derivados de acidos - campus virtual...
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DERIVADOS DE ACIDOS
Química Orgánica I
Dra. Ana M. Bruno
Año 2016
DERIVADOS DE ACIDOS CARBOXÍLICOS
Son aquellos compuestos que por hidrólisis generan un ácido carboxílico
R OR'
O
R OH
O
R NH2
O
R O
O
R
O
R N
O
R''
R'
R N
R X
O
H2O
H2O
H2O
H2OH2O
Halogenuros
de ácido
Nitrilos
Amidas
Anhídridos de ácido Esteres
AGENTES ACILANTES
Son compuestos capaces de reaccionar fácilmente con compuestos nucleofílicos
(H2O, ROH, ArOH, RSH, NH3, Aminas primarias, secundarias)
sustituyendo un H por un resto ACILO
Resto Acilo R OH
O
H-OH
Los agentes de acilación “clásicos” son los cloruros de ácido, los anhídridos
y los ésteres (según orden decreciente de reactividad)
Recordemos que la acilación de Friedel-Craft es un caso particular de acilación
R OR'
O
R OH
O
R NH2
O
R O
O
R
O
R N
O
R''
R'
R N
R X
O
H2O
H2O
H2O
H2OH2O
Halogenuros
de ácido
Nitrilos
Amidas
Anhídridos de ácido Esteres
Cómo se nombran los restos acilo?
Cambia terminación ICO (del ácido) por ILO
OH
O O
Ácido etanoico
ó ácido acético
Resto etanoílo
ó acetilo
COOH
Resto benzoílo
NO CONFUNDIR
CO
CON
CH2
(Resto bencilo)
Halogenuros de ácido: RCOX
Halogenuro + identificar el grupo acilo (deriva del nombre del ácido)+ ilo
O
Br
Cl
O
Anhídridos de ácido: RCO2COR’
Simétricos (R y R’ iguales; de ácidos dicarboxílicos)
cambiando la palabra ácido por anhídrido
O
O O
O
O O
Cloruro de acetilo
Cloruro de etanoílo Bromuro de benzoílo
Anhídrido acético Anhídrido benzoico
NOMENCLATURA DE LOS DERIVADOS DE ACIDO
Asimétrico: (mixtos)
O
O
O
Anhídrido butanodioco
Anhídrido succínico
O
O
O
Anhídrido ftálico
Anhídrido 1,2-benceno dicarboxílico
O
O O
Anhídrido acético propanoico
Anhídrido + el nombre original de cada ácido
H O
O O
Anhídrido acético fórmico
Amidas: RCONHR’R’’
Se elimina la palabra ácido, reemplazo ico por amida,
o terminación carboxílico por carboxamida
Cuando el N está sustituido: sustituyentes precedidos por la letra N-
Acetamida
ciclopentanocarboxamida
N-fenilacetamida
(acetanilida) N,N-dimetilbenzamida
NH2
O
NH2
O
HN
O O
N
Lactamas (amidas cíclicas)
a
NH
Ob
g
g-butirolactama
2-aza-ciclopentanona
2-pirrolidona
N
S
HCO2H
H
RCONH
O
H
b-lactama
Penicilina
Esteres: RCOOR’
Individualizo el ácido y grupo alquilo unido al oxigeno
ico ato
carboxílico carboxilato + de + grupo alquilo
O
O
Acetato de etilo
O O
ciclohexanocarboxilato de terbutilo
C
O
O
Benzoato de ter-butiloBenzoato de t-butilo
O O
ciclopentanocarboxilato de fenilo
En algunos casos conviene nombrar al resto acetoxi como sustituyente
O O
O
2-acetoxiciclohexanona
Lactonas (ésteres cíclicos)
OO
b
g
a
g-butirolactona
2-oxa-ciclopentanona
Derivado del furano
(dihidrofuranona)
OO
HO
5-hidroxi-4-metilfuran-2(5-H)-ona
Nitrilos: RCN
Se elimina la palabra ácido, reemplazo ico por nitrilo,
o terminación carboxílico por carbonitrilos
CH3CH2CH2CN
butanonitrilo
CN
benzonitrilo
CN
ciclohexanocarbonitrilo
NOMENCLATURA DE LOS DERIVADOS DE ACIDO
GRUPO FUNCIONAL ESTRUCTURA TERMINACION
Ácido Carboxílico Ácido - ico
Halogenuro de ácido Halogenuro de -ilo
Anhídrido de ácido
Anhidrido
Amida -amida
(carboxamida)
Esteres -ato de
(carboxilato)
Nitrilo -onitrilo
(carbonitrilo)
R OH
O
R X
O
R O
O
R
O
R NH2
O
R OR'
O
R C N
SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA EN EL ACILO
