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EP 9 - TEMA 6: REACCIONES DE COMPUESTOS CARBONÍLICOS I PROBLEMAS 1 a) Escriba las ecuaciones de tautomería de los siguientes compuestos e indique cuál es el tautómero más estable: Un equilibrio de tautomería es un equilibrio de isomerización en el cual los tautómeros ceto y enol (ambos isómeros estructurales) se interconvierten debido a la transferencia de un H entre el C𝛼 a un carbonilo y un O sp2, a la vez que ocurre la relocalización del doble enlace. En general, este equilibrio está desplazado hacia el isómero ceto más estable. La tautomería ceto-enol puede estar catalizada tanto por ácidos como por bases. En el acetaldehído sólo hay un C 𝛼 vecino al carbonilo con H enolizables, es decir, H que pueden ser transferidos al O sp2. Tautomería ceto-enol catalizada por ácidos Tautomería ceto-enol catalizada por bases i) acetaldehído Carbocatión estabilizado por resonancia Enolato estabilizado por resonancia i) acetaldehído ii) acetofenona En la acetofenona sólo hay un C 𝛼 vecino al carbonilo con H enolizables. Las tautómeros ceto y enol de la acetofenona están en equilibrio tanto condiciones ácidas como básicas. El tautómero ceto es el más estable. iii) nitrometano El nitrometano, aunque no sea un compuesto carbonílico, también presenta tautomería ceto-enol catalizada tanto por ácidos como por bases. Uno de los H del grupos metilo puede ser transferido a uno de los O del grupo nitro. El tautómero ceto es el más estable. El equilibrio está desplazado hacia el tautómero ceto más estable. iv) acetoacetona Ambos C en posiciones 𝛼 a los grupos carbonilo presentan H enolizables. En el equilibrio de tautomería catalizado por ácido, la pérdida de dos H diferentes es posible, lo cual genera dos enoles isómeros con diferentes grados de sustitución. Entre estos dos enoles, el más sustituido es más estable, además en el enol tri-sustituido el enlace C=C está conjugado con el grupo carbonilo. Si la tautomería es catalizada con base, los protones del metileno color fucsia son mas ácidos por estar entre dos grupos C=O, ya que la carga negativa se deslocaliza con ambos grupos y el enolato está mas estabilizado. En este caso, los tautómeros ceto y enol tienen estabilidad semejante. iv) fenol Para el fenol el equilibrio está claramente desplazado hacia el tautómero enol, ya que en su forma ceto la estructura es no aromática. aromático No aromático b) ¿Cuáles son los dos enoles posibles que se encuentran en equilibrio con la butanona? ¿Cuál es más estable?1 Los dos C en posiciones 𝛼 al carbonilo de la butanona tienen H enolizables. En el equilibrio de tautomería la pérdida de dos protones diferentes es posible (marcados en fucsia y azul), lo cual genera dos enoles isómeros con diferentes grados de sustitución. Entre estos dos enoles, el enol tri-sustituido es más estable. Enol más estable 2 a) Explique por qué un mol de Br2 y un mol de C6H5COCH2CH3 en medio básico, producen 0,5 mol de C6H5COCBr2CH3 y 0,5 mol de C6H5COCH2CH3. Reacción global: Notar que para obtener el producto dibromado, 1 mol de la cetona reacciona con 2 moles de Br2. Por lo tanto, a partir de la estequiometría de la reacción, 1 mol de Br2 reaccionará con 0,5 moles de la cetona generando 0,5 moles del producto di- bromado y 0,5 moles de la cetona quedan sin reaccionar dado que Br2 es el reactivo limitante. 2 b) Proponga un mecanismo para la adición de I2 a propanona, en medio ácido y básico. En medio básico: En medio básico la primera etapa corresponde a la desprotonación del C α. Esta posición se vuelve más ácida por la presencia de más átomos de halógeno, debido al efecto tomador de electrones. Por lo tanto, luego de la entrada del primer átomo de halógeno, la desprotonación es más fácil. Además, la presencia de halógenos tomadores de e-, estabiliza el enolato intermediario. La 𝛼-triiodopropanona es inestable en condiciones básicas porque el grupo -CI3 es un muy buen grupo saliente en la sustitución nucleofílica de acilo catalizada por base. La adición de −OH (como nucleófilo) al grupo carbonilo y la salida de −CI3 seguido de una transferencia rápida del protón del grupo carboxilo a −CI3, genera iodoformo (HCl3), el cual decanta como un precipitado amarillo y desplaza el equilibrio de la reacción hacia la formación del carboxilato. En medio ácido: En medio ácido la primera etapa corresponde a la protonación del grupo C=O, con la participación del par de electrones no