tema 02 alcoholes y fenoles tdc

APUNTES QUÍMICA ORGÁNICA II

PROF. TOMÁS DELGADO CASTRO 1

ALCOHOLES Y FENOLES.

1.- ALCOHOLES.

1.1.- DEFINICIÓN.

Los alcoholes son compuestos de fórmula general ROH, donde R es cualquier grupo alquilo, incluso

sustituido. El grupo puede ser primario, secundario o terciario; puede ser de cadena abierta o cíclica;

puede contener un doble enlace; un átomo de halógeno, un anillo aromático o grupos hidroxilos

adicionales. (Figura 1)

ciclohexanol

C

CH3

OH

CH3CH3 CH2 CH CH2OH

OH

OHCH2 CH2

OHCl

CH2CH2

OHOH

CH

OH

2-metil-2-propanol alcohol t-butílico t-butanol

2-propen-1-olalcohol alílico

fenilmetanolalcohol bencílico

2-cloroetanoletilénclorhidrina

1,2,3-propanotriol glicerol

Figura 1: Ejemplo de alcoholes.

Todos los alcoholes contienen el grupo hidroxilo (-OH), el cual, al ser su grupo funcional determina las

propiedades características de esta familia. (Figura 2) Las variaciones en la estructura del grupo R

pueden afectar a la velocidad de ciertas reacciones del alcohol, e incluso afectar, en algunos casos, al

tipo de reacción.

Figura 2: Potencial electrostático del metanol. El área cargada negativamente, que se encuentra en el átomo de oxígeno, se muestra en rojo mientras que el área cargada positivamente se muestra en azul, en este caso, el átomo de hidrógeno del hidroxilo y el grupo metilo.



1.2.- CLASIFICACIÓN.

Los compuestos con un grupo hidroxilo directamente unido a un anillo aromático no son alcoholes, sino

fenoles, que difieren de los alcoholes en algunas de sus propiedades tanto físicas como químicas. Sin

embargo, comparten algunas reacciones químicas.

Clasificamos un átomo de carbono como primario, secundario o terciario según el número de otros

carbonos unidos a él. Un alcohol se clasifica de acuerdo con el tipo de carbono que sea portador del

grupo –OH en alcoholes primarios si está unido a un carbono primario; alcoholes secundarios si está

unido a un carbono secundario; y alcoholes terciarios si está unido a un carbono terciario, como se

muestra en la Figura 3.

CR OH

RH

RH

R

R

CR OH

H

CR OH

alcohol primario (1º)

alcohol secundario (2º)

alcohol terciario (3º)

= alquilo o arilo

Figura 3: Estructura general de alcoholes primarios, secundarios y terciarios.

La reacción de oxidación, que afecta directamente a los átomos de hidrogeno unidos al carbono portador

del grupo –OH, sigue un curso enteramente diferente para cada clase de alcohol. Sin embargo, los

alcoholes de distintas clases suelen diferir sólo en la velocidad o en el mecanismo de la reacción, pero

de una forma congruente con su estructura. Ciertos sustituyentes afectan a la reactividad de tal manera

que hacen aparecer a un alcohol de una clase como si fuera un miembro de otra. Por ejemplo, la

presencia de –Cl en el 1-cloro-2-propanol hace que este alcohol secundario actúa como un alcohol

primario. Este efecto del cloro se atribuye a su poderosa tendencia a atraer electrones lo que lo hace

más reactivo frente a la oxidación. Existen otras variaciones en las propiedades de los alcoholes que son

congruentes con las estructuras implicadas.

1.3.- NOMENCLATURA.

Los alcoholes se denominan utilizando dos sistemas principales. Para los alcoholes simples se emplea

nombres comunes. Un nombre común consiste sencillamente en el nombre del grupo alquilo con la

terminación ico y precedido por la palabra alcohol. (Figura 4)

CH3

CH3CHCH

3CH

3CHCH

2CH

3CH

2-C-CH

3

CH2

O2N CHCH

3OH

OH

OH

OH

OH

CH3

CH3

OH

alcohol metílico alcohol isopropílico alcohol isobutílico alcohol t-pentílico

alcohol p-nitrobencílico alcohol -feniletílico

Figura 4: Ejemplos de nombres comunes de alcoholes simples.