Todos estos agentes acilantes actúan por un mismo mecanismo
Los grupos carbonilos son electrófilos y potencialmente pueden ser atacados
por nucleófilos
ALDEHÍDO CETONA
+ NUCLEÓFILO INTERMEDIARIOTETRAHÉDRICO
ALCOHOL
R R' (H)
O
+ :Nu
sp2
R C
O-
R' (H)
Nu
H+
R C
OH
R' (H)
Nu
C = Nu
Adición
Adición
Eliminación
- L : -Cl ; -OCOR; -OR’; -NH2
Nucleófugo (grupo saliente)
Intermediario tetraédrico
Se generó un compuesto carbonílico
MECANISMO GENERAL DE LA SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA EN EL ACILO
grupo saliente NO ES un grupo saliente
derivado de
ácido aldehído cetona
Diferencia en el comportamiento
Adición + Eliminación = Sustitución
SN2 : ocurre en un paso, ataque lateral al grupo saliente
SN en el acilo comprende dos pasos y un intermediario tetraédrico
REACTIVIDAD RELATIVA DE LOS DERIVADOS DE ACIDOS CARBOXILICOS
1° Etapa: Adición (etapa limitante de la velocidad)
2° Etapa: Eliminación
Cualquier factor que facilite el ataque al grupo carbonilo por el nucleófilo
favorecerá la reacción:
• Factores Estéricos
• Factores Electrónicos
1° Etapa: Adición
Factores Estéricos
Los grupos carbonilos sin impedimento, accesibles, reaccionan con nucleófilo
más rápido que los grupos con obstáculos estéricos
RC
R
R
C
O
<R
C
R
H
C
O
<
HC
R
H
C
O
<
HC
H
H
C
O
REACTIVIDAD MENOS REACTIVO MÁS REACTIVO
A mayor impedimento estérico menor reactividad
Factores electrónicos
Los derivados de ácido fuertemente polarizados reaccionan con mayor facilidad
(Efecto Inductivo y Mesomérico estabilizando o desestabilizando el producto de
partida o el intermediario)
R Cl
O
R Cl+
O-
Nu-
-
O
NuCl
R
No contribuyente
En cloruros de acilo
Fuerte efecto inductivo, activa al grupo carbonilo, estabiliza al intermediario
R OR
O
R OR
O--
+R NR2
O
R NR2
O--
+
En ésteres y amidas:
Predomina el efecto mesomérico: producto de partida estabilizado
Compuestos aromáticos < Compuestos alifáticos
Sustrato estabilizado
O LL-O
+
L-O
+
L-O
+
Capacidad del grupo saliente
Carácter básico del nucleófugo:
Carácter de buen grupo saliente:
Cl- < RCOO- < RO- < - NH2
Cl- > RCOO- > RO- > - NH2
Y los ácidos son agentes acilantes ??
No, ya que el grupo –OH es muy básico y resulta un mal grupo saliente.
La reacción de un ácido con alcohol para producir un éster, tiene características
mecanísticas propias. (Esterificación de Fischer)
2° Etapa: Eliminación
R X
O
R OR'
O
R O
O
R
O
R NH2
O
> >>
REACTIVIDAD MÁS REACTIVO MENOS REACTIVO
Consecuencias:
• Es posible transformar un derivado de ácido más reactivo en otro menos reactivo
• Sólo los ésteres y las amidas se hallan en la naturaleza
R X
O
R OR'
OR O
O
R'
O
R NH2
O
haluros de ácido
anhidridos de ácido
éster
amida
Es posible transformar un derivado de ácido más reactivo en otro menos reactivo
Menos reactivo
Más reactivo
Clases de sustituciones nucleofílicas de acilo
1. Hidrólisis
2. Alcohólisis
3. Aminólisis
4. Reducción
5. Reacción de Grignard
R X
O
R OR'
O
R OH
O
R NH2
O
R H
O
R R'
O
Derivado de ácido
Alcohólisis
Aminólisis
Reducción
Reacción de GrignardHidrólisis
H2O
R'OH
NH3
[H-]
R'MgX
Sigue el proceso
Sigue el proceso
Acilación del agua
Acilación del alcohol
Acilación de amoníaco
ó aminas (alcohol)
CLORUROS DE ACIDO
R OH
O
R Cl
OCl2SO
+ HCl + SO2
Aislamiento y purificación por destilación al vacío, los de alto PM se descomponen al destilarlos.
