química orgánica 2º. lección 16 aldehídos y mica orgánica...

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 1ALDEHÍDOS Y CETONAS

Objetivos

Formular y nombrar los aldehídos y cetonas. Predecir la reactividad de los aldehídos y cetonas en

base a la estructura electrónica del grupo carbonilo. Conocer sucintamente el mecanismo de las adiciones

nucleófilas y el papel catalítico jugado por los ácidos próticos y de Lewis en este tipo de reacciones.

Comparar la reactividad relativa de los aldehídos y cetonas en base a los efectos electrónicos y estéricos.

Conocer las más importantes reacciones de adición nucleófila de aldehídos y cetonas. Contrastar las

reacciones de condensación con las de adición nucleófila, examinando sus puntos comunes y viendo sus

diferencias. Conocer los diferentes métodos de oxidación y reducción de aldehídos y cetonas, poniendo

énfasis en los aspectos estereoquímicos de la reducción de las cetonas. Conocer los más importantes métodos

de preparación de aldehídos y de cetonas, escogiendo el más adecuado en función de la estructura del

compuesto carbonílico deseado. Finalmente, repasar la presencia de algunos aldehídos y cetonas en la

naturaleza destacando el papel que juegan.

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 2Aldehídos y Cetonas: clasificación y nomenclatura

C

O

C

O

R´R

C

O

R R

C

O

HRGrupo Carbonilo Cetona simétrica Cetona no simétrica Aldehído

;;;

::::::::

C6H5-Benz-n-C3H7-Butir-

(CH3)2CCH2-Isovaler-C2H5-Propion-

n-C4H9-Valer-CH3-Acet-

(CH3)2CH-Isobutir-HForm-

RPrefijoRPrefijo

TABLA I. Prefijos para la nomenclatura común de aldehídos y cetona

H

O

H

O

H

O

H H

OH

O

H

O

H

OH

Oformaldehído acetaldehído propionaldehído Butiraldehído Isobutiraldehído

Valeraldehído Isovaleraldehído Benzaldehído

;;

;;;;:::::

:

::::

:::::

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 3

O O O

O O

O O

O O

Dimetilcetona Etilmetilcetona Dietilcetona Metilpropilcetona Etilpropilcetona

Butilmetilcetona Metilisopropilcetona Diisopropilcetona Terc-butilisopropilcetona

;;;

;;;;

::::::::

::::::::::

Ejemplos de nomenclatura común de aldehídos y cetonas

H H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

BrOMe

H

O

NH2H CHO

Cl H

H

PropanalMetanal Etanal Butanal Pentanal

(4R, 5R)- 6-bromo-4,5-dimetil- 5-metoxi-2-trans-hexenal

(2S)-2-amino-3-trans, 5-cis-heptadienal

(2S, 5S)-2-butil-5-cloro- 3-trans, 6-heptadienal

;;

;;;;

:::

: ::

::

..

:

..

:

..

:

..

:

..

:

..

:

..

:

..

:

:

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 4Nomenclatura sistemática de aldehídos

CHO CHO

CHO OHC

BrCHO

ciclopropan-carboxaldehído

2-Ciclobuten-carboxaldehído

(2S)-metil-3-ciclopenten- carboxaldehído

(3S)-bromo-1-ciclohexen- carboxaldehído

2,4,6-ciclopentatrien- carboxaldehído

;;;;

..

..

......

..:.. :

..

:

..:

Nomenclatura sistemática de cetonas


O

NH2

OBr

H

O

4-amino-7-metil-4Z, 6- -octadien-2-ona

2-bromo-(5R)-etil-6-metilen- 2Z,7-octadien-4-ona

3-etil-(6S, 7)-dimetil-4-octanona

;:

;

::::

:

:..

: :

OBr

H O

ClH

O

HH

(5R)-Bromo-2-ciclopentenona

(6S)-cloro-2,4-ciclohexadienona

meso-3,6-dimetil-4-cicloheptenona

;;..

:..

:.. :.. :..

:

..

:

OH

OO

HOHC CH3H

CHO

O

CHOOHC

O

4-oxo-5-trans,7-trans-nonadienal

Ácido (6S)-formil-(4R)-metil- 3-oxo-octanoico3-Oxo-pentanodial

; ;..

:

..

:

..

:

..

:

..:

..

:..

:

..