El sistema más versátil es, evidentemente, el IUPAC; cuyas reglas son:

a.- Como estructura de referencia, se elige la cadena carbonada continua más larga que contenga el

grupo –OH; se considera a continuación que el compuesto se deriva de esta estructura por reemplazo de

hidrógenos por diversos grupos sustituyentes. La estructura de referencia se nombra como etanol,



propanol, butanol, etc., dependiendo del número de átomos de carbono; cada nombre se deriva

agregando al nombre del alcano correspondiente la terminación ol final.

b.- Mediante un número se indica la posición del grupo –OH en la cadena de referencia, utilizando el

número más bajo posible para este propósito.

c.- Las posiciones de los demás grupos se indican por números en la cadena principal.

Algunos ejemplos se muestran en la Figura 5.

CH3CH

2CH

2CH

3CHCH

2Br CH

2CH

2

CH3

OHOH

OH

OH OH HO

1-propanol 2-feniletanol cis-1,2-ciclopentanodiol1-bromo-2-propanol 2-metilciclopentanol

Figura 5: Nombres IUPAC de algunos alcoholes.

Un alcohol con un doble enlace se denomina como un alqueno, utilizando números para indicar las

posiciones del doble enlace y del grupo hidroxilo (Figura 6)

OH

OH

OH

2-propen-1-ol R-3-buten-2-ol R-3-ciclohexenol

Figura 6: Nombres IUPAC de alcoholes insaturados.

Observe que –ol tiene prioridad sobre –eno; -ol aparece al final del nombre y tiene el número más

pequeño

1.4.- PROPIEDADES FÍSICAS.

Las propiedades físicas de un alcohol se comprenden mejor si se toma en cuenta que, estructuralmente,

un alcohol es un compuesto de un alcano y agua. Es decir, se puede considerar como la molécula de

agua en que un átomo de hidrógeno ha sido reemplazado por un grupo alquilo. Así, contiene un grupo

lipofílico, el grupo alquilo, y un grupo hidroxilo que es hidrofílico. De estas dos unidades estructurales,

el grupo –OH da a los alcoholes sus propiedades físicas características, y el alquilo es el que las

modifica, dependiendo de su tamaño y forma.

En el agua el ángulo del enlace H-O-H es de 104,5º y el ángulo que forman los dos pares de electrones

no compartidos es de 114º. Estos ángulos de enlace se pueden explicar admitiendo una hibridación sp3

en el átomo de oxígeno. Ahora bien, no hay ninguna razón para que un átomo (oxígeno, nitrógeno,

carbono, etc) forme un conjunto de orbitales híbridos equivalentes cuando no todos los orbitales se van a

utilizar del mismo modo. En el agua los orbitales híbridos sp3 que se van a emplear en los enlaces con

los átomos de hidrógeno tienen un menor carácter s, lo que explica la disminución del ángulo de enlace

tetraédrico desde 109.5º a 104.5º. Por otra parte, los dos orbitales híbridos sp3, que contienen a los dos

pares de electrones no enlazantes, tienen un mayor carácter s, lo que explica el aumento del ángulo de

enlace desde 109,5º a 114º. El aumento del ángulo de enlace entre los pares de electrones no

compartidos tiene un efecto estabilizante al disminuir la repulsión electrónica entre los mismos. En el

metanol el ángulo del enlace C-O-H es de 108,9º. Este ángulo es mayor que en el agua debido a la

presencia del grupo metilo, mucho más voluminoso que el átomo de hidrógeno, que contrarresta el

efecto de compresión del ángulo de enlace que provocan los dos pares de electrones no enlazantes. Las

longitudes de enlace O-H son aproximadamente las mismas en el agua que en los alcoholes, pero la



distancia de enlace C-O es bastante mayor (1,43 Å) debido al mayor radio covalente del carbono en

comparación con el del hidrógeno. (Figura 7)

H

O

H CH3

O

H

: :0,96 A

104,5°

114°

°

agua metanol

: :0,96 A

108,9°

110°

°1,43 A°

Figura 7: Estructura del agua y del metanol que muestran los ángulos de enlace y longitudes de enlace.

