Estructura y síntesis de
alcoholes
DR. CARLOS ANTONIO RIUS ALONSO
DEPTO. DE QUIMICA ORGANICA
FACULTAD DE QUIMICA
UNAM
SEPTIEMBRE 2007
Estructura del agua y del alcohol metílico.
La estructura del metanol se parece a la estructura del agua,
reemplazando uno de los átomos de hidrógeno del agua por
un grupo alquilo.
El ángulo H-O-H en el agua es de 104,5º. El ángulo C-O-H en
alcohol metílico es de 108,9º.
Tipos de alcoholes.
 Los alcoholes se clasifican de acuerdo con el tipo de
átomo de carbono (primario, secundario o terciario) al
que va enlazado el grupo hidroxilo. Los fenoles tienen un
grupo hidroxilo enlazado a un átomo de carbono de un
anillo bencénico.
 Los alcoholes se clasifican de acuerdo con el tipo de
átomo de carbono al que está unido el grupo hidroxilo.
Los alcoholes en los que el grupo hidroxilo está unido a
un carbono primario se consideran alcoholes primarios.
Un alcohol secundario tiene el grupo hidroxilo unido al
carbono secundario y un alcohol terciario está unido a un
carbono terciario. Un grupo hidroxilo unido a un grupo
metilo se denomina alcohol metílico
Tipos de alcoholes.
Síntesis de 1,2-diol.
El término glicol generalmente significa 1,2-diol o diol vecinal,
con sus dos grupos hidroxilo en átomos de carbono
adyacentes.
Un alqueno se puede oxidar a diol vecinal utilizando
perácidos, tetraóxido de osmio o permanganato de potasio.
Los dioles vecinales se conocen comúnmente como glicoles
Puntos de ebullición de los alcoholes.
Esta gran diferencia en los puntos de ebullición sugiere que las moléculas
de etanol se atraen entre sí con mucha más fuerza que las moléculas de
propano. De esto son responsables dos fuerzas intermoleculares: el enlace
de hidrógeno y las atracciones dipolo-dipolo
Los alcoholes tienen puntos de ebullición más elevados que los éteres y
alcanos porque los alcoholes tienen interacciones dipolo-dipolo y pueden
formar enlaces de hidrógeno. La interacción más fuerte entre las
moléculas de alcohol requerirá más energía para romperlas teniendo como
resultado un punto de ebullición más elevado.
Enlace de hidrógeno en los alcoholes.
Se puede observar los efectos del enlace de hidrógeno y de las atracciones dipolodipolo comparando el etanol con el dimetil éter. Igual que el etanol, el dimetil éter
tiene un momento dipolar grande (1.30 D), pero el dimetil éter no puede tener
enlaces de hidrógeno porque no tiene hidrógenos enlazados al oxígeno (-O-H).
El protón hidroxilo del alcohol tiene una carga positiva parcial. El hidrógeno
pueden interactuar con los pares solitarios del oxígeno de una molécula de alcohol
diferente. Esta interacción entre el hidrógeno y el oxígeno se denomina enlace de
hidrógeno. Por el contrario, los éteres no pueden formar enlaces de hidrógeno
porque los hidrógenos sobre los carbonos no son positivos parcialmente.
Las regiones hidrofóbicas e hidrofílicas de los
alcoholes
El agua y los alcoholes tienen propiedades similares porque contienen grupos
hidroxilo que pueden formar enlaces de hidrógeno. Los alcoholes forman enlaces de
hidrógeno con el agua y varios de los alcoholes de masa molecular más baja son
miscibles (solubles en cualquier proporción) con el agua
La cadena alquilo de un alcohol se considera la región hidrofóbica (no tiene afinidad
por el agua) porque no existe una interacción entre los carbonos de la cadena y las
moléculas de agua. El extremo hidroxilo del alcohol pueden interactuar bien con agua
(enlace de hidrógeno), por lo que este extremo se considera hidrofílico (tiene afinidad
por el agua).
Acidez de los alcoholes.
Al igual que el protón hidroxilo del agua, el protón hidroxilo de un alcohol es
débilmente ácido. Una base fuerte puede extraer este protón hidroxilo para dar
lugar a un ión alcóxido
El protón hidroxilo de un alcohol puede ser abstraído por una base para formar el
ión alcóxido. Aunque algunos de los alcoholes son aproximadamente tan ácidos
como el agua, la adición de los grupos de retirada de electrones aumentará la
acidez. Los fenoles son mucho más ácidos que los alcoholes de cadena abierta
porque el anillo aromático puede deslocalizar de manera efectiva la carga negativa
dentro del anillo aromático.
