Sustituciones en alfa, y
condensaciones de enoles y de
iones enolato
DR. CARLOS ANTONIO RIUS ALONSO
DEPTO. DE QUIMICA ORGANICA
FACULTAD DE QUIMICA
UNAM
SEPTIEMBRE 2007
Sustitución en alfa.
En la sustitución en , un átomo de hidrógeno del átomo de
carbono  (carbono vecino al grupo carbonilo) se sustituye por
otro grupo. La sustitución en generalmente se produce
cuando el compuesto carbonílico se transforma en su ión
enolato o en su enol (tautómero).
La base abstrae al protón , haciendo que ese carbono sea
nucleofílico. La carga negativa también se puede deslocalizar
en el oxígeno. El carbono atacará a un electrófilo y
completará la reacción de sustitución.
Reacciones de condensación
Las condensaciones del grupo carbonilo son sustituciones en
alfa, donde el electrófilo es otro compuesto carbonilo
El carbono enolato ataca al carbono carbonílico de una cetona
o aldehído que produce, tras la protonación, un compuesto bhidrocarbonilo. Cuando el enolato ataca a un éster, el
producto será un compuesto b-dicarbonilo.
Tautomería ceto-enólica catalizada por una base
En presencia de bases fuertes, las cetonas y los aldehídos
actúan como ácidos débiles. Se elimina un protón del carbono
para formar un ión enolato estabilizado por resonancia, con
la carga negativa repartida entre el átomo de carbono y el
átomo de oxígeno.
El equilibrio favorece la forma ceto sobre el ión enolato.
Tautomería ceto-enólica catalizada por un ácido.
En el ácido, un protón se mueve desde un carbono a un
oxígeno protonando en primer lugar el oxígeno y eliminando a
continuación un protón del carbono.
Racemización.
Si un átomo de carbono asimétrico tiene un átomo de
hidrógeno enolizable, una traza de ácido o de base permite que
el carbono invierta su configuración, actuando el enol como
intermedio.
El enol intermedio es aquiral.
Diagrama de energía de la reacción del enolato con
un electrófilo
Aunque el equilibrio de la tautomería ceto-enólica favorece la
forma ceto, la adición de un electrófilo desplaza el equilibrio
hacia la formación de más enol.
Halogenación en alfa de cetonas.
Cuando se trata una cetona con un halógeno y una base, se produce una
reacción de -halogenación
La reacción se denomina halogenación promovida por una base, en lugar de
catalizada por una base, porque se consume un equivalente completo de la base en
la reacción.
Mecanismo de la formación del haloformo.
La trihalometil cetona reacciona con el ión hidróxido dando
lugar a un ácido carboxílico. Un intercambio rápido de
protones da lugar a un ión carboxilato y a un haloformo.
Cuando se utiliza cloro, se forma el cloroformo; cuando se
emplea bromo, se forma el bromoformo; cuando se utiliza
yodo, se obtiene yodoformo
Reacción del bromoformo.
En condiciones fuertemente básicas, una metil cetona reacciona con un
halógeno y se obtiene un ión carboxilato y haloformo
El intermedio trihalometil no está aislado. El yodoformo es un sólido amarillo y su
formación se utiliza como un ensayo cualitativo para las metil cetonas.
Reacción del yodoformo con un alcohol secundario.
El yodo es un agente oxidante y un alcohol puede dar positivo
el ensayo del yodoformo si se oxida a metil cetona
La reacción del yodoformo puede transformar este tipo de
alcohol en un ácido carboxílico con un átomo de carbono
menos.
Mecanismo de halogenación catalizada por un ácido
En el mecanismo de la halogenación catalizada por un ácido
se produce el ataque de la forma enólica de la cetona a la
molécula electrolífica del halógeno. La pérdida de un protón
da lugar a -halocetona y al haluro de hidrógeno
La halogenación ácida puede reemplazar a uno o más hidrógenos sobre cuánto se utiliza el halógeno
Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky.
En la reacción de Hell-Volhard-Zelinsky se sustituye un átomo de
hidrógeno por un átomo de bromo en el carbono de un ácido carboxílico.
El ácido carboxílico se trata con bromo y tribromuro de fósforo.
Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky: paso 1
La forma enol del bromuro de acilo actúa como intermedio
nucleofílico. El primer paso es la formación del bromuro de
acilo, que se enoliza con más facilidad que el ácido.
El equilibrio favorece la forma ceto (bromuro de acilo).
Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky: paso 2
El enol es nucleofílico, ataca al bromo y se obtiene bromuro de
-bromo acilo.
La reacción del bromuro de -bromo acilo con una segunda
molécula de ácido dará lugar al ácido carboxílico de -bromo
y una molécula de bromuro de acilo.
Alquilación de iones enolato
Como el enolato tiene dos centros nucleofílicos (el oxígeno y el carbono ), puede
reaccionar a través de cualquiera de ellos. La reacción generalmente tiene lugar
sobre el carbono , formando un nuevo enlace C-C.
El enolato para esta reacción debe estar formado con bases que no sean hidróxido
o alcóxidos para evitar las reacciones de los centros nucleofílicos
Mecanismo de formación del enolato.
Una enamina se obtiene a partir de la reacción de una cetona o un aldehído
con una amina secundaria.
La carbinolamina secundaria se protona y se elimina el agua. La
eliminación de un protón del carbono  da lugar a la enamina
Alquilación de una enamina.
Las enaminas desplazan a los átomos de halógeno de los
haluros de alquilo reactivos, dando lugar a sales de iminio
alquiladas.
La sal de iminio alquilada se puede hidrolizar a cetona en
condiciones ácidas
Acilación de las enaminas.
La acilación inicial da lugar a una sal de iminio acilada, que se
hidroliza a la -dicetona.
Los compuestos -dicarboníllicos se pueden alquilar más.
Condensación aldólica.
En condiciones básicas, en la condensación aldólica se produce
la adición nucleofílica de un ión enolato a otro grupo carbonilo
Cuando se lleva a cabo la reacción a bajas temperaturas, el
compuesto carbonílico -hidroxi se puede aislar. El calor
deshidratará el producto aldólico al compuesto ,-insaturado.
Condensación aldólica catalizada por una base.
En condiciones básicas, la condensación aldólica se
produce mediante la adición nucleofílica del ión
enolato (nucleófilo fuerte) a un grupo carbonilo. La
protonación da lugar al aldol.
Mecanismo de condensación aldólica catalizada por
una base
La desprotonación del acetaldehído da lugar a un ión enolato, que actúa como un
nucleófilo fuerte. El ataque a otro grupo carbonilo de otra molécula de
acetaldehído da lugar a la adición al doble enlace del grupo carbonilo, formando
el aldol.
Condensación aldólica de la acetona
La condensación aldólica de la acetona sólo da lugar a un 1% de producto en el
equilibrio mediante el reflujo de acetona sobre un catalizador básico como el
Ba(OH)2. No se produce el reflujo del «alcohol de diacetona», dando su alto punto
de ebullición, por lo que su concentración en el equilibrio va aumentando
gradualmente hasta que toda la acetona se transforma en el «alcohol de
diacetona».
Condensación aldólica cruzada
Cuando el enolato de un aldehído (o cetona) se adiciona a
grupo carbonilo de otro, al proceso se le conoce como
condensación aldólica cruzada.
Se puede obtener una mezcla de productos si se puede formar más de un
enolato
Condensaciones aldólicas cruzadas
satisfactorias.
La condensación aldólica cruzada se puede producir si se planifica de forma que
sólo uno de los reactivos pueda formar el ión enolato y que el otro compuesto tenga
más probabilidad de reaccionar con el enolato.
Para llevar a cabo estas reacciones lentamente se añade el compuesto con protones
a una solución básica del compuesto sin protones en .
Propuesta de mecanismos de reacción
El átomo de carbono que sirve de puente entre los dos anillos
de los productos se ha de derivar del grupo carbonilo del
benzaldehído. Dos protones en  de la metilciclohexanona y el
oxígeno del grupo carbonilo se pierden en forma de agua.
Ciclación aldólica.
Las reacciones aldólicas intramoleculares de las dicetonas suelen ser útiles para
sintetizar anillos de cinco o seis miembros.