El grupo –OH es muy polar y, lo que es más importante, es capaz de establecer puentes de hidrógeno:

con sus moléculas compañeras, con otras moléculas neutras y polares como el agua y con aniones.

También solvata los cationes mediante los pares de electrones del oxígeno (Figura 8)

R

H

O

H

OH

R

R

O H R O

H

R

O

H

R

OO

R

H

H

R O

H

H

O

O

R

H

A- C+RO

R

H

R O

H

H

O

O

R

H

I II

III IV

Figura 8: Puentes de hidrógeno entre dos moléculas de alcohol (I), de alcohol y agua (II), de alcohol y un anión (III). Solvatación de un alcohol y un catión (IV).

En la Figura 9 se muestra los potenciales electrostáticos de moléculas de etanol mostrando la

interacción de puentes de hidrógeno entre los extremos negativos (el átomo de oxígeno, en rojo) de una

molécula de etanol y los extremos positivos (el átomo de hidrógeno del grupo hidroxilo, en azul) de otra

molécula de etanol. Este puente de hidrógeno es una de las interacciones más fuertes dentro de las

fuerzas atractivas dipolo-dipolo.



Figura 9: Potencial electrostático de moléculas de etanol mostrando el puente de hidrógeno.

Las propiedades físicas (Tabla 1) muestran algunos de los efectos de estos puentes de hidrógeno.

Nombre Fórmula P.f. (ºC) P.eb. (ºC) Solubilidad (g/100 mL)

metanol CH3OH -97 64.5 ∞

etanol CH3CH2OH -115 78.3 ∞

propanol CH3CH2CH2OH -126 97 ∞

butanol CH3CH2CH2CH2OH -90 118 7.9

pentanol CH3CH2CH2CH2CH2OH -78.5 138 2.3

hexanol CH3CH2CH2 CH2CH2CH2OH -52 156.5 0.6

heptanol CH3CH2CH2 CH2CH2CH2CH2OH -34 176 0.2

octanol CH3(CH2)6CH2OH -15 195 0.05

decanol CH3(CH2)8CH2OH 6 228

dodecanol CH3(CH2)10CH2OH 24

tetradecanol CH3(CH2)12CH2OH 38

isopropanol (CH3)2CHOH -86 82.5 ∞

isobutanol (CH3)2CHCH2OH -108 108 10.0

sec-butanol CH3CH2CH(CH3)OH -114 99.5 12.5

terc-butanol (CH3)3COH 25.5 83 ∞

isopentanol (CH3)2CHCH2CH2OH -117 132 2

ciclopentanol Ciclo-C5H9OH 140

ciclohexanol Ciclo-C6H11OH 24 161.5

etilenglicol CH2OHCH2OH -16 197 ∞

propilenglicol CH3CH2OHCH2OH 187 ∞

glicerol CH2OHCHOHCH2OH 18 290 ∞

pentaeritrol (CH2OH)4C 260 6

Tabla 1: Propiedades físicas de alcoholes.