Formación de alcóxidos de sodio y de potasio.
Cuando se necesita un ión alcóxido en una síntesis, normalmente se suele obtener
mediante la reacción de sodio o de potasio metálico con alcohol. Ésta es una
reacción de oxidación-reducción, de forma que el metal es oxidado y el ión
hidrógeno (protón) reducido para dar lugar a hidrógeno gaseoso, que burbujea en la
solución, generándose el alcóxido de sodio o de potasio.
Los alcoholes reaccionan con sodio y potasio metálico para formar alcóxidos. Por
ejemplo, el etanol reacciona con sodio para formar etóxido de sodio, una base
fuerte utilizada frecuentemente para las reacciones de eliminación. Los alcoholes
más impedidos como 2-propanol o terc-butanol reaccionan más rápidamente con
potasio que con sodio. La reacción produce hidrógeno gaseoso.
Acidez de los fenoles
Se podría esperar que el fenol tuviese la misma acidez que el ciclohexanol, ya que
sus estructuras son similares. Esta predicción es errónea: el fenol es casi 108 veces
más ácido que el ciclohexanol.
El alcohol aromático fenol es más ácido que los alcoholes alifáticos debido a la
capacidad que tienen los anillos aromáticos de deslocalizar la carga negativa del
oxígeno dentro de los carbonos del anillo.
Deslocalización de la carga en el ión fenóxido.
El ión fenóxido es más estable que un ión alcóxido típico debido a que la carga
negativa no sólo está localizada sobre el átomo de oxígeno sino que está
deslocalizada entre el oxígeno y tres átomos de carbono del anillo bencénico.
La carga negativa del oxígeno puede estar deslocalizada en más de cuatro átomos
del ión fenóxido. Existen otras tres estructuras de resonancia que pueden localizar
la carga en tres carbonos diferentes del anillo. La estructura verdadera es un
híbrido entre las cuatro formas de resonancia.
Reactivos organometálicos utilizados para la síntesis
de alcoholes.
Los alquinos terminales pueden ser desprotonados por las bases fuertes como el
amiduro de sodio para formar iones acetiluro. El ión acetiluro es un nucleófilo
fuerte que puede reaccionar con haluros de alquilo y compuestos de carbonilo
formando un enlace C-C. La reacción del ión acetiluro con los aldehídos y las
cetonas produce alcoholes acetilénicos
Reactivos de Grignard.
Los compuesto organometálicos de litio y magnesio son los que se utilizan con más
frecuencia para la síntesis de alcoholes. Los haluros organomagnésicos, de fórmula
general R-Mg-X, se conocen como compuestos organomagnesianos o reactivos de
Grignard.
Los reactivos de Grignard se preparan mediante la reacción del haluro de alquilo
con magnesio metálico en una disolución con éter. No existen restricciones en
cuanto a los haluros de alquilo utilizados, pero los yoduros de alquilo son los más
reactivos seguidos de los bromuros y los cloruros. No es normal para un fluoruro
de alquilo formar reactivos de Grignard. El orden de reactividad para los haluros
de alquilo es R-I > R-Br > R-Cl >> R-F.
Adición de reactivos organometálicos a compuestos
carbonílicos.
El grupo carbonilo está polarizado, con una carga positiva parcial en el carbono y
una carga negativa parcial en el oxígeno. El carbono cargado positivamente es
electrofílico y, si es atacado por un nucleófilo, el átomo de oxígeno adquiere una
carga negativa formal
Los reactivos de Grignard y de litio tienen un carbono nucleofílico y como tal
puede atacar a un electrófilo en solución. El carbono de carbonilo tiene una carga
positiva parcial que es propensa a los ataques nucleofílicos. El ataque del carbono
organometálico sobre el carbonilo producirá un intermedio tetraédrico con un
átomo de oxígeno cargado negativamente, es decir, un alcóxido. La protonación
del intermedio con ácido diluido da lugar al alcohol.
Protonación del alcóxido intermedio.
El producto de un ataque nucleofílico es un ión alcóxido, una
base fuerte. La adición de agua o de un ácido diluido protona
al alcóxido dando lugar al alcohol.
El alcóxido intermedio puede ser protonado utilizando una
solución ácida diluida.
Mecanismo de las reacciones de Grignard.