Cl2SO puede reemplazarse por Cl5P, OPCl3.
Limitaciones:
• Presencia de otros grupos funcionales en la misma molécula que son incompatibles pues
también se cloran (-OH alcohólico).
• Incompatibilidad funcional: El cloruro de ácido se obtiene pero reacciona posteriormente
COOH
OHCl2SO
COCl
OH
0°C
calor
O
O
O
O
autoacilación
Síntesis:
Ácido salicílico
Cloruros de ácido
Deben ser protegidos de la humedad (reaccionan rápidamente con agua)
Solventes apróticos (benceno, cloroformo, dioxano)
La acilación de un alcohol es enérgica y se desprende HCl
La acilación de un fenol es débil, se facilita utilizando fenóxido (mejor Nu)
Si R’= H (hidrólisis)
Si R’= alquilo (alcohólisis)
Base: piridina, NaOH
Mecanismo
CH2OH
HO
+ CH3COCl
Piridina CH2OCOCH3
HO N
H
+
Cl-
ACOHÓLISIS SELECTIVA
Orden de reactividad de alcoholes: 1° > 2° > 3°
Con Fenoles:
La reacción es más lenta. Se acelera en medio alcalino.
OH O-
NaOHac
Na+
Cloruros de ácido
En la aminólisis:
Reactivo: NH3, NH2R, NHRR’
La liberación de HCl es un inconveniente. Se usa NaHCO3, K2CO3
(medio acuoso) o Et3N, Piridina (medio no acuoso)
H3CO
H3CO
H3CO
C
O
Cl +
O
HN
NaOHsn
H3CO
H3CO
H3CO
C
O
N O + NaCl
Trimetocina
(sedante)
COCl
+ R' NH2
NHR'OHCl
O Cl
RNH2
O NHR
N
N
H
Cl
Cloruros de ácido
Acilación de Friedel-Craft
+ RCOClCl3 Al O=C
R
SEAE+: RCO+
Ion acilio
Cloruros de ácido
Reducción con Hidruros Aldehído
no aislable
Alcohol
Con LiAlH[OC(CH3)3]3 Aldehído
Reacción con Grignard Cetona
No aislable Alcohol 3°
Reactivo de Gilman
Cetona
R Cl
O
+ H- CR
ClH
O-
Cl-
R H
O1- H4LiAl
2- H3O+
CR
HH
OH
Aldehído
no aislable
R Cl
O
+ R'2CuLi R R'
O
No reacciona con ácidos, ésteres
Anhidridos, amidas
ANHÍDRIDOS DE ÁCIDO
Síntesis Industrial:
O
O
OH
OH O
O
O
200°C
Síntesis Laboratorio:
R Cl
O
R' ONa
O
+ R O
O
R'
O
Carece de sentido práctico
Demuestra inequívocamente la estructura del anhídrido
Se emplea para obtener anhídridos mixtos del ácido carbónico
COOH
COOH
+ (CH3CO)2O230°C
OO
O
SN
ANHÍDRIDOS DE ÁCIDO
R OCOR'
O
R OR''
O
R OH
O
R NH2
O
R H
O
Alcohólisis
Aminólisis
Reducción
Hidrólisis
H2O
R''OH
NH3
[H-]
[H-]
Alcohol 1°2
COR
/ AlCl3
ANHÍDRIDOS DE ÁCIDO
Son agentes acilantes más débiles que los cloruros de acilo, de utilización muy práctica:
1. Un exceso de anhídrido constituye un excelente solvente polar de compuestos
poco solubles en solventes apróticos
2. Liberan un ácido carboxílico, que no bloquea totalmente la reactividad como Nu de
las aminas, ya que se establece un equilibrio:
R OH
O
+ R'-NH2 R O- H3N-R'
O
Hace innecesario utilizar fijadores de ácido
3. No es necesario operar dentro de una campana (No se libera HCl), no es tan
crítica la protección de la humedad.
