsplazamiento de. algúnotro grupo? Por ejemplo," C N t--N,+, o bien, " O H +" " C I (cn anillos activados). Si no, entonces: Pregunta (4). ¿,Hay en la molécula objetivo en hidrógeno que haya llegadoa esa posición por desplazamiento de algún sustituyentc? Por ejemplo, -H t--N,+ o "H C" -SO,H. En todos los casos en que la respuesta a una de las preguntas sea "sí", sacamos ese grupo (Pregunta 1); o lo transformamos (Pregunta 2) en su precursor (digamos "COOH c" "CH,); o lo rccmplazamos (Pregunta3 ) por su precursor o precursores (p. ej. ArCN t" ArN,+ t"ArNH,); o bien (Pregunta 4), sustituimos ese -H (o, quizás "D o -T, en compuestos marcados)por el grupo que ocupaba previamente esa posición. Ya que se han cfcctuado las transformaciones que implican las respuestas afirmativas, planteamos de nucvo todas las preguntas con la estructura que acabamos dc gcncrar. nuevu Estos pasos se rcpit.cn tanta? veces como sea necesario hasta quc, trabajando enrctroceso, encontremos finalmenteun material de partida como benceno o tolucno. Tcnemos ahoraun conjunto depasos retroactivos conocidos como frunsformaciones, 10s cualcs ponende manificsto las difcrentes reacciones que se necesita llevar a cabo (como la nitración,larcduccióndeliondiazonio,larcaccióndeSandmeyer,etc.),perononeces~~~ntc en el orden apropiado. A continuación revisamos nuestro procedimientountirético ordenando demanipular y las tranfirnuciones indcpcndicntesenunasecuenciasintética,fácil constituida por pasos progresivos (reacciones). Al hacer esto, debemos tener presente que con frecuencia es necesario utilizarelementos decontrol:éstossongruposquein~oducimosparaasegurarlaselectividad(larcgio~el~tividad o la estereoselectividad) en un paso posterior. Los elementos de conuol pueden proteger un grupo, o bien disminuir su efecto activamente (la acetilación de una mina, por ejemplo); o, a la inversa, aumentar la reactividad en algún punto también puede.n bloquear una posición ser obvia no mientras en particular.La necesidad de utilizar estos elemcntos de control puede sc Fabaja en las transformaciones antitéticas, p r o suck hacerse evidente cuando tratamos de armar todo el conjunto para esclarecer una serie de reacciones sinleticas.