Entre los hidrocarburos, los factores que determinan puntos de ebullición suelen ser principalmente el

peso molecular y la forma, lo que es de esperar de moléculas que se mantienen unidas esencialmente por

fuerzas de Van der Waals. Los alcoholes también muestran un aumento del punto de ebullición al



aumentar el número de átomos de carbono y una disminución del mismo con la ramificación. Al

aumentar la cadena aumentan las interacciones entre las cadenas hidrocarbonadas. Así, alcoholes de

cadenas con más 12 átomos de carbono son sólidos a temperatura ambiente. Al aumentar la ramificación

de las cadenas hidrocarbonadas, también disminuyen las interacciones entre éstas lo que provoca que el

punto de ebullición sea menor. Sin embargo, lo notable es el punto de ebullición tan elevado de los

alcoholes, que como se muestran en la Tabla 2 son mucho más altos que los de hidrocarburos del

mismo peso molecular e, incluso, más altos que los de muchos otros compuestos de polaridad

considerable. Esto se debe a que los alcoholes, como el agua, son líquidos asociados: sus puntos de

ebullición anormalmente elevados se deben a la mayor energía necesaria para romper los puentes de

hidrógeno que mantienen unidas las moléculas. A pesar de que los éteres y aldehídos contienen

oxígeno, sólo tienen hidrógeno enlazado con carbono, por lo que no son suficientemente positivos como

para enlazarse apreciablemente con el oxígeno.

Nombre Fórmula P.M. (g/mol) Momento dipolar (D) P.eb. (ºC)

pentano CH3(CH2)3CH2OH 72 0 36

dietiléter CH3CH2OCH2CH3 74 1.18 35

1-cloropropano CH3CH2CH2Cl 79 2.10 47

butiraldehido CH3CH2CH2CHO 72 2.72 76

butanol CH3CH2CH2CH2OH 74 1.63 118

Tabla 2: Comparación del punto de ebullición del butanol con compuestos de peso molecular y polaridad similares.

La espectroscopia infrarroja ha desempeñado un papel fundamental en el estudio de la asociación por

puentes de hidrógeno. En solución diluida en un disolvente no polar, como el tetracloruro de carbono

(o en fase gaseosa), en la que la asociación molecular es mínima, el etanol, por ejemplo, presenta una

banda de alargamiento O-H a 3640 cm –1

. A medida que aumenta la concentración de etanol, esta banda

es reemplazada gradualmente por otra más ancha a 3350 cm –1.

La unión del hidrógeno al segundo

oxígeno debilita el enlace O-H, por lo que disminuye la energía y, en consecuencia, la frecuencia de

vibración.

El comportamiento de los alcoholes como solutos también refleja la tendencia a formar puentes de

hidrógeno. En marcado contraste con los hidrocarburos, los alcoholes inferiores son miscibles con agua.

Puesto que las moléculas de los alcoholes se mantienen unidas por el mismo tipo de fuerzas

intermoleculares que las de agua, puede haber mezclas de las dos clases de moléculas. La energía

necesaria para romper un puente de hidrógeno entre dos moléculas de agua o dos de alcohol, es

proporcionada por la formación de un puente de hidrógeno entre una molécula de agua y otra de alcohol.

Los alcoholes ramificados de bajo peso molecular también son muy solubles. Esto se debe a que las

ramificaciones disminuyen las interacciones de las cadenas hidrocarbonadas lo que facilita que las

moléculas de solvente puedan meterse entre ellas aumentando la esfera de solvatación. Sin embargo,

esto es cierto sólo para los alcoholes inferiores, en los que el grupo hidrófilo-OH constituye una parte

considerable de la molécula (Figura 10)



C

H

H

H

CH3

O H

S

S

S

S

S

S

S

CH

H

O H

S

S

S

S

S

S

CH O H

S

S

S

S

S

SS

CH3

CH3

CH3

S

C O H

S

S

S

S

S

S

CH3

CH3S

I

II

Figura 10: I) Solvatación de alcoholes con agua. II) Potencial electrostático que muestra la solvatación del etanol por moléculas de agua mediante puentes de hidrógeno.