Los anillos de más de seis miembros o menos de cinco son menos frecuentes debido
a la tensión del anillo o la entropía.
Retrosíntesis de la condensación aldólica
Los productos de la reacción
aldólica pueden ser aldoles, es
decir, aldehídos y centonas hidroxilados o bien productos de
condensación como los
aldehídos y las cetonas ,insaturadas.
Una ruptura imaginaria del
enlace C-C ,da lugar a los
productos de partida de la
condensación aldólica.
Condensación de Claisen.
La condensación de Claisen se produce cuando una molécula
de éster experimenta una sustitución nucleofílica en el grupo
acilo por un enolato.
El producto de la reacción es un -ceto éster.
Condensación de Dieckmann.
Una condensación de Claisen interna de un diéster da lugar a la formación de un
anillo. Dicha reacción se denomina condensación de Dieckmann o ciclación de
Dieckmann.
Se permite la formación de anillos de 5 ó 6 miembros
Condensación de Claisen cruzada.
En una condensación de Claisen cruzada, un éster sin
hidrógenos en sirve como componente electrofílico
El acetato de etilo reacciona con la base para formar
un enolato, que condensa con benzoato de etilo.
Condensación de Claisen cruzada con cetonas y
ésteres
También son posibles las condensaciones de Claisen cruzadas entre
cetonas y ésteres. Las cetonas son más ácidas que los ésteres, por lo que es
más probable que se desprotonen y sirvan como enolato en la
condensación.
El éster actúa como un agente acilador en la reacción produciendo un dicetona.
La síntesis malónica
En la síntesis malónica se obtienen derivados sustituidos del
ácido acético. El éster malónico se alquila o acila en el carbono
que está en posición respecto a los dos grupos carbonilo, y el
derivado resultante se hidroliza y sufre una descarboxilación
ulterior.
Los productos de la reacción son un derivado de ácido acético
sustituido y CO2.
Descarboxilación del ácido alquilmalónico
La descarboxilación se produce a través de un estado de
transición cíclico, dando inicialmente un enol que
rápidamente se tautomeriza para dar lugar al producto.
Cualquier ácido carboxílico con un grupo carbonilo en
posición tiene tendencia a descarboxilarse
Síntesis acetilacética.
La síntesis acetilacética es similar a la síntesis malónica, pero
los productos que se obtienen son cetonas: concretamente,
derivados de la acetona.
La sustitución en va seguida de la hidrólisis y la
descarboxilación mediante el calentamiento en un medio ácido.
Adiciones conjugadas: la reacción de Michael.
Los compuestos carbonílicos -insaturados no suele tener
dobles enlaces electrofílicos. El carbono es electrofílico ya
que comparte la carga parcialmente positiva del carbono del
grupo carbonilo mediante resonancia
La adición se puede producir en cualquiera de los carbonos
electrofílicos, dependiendo del nucleófilo utilizado
Adiciones 1,2 y 1,4.
Cuando el ataque se produce en el grupo carbonilo, la protonación del oxígeno da
lugar al producto de adición 1,2. Cuando el ataque se produce en la posición , el
átomo de oxígeno es el cuarto si se comienza a contar a partir del nucleófilo, y a la
adición se la denomina adición 1,4. La adición 1,4 también se denomina adición
conjugada
Adición 1,4 de un enolato a MVC.
El paso determinante es el ataque del enolato al carbono. El enolato resultante es
fuertemente básico y se desprotona rápidamente
Si se utiliza el enolato del éster malónico, el producto de adición se puede
descarboxilar para producir un -ceto ácido.
La anillación de Robinson.
Si la adición conjugada se produce en condiciones fuertemente
básicas o ácidas, la -dicetona experimenta una condensación
aldólica intramolecular espontánea, generalmente con
deshidratación, formando un anillo de seis miembros
adicional: una ciclohexanona conjugada.
Paso 1: adición de Michael
El mecanismo comienza con la adición del enolato de
la ciclohexanona a la MVC, formando una -dicetona
Pasos 2 y 3: aldol cíclico y deshidratación
Para formar un anillo de seis miembros, el enolato de la metil cetona ataca al grupo
carbonilo de la ciclohexanona. El aldol se deshidrata y se obtiene una ciclohexenona.
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