Herramientas de la Química Orgánica

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Hidrogenación catalítica: reactivos y condiciones 1. Catalizadores: Catalizadores metales nobles (Pt) ó seminobles (Pd), Ni-raney, en matriz o soporte inerte (C, sulfatos, carbonatos) que adsorbe el H2 gas 2. Disolventes: Disolventes

Reacciones de reducción

De menor a mayor polaridad 3. Condiciones: Condiciones De menor a mayor temperatura De menor a mayor presión de H2 Co-catálisis ácida María Font. Dpto. Química Orgánica y Farmacéutica. Sección de Modelización Molecular. Universidad de Navarra

1

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2

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Hidrogenación catalítica en enlaces múltiples • adición de hidrógeno a doble(s) y triples enlace(s) • adición por la misma cara

Hidrogenación catalítica de alquenos

adición syn

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3

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Hidrogenación catalítica de alquinos

• adición de hidrógeno a triple(s) enlace(s)

adición syn

• adición por la misma cara

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Hidrogenación catalítica de alquinos

• adición de hidrógeno a triple(s) enlace(s) • adición por la misma cara

4

adición syn

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6

1

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Hidrogenación catalítica de alquinos

Hidrogenación catalítica de alquinos • adición de hidrógeno a triple(s) enlace(s)

• adición de hidrógeno a triple(s) enlace(s)

• adición por la misma cara

• adición por la misma cara

adición syn

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Hidrogenación catalítica de alquinos

En función del triple enlace se seleccionará:

Necesidad de control para evitar reducción hasta alcano

2. Disolventes: Disolventes • De menor a mayor polaridad 3. Condiciones: Condiciones • De menor a mayor temperatura • De menor a mayor presion de H2 • Co-catálisis ácida

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Reducción por metales: los alquinos

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10

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Reducción por metales: los alquinos

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1. Catalizadores: Catalizadores • Catalizador común de Pt ó bien Ni-raney para la reducción total hasta alcanos • Catalizador de Lindlar (Pt modificado) para reducción hasta alquenos

adición syn

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8

Hidrogenación catalítica de alquinos

• adición de hidrógeno a triple(s) enlace(s) • adición por la misma cara

adición syn

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12

2

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Reducción por metales: los alquinos

Reducción por metales: los alquinos

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13

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14

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Reducción por metales: los alquinos

Reducción por metales: los alquinos

no en alquinos terminales http://www.cem.msu.edu (William Reusch. ©1999)

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15

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Inciso: los alquinos terminales, formación de acetiluros, 1.

Inciso: los alquinos terminales, formación de acetiluros, 1.

• un hidrógeno adyacente a un triple enlace es parcialmente ácido (extraible con una base muy fuerte tipo NaNH2) • obtención de acetiluros (nucleófilos fuertes)

• un hidrógeno adyacente a un triple enlace es parcialmente ácido (extraible con una base muy fuerte tipo NaNH2) • obtención de acetiluros (nucleófilos fuertes)

R

C

C

H

Na

R

Na

Na+ + 1e-

H2

2H+ + 2e-

C

-

+

C Na

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R

C

C

H

Na 2H+ + 2e-

17

16

Na

R

C

-

+

C Na

Na+ + 1eH2

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18

3

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Inciso: los alquinos terminales, formación de acetiluros, 2.

R

C

C

H

NaNH2

R

C

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Inciso: los alquinos terminales, formación de acetiluros, 3.

C

C-Na+ + NH3

C

H

C

C

C

H

H pKa = 26

carácter ácido

C

pKa= 45

pKa= 62

acetiluro > carácter ácido

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19

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Inciso: los alquinos terminales, formación de acetiluros, 4.