4. La aminólisis es más fácil que la alcohólisis y puede lograrse acilación selectiva.
+O
O ONH2
HO
HN
HOO
+O-
ONaOH sn
Anhídrido acético
Acilación selectiva
+O
O OOH O
O+
OH
O
COOH COOH
H+
mayor carácter nucleofílico
Síntesis de Aspirina
ÉSTERES Son de gran importancia biológica ya que se encuentran en las grasas: glicéridos
Son responsables de aromas de flores y frutos
Son buenos solventes (Acetato de Etilo)
Son plastificantes, para conservar los polímeros y evitar que se vuelvan quebradizos
OCH2CH2CH(CH3)2
O O
OCH3
O
O
O
O
Butanoato de metilo (ananá)
Acetato de isoamilo (bananas, olor y sabor)
Isovalerianato de isoamilo (manzanas, olor y sabor)
Propionato de isobutilo (olor a ron)
Acetato de octilo (naranja, pulpa)
Antranilato de metilo (azahar)
Acetato de bencilo (durazno)
Acetato de n-propilo (peras)
Butirato de metilo (manzana)
Fenilacetato de etilo (miel)
Ftalato dibutílico
Esencias naturales
ÉSTERES
Síntesis:
• Conversión de RCOOH mediante reacción de esterificación
•Por reacción SN2 entre un carboxilato y halogenuro de alquilo
CH3CH2CH2COO-Na+ + CH3I
SN2CH3CH2CH2COOCH3 + NaI
97 %
R
O
OCH3
+ H2OR
O
OH
H+
+ CH3OH
R O
OO
Br
R O
O
O
Ester fenacílicoBromuro de fenacilo
(2-bromo-1-feniletanona)
ÉSTERES COMO AGENTES ACILANTES
Son los acilantes más débiles pero más selectivos: reaccionan lentamente con los
nucleófilos más fuertes, particularmente, NH3 , aminas alifáticas primarias
Se usan los ésteres etílicos o metílicos que son los más fáciles de obtener por
esterificación y son los más reactivos (grupo saliente: un alcohol no interfieren en la
reacción y son fáciles de eliminar). La destilación del alcohol puede servir para
acelerar y completar las reacciones de acilación de aminas poco reactivas.
Los ésteres reaccionan frente a un exceso de otro alcohol, por catálisis ácida,
intercambiando el resto acilo (proceso de alcohólisis). Reacción útil para la obtención
de ésteres de alcoholes de elevado n° de carbonos.
RCOOEt + R'-NH2 RCONHR' + EtOH
Analgésico de uso externo
HIDRÓLISIS
a- ácida (inversa de la esterificación)
b- alcalina (saponificación)
OH C
OH
R OR'
O-
R
O
O-R'OH
sal alcohol
R C
O
OR'
H+
Ácido
• La adición nucleofílica de un ion hidróxido al grupo éster da
el intermediario usual: alcóxido tetraédrico.
• La eliminación del ión alcóxido genera el ácido carboxílico.
• El ion alcóxido extrae el protón acídico del ácido
carboxílico y produce un ion carboxilato.
• La protonación del ion carboxilato por adición de un ácido
mineral acuoso en una etapa de separación produce el ácido
carboxílico libre.
¿Qué pasa si produce la hidrólisis alcalina de una lactona?
REDUCCIÓN DE ESTERES
Se obtienen alcoholes 1°.
RCOOR' + 2H2
CuO.CuCr2O4
250°C200-400 Atm
RCH2OH + R'OH
Cromito de cobre
a- Hidrogenación catalítica. Hidrogenólisis
(catalizador)
b- Reducción química
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOCH3
1- LiAlH4 /éter anhidro
2- H3O+
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CH2OH
(reducción selectiva)oleato de metilo
Método industrial
O
O
éster cíclico
1- LiAlH4 /éter anhidro
2- H3O+
HOCH2CH2CH2CH(OH)CH3
diol
Con condiciones suaves de reducción obtención de aldehídos
Hidruro de diisobutilaluminio (CH3CH(CH3)CH2)2AlH DIBAH
Reacción con organometálicos
Condensación de Claisen de esteres con Ha
Con reactivo de Grignard (utilizando dos equivalentes) se convierten en alcoholes 3°
ALCOHOL 3°
SN
AN
COOCH3
y
Br
(C6H5)3COH ?
AMIDAS Alto PE por formación de Puentes de hidrógeno
R C
O
N
H
H R
C
O
N
HH
Polaridad debido a la resonancia del grupo carboxamida que determina
rotación restringida parcialmente de la unión CO-N
R C
O
NH2
R C
O-
N
H
H
C
O
NH2
C
O N
CH3
CH3
C
O
N
H3C
CH3
H3C
H
H
Soluble en agua y solventes orgánicos
Alto poder solvente: se emplea formamida, DMF y DMA
AMIDAS
El grupo amida es planar
O
NR
R
..
1 par de electrones libres en un orbital p
ON
R
R
..
buen solapamiento con el grupo carbonilo
R NR
O
R
..R N
R
O-
R
+
deslocalización del par de electrones del N en el sistema
**Esta deslocalización resulta en una menor basicidad.
Por esta razón las amidas no se protonan en el nitrógeno
R NH
O
H
..