:


C

O

C CH3

O

C

O

C

O

Acetofenonafenilmetilcetona

Propiofenonafenilpropilcetona

Butirofenonabutilfenilcetona

BenzofenonaDifenilcetona

;

;

::::

::::

Br

Br

C

OO2N

O2N

CH3

OH

C CH3

OO2N

C

O

Cl

O2N

C

O

2-hidroxi-4-metilacetofenona (2-hidroxi-4-metilfenil), metil, cetona

4-cloro-3-nitrobutirofenona(4-cloro-3-nitrofenil), butil, cetona

2,4-dibromo-2´,4´-dinitrobenzofenona(2,4-dibromofenil), (2´,4´-dinitrofenil), cetona

3-nitrofenilpropiofenona(3-nitrofenil), propil cetona

;

;

:..

:

..

: ..: ..:

..

:

..

:.. :..

:

::


CH3CO -

PhCO -

R - CO -

HO - CO - R

(Ar) (R´) - CO - R

R - C -

O

HCO - Radical formilo

Radical acetilo

Radical benzoilo

Radical acilo

Cetona; eliminaciónde un resto alquilo (arilo)

Ácido carboxílico; eliminación de un grupo hidroxilo

- OH

- R´

Radicales acilo

Estructura del grupo carbonilo

OCOC

::

Enlace sigma (sp 2-sp2)

Enlace pi (p-p)

Electrones sin compartir del átomo de oxígeno

Enlace pi (p-p)

120º

120º

120º..

..

Enlace C=O175-180 kcal/mol

Enlace C=C 146 kcal/mol

C

CH3

H

Aº

1,500

Aº

1,204

Aº

1,124 C

CH3

HO....

O....

114º

121

125º


µµµµ aproximadamente 2,7 D

C

CH3

HO :

¨C O

CH3

HC O

¨

.. δδδδδδδδ -+

:

¨

.. -+;

Propiedades físicas de los aldehídos y cetonas

-C=C-0,30CH3CH2CH=CH2Alqueno1-Buteno

-CONH23,76CH3CONH2AmidaAcetamida

-COOR1,72CH3COOCH3ÉsterAcetato de metilo

-COCl2,72CH3COClCloruro de ácidoCloruro de acetilo

-COOH1,74CH3COOHA. CarboxílicoÁcido acético

-CO-2,99C4H6OCetonaCiclobutanona

-CO-3,02CH3COPhCetonaAcetofenona

-CO-2,88CH3COCH3CetonaPropanona

-CHO2,52CH3CH2CHOAldehídoPropanal

-CHO2,72CH3CHOAldehídoEtanal

-CHO2,33HCHOAldehídoMetanal

G. Funcionalµ (D)FórmulaTipoSustancia

TABLA II. Momentos dipolares de aldehídos y cetonas comparados con otras sustancias


Insoluble30648PhCOPhBenzofenona

Insoluble20221PhCOCH3Acetofenona

Ligera124CH3CH2CH2COCH2CH33-Hexanona

2,0150- 35CH3(CH2)3COCH32-Hexanona

4,7102,0- 39,9CH3CH2COCH2CH33-Pentanona

Ligera102,4- 77,8CH3(CH2)2COCH32-Pentanona

3779,6- 86,9CH3CH2COCH3Butanona

∞56,2- 94, 8CH3COCH3Propanona

205(p-CH3)-PhCHOp-Tolualdehído

199(m-CH3)-PhCHOm-Tolualdehído

196(o-CH3)-PhCHOo-Tolualdehído

0,3178- 28PhCHOBenzaldehído

0,1155- 42CH3(CH2)5CHOHeptanal

Ligera131CH3(CH2)4CHOHexanal

Ligera103,4- 92CH3(CH2)3CHOPentanal

475,7- 99CH3(CH2)2CHOButanal

2049,5- 81CH3CH2CHOPropanal

∞20,2- 123,5CH3CHOEtanal

Muy soluble-21- 92HCHOMetanal

Solubilidad g/100ml aguaPE (ºC)PF (ºC)FórmulaCetonasAldehídos

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 10Los primeros aldehídos (metanal y etanal) polimerizan fácilmente en solución, pero se puede obtener la forma

monomérica destilándolos:

CH2OCH2OCH2OO

OO

O

OO Me

H

HMe

HMe

CH3CHO3Ácidos

Paraformaldehído Trioxano

;;etanal

trímero del etanal

....

.. :..:.. :

..:..

:.. :..

:..

....

..