Primera reacción: el reactivo de Grignard ataca al compuesto
carbonílico para formar un alcóxido.
El carbono nucleofílico de Grignard atacará al carbono
electrofílico del carbonilo produciendo un alcóxido de
magnesio. En un paso distinto, se añade agua o ácido diluido
para protonar el alcóxido y obtener alcohol.
Formación de alcoholes primarios utilizando los
reactivos de Grignard.
La adición de un reactivo de Grignard al formaldehído,
seguida de protonación, da lugar a un alcohol primario con un
átomo de carbono más que en el reactivo de Grignard.
Dependiendo del compuesto carbonílico utilizado se pueden
obtener alcoholes primarios, secundarios o terciarios. La
reacción de un reactivo de Grignard con un formaldehído
producirá un alcohol primario tras la protonación.
Formación de alcoholes secundarios utilizando
reactivos de Grignard
Los reactivos de Grignard se añaden a los aldehídos para formar, después
de la protonación, alcoholes secundarios.
La adición de un reactivo de Grignard a un aldehído, seguida de
protonación, producirá un alcohol secundario.
Formación de alcoholes terciarios utilizando
reactivos de Grignard.
Una cetona tiene dos grupos alquilo enlazados a su átomo de
carbono carbonílico. La adición de un reactivo de Grignard,
seguida de protonación, da lugar a un alcohol terciario, con
tres grupos alquilo enlazados al átomo de carbono carbinol.
Los alcoholes terciarios se pueden obtener fácilmente
mediante la adición de un reactivo de Grignard a una cetona,
seguida de protonación, con ácido diluido
Reacción de Grignard con derivados de ácidos
carboxílicos.
 Los cloruros de ácido y los ésteres son derivados de
ácidos carboxílicos. En estos derivados de ácidos, el
grupo -OH del ácido carboxílico es reemplazado por
otros grupos atrayentes de electrones. En los cloruros de
ácido, el grupo hidroxilo del ácido está sustituido por un
átomo de cloro. En los ésteres, el grupo hidroxílico está
sustituido por un grupo alcoxilo (-O-R).
 Los cloruros de acilo y los ésteres reaccionará con dos
equivalentes de Grignard para formar alcoholes
terciarios con dos grupos idénticos. El primer
equivalente se añadirá al carbonilo y producirá una
cetona, la cual reaccionará con un segundo equivalente
de Grignard para proporcionar el alcohol terciario
después de aumentar el ácido.
Reacción de Grignard con derivados de ácidos
carboxílicos.
Reacción de Grignard con derivados de ácidos
carboxílicos.
 La adición del primer equivalente del reactivo de
Grignard produce un intermedio inestable que expulsa a
un ión cloruro (en el cloruro de ácido) o a un ión alcóxido
(en el éster), dando lugar a una cetona. El ión alcóxido es
un buen grupo saliente en esta reacción porque al
eliminarse estabiliza al intermedio cargado
negativamente en un paso fuertemente exotérmico.
 Los cloruros de acilo y los ésteres reaccionará con dos
equivalentes de Grignard para formar alcoholes
terciarios con dos grupos idénticos. El primer
equivalente se añadirá al carbonilo y producirá una
cetona, la cual reaccionará con un segundo equivalente
de Grignard para proporcionar el alcohol terciario
después de aumentar el ácido
Reacción de Grignard con derivados de ácidos
carboxílicos
Mecanismo de adición de Grignard.
 A continuación se pondrá un ejemplo utilizando un éster. Cuando se
añade un exceso de bromuro de etilmagnesio a benzoato de metilo,
el primer equivalente se adiciona y el metóxido es eliminado, dando
lugar a propiofenona. La adición de un segundo equivalente,
seguida de protonación, da lugar a un alcohol terciario: 3-fenil-3pentanol.
 El primer paso de la reacción es el ataque del reactivo de
Grignard sobre el compuesto carbonílico para formar el intermedio
tetraédrico. Vuelve la carga negativa sobre el oxígeno para obtener
un enlace doble carbono-oxígeno obligando al ión metóxido a salir
de la molécula y formando una cetona. La cetona reacciona con un
segundo equivalente de Grignard para obtener un alcóxido. Puesto
que no hay buenos grupos salientes en la molécula, el alcóxido será
protonado para proporcionar el alcohol terciario. Observe que ya
que se añadieron dos equivalentes de Grignard, dos de los grupos
alquilo del alcohol serán exactamente iguales.
