REACCIONES DE CONDENSACIÓN 2014-2015 QUIMICA ORGANICA III UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR 2014-2015 DEFINICION DE LAS REACCIONES DE CONDENSACIÓN REACCIONES DE CONDENSACIÓN ALDOLICAS REACCIONES DE CONDENSACIÓN DE CLAISEN REACCIONES DE CONDENSACIÓN DE MICHAEL Y ENAMIDAS DE STOCK APLICACIONES
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REACCIONES DE CONDENSACIÓN
2014-2015
QUIMICA ORGANICA III UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
2014-2015
DEFINICION DE LAS REACCIONES DE CONDENSACIÓN REACCIONES DE CONDENSACIÓN ALDOLICAS REACCIONES DE CONDENSACIÓN DE CLAISEN REACCIONES DE CONDENSACIÓN DE MICHAEL Y ENAMIDAS DE
STOCK APLICACIONES
DEFINICION
REACCIONES DE CONDENSACIONES
Las condensaciones, constituyen un gran grupo de reacciones que se inician con
los alcoholes, aldehídos, cetonas y derivados de ácidos carboxílicos. En este
documento nos basaremos principalmente a los compuestos carbonílicos.
REACCIONES DE CONDENSACION CARBONILICA:
Las reacciones de condensación carbonílica ocurren entre dos grupos carbonilo
participantes y comprenden una combinación por adicion nucleofilica y etapas de
sustitución en α. Uno de los participantes (el donador nucleofílico) se transforma
en su ion enolato y experimenta una reacción de sustitución en α cuando se añade
como nucleófilo al segundo participante (el receptor electrofílico). (Mc Murry,
2008)
Mecanismo general de una reacción de condensación carbonílica.
(Carey, Química Orgánica, 2004)
Todos los compuestos carbonílicos como aldehídos, cetonas, esteres, amidas,
anhídridos de ácidos y nitrilos se clasifican dentro de las reacciones de
condensación. En la naturaleza, estas reacciones de condensaciones carbonílicas
ocurren durante la biosíntesis de un sinnúmero de compuestos.
Entre las más importantes podemos encontrar:
Las condensaciones de aldehídos y cetonas REACCION ALDOLICA:
Una condensación aldólica es una reacción orgánica en la que un enol o un
ion enolato reacciona con un compuesto de carbonilo para formar un-
hidroxialdehido o-hidroxicetona, seguido de una deshidratación para dar
una enona conjugada. Las condensaciones aldólicas son importantes en la
síntesis orgánica, proporcionando una buena manera de formar enlaces
carbono-carbono.
Reacciones de condensación de CLAISEN.
La condensación de Claisen es una reacción de la química orgánica que
tiene lugar entre dos ésteres o un éster y una cetona en presencia de
una base fuerte, dando lugar a un β-cetoéster o a una β-dicetona. Es una
reacción donde se forma un enlace sencillo carbono-carbono (C-C). Lleva el
nombre de Rainer Ludwig Claisen, que publicó por primera vez su obra en
la reacción en 1887.
Condensación de DIECKMAN
Es una reacción intramolecular de la condensación de CLAISEN para
esteres, que da la formación de una cetona cíclica.
Reacción de MICHAEL
La reacción de Michael consiste en el ataque nucleófilo de un enolato de
aldehído o cetona al carbono β de un α,β-insaturado. El producto final de
esta reacción pertenece a la familia de los 1,5-dicarbonilos. (ORGANICA,
2014)
La propanona [1] reacciona con el α,β-insaturado [2] para formar el 1,5-
dicarbonilo [3]
Reacción de ENAMINAS DE STORK
Las enaminas se forman por reacción entre carbonilos y aminas
secundarias como muestra la siguiente reacción general.
CONDENSACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS “REACCIÓN ALDÓLICA
Empezaremos este párrafo definiendo una reacción de condensación.
