lección 11: haluros de alquilo iii - personal.us.espersonal.us.es/fcabrera/documentos/figuras...

1. Reacciones de eliminación.

1.1. Mecanismos E2 y E1.

1.2. Regioselectividad y estereoquímica de las

reacciones de eliminación.

2. Competencia entre sustituciones y eliminaciones.

3. Compuestos organometálicos (RMgX y RLi).

3.1. Carbaniones.

3.2. Reacciones de preparación.

3.2. Reacciones de acoplamiento.

Lección 11: HALUROS DE

ALQUILO III

BASICIDAD Y NUCLEOFILIA. la basicidad y la nucleofilia son propiedades diferentes, aunque relacionadas. La basicidad viene determinada por la constante de equilibrio para abstraer un protón. La nucleofilia se define por la velocidad de ataque sobre un átomo de carbono electrofílo para dar sustituciones o adiciones. En ambos casos, el nucleófilo (o base) forma un nuevo enlace; si el nuevo enlace lo forma con un protón, ha reaccionado como una base, si el nuevo enlace lo forma con el carbono, ha reaccionado como un nucleófilo. La mayoría de los buenos nucleófilos (pero no todos) también son bases fuertes, y viceversa. Observando el producto formado podemos decidir si la base ha actuado como una base o como un nucleófilo. Si el nuevo enlace es con un protón, ha reaccionado como una base; si el nuevo enlace lo forma con el carbono, ha reaccionado como un nucleófilo.

Reacciones de eliminación

Cuando se parte de un haluro de alquilo, se pierde un H+ y un X- (una molécula

de HX) y se forma un alqueno. Dependiendo de los reactivos y de las

condiciones en las que se encuentren, una eliminación será un proceso de primer orden (E1) o de segundo orden (E2). Los ejemplos indicados a la derecha ilustran los tipos de

eliminación que se tratarán en esta lección.

Una eliminación implica la pérdida de dos átomos o grupos del sustrato, generalmente con la formación de un enlace ππππ.

αβ

Estas eliminaciones sólo son posibles si hay H en β

La eliminación es un proceso que compite

con la sustitución

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Eliminación bimolecular E2

La velocidad depende del haluro y de la base/nucleófilo: proceso bimolecular,. La reactividad del haluro de alquilo aumenta al disminuir la fuerza del enlace C-X y en este mismo sentido aumenta la velocidad de reacción: R-F < R-Cl < R-Br < R- I. El orden de reactividad observado para los RX es: 3º > 2º > 1º, debido a que el ET tiene un considerable carácter de alqueno, y un alqueno es tanto más estable cuanto más sustituido es (Lección 12).

Cuando un RX se trata con un nucleófilo que sea una base fuerte (HO-, RO-) se obtienen productos de eliminación E2 compitiendo con los posibles productos SN2

2

Eliminación E2. Mecanismo y estereoquímica

La reacción tiene lugar en un único paso. Existe único ET, en el ya que participan el haluro de alquilo y la base: la base abstrae el protón, el grupo saliente se va y los dos carbonos implicados se rehibridan desde la sp3 a la sp2. El grupo saliente y el hidrógeno sobre el carbono en posición contigua han de estar en disposición antiperiplanar. La reacción es estereoespecífica

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Los grupos que se pierden (Br e H en la deshidrohalogenación del ejemplo) deben estar en disposición antiperiplanar. Eliminación “anti”

Y, los estereoisómeros 2S,3R y/o 2R,3S (juntos -racemato- o cada uno por separado) del 2-bromo-3-metilpentano conducen, por eliminación E2, al estereoisómero Z del 3-metil-2-penteno.

Los estereoisómeros 2R,3R y/o 2S,3S (juntos -racemato- o cada uno por separado) del 2-bromo-3-metilpentano conducen, por eliminación E2, al estereoisómero E del 3-metil-2-penteno.

Eliminación E2: reacción estereoespecífica 4

El nucleófilo, actuando como base, puede extraer un protón del carbono adyacente al carbocatión, dando lugar a una olefina.