Reactividad química de los aldehídos y cetonas

C(R) (H)

O

HH

: : Centro nucleófilo y básicoAtacado por electrófilos y ácidos (próticos y de Lewis)

Hidrógenos ácidos (pK A = 19-29)Abstraidos por bases fuertes

Centro electrófiloAtacado por nucleófilos

Dado que el átomo de carbono del grupo carbonilo de los aldehídos y cetonas es un centro deficiente en electrones (un centro electrófilo), será atacado por nucleófilos y como el punto débil del grupo carbonilo es el enlace pi (π), la reacción típica de los aldehídos y cetonas será la ruptura del doble enlace por ataque de un nucleófilo, es decir, la formación de un enlace carbono-nucleófilo con ruptura del enlace pi, de modo, que el proceso globalmente, es una adición nucleófila (AdN):


Nu :-

C

O

R R´ C

O

RR´

Nu

H-

OHC

RR´

Nu

O ::.. -

O..

..HH

+

:..

R´= H; aldehídoR´ = alquilo o arilo; cetona

AdN:..

+

(±) Mezcla racémica

nucleófilo

(carbono proquiral) (carbono quiral)

**

OAB

Nu-:..

..

O

Nu

BA

.... :

-

OAB

Nu

H

H

O

Nu

BA

Nu-:

Nu-:

C OA

B

..

..enantiómeros

carbono quiral*

*

*

*

H+

H+

..

..

....

(a)

(b)

carbono proquiral

Adiciones nucleófilas: mecanismo y estereoquímica

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 12Reacciones de condensación

C

O

RR´

NuH

H

H2Nu

C

O

RR´

NuH2

R

R´C = NuC

O

R R´+

.. R´= H; aldehídoR´ = alquilo o arilo; cetona

AdN

HOH

:..

+

(±) Mezcla racémica

:::

.. -

+

:

carbono proquiral

carbono quiral

**

carbono quiral

+ H+

E2

compuesto aquiral

- H+

..

..

..

Reactividad relativa de aldehídos y cetonas en las reacciones AdNLos aldehídos reaccionan más rápidamente que las cetonas en las reacciones AdN tanto por razones estéricas

como electrónicas

C

O

R R´

:

:Nu-

C

O

R R´

:

Nu

..

R´= H; Alquilo; Arilo+

..

δδδδ

δδδδ

-

-*

El estado de transición está más apiñadocuando R´es un grupo alquilo o arilo

Efectos estéricos


C

O

R R´

:

C

O

R H

:

DD

: :

δδδδ+1

δδδδ+2

+δ δ δ δ

1

+δδδδ

2<

R y R´donan electrones al CarbonoEl H no es donante electrónico, porlo que las cetonas son menos reactivas

Efectos electrónicos

R -CCl2 - CHO R -CHCl - CHO R - CHCl - CH2 - CHO R -CH2 - CHO

R - CCl2 - CO - R R - CHCl - CO - R R - CHCl - CH2 - CO - R R - CH2 - CO - R

> > >

Reactividad creciente

>>>El Cloro retira electrones por efecto -I

..

......

..

......

....

..

......

..

..

Me

O

Me

Me Me MeMe

Me

O

Me

Me HMe H

OO

Reactividad creciente

>>

Dimetilcetona Dietilcetona Disopropilcetona Diterc-butilcetona

>> >

::::::::

Efectos electrónicos de los sustituyentes (efecto – I)

Efectos estéricos

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 14Adiciones nucleófilas de aldehídos y cetonas

Catálisis ácida.- Los ácidos próticos y de Lewis aumentan la reactividad de los aldehídos y cetonas, porque aumentan la deficiencia electrónica del carbono carbonílico. Sin embargo, la catálisis ácida debe hacerse con cuidado para que el nucleófilo no se protone, porque ello disminuye la nucleofilia ralentizando la reacción:

H3O+: H2O:

..C O H

C O C O H+:..

++

..

¨

La catálisis ácida hace al carbono más deficiente en electrones

Cetona o Aldehído Catión Hidronio Catión oxonio Carbocatión+

..

RH2Nu H2O....

RH3Nu+

H3O: + +Nucleófilo Nucleófilo protonadoCatión hidronio

La protonación del nucleófilo disminuye la nucleofi lia.. +

BF3C O :..

C O BF3

.. +C BF3O..

..+

+ -

catión oxonio carbocatión

Los ácidos de Lewis hacen más deficiente al carbono

-

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 15Adición de agua y alcoholes a aldehídos y cetonas

R R´

O

R R´

OH OHH3O

+R´= H; aldehído

diol geminal(muy inestable)

H2O:..

..:::: ..+

:

HC O

R - O - H C O H HC O

HC O HC

OR

O

H

C O R

C OR C

OR

OH

OR

H

C

OR

OH2

OH

R

C OH3O

H3O

Cetona o Aldehído Catión Hidronio

+ +

..+

Catión oxonio

:..

+..

+

..

Catión oxonio :+

..