REACCIÓN DE CONDENSACIÓN.- Es aquella en la que dos moléculas o una
sola molécula (reacción de condensación intramolecular) se combinan para dar un
producto acompañado de una molécula de agua.
Los aldehídos y cetonas pueden sufrir reacciones de condensación gracias a la
acidez de sus hidrógenos alfa.
ACIDEZ DE LOS HIDRÓGENOS ALFA EN UN COMPUESTO
CARBONÍLICO.
La acidez de los hidrógenos alfa se debe a dos factores:
1. INDUCTIVO.- retira electrones del grupo carbonilo y aumenta el carácter
positivo del hidrógeno alfa.
2. RESONACIA.- estabiliza la base conjugada. (Carey, 2006, p.766)
Fuente: Carey, 2006, p. 766
Los aldehídos y cetonas en presencia de bases fuertes como hidróxidos,
alcóxidos forman un aldol y enol respectivamente que se encuentran en
equilibrio con su reactivo de partida. El aldehído y el aldol tienen un equilibrio
desplazado hacia la derecha; la cetona y el enol tienen un equilibrio muy
desplazado hacia la izquierda.
El aldol (β-hidroxialdehido) y el enol (β- hidroxicetona) sufren una
deshidratación en medio básico para formar compuestos que son mucho más
estables un aldehído ά,β insaturado y una cetona ά,β insaturada
respectivamente.
CONDENSACIONES ALDÓLICAS SIMPLES Y POSTERIOR
DESHIDRATACIÓN
REACCIÓN GENERAL
Paso 1: La base, en este caso el ion hidróxido, convierte una parte del butanal en
su enolato, sustrayendo un protón del carbono alfa.
Paso 2: El enolato se adiciona de forma nucleofílica al grupo carbonilo.
Butanal 2-Etil-3-hidroxihexanal
Ión hidróxido Butanal Enolato del Butanal Agua
Enolato del Butanal Butanal Alcóxido la de adición nucleofílica
Paso 3: El ion alcóxido formado en el paso 2 toma un protón del agua y forma el
producto de la adición aldólica.
DESHIDRATACIÓN
REACCIÓN GENERAL
Paso 1: El ion hidróxido sustrae un protón del átomo de alfa -carbono del Beta-
hidroxialdehído, para formar el enolato correspondiente.
Alcóxido la de adición nucleofílica 2-Etil-3-hidroxihexanal
Paso 2: El ion hidróxido es expulsado del enolato con carga negativa, y se forma
un enlace doble entre los carbonos alfa y beta.
CONDENSACIÓN ALDÓLICA MIXTA.
Este tipo de condensación dan productos carbonilos α,β-insaturados los cuales
son compuestos orgánicos que tienen un doble enlace entre las posiciones a,b de
un aldehído o cetona.
La reacción entre dos carbonilos diferentes se llama aldólica cruzada o mixta. Esta
reacción sólo tiene utilidad sintética en dos casos:
a. Sólo uno de los carbonilos puede formar enolatos.
b. Uno de los carbonilos es mucho más reactivo que el otro.
En el resto de situaciones la aldólica mixta genera mezclas de cuatro productos.
Veamos como ejemplo la condensación del etanal y propanal.
Enolato Aldehído alfa,beta-insaturado
La condensación aldólica mixta del etanal con el benzaldehído genera un
producto, cuando se trabaja en exceso de benzaldehído, debido a que el
benzaldehído carece de hidrógenos en el carbono alfa y no puede formar
enolatos.
El mecanismo de esta reacción se mostrara a continuación:
Tabal 1: Mecanismo de reacción de una condensación mixta.
Paso 1: Enolización del etanal
Paso 2 : Ataque nucleófilo del enolato al benzaldehído.
Paso 3: Protonación
Paso 4: formación del doble enlace.
Ph
OH
OH
H
H
OH-
Ph
O
HH
H
+ OH-
Paso 1: La formación de enolatos sólo puede tener lugar con el etanal, puesto que
el benzaldehído carece de hidrógenos ácidos en el carbono alfa.