A medida que el grupo lipofílico aumenta de tamaño, disminuye la solubilidad en agua debido a que

aumentan las interacciones entre las cadenas hidrocarbonadas impidiendo que las moléculas de agua

pueda meterse entre ellas. Para fines prácticos, el límite entre solubilidad e insolubilidad en agua se

encuentra entre los cuatro y cinco átomos de carbono para alcoholes primarios normales (Figura 11)

CH3CH

2CH

2CH

2CH

2CH

2CH

2CH

2

CH3CH

2CH

2CH

2CH

2CH

2CH

2CH

2

CH3CH

2CH

2

H

H

C

H

H

H

O H

S

S

S

S

S

S

S

C

H

H

O H

S

S

S

S

S

S

S

S

S

metanolsolubilidad infinita

butanolsolubilidad 7.9 g/100mL

octanolsolubilidad 0.05 g/100mL

O

O

S S

Figura 11: Solubilidad en agua de alcoholes de tamaño de cadena creciente.

Los alcoholes polihidroxilados proporcionan más de un lugar por molécula para formar puentes de

hidrógeno, lo que se refleja en sus propiedades. El diol más sencillo, el 1,2-etanodiol (etilenglicol),

hierve a 197º C. Los glicoles inferiores son miscibles con agua, y los que tienen hasta siete átomos de



carbono presentan una solubilidad apreciable en ella. (El etilenglicol debe su uso como anticongelante a

su elevado punto de ebullición, su bajo punto de congelación y su alta solubilidad en agua.)

A su vez, los alcoholes son utilizados también como solventes. Por medio de sus grupos alquilo

lipofílicos, pueden disolver compuestos no iónicos, como sustratos orgánicos. A través de sus grupos -

OH pueden disolver compuestos iónicos, como reactivos inorgánicos. Como solventes próticos solvatan

fuertemente a los aniones, especialmente por medio de puentes de hidrógeno; solvatan a los cationes a

través de los pares electrónicos no compartidos del oxígeno. Como solventes, los alcoholes distan

mucho de ser inocentes espectadores. Su oxígeno es básico y nucleofílico. En la eliminación del tipo

E1, los alcoholes actúan como base y como disolvente. En la sustitución nucleofílica, los alcoholes

pueden actuar como nucleófilo en las reacciones SN2 y prestar asistencia nucleofílica para la formación

de intermediarios catiónicos.

1.5.- PROPIEDADES QUÍMICAS. ACIDEZ DE LOS ALCOHOLES.

Al igual que el protón del hidroxilo del agua, el protón del hidroxilo de un alcohol es débilmente ácido.

Una base fuerte puede sustraer el protón del hidroxilo de un alcohol para generar un alcóxido (Figura

12)

R O H R O..

..+ B: ..

..+ B:: H

- +

alcohol base alcóxido

ácido base conjugada

Figura 12: Reacción ácido-base de los alcoholes.

La constante de disociación de un alcohol queda definida por el siguiente equilibrio:

R O H R O..

..+ H2O ..

..+: H3O

- +Ka

Ka = [ RO- ][ H3O

+ ]

[ ROH ]

La constante de disociación ácida de los alcoholes varía según su estructura desde aproximadamente

10-16

para el metanol hasta aproximadamente 10-19

para la mayor parte de los alcoholes terciarios. La

acidez de los alcoholes disminuye a medida que aumenta el grado de sustitución en el resto alquílico

debido al efecto dador de electrones de los grupos alquilo lo que hace más fuerte el enlace O-H y, por lo

tanto, disminuye la acidez. (Figura 12)

HHH

OH

CH3

HH

OH

CH3

CH3

H

OH

CH3

CH3

CH3

OH

Variación de la acidez de los alcoholes con el grado de sustitución

> > >

Figura 12: Efecto del grado de sustitución en el pKa de los alcoholes.

En la Tabla 3 se indican los valores de pKa, medidos en disolución acuosa, de los alcoholes anteriores.



Compuesto Fórmula pKa

Agua H2O 14,0

Metanol CH3OH 15,2

Etanol CH3CH2OH 15,9

Isopropanol (CH3)2CHOH 17,1

t-Butanol (CH3)3COH 18,0

Tabla 3: pKa del agua y de alcoholes de bajo peso molecular.