..+

*

+..

*:

+ ..+

Catión oxonio..

+++

Catión oxonio Catión oxonio Catión Hidronio*

alcohol

Catión oxonio Catión oxonio

*Hemiacetal

....

+

..

..

..

..

..

..

+: H2O:

..

..H2O:

..

H2O:.. H2O:

..+:

..

....

Formación de hemiacetales


H2O:..

C

OR

OH2

H2O:..

C OR

C OR C

OR

OHR

C

OR

OHR

R - O - H

H3O C

OR

OR

Acetal (aquiral)

+

+

..

..

Catión oxonio (quiral)

+

+Catión oxonio (aquiral)

+

..

Catión oxonio (aquiral)

+

..

alcohol+

..

..

..

+Catión oxonio (quiral)

..

..

+Catión oxonio(quiral) Catión hidronio

..

..

..

....

.. +:

....

Formación de acetales

RCHO R´OH RCH

OH

OR´

RCHO R´OH RCH

OR´

OR´

. . . .

. .

:

. .:

. .:

. . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . .

*+

(1 mol)

+ H2O

hemiacetal (quiral)

+(2 moles)

+ H2O

acetal(aquiral)

2 2 . .

. .


R R´

O

R R´HH

O

OHOH OO

R R´

HO OHOO

R R´HH

+

: :

+

+

Acetal (Aldehído o Cetona protegidos)

Acetal (1,2-diol protegido)Propanona

Aldehído (R´= H)o Cetona (R´= alquilo, arilo)

1,2-etanodiol

1,2-Diol

+

..

..

..

.. : :H2O:

..

.. ..

::

::H2O:

..: :

.. ..

....

Acetales como grupo protectores de aldehídos, cetonas y 1,2-dioles

R R´

O

SHSH SS

R R´

R R´SS

R R´

+.. ..

..

: :

+Aldehído o Cetona 1,2-etanotiol Tioacetal

Tioacetal alcano

: :H2O:

..

+ H2

Ni Raney+ NiS..

: :

......

.... ..

Eliminación del grupo carbonilo vía tioacetales


R R´

O

CN:-

..

..OH:

-O

R R´R R´

OH

NC

NC+

: :+

Aldehído o Cetona

+(±)-Cianhidrina

....:

-..

..

:

H2O:..

Adición de cianuro de hidrógeno

Adición de organometálicos

CHO

R R´

O

R

R R´

OR´´OH:....-HO

R R´

R´´

R H

O

R H

OR´ HO

R H

R´OH:....-

OH:....-

+-( )

+-( )

C

HH O:..

+-( )

+: +

Cetona

R´´ - MgX

Grignard - Alcohol terciario..

Aldehído Grignard- Alcohol secundario

Aldehído

Li - Ar+- Alcohol secundarioArilitio

.. ....

-:

+

....

+: +

R´ - MgX ......

-:+

+

..H O :

..

H2O:..

..

..

CP (Ph)3C

P (Ph)3CH

O

R

CR

H

O

C CR

HO = PPh3

C C

O

R

H

Ph3P

C C

R

H

Ph3PO

:..

+

Haluro de trifenilalquilfosfonio

Betaína+-

..

AldehídoCetona

.. -:

+

:

Alqueno

+Óxido de fosfina

.. :

Betaína

: .. :-

+

..

..

Reacción de Wittig. Síntesis de olefinas

Las cetonas y los aldehídos se convierten en alquenos por acción de los iluros de fósforo (fosforanos), en un proceso conocido como reacción de Wittig. Los iluros se preparan in situ por acción de trifenilfosfina sobre un haluro de alquilo seguido de tratamiento básico:



Ph3P R - CH2 - R - CH2 - PPh3

R´H

X

P (Ph)3CR

H:-

R - CH - PPh3

H

+:+SN2

Trifenilfosfina Haluro de alquilo

.Haluro de trifenilalquilfosfonio

Haluro de trifenilalquilfosfonio Iluro de fósforo

R´Li+

Alcano

+ LiX+-

..

:-

.. :..X

.. :

..X

+

P (Ph)3CR

H

P (Ph)3CR

HIluro de fósforo Fosforano

+

-

..

O

CH2 = PPh3

CH2

O=PPh3

BrCH3

CH2

....

..

..:..

:

..

: ..:

+ +Butanona 2-metil-1-buteno

Óxido de trifenilfosfina

(±)-2-bromo-butano

+ NaOMe +2-metil-1-buteno

+ HOMe 2-butenoMayoritario

Wittig

Preparación de iluros de fósforo

Ventajas de la reacción de Wittig

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 21Reacciones de condensación

O

CR´R

NH2R´´: O

R R´

NH2R´´H O

R R´

NHR´´

R R´

OH NHR´´H2O:

.. H2O:..