Paso 2: En esta etapa puede ocurrir el ataque del enolato de etanal sobre
sí mismo. Para evitarlo debe trabajarse en exceso de benzaldehído. Un
procedimiento experimental muy usado para evitar la condensación del etanal
consigo mismo es gotear lentamente el etanal sobre una disolución básica de
benzaldehído
Paso 3: En este paso hay una protonación para luego salir regenerando el medio
donde se dio la reacción.
Paso 4: en este paso se da algo particular ya que se nota que sale un grupo OH-
lo cual es un mal grupo saliente pero para este tipo de reacciones en particular si
es posible que salga este grupo para que así haya la formación del doble enlace
siendo así un carbonilos α,β-insaturados.
CONDENSACION ALDOLICA INTRAMOLECULAR
(CICLACION ALDOLICA)
REACCION GENERAL:
H
O OOH -
H
O Ceto-aldehído cetona α-β insaturada (Dialdehído) (Dicetona)
MECANISMO DE LA REACCION1:
1. La base (ion hidróxido) abstrae un hidrogeno en posición α del
cetoaldehído, generando un carbanión estabilizado por resonancia (ion
enolato):
O
H
O
HH O-
HC
-
O
H
O
HC
O
H
O-
H + OH2
1 (Solomons & Fryhle, 2011, págs. 888-889)
2. El ion enolato que contiene al carbanión reaccionará mediante una adición
nucleofílica vía condensación aldólica intramolecular, que después será el
producto mayoritario (proceso de ciclación):
C-
C
O
H
O
H
C
O-
H
O
H
Carbanión estabilizado por resonancia
3. El anión alcóxido formado remueve un protón del agua:
C
O-
H
O
H + OHHC
O
H
O
H
H
+ O-
H
Ion alcóxido β-hidroxicetona
4. La base (ion hidróxido) promueve la deshidratación de la β-hidroxicetona,
generando una nueva cetona α-β insaturada, así como también se expulsa
un ion hidróxido para regenerar el medio básico:
C
O
H
O
H
H
+ O-
H
H
O
+ OH2 + O-
H
β-hidroxicetona ion hidróxido cetona α-β insaturada
REACCIONES DE CONDENSACIÓN DE CLAISEN
Los ésteres son menos ácidos que los aldehídos y cetonas pero al igual que ellos
también pueden reaccionar entre sí, siempre y cuando posean Hα, pero al igual
que en las condensaciones aldólicas, estas reacciones también necesitan de una
base fuerte para llevar a cabo la reacción de condensación, y como producto se
tiene una sal de enolato la cual se neutraliza al agregar una ácidos acuoso
generando así un β-cetoéster o 3-oxoester (McMurry, 2008).
Las reacciones de condensación pueden ser simples, cruzadas o mixtas,
intramolecualres o ciclación Dieckman. También hay una cuarta clase que
empieza con la condensación de Claisen pero después de tener el producto β-
cetoéster este se hidroliza y se genera una β-hidroxiéster esta reacción se conoce
como Reacción de Reformatsky.
Los β-cetoéster por lo general son usados a nivel industrial como (Beta-cetoéster,
2004):
- Precursores de agentes de enmascaramiento organoléptico
- Precursores para agentes antimicrobianos
- Precursores de fragancias
- Precursores de sabores
Condensación de Claisen simple
En esta reacción el éster de partida reacciona con otra molécula igual al éster de
partida. Los dos primeros paso del mecanismo son análogos a la condensación
aldólica ya que el éster de partida al reaccionar con la base fuerte genera de esa
manera un anión enolato. Pero muchas bases que poseen la fuerza suficiente
para arrancar un Hα no son adecuadas, en la práctica, para producir los aniones
de los esteres porque también pueden atacar al carbonilo del éster y provocar la
destrucción de éste. En cambio el ion alcóxido correspondiente al grupo alcoxi del
éster es la base ideal para formar el anion (Allinger, 1984).