Mecanismo de adición de Grignard.
Adición de óxido de etileno.
Los reactivos de Grignard generalmente no reaccionan con los éteres, pero los epóxidos son
éteres muy reactivos debido a la tensión de anillo. El óxido de etileno reacciona con reactivos
de Grignard para dar lugar, después de la protonación, a alcoholes primarios con dos átomos
de carbono adicionales. Observe que el ataque nucleofílico del reactivo de Grignard sobre el
óxido de etileno abre el anillo y libera la tensión anular
Los reactivos de Grignard y de litio atacarán a los epóxidos (también denominados oxiranos) y
los abrirá para formar alcoholes. Esta reacción está favorecida porque la tensión anular
presente en el epóxido se libera mediante la apertura. La reacción se utiliza comúnmente para
ampliar la longitud de la cadena de carbono en dos carbonos.
Resumen de las reacciones de Grignard.
Los alcoholes primarios y secundarios se pueden sintetizar mediante la adición de
reactivos de Grignard al formaldehído y a los aldehídos, respectivamente. Una
segunda forma de obtener alcoholes primarios es la adición de un reactivo de
Grignard al óxido de etileno. Esta reacción añadirá átomos de carbono a la cadena.
Resumen de las reacciones de Grignard: alcoholes
terciarios.
Los alcoholes terciarios se pueden preparar mediante el ataque de los reactivos de
Grignard con las cetonas, los cloruros de acilo y los ésteres. Cuando se utilizan los
cloruros de acilo y los ésteres, el alcohol tendrá dos grupos alquilo idénticos
Reducción de un grupo carbonilo mediante un
hidruro.
Los compuestos carbonilos se pueden reducir a alcoholes
mediante la utilización de hidruros como el borohidruro de
sodio (NaBH4) y el hidruro de aluminio y litio (LiAlH4 o LAH).
El nucleófilo, un hidrógeno cargado negativamente (hidruro),
atacará al átomo de carbono del carbonilo de cetonas y
aldehídos para producir alcoholes primarios o secundarios
después de la protonación.
Facilidad de reducción de los compuestos carbonilos.
El borohidruro de sodio (NaBH4)
reduce los aldehídos a alcoholes
primarios y las cetonas a alcoholes
secundarios.
Aunque el borohidruro de sodio y el
hidruro de aluminio y litio reducen las
cetonas y los aldehídos a sus
correspondientes alcoholes, solamente
el hidruro de aluminio y litio es capaz
de reducir los ésteres y los ácidos
carboxílicos a alcoholes. Esto hace que
borohidruro de sodio sea un reactivo
selectivo para las reducciones cuando
hay más de un tipo de carbonilo
presente en la molécula.
Hidrogenación catalítica de cetonas y aldehídos.
La reducción de una cetona o un aldehído a alcohol implica la adición de
dos átomos de hidrógeno al enlace C=O. Esta adición se puede llevar a cabo
por hidrogenación catalítica, generalmente utilizando níquel Raney como
catalizador.
El grupo carbonilo de las cetonas y los aldehídos se puede reducir
mediante la hidrogenación catalítica utilizando níquel Raney como
catalizador. El níquel Raney es un hidrógeno rico en polvo de níquel que es
más reactivo que los catalizadores Pd o Pt. Esta reacción no se utiliza
frecuentemente porque también reduce los enlaces dobles y triples que
pueden encontrarse en la molécula. Los hidruros son más selectivos, por lo
que se utilizan más frecuentemente para las reducciones de carbonilo.
Sustitución nucleofílica con tioles.
Los tioles se pueden obtener por reacciones SN2 de hidrosulfuro
de sodio con haluros de alquilo no impedidos. El tiol que se
obtiene todavía es nucleofílico, por lo que se utiliza un gran
exceso de hidrosulfuro para evitar que el tiol, inicialmente
formado, experimente una segunda alquilación para dar lugar a
un sulfuro (R-S-R).
El hidrosulfuro de sodio puede atacar a los haluros de alquilo
no impedidos para obtener tioles.
Oxidación de los tioles
Al contrario que los alcoholes, los tioles se oxidan fácilmente para dar lugar a un
dímero conocido como disulfuro.
Los tioles se pueden oxidar para formar disulfuros. Este es un proceso reversible y el disulfuro
se puede reducir utilizando cinc en HCl. Esta reacción es común en la química de los
aminoácidos donde las uniones disulfuro forman parte de una estructura primaria de una
proteína
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