H2O:..

H

NR´´

R R´

O

C

N

R R´

R´´

Aldehido R´= H Cetonas

+

..:..

+:

..H3O+

+

HeminalCarbinolaminaAmina primaria

-: :..

..:

..

+H3O+

..+

+

HeminalCarbinolamina

H3O+ +H2 ..

:

Imina

(anti + syn)..

..

H3O..

+

Formación de iminas

C

N

R´R

R´´

C

N

R´R

R´´

Iminas diastereómeras (syn y anti)

::

;


C

N

CH3 CH2CH3

CH3

C

N

CH3 CH2CH3

CH3:

Imina anti

:

Imina syn

NH(CH3)2

NH(CH3)2

NMe2

CHO

C

O..

:

C

H

NCH3

CH3

OH NMe2

+ ::..

BenzaldehídoSal de imonio

Dimetilamina

+ : +Propanona Dimetilamina

Hemiaminal Enamina

+

H2O:..

..

Formación de sales de imonio y enaminas


NH

O N

CH

+ácidos

ciclohexanona pirrolidina

pirrolidinenaminade la ciclohexanona

..

..C

..:

Condensaciones con hidroxilamina e hidracinas

C O C N - ZNH2 - Z:+Ácidos

+:.. ..

H2O....

El esquema anterior representa una reacción genérica entre un compuesto carbonílico (aldehído o cetona) y una serie de derivados que contienen un grupo amino (-NH2) unido a un grupo Z variable. Así, cuando Z = H el reactivo es el amoniaco, cuando Z = alquilo o arilo será una alquil- o arilamina primaria, cuando Z = OH será la hidroxilamina, cuando Z = NH2 será la hidracina ( si Z= - NHPh será la fenilhidracina) y finalmente, cuando Z = -NHCONH2 tendremos la semicarbacida.


C = N – NHCONH2 (Semicarbazonas)H2N – NHCONH2 (semicarbazida)- NHCONH2

C = N – NHPh (Fenilhidrazonas)H2N – NHPh (fenilhidracina)- NHPh

C = N – NH2 (Hidrazonas)H2N – NH2 (hidracina)- NH2

C = N OH (Oximas)H2N – OH (hidroxilamina)- OH

C = NH (R , Ar) (Base de Schiff)H2N – (R, Ar) (amina primaria)-R

C = N H2 (Iminas)H2N – H (amoniaco)- H

Producto (syn + anti)Reactivo (NH2 – Z) (nucleófilo)Z

TABLA IV

Las bases de Schiff, las oximas, las hidrazonas y las semicarbazonas pueden existir como dos diastereómeros llamados anti y syn, de las que el más estable siempre es el diastereómero anti, pues coloca a los grupos más voluminosos lo más alejados posible.

CHO NH2OH

O NH2NHPh C NPh

HNHPh

O

NH2NHCONH2C N

Ph

HNHNHCONH2

C NPh

HOH+

:

Ácido

+

:..

..

..

..Ácidos ..

..

+ : Ácidos..

....

....

....

....

:: ..

..

..

..

Benzaldehído HidroxilaminaOxima anti del benzaldehído)

Ciclohexanona Fenilhidrazina(Hidrazona anti de la ciclohexanona)

Butanona Semicarbazida Semicarbazonaanti de la butanona

..

....

+..

H2O..

+..

H2O..

+..

H2O..


Oxidaciones y Reducciones de aldehídos y cetonas

R - CHO R C

O

OH

..

..Oxidante

Aldehído Ácido carboxílico

Oxidante = K 2Cr2O7; CrO 3; KMnO 4;Ag 2O ......

..

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 26El Ag2O es un oxidante muy suave que oxida selectivamente los aldehídos a ácidos carboxílicos en

presencia de alcoholes. La reacción se conoce como prueba de Tollens y es usada como certeza de la existencia de un grupo aldehído en la molécula. El reactivo en realidad es una solución amoniacal de sales de plata y si el ensayo es positivo se deposita plata metálica en las paredes del tubo de ensayo (espejo de plata).

R - CHO [Ag(NH 3)2] Ag(s) NH3+....

Aldehído2

+

Reactivo de Tollens

2 ++ 3 4 2..

RCOOH +Ácido carboxílico

..OH- ..: ....

....+

..H2O..

Las cetonas en condiciones normales no se oxidan y si se fuerzan las condiciones experimentales se rompen en dos fragmentos.