El anión enolato es a la vez una base y un nucleófilo. Como base puede atacar al
alcohol formado e invertir la reacción acido-base. Como nucleófilo sufre adición
nucleofílica al grupo carbonilo de una segunda molécula del mismo éster
generando un intermediario tetraédrico. El cual expulsa un grupo saliente un ion
alcóxi formando el β-cetoéster. Este compuesto posee H más ácidos que los éster
de partida ya que están muy activados por los dos grupos carbonilo y dado que se
encuentra en un medio básico se formaría un anión para contrarrestar eso se
neutraliza con un ácido para tener el β-cetoéster en un alto rendimiento y poder
aislarlo. La reacción por lo general funciona para todos los esteres que contienen
por lo menos dos hidrógenos en α ya que si posee solo uno no puede formar un
anión estable.
Mecanismo de la condensación simple (Carey, 2006):
1. Sustracción de protón, del carbono α del éster, para formar el enolato correspondiente.
CCO
O
R1
R
H
HR1 O-
R1 O H + CC-
O
O
R1
R
H CCO
O-
R1
R
H
2. Adición nucleofílica del enolato de éster al grupo carbonilo del éster neutro. El producto es la forma aniónica del intermediario tetraédrico.
CCO
O
R1
R
H
HCC
O
O-
R1
R
H +CC
O
R1
R
H
H C
R
H
CO
O
R1
O-
3. Disociación del intermediario tetraédrico.
CC
O
R1
R
H
H C
R
H
CO
O
R1
O-
CC
R
H
H C
R
H
CO
O
R1
O
+ R1 O-
4. Desprotonación del β-cetoéster producido.
CC
R
H
H C
R
H
CO
O
R1
O
+ R1 O-
CCR
H
H
C
R
CO
O
R1
O-
+ R1 O H
5. Acidulación de la mezcla de reacción. Se lleva a cabo en una operación de síntesis aparte, para obtener, para obtener el producto en su forma neutra, para su eventual aislamiento.
CCR
H
H
C
R
CO
O
R1
O-
+ O+H H
H
CCR
H
H O
CH
R
CO
O
R1
Condensación de Claisen cruzada
Las condensaciones de Claisen se producen entre esteres diferentes
particularmente cuando solo uno de estos esteres tiene los hidrógenos en α que
se necesitan para formar el enolato. En la condensación de Claisen cruzada un
ester sin hidrógenos en α sirve como componente electrofílico. (Wade, 2004)
Las condensaciones mixtas o cruzadas de Claisen son análogas a las
condensaciones cruzadas aldólicas e implican la formación de un enlace C-C α
de un ester y el carbono carbonílico del otro. (Carey, 2004)
Fuente: Carey, F. A. (2004). Química Orgánica. México DF: McGraw-Hill Interamericana
No es posible formar un anión enolato a partir de un éster fórmico. Por otro lado,
los esteres fórmicos son especialmente reactivos hacia los nucleófilos por
razones tanto electrónicas como estéricas. Un ejemplo de condensación de
Claisen cruzada es la reacción del anión enolato del acetato de metilo con el
formiato de metilo (Fox y Whitesell, 2000)
Fuente: Fox, Mary Ann y Whitesell, James. (2000). Química Orgánica Avanzada. México:
Alhambra Mexicana.
También se pueden llevar a cabo condensaciones cruzadas de Claisen con
esteres carbónicos, oxálicos y benzoicos, todos los cuales carecen de enlaces C-
H α al grupo carbonilo (Fox y Whitesell, 2000)
Fuente: Carey, F. A. (2004). Química Orgánica. México DF: McGraw-Hill Interamericana.
Los esteres alifáticos totalmente sustituidos en la posición α (como el Pivalato de
metilo) tampoco tienen átomos de hidrógeno α, pero son electrófilos relativamente
pobres porque existe un gran impedimento estérico para la formación del
intermediario tetraédrico necesario. Por tanto, rara vez son de utilidad en