enlazantes del átomo de O, y estos electrones están menos disponibles por la presencia de más átomos de halógeno, debido al efecto tomador de electrones. Por lo tanto, luego de la entrada del primer átomo de halógeno, la protonación es más difícil. Además, el intermediario es un catión y la presencia de halógenos tomadores de e- lo desestabilizan. PASO 1: equilibrio ceto-enol catalizado por ácido PASO 2: adición de I2 al doble enlace del enol nucleofílico La racemización, el intercambio de D (deuterio) y la bromación de los compuestos con un grupo carbonilo también son catalizados por ácido. Usando como ejemplo 2-metilbutirofenona, sugiera un mecanismo razonable en el cual el enol sea un intermediario. 3 La racemización, el intercambio de deuterio y la bromación son reacciones que ocurren en compuestos carbonílicos con H enolizables como consecuencia de su equilibrio de tautomería ceto-enol catalizada por ácidos. La reacción general es una reacción de sustitución en α, donde un electrófilo (H+) es sustituido por otro (E+) en el carbono α. Csp2 plano Csp3 a) Sugiera un mecanismo para la condensación aldólica del acetaldehído catalizada por −OH y H+.4 En medio básico: Los β-hidroxialdehídos pueden deshidratar en condiciones básicas: Formación del ión enolato por desprotonación del C-α y, luego, adición aldólica. En medio ácido: Aldehído α,β-insaturado Los β-hidroxialdehídos pueden deshidratar en condiciones ácidas: Formación del enol y luego adición aldólica. 4 a) Indique el/los producto/s correspondientes a la reacción en medio básico de: i) acetaldehído y propanal ii) Butanona Enolato más estable Producto mayoritario iii) pentan-2-ona + butanona Enolato más estable Enolato más estable pentan-2-ona butanona pentan-2-ona butanona Enolatos mayoritarios… Productos mayoritarios!!! iv) benzaldehído + propanona 5 Formule la reacción de adición entre 4-nitrobenzaldehído y nitrometano en medio básico. ¿Cómo haría para obtener el producto insaturado? ¿Por qué los compuestos con H en posición α no tienen reacción de Cannizzaro en medio básico?6 Un aldehído que no posee H enolizables en su C𝛼, en condiciones fuertemente básicas puede sufrir otro tipo de reacción llamada reacción de Cannizzaro (reacción redox). La base, en ausencia de H enolizables, se comporta como un nucleófilo que se adicionará al carbonilo del aldehído. Reacción de Cannizzaro Si el compuesto tiene H enolizables en su C𝛼, en condiciones básicas sufrirá desprotonación y se formará el ión enolato. 7 La reacción de Wittig (en honor a Georg Wittig, premio Nobel de química en 1979, quien la descubrió) es una reacción muy importante en síntesis de alquenos. Complete la siguiente reacción: Reacción de Wittig 8 Proponga una vía sintética para la obtención de los siguientes compuestos: a) Compuesto carbonílico α,β-insaturado Producto de una Condensación Aldólica b) Compuesto β-hidroxicarbonílico Producto de una Adición Aldólica (intramolecular) Las cetonas son menos susceptibles que los aldehídos frente al ataque por nucleófilos. Así, las adiciones aldólicas se efectúan más lentamente con las cetonas Los aldehídos son más reactivos ya que su carbono C=O tiene mayor carga positiva parcial (es más electrofílico). La ciclización para formar el anillo de 7 miembros es menos probable Producto mayoritario Reacción favorecida Adición menos probable Enolato menos estable 9 Indique el/los producto/s correspondientes a las siguientes reacciones: La ciclización para formaranillos de 7 miembros es menos probable Productos mayoritarios 9 Indique el/los producto/s correspondientes a las siguientes reacciones: * evalúe la reacción empleando como base HO- o LDA La reacción de α-alquilación del enolato de la 2,2-dimetilciclopentanona corresponde a una SN2. Las características de la base (fuerza de la base) utilizada pueden favorecer el desplazamiento del equilibrio hacia la formación del enolato. Debido a que LDA presenta mayor tendencia a tomar un H+ (por ser una base más fuerte), desplaza el equilibrio hacia la formación del enolato, y así también producto alquilado. Asimismo, el uso de LDA al presentar mayor tamaño, no produce reacciones de sobrealquilación (impedimento estérico), ya que es más difícil la desprotonación del C α del derivado monoalquilado. El uso de LDA permite obtener el producto monoalquilado El empleo de -OH produciría una mezcla de productos mono- y dialquilado.
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