Reducciones de aldehídos y cetonas

C OR

R´

C

OHR

R´ H

NaBH4

( )+-

R´= H; aldehídoR´= Alquilo o Arilo; Cetona

..

..

R´= H; Alcohol primario R´= Alquilo o Arilo; Alcohol secundario quiral

..

..

Las reducciones también pueden hacerse con boranos (BHR2; BH2R; BH3) y con hidrógeno molecular (H2) en presencia de níquel como catalizador, pero estos reactivos no son compatibles con la presencia de dobles y triples enlaces en la molécula que se hidrogenarían.

A efectos prácticos, el NaBH4 puede considerarse como una fuente de aniones hidruro (H: - ) y es preciso tener en cuenta los aspectos estereoquímicos de la reducción de cetonas ya comentados anteriormente. Este reactivo no hidrogena los dobles enlaces no conjugados.


H

O

CCH3

OH:

-

OH..

..+-( ) -1-Feniletanol

CHCH3

OH..

::Butanal

1-Butanol

AcetofenonaFenilmetilcetona .. ..

..

1.- NaBH4

2.- H2O

H:-

H:-

O

H

R´R

:....

-

O

H

RR´

:....

-C O

.. :R

R´

OH H....

OH H....

HO

H

R´R

HO

H

RR´

..

..

(a)

(b)

(a)

(b)

..

..caras proquirales

alcoholes enantiómerosR prioritario sobre R´

cara re

cara si

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 28Reacciones de desoxigenación: conversión de aldehídos y cetonas en alcanos

NaBH4

NH2 - NH2 , KOH

LiAlH 4C

OTsR

R´ H

CR

R´

H

H

CR

R´

H

H

C OR

R´

C

OHR

R´ H

Zn(Hg)-HCl

TsCl - Piridina

R´= H; Alcohol primario R´= alquilo o Arilo; Alcohol secundario

Reducción de Wolff-Kishner

R´= H aldehídoR´= Alquilo, Arilo; Cetona

....

Tosilato de alquilo

Alcano

Reducción de Clemensen

Alcano

..

..

..

..

Sustituciones en posición alfa: halogenaciones, enolatos

Los α-H (en relación al grupo carbonilo) de los aldehídos y cetonas son ácidos (pKA = 20) y son abstraídos por bases tales como hidróxidos y alcóxidos, para formar una nueva entidad conocida como enolato (un potente nucleófilo), aunque es preciso tener en cuenta que cuando se usan las bases citadas, en el equilibrio la cantidad de enolato presente es muy pequeña:


HH

O: :

C(R´) (H)

Hidrógenos ácidos pK A = 20 Abstraidos por bases

CR C R´

H

H

C

O

R CR´

H

C CR´

HR

O

OR

O

Anión Enolato. Dos formas resonantes. Una es un carbanión y otra un oxanión. Mayoritaria la oxanión , pues todos los átomos tienen su octete completo y la carga se sitúa sobre el átomo (el oxígeno) más a pto para soportarla. Base más fuerte

Cetona o Aldehído; pKA = 20; Ácido más débil

+

Alcóxido Base más débil

+ R -O-H....

AlcoholÁcido más fuerte pKA = 16

..:

..

-

..

..:

-- ..

..:

..:

carbanión

oxanión


C4H9 - Li H - N (Pr-i) 2C4H10 Li - N (Pr-i) 2+ +

Butillitio Diisopropilamina Butano LDA

....

Es posible transformar completamente una cetona o un aldehído en el correspondiente enolato usando una base fuerte como un amiduro, siendo la más utilizada el LDA (LitioDiisopropilAmiduro) que puede prepararse tratando el butilitio con diisopropilamina:

C

O

R C R´ LDA

H

H

- N - (isoPr) 2H..

CO

CR´

HR

Li+

C

O

R CR´

H

Cetona o AldehídopKA = 30, Ácido más fuerte

+

..:

+Diisopropilamina pKA = 40Ácido más débil

Base más fuerte

Enolato. Base más débil. Excelente nucleófilo

..:

..

..:

-..

-

Halogenación promovida por bases

R - CO - CH2 - R´ X2 KOH R - CO - CHX - R´ KX

+-( )−α( )−α( )−α( )−α-halocetona

+ + + + H2Ocetona

......

..

..: ..

......

..


O

C C H

O

C C X

OH..:- ..

C

O

C

C

O

C..:..-

X :: ..

.. -

- XX

..

+ +Cetona

:

Anión hidróxido Anión enolato

++αααα-Halocetona

..:.. -

..H2O..

....