C

-

C

¨

sp = 50%,

C

-

C

C

¨

sp2 = 33%

C

-

20

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Inciso: los alquinos terminales, formación de acetiluros, 5. C

¨

C

-

C

C

¨

sp2 = 33%

C

-

¨

sp3 = 25%

aumenta carácter s

El incremento del carácter s implica que en el alquino el orbital sp está más cerca del núcleo. Hay una mayor estabilización por efecto electrostático del par de electrones: la base conjugada se forma con mayor facilidad

aumenta la acidez 21

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Reducción por metales : el benceno • con metales

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22

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Reducción por metales : el benceno • con metales

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¨

sp = 50%,

sp3 = 25%

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-

C

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4

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Reducción por metales : el benceno • con metales

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Reducción por metales : el benceno • con metales

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Reducción por metales : el naftaleno

Reducción por metales : el benceno • con metales

Na NH3 (l)/ alcohol 1,4-dihidronaftaleno

H2/Ni ó H2/Pd-C presión y Q medio tetralina

H2/Rh-C ó H2/Pt-C presión y Q decalina

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Reducción con metales: los carbonilos (I)

HO R1 C R2

O

R1

C

C

R2

Na dador protón

R1

R2

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Reducción con metales: los carbonilos obtención de alcohol R1

R1

OH

C

diol pinacol

R2

¨: O

.C

e-

Na+

Na

R2

R1

-

¨: O

- C

¨

R2

(a)

R2

alcohol

Na+

CH R2 29

¨. O ¨

e

R1

R1

(b)

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¨

R1

R1 CH OH

¨. O H+

CH

R2

28

OH

alcohol

H+

CH R2

-

¨ : Na+ O ¨

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30

5

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Reducción con metales: los carbonilos (III) la reducción de Clemmensen

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Reducción con metales: los carbonilos (III) la reducción de Clemmensen

31

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Reducción con metales: los carbonilos (III) la reducción de Clemmensen

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32

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2. Reducción de carbonilos con metales (II): la reducción de Clemmensen

33

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34

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Reacciones de reducción: las aminas a) Reducción de derivados nitrados

2. Reducción de carbonilos con metales (II): la reducción de Clemmensen

NH 2

NO 2

*** =

***

+ 2 H2 O

H 2 / Ni ra n e y ó 1 . SnCl 2 , HCl 2 . Na O H, H 2 O

R

R

b) Reducción de amidas O R

C

R' N

H

Li Al H 4

R

R' '

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35

C

N

Li Al H 4 ( ó H 2 , Ni )

N

H

c) Reducción de nitrilos R

R'

C

H R

C H

N

R' '

H H

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36

6

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Inciso: “reducción de los alcoholes”, la deshidratación

Inciso: “reducción de los alcoholes”, la deshidratación

37

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Inciso: “reducción de los alcoholes”, la deshidratación

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Reducción con hidruros metálicos: de carbonilos (I) R1

R1

δ− δ− δ+

δ+

O + Z-M

C

O M

C

R2

R2

H2O

Z

R1

O

LiAlH4

≡

H-AlH3 Li

R2

≡

H

hidruros NaBH4 Reducción del enlace

≡

H-BH3 Na

≡

Z

-

39

R1 C

O + LiAlH4

R2

C R2

Li+

3

H2O

H

alcóxido de aluminio

R1

O C

R2

H

H

Li+

H

-

B

H

Na+

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Reducción con hidruros metálicos: de carbonilos (II)

Al

H

sólo activos en enlaces polarizados

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O-Al-H

H

H

C

H

R1

38

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40

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Reacciones con hidruros metálicos: los ésteres O

H

R

LiAlH4

C OR'

H

alcohol

éter

R

CH2OH + R’OH

mecanismo

• La reducción de aldehídos dará alcoholes primarios • La reducción de cetonas dará alcoholes secundarios más fácil +

más difícil por menor carácter electrófilico del C carbonílico de cetonas, secundáriamente por problemas estéricos

+ sales de aluminio modificado de http://www.cem.msu.edu/~reusch/OrgPage/VirtualText/

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41

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42

7

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(Brown, Nobel en 1979)