La velocidad depende solamente del haluro de alquilo, siendo de primer orden: reacción monomolecular La reactividad del haluro de alquilo aumenta al disminuir la fuerza del enlace C-X y en este mismo sentido aumenta la velocidad de reacción: R-F < R-Cl < R-Br < R- I. El orden de reactividad observado para los RX es: 3º > 2º > 1º, como consecuencia de la estabilidad relativa de los carbocationes formados en cada caso. Se observan transposiciones.

v = k [RX]

Eliminación monomolecular E1 5

Las bases débiles se pueden utilizar en las reacciones E1, puesto que no se encuentran implicadas en el paso limitante de la velocidad de la reacción.

En el segundo paso del mecanismo E1, el átomo de carbono adyacente debe rehibridarse a sp2

cuando la base ataca al protón y los electrones fluyen hacia el nuevo enlace π.

Eliminación E1. Mecanismo y descripción orbitálica 6

Regioselectividad de las reacciones de eliminación

En la mayor parte de las eliminaciones E1 y E2 donde son posibles 2 ó más productos de eliminación, predomina el alqueno más sustituído, que es más estable:

Regioselectividad u orientación tipo SAYTZEV (ésta es la llamada Regla de SAYTZEV).

En cambio, cuando la base utilizada es muy voluminosa, como el terc-butóxido de potasio o el LDA resulta el alqueno menos sustituido, producto HOFMANN

reacción regioselectiva es la que da preferentemente uno de entre dos

o más isómeros estructurales posibles

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Competencia entre sustituciones

y eliminaciones

TABLA 11

1

Competencia entre sustituciones

y eliminaciones

Hay tres factores que regulan la competencia

entre sustitución y eliminación :

1. BASICIDAD DEL NUCLEÓFILO

Bases débiles (Ej.:H2O, ROH, PR3, CN-, X-, RCOO-): SUSTITUCIÓN más probable

Bases fuertes (Ej.: HO-, RO-, H2N-): tendencia a la ELIMINACIÓN

2. IMPEDIMENTO ESTÉRICO EN TORNO AL C REACTIVO

Haluros de metilo y primarios: SUSTITUCIÓN más probable

Haluros primarios ramificados, secundarios y terciarios: tendencia a la ELIMINACIÓN

3. IMPEDIMENTO ESTÉRICO EN EL NUCLEÓFILO (Base fuerte)

Estéricamente no impedido (Ej.: HO-, RO-, H2N-): SUSTITUCIÓN es posible

Estéricamente impedido (Ej.: t-BuO-, i-Pr2N-): ELIMINACIÓN muy favorecida

2

Son especies en las que el carbono porta carga negativa, es decir tiene un par de electrones sin compartir. Para su formación, ver Lección 8. Los carbanionesalquílicos tienen estructura

tetraédrica.

Compuestos organometálicos: preparación y reacciones de acoplamiento

Un carbono unido a un metal, mucho menos electronegativo que él, se convierte en un centro rico en electrones y, por tanto, nucleófilo. El enlace C-M es muy polar.

1. Preparación:Compuestos organomagnésicos

(Reactivos de Grignard)Reactivos organolíticos

Se utilizan inmediatamente después de prepararse. Se destruyen muy rápidamente y de forma violenta con el oxígeno y la humedad del aire. Su preparación y reacciones han de hacerse en

atmósfera inerte (N2 ó Ar).

El grupo alquilo de un compuesto organometálico es muy básico (el alcano correspondiente es un ácido

extremadamente débil).

Reacción muy violenta

1

Compuestos organometálicos: preparación y reacciones de acoplamiento

2. Reacciones de Acoplamiento:

2

Reacción de Corey-House

Se utiliza para la síntesis de alcanos R-R’ . Se da entre un haluro de alquilo R’-X y un dialquil (ó diaril) cuprato de litio R2CuLi, que a su vez se obtiene cuando un haluro de cobre (I) reacciona con dos equivalentes de un alquillitio en dietil éter o tetrahidrofurano

Ejemplo: Ph2CuLi + CH3I → Ph-CH3 + LiI + PhCu

R2CuLi + R’-X → R-R’ + RCu + LiX

2RLi + CuX → R2CuLi + LiX

R-X + 2Li → RLi + LiX

Esta reacción sigue un mecanismo SN2. En consecuencia, R’-X

debe ser un haluro de metilo o un haluro primario.