....::

Si la reacción se efectúa en medio alcalino puede ocurrir polihalogenación, es decir, la entrada de varios átomos de halógeno. Es posible evitarlo efectuando la reacción en medio ácido (ácido acético) y en estas condiciones el proceso transcurre a través del enol intermedio y no por el enolato:

O

KOH

O

Br Br

KBrBr 22+ + + + H2O2 22

3-Pentanona

2,2-Dibromo-3-pentanona

:

..:

..:

..:

..:

..

:..

:

....

..

:


OH2:..

OH3

+

HO

HHH

H H

O

HHH

H H

H

H

O

H2O..

:HH

HH H

C

HH

HH H

C

O H

O HH

+Hidronio

+

..

2-pentanona protonada

+

2-pentanona

..:

..

1-penten-2-ol Un enol

+Hidronio

++

: ..:

2-pentanona protonada

+

:

..

..

:OH3

+

Tautomería ceto-enol

HH

R´R

OO

R´R

HÁcidos

R´= H; AldehídoR´= Alquilo; Arilo; Cetona

Forma Enol

:..

..:

Forma Ceto


H

O OH

H

H

OHO

O OH

K =[Enol]

[Ceto]

O O OOH

KFormas ceto Formas enol

2. 10-5

1,5 . 10-7

5 . 10-5

% Ceto % Enol

98,8 1,2

100 0

100 0

76 243,16

:

..

:..

:

..

:

..:::::

::

:

:

:

::


O HO

C - CH3

O

HCH3 - C

O

O....

:-

H

H H

OOH2

..

..

OH

X

O

H X

H

X..

..::-

XH

OH

O

H X

H

O

H X

O

OH3

- XX

3-Pentanona

:+

+::

..

..

..

:

+

Ácido acéticoCetona protonada Un catión oxonio

Anión acetato

+

+

Enol de la 3-pentanona

Catión hidronio

Cetona protonada Un catión oxonio

Agua:

+

:..

+ + ..

..::-

+

..+..

..:

:..

.. +

: :+

+ ..

....

....


R - C - H

O

X2 R - C - O -H

O

H - X+ + +Aldehído

: :Ácido carboxílico

..

..::

H2O....

2 ....

:

Condensaciones aldólicas catalizadas por bases

H

O

H

OH O

O O OH CH3

Etanal (±)-3-hidroxi-butanal

Propanona 4-hidroxibutanona2

KOH

2KOH

:::

::..

:..

:

:::

Los aldehídos y las cetonas dan una reacción de condensación en medio alcalino, proporcionando unos aductos conocidos como aldoles, que en realidad son ββββ-hidroxi-aldehídos o ββββ-hidroxicetonas. Los aldehídos reaccionan más rápidamente que las cetonas por razones fundamentalmente estéricas. En muchas ocasiones los aldoles se deshidratan formando compuestos carbonílicos α , β – insaturados, o sea, aldehídos o cetonas α , β – insaturados.

H

OOH

KOHH

O

KOHOO OH CH3

..: : :: :

3-hidroxi-butanal; un aldol 2-trans-butenal

4-Hidroxi-4-metil-2-pentanona; un aldol

4-metil-3-penten-2-ona

+ H2O....

..::

..

+ H2O....::


O

H

OH H

H H

HO:..

..

-

HO:..

..

-

H

OH H O

H

H

OH H O

H

H

O

:

+

:+

+

..-

: :....

carbanión

..-

2-trans-butenal

:H2O..

::


:HO.... -

HH

H

O:..

:-

:HO.... -

H

HH

CH

O

H

H HH

O

H

O

H

H

H

O

H

H

O

H

HO

H

OHO H

+-+-

+ +

Acetaldehído

Enolato del acetaldehído

Anión hidróxido Catalizador

+ +Anión hidróxido Catalizador( )-3-Hidroxi-

butanal

Acetaldehído

( )-3-Hidroxi- butanóxido

Enolato

:..

::.. -

::

..-: : :

..

..::

- ..

..::

:..

H2O

:..

H2O

Mecanismo de la condensación aldólica

:HO.... -

H

OHHO

H

O

H

HH+-( )-3-Hidroxi-butanal Acetaldehído

2..::.. ::

La condensación aldólica es reversible y la reacción inversa es conocida como retro-aldólica.

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 38Preparación de aldehídos y cetonas

Oxidación de alcoholes

R OH RH

O R R´

OH

R R´

O

NH [CrO 3Cl]

;Alcohol primario Aldehído

CCP

: :....