La hidroboració hidroboración: el mecanismo

La hidroboració hidroboración • Reacción de adición de diborano (B2H6) al doble o triple enlace • Reacción concertada: todas las rupturas y formaciones de enlace ocurren en un solo paso • Obtención de alquilboranos y alquenilboranos

Estado de transición

H H

H

B

B

éter

δ− H

δ+ B

Nu

E

intermedio de 4 centros, formado en un único paso

H

H H intermedio de 3 centros

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43

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La hidroboració hidroboración : hidrólisis de los intermedios alquilboranos

La hidroboració hidroboración : hidrólisis de los intermedios alquilboranos

1. En medio ácido:

1. En medio bá básico: Se emplea peróxido de hidrógeno en medio básico de hidróxido

Obtención de los hidrocarburos saturados correspondientes

(CH3CH2CH2)3B

H+

tri-n-propilborano

propano

CH3CH=CH2

tri-n-propilborano María Font. Dpto. Química Orgánica y Farmacéutica. Sección de Modelización Molecular. Universidad de Navarra

3 H2O2

(CH3CH2CH2)3B

3 CH3CH2CH3

45

3 NaOH

BH3

tri-n-propenilborano

3 H2O2

+ 3 H2O

CH3CH2CH2OH

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46

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2. En medio básico: Se emplea peróxido de hidrógeno en medio básico de hidróxido

Obtención de los alquenos correspondientes H+

n-propanol

La hidroboración: hidrólisis de los intermedios alquenilboranos

1. En medio ácido::

(CH3CH=CH)3B

+ Na3BO3 3 CH3CH2CH2OH

3 NaOH

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La hidroboración: hidrólisis de los intermedios alquenilboranos

44

(CH3CH=CH)3B

3 CH3CH=CH2

3 H2O2

CH3CH=CHOH

CH3CH2COH

3 NaOH

propeno CH3C≡CH

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47

BH3

3 H2O2 3 NaOH

CH3CH2COH

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48

8

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Inciso: la hidratación de alquenos

Inciso: la hidratación de triple enlace

hidratación de doble enlace “Markovnikov”

hidratació hidratación de triple enlace “Markovnikov” Markovnikov

OH

H2O/H+ R

C H

R

C H

CH3

CH2

R

(a) BH3 (b)

H2O2/OH-

R

C H2

C H2

C

CH

(b) H2O2/OH-

hidratación de doble enlace “anti-Markovnikov”

Inciso: la hidratación de triple enlace hidratació hidratación de triple enlace “Markovnikov” Markovnikov

R

C

CH2

(b) H2O2/OH-

C H

OH

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O

NH2NH2.H2O

R2

C H

C H

Reducción con hidrazina: la reducción de WolffKishner

R1

(a) BH3 R

R

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C

CH

CH2

1º. Formación de una hidrazona (reacción del carbonilo con hidrato de hidrazina en exceso) 2º. Tratamiento de la hidrazona en medio básico, con calor y en presencia de un alcohol (dador de protones y solvente)

OH C

C

hidratació hidratación de triple enlace “antianti-Markovnikov” Markovnikov 49

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R

R

(a) BH3

OH

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H2O/H+

OH

H2O/H+

C H

OH

R1

R1 C R2

R1 CH2 R2

ROH

CH

N-NH2

R2

N=N-H

OHQ

R1

N2

CHR2

hidratació hidratación de triple enlace “antianti-Markovnikov” Markovnikov María Font. Dpto. Química Orgánica y Farmacéutica. Sección de Modelización Molecular. Universidad de Navarra

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Otras reacciones: la amonolisis

Se produce un ataque sobre el carbono electrofílico del éster por parte del par de e- del nitrógeno del amoníaco, que actúa como nucleófilo

O R

C OR'

O

NH3

R

-

C + NH3

O OR'

R HOR’

C NH2

obtención de amidas María Font. Dpto. Química Orgánica y Farmacéutica. Sección de Modelización Molecular. Universidad de Navarra

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