Este orden de acidez en disolución también se explica mediante el diferente grado de solvatación de la

base conjugada del alcohol, el ión alcóxido. La solvatación tiene un efecto estabilizante sobre el anión

alcóxido de manera que cuanto más solvatado esté el anión más desplazado hacia la derecha estará el

equilibrio ácido-base. El anión metóxido, la base conjugada del metanol, es relativamente pequeño y se

rodea de un número relativamente elevado de moléculas de agua de solvatación. De esta forma la

densidad electrónica asociada al átomo de oxígeno se reparte entre las moléculas de agua de solvatación

y la especie se estabiliza (Figura 13)

H

OH

HH

H

O

HH

B:

S

BH + +-

S

S

S

S

S

S

S

metanol ión metóxido

fácil de solvatar Figura 13: Solvatación del ión metóxido.

El anión t-butóxido es mucho más voluminoso que el anión metóxido y la aproximación de las

moléculas de agua del disolvente al átomo de oxígeno que transporta la carga negativa se ve muy

impedida (Figura 14)

CH3

OH

CH3

CH3

CH3

O

CH3

CH3

B:

S

BH + +-

S

S

S

S

t-butanol ión t-butóxido

difícil de solvatar Figura 14: Solvatación del ión t-butóxido.

En consecuencia, el anión t–butóxido está menos solvatado que el anión metóxido; la carga negativa del

anión t-butóxido solvatado está menos repartida que en el anión metóxido solvatado y por tanto el anión

t-butóxido se estabiliza menos por solvatación. El equilibrio ácido-base del t-butanol se desplaza menos

a la derecha que en el metanol y como consecuencia el t-butanol es un ácido más débil que el metanol.

La sustitución de átomos de hidrógeno por átomos de halógeno, que son atractores de electrones,

aumenta la acidez de los alcoholes, al disminuir la densidad electrónica entre el oxígeno y el hidrógeno

del grupo hidroxilo. Por ejemplo, el 2,2,2-trifluoroetanol (CF3CH2OH, pKa=12,8) es más de mil veces

más ácido que el etanol (pKa = 15,9), porque el anión trifluroetóxido está más estabilizado que el

etóxido debido al efecto atrayente sobre la carga negativa que ejercen los átomos de halógeno (Figura

15)



CH3CH2OH + H2O CH3CH2O- + H3O

+ pKa = 15,9

CF3CH2OH + H2O CF3CH2O- + H3O

+ pKa = 12,8

Figura 15: Equilibrio ácido-base de alcoholes halogenados.

En la Tabla 4 se comparan las constantes de disociación ácida de algunos alcoholes.

Alcohol Fórmula pKa

Metanol CH3OH 15,2

Etanol CH3CH2OH 15,9

2-cloroetanol ClCH2CH2OH 14,3

2,2,2-trifluoroetanol CF3CH2OH 12,4

Isopropanol (CH3)2CHOH 17,1

t-butanol (CH3)3COH 18,0

Ciclohexanol C6H11OH 18,0

Fenol C6H5OH 10,0

Agua H2O 14,0

Ácido acético CH3COOH 4,8

Ácido clorhídrico HCl -2,2

Tabla 4: pKa de alcoholes en comparación con otras especies ácidas.

Los alcóxidos metálicos derivados de metanol y etanol se suelen generar mediante la reacción del

correspondiente alcohol con sodio metálico (Figura 16)

R O H R O..

..+ Na ..

..+: 1/2 H2

- +Na

Figura 16: Obtención de alcóxidos mediante sodio metálico que se utilizan como nucleófilos o como bases en las reacciones de sustitución nucleofílica o de eliminación, respectivamente.

Con estos dos alcoholes primarios, metanol y etanol, la reacción con el sodio metálico es relativamente

rápida. Los alcoholes secundarios reaccionan más lentamente que los primarios. Con los alcoholes

terciarios, como el t-butanol, la reacción con el sodio es muy lenta y por ello se emplea potasio, más

reactivo que el sodio, para generar el anión t-butóxido.