(±)-Alcohol secundario Cetona

CrO3- piridina: :

= CCP = clorocromato de piridinio+ -

..:

R OHR OH

OAlcohol primario

.... Na2Cr2O7 - H2SO4

Ácido carboxílico ::....

OH CCP H

O

OH OH

O+

1-butanolbutanal

+ K2Cr2O7

H2SO4

Ácido butanoico..

..

..

:..

:

..

:

..

:


C CR

H

R

HRCHO

C CR´

H

R

HRCHO R´CHO

C CR´

R´´

R

HRCHO

C CR´´

R´´´

R

R´

O C

R

R´O C

R´´

R´´´

O C

R´

R´´

(1) O3

(2) Me2S ó (Zn-HOAc)2

(1) O3

(2) Me2S ó (Zn-HOAc)+

(1) O3

(2) Me2S ó (Zn-HOAc)+

(1) O3

(2) Me2S ó (Zn-HOAc)

+

..:

..:

..:

..:

..:

..:

..:

Ozonólisis de alquenos

CHCRR CH3

O

ROH R

H

O

Hg+2-H2SO4

Alquino terminal

Metilalquilcetona

(1) R2BH-THF(2) H2O2 - NaOH Enol (cis+trans)

Aldehído

..

:

..

:

::

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 40Hidratación de alquinos

Síntesis de arilcetonas por acilación de Friedel-Cratfs

R

R

R´

O

R´

R O

R = alquilo

R´COCl-AlCl 3

+Aril, alquil, cetonas

:

:

..

:

Química Orgánica 2º. LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 41Reducciones de ácidos carboxílicos y sus derivados ( Se estudiarán en la lección 18).

Aldehídos y cetonas en la naturaleza. Aldehídos de la corteza de la naranja

CHO

CHOCHO

CHO CHO

CHO

CHO CHO

CHO

CHOCHO

OHC

OHC OHC

;

neralgeranial

;;

citronelal

;

;

;

;

dodecanal undecanal

decanal nonanal

octanal

2-hexenal

2-dodecenal

2-decenal

perillaldehído

;

αααα-sinensal ββββ-sinensal

..

..

..

..

..

....

....

..

......

..

..

..

......

..

......

..

..

..

..

Química Orgánica 2º LECCIÓN 16 Antonio Galindo Brito 42

O O

OO

H

O

H

O

; ;propanona 2-decanona

(-)-carvona (menta)

(+)-carvona(semilla de alcaravea)

3-metil-3E-hepten-2-ona

Componentes cetónicos del aceite de naranja

Componentes cetónicos del aceite de vegetales

nootkatona

....

:

..

:

..

:

..

:

..

: :

H

O O

O H

O

etanal 2,3-butanodiona (diacetilo)

;;

4-cis-heptenal

Componentes del aroma de la margarina

::

::

::::


O

H

O

O

;

3-fenil-2-trans-propenal(cinamaldehído; canela)

benzaldehído(olor almendras amargas)

;

Componentes del aroma de especias

2-heptanona (clavo)

::

::::

O

O

O O O

O OH

O

;

muscona

;

αααα-irona ββββ-irona γγγγ-irona

αααα-ionona ββββ-ionona

;

; ;

civetona

2-metil-3-(p-t-butilfenil)-propanal

..

....

....

..

..

........

:

..

:

..

:

Cetonas en perfumería


H

O

H

OH

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

etanal propanal butanal 2-metil-butanal

;;; ;

heptanal

octanal nonanal decanal

;;:::::

::::::

::

::

:

Aldehídos y cetonas del vino

O O O O O O

Opropanona butanona 2-pentanona 2-hexanona 2-heptanona

;;;;;

diacetilo

: : :: :: ::

::

::: :

Aldehídos y cetonas del zumo de melocotón

H

O

H

O

OCHO

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

::::

::::::

::::::::

;furfaral

etanal isopentanal

;

;; ;

hexanal

nonanal 2-trans-4-trans-decadiennal

;;3-trans-hexenal

2-trans-hexenal

2-cis-hexenal 3-cis-hexenal

......

..


O

H

H H

OH H

O

H

H H

OH H

HO

H

H H

OH H

H

H

H H

OH

O

O

H

H H

O

O

H

H H

OO

OH

OH

O

H

H H

O

OH

O

testosterona

;;

cis-androsteronatrans-androsterona

estrona

progesteronacorticosterona

;

;

aldosterona ..

:

..

..

:

..

:

..

:

..

:..

:

..

:..:

..

....

..

..

......

..

..

..

:

..

:

..: .. :..

..

..

Cetonas con esqueleto esteroidal

química orgánica 2º. lección 16 aldehídos y mica orgánica...

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