H-A
X R NH
O
H H
+
Las amidas no se protonan en el nitrógeno
Cuando se protona el N hay una carga positiva en ese átomo
El grupo carbonilo adyacente cuyo C es electrodeficiente,
hace que no sea energéticamente favorable.
R NH
O
H
..
H-A..
R NH
O
H
..
H+ A-
R NH
O
H
H A-
+
La protonación ocurre en el O
Estabilizandose por resonancia el catión generado
Estas flechas enfatizan la contribución del par de
electrones libres del N.
Si la amida se protonara en el N lo electrones no podrían
deslocalizarse sobre el O.
Los electrones puede deslocalizarse formando un catión más
estable cuando se protona el O
AMIDINAS
Son bases más fuertes que las amidas
R NH
N
H
..
H..
sp3
sp2
La protonación ocurre en el N sp2
R NH
NH2
H
+
+ catión amidinio
GUANIDINAS: Son bases muy fuertes, son tan básicas como el NaOH!!!
H2N NH
NH2
H
+
+ catión guanidinio+H2N N
H
N
H
..
H.. La protonación ocurre en el N sp2
..
Tautomería
R C
O
NH2
R C
OH
N H
Forma amida Forma imidica
Síntesis de Amidas
1- No se pueden obtener por SN del acilo de un ácido, ya que se obtiene la sal de amonio
R C
O
OH
H2NR'
R C
O
O- H3N+R'
2- Pirólisis de la sal de amonio
3- A través de anhídridos mixtos
SAL DE AMONIO
D R C
O
NH2
R C
O
O- NH4+
Migración de un H
como protón y
corrimiento de un
doble enlace
AMIDAS son mucho menos reactivas que los otros derivados de ácido
sirven como la unidad básica a partir de la cual se forman las proteínas
la condiciones de hidrólisis deben ser más severas que para los otros derivados
Ácidas: ácido + NH3 ( adición nucleofílica del agua
a la amida protonada con pérdida de NH3
Básicas: carboxilato + amina (adición nucleofilica del ión
hidróxido al grupo carbonilo con la eliminación del ión NH2
-
Reducción: se obtienen aminas Hidruro de Litio y Aluminio en éter/
luego agua
**Carácter básico disminuido con respecto a la aminas. Con ácidos fuertes se protona en el O.
Comportamiento como ácido: son ácidos débiles. Reaccionan con bases fuertes.
Basandose en esta propiedad puede alquilarse en el N
Las amidas no sust. por deshidratación originan nitrilos (método de obtención de nitrilo)
Degradación de Hoffman:Se obtienen aminas con un C menos por la acción de Br2 en NaOH
Anhídridos Mixtos derivados de ácido carbónico
• Forma práctica de obtener una amida cuando sólo se dispone del ácido
• Especialmente indicada para la obtención de amidas de biomoléculas
(péptidos, penicilinas semi-sintéticas) o fármacos cuya estructura molecular es
de alta complejidad
• La amina a acilar es inestable térmicamente
R-COOH + (C2H5)3NCl3CH
R-COO- +NH(C2H5)3
R-COO- +NH(C2H5)3 + Cl-COOEt0°C
R O O
O O
Anhídrido MixtoNo aislable
R O O
O O
+ R'NH2 R-CONHR' + CO2 + EtOH
N
HOOC
NH
N
NH
Et2NOC
Ácido lisérgico “LSD”
Alucinaciones, Convulsiones,Delirio, Epilepsia y Muerte
Dosis efectiva oral: 0,05 mg
Formación de amida a
través de anhídrido mixto
NITRILOS
SINTESIS
a) A partir de derivados halogenados y cianuros de metales alcalinos (SN2)
b) Deshidratación de amidas primarias no sustituidas (método general)
deshidratantes: Cl2SO, Cl3PO, P2O5, Ac2O
Propiedades:
La reactividad es parecida a los compuestos carbonílicos
El grupo nitrilo está polarizado y el carbono es netamente electrofílico
y susceptible de ser atacado por reactivos nucleofílicos dando reacciones
de adición.
R-X + NaCN R-CN
R NH2
O P2O5
H2O
R-CN
Puedo usar derivado halogenado arílico??
1- Hidrólisis Ácido
2- Reducción: Hidruro de Litio y Aluminio (amina primaria)
DIBAL (aldehído)
3- Reactivo de Grignard (cetona)
R C N + R'MgI R
R'
O
luego
hidrólisis
R C N + H4LiAl RCH2NH2
NITRILOS
IR
Esteres
Anhidridos
AMIDAS
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