La reacción de alcoholes con hidruros metálicos, como NaH o KH, también permite transformar

cuantitativamente a los alcoholes en los correspondientes alcóxidos (Figura 17)

R O H R O..

..+ NaH ..

..+: H2

- +Na

THF

Figura 17: Obtención de alcóxidos usando hidruro de sodio.

1.6.-SÍNTESIS DE ALCOHOLES.

1.6.1.- HIDRATACIÓN DE ALQUENOS.

Cuando un alqueno reacciona con agua en presencia de un catalizador fuertemente ácido se obtiene un

alcohol. A este proceso se le denomina reacción de hidratación de alquenos porque formalmente se

agregan los elementos del agua (un átomo de hidrógeno H y un grupo hidroxilo OH) al doble enlace

(Figura 18)



C C C C

H OH

+ H2OH+

Figura 18: Reacción de hidratación de alquenos con agua catalizada por ácidos.

En las reacciones de hidratación de alquenos se emplean ácidos fuertes no nucleofílicos, como el H2SO4

o el H3PO4. La reacción es un equilibrio y para aumentar la producción del alcohol (desplazamiento del

equilibrio hacia los productos) se agrega un exceso de agua a la reacción. El mecanismo de la reacción

consta de tres pasos.

1º paso: protonación del doble enlace:

C C H O

H

H

H

C C H O H+¨

+ +

¨+

..

Este paso es idéntico al primer paso de la adición de HBr, HCl o HI. El protón del ácido se une a uno de

los dos carbonos del doble enlace, generando un carbocatión en el carbono vecino. Generalmente ataca

al carbono menos sustituido de manera de dejar un carbocatión más sustituido. Es decir, es una reacción

tipo Markovnikov. Al formarse el carbocatión hay posibilidad de reordenamiento de carbocationes

(reacción de transposición).

2º paso: ataque nucleofílico del agua al carbocatión estable:

H

C C H O H

H

C C

H

O H+

¨

+..

+:

El agua es el disolvente de la reacción y por tanto es la especie que tiene más probabilidad de colisionar

con el carbocatión. Debido al par de electrones no enlazantes del oxígeno, el agua actúa como nucleófilo

uniéndose al carbocatión estable.

3º paso: pérdida del protón del grupo hidroxilo:

H O H

H

C C

H

O H H

C C

O H

H O H

H

+¨ ¨

++

+ ¨

: :

¨

En el tercer paso se produce la transferencia de protón desde el alcohol protonado a una molécula de

agua, regenerándose el catalizador que se ha consumido en el primer paso.

Un ejemplo de la hidratación de alquenos se muestra en la Figura 19.



H O H

CH3

C

CH3

C H CH3

CH3

C

CH3

C H CH3

OH H

CH3

C

CH3

C H CH3

H OH

+..

¨+

se observa no se observa

H+

Figura 19: Adición tipo Markovnikov de agua a un doble enlace.

El gran problema de la hidratación de alquenos es la posibilidad de reordenamiento de carbocationes. La

Figura 20 muestra un ejemplo al respecto.

CH3

CH3

CH3

H3O+

CH3

CH3

OH

CH3

CH CH2CH CH3

Figura 20: Hidratación de alqueno con reordenamiento. Nótese que el grupo hidroxilo no está unido a ningún

átomo de carbono del doble enlace.

Muchos alquenos no se hidratan fácilmente en ácidos acuosos diluidos debido a que son poco solubles

en el medio de reacción. En otros casos el equilibrio favorece al alqueno en vez de al alcohol. Para

favorecer el proceso de hidratación con orientación Markovnikov se pueden emplear dos métodos

eficientes.

1.6.2.- HIDRATACIÓN CON ÁCIDO SULFÚRICO SEGUIDA DE HIDRÓLISIS DEL SULFATO DE

ALQUILO.

La reacción general se muestra en la Figura 21.

C C

H

C C

O SO3H

H2SO

4

H2 O

H

C C

O H

+

¨: :

¨

Figura 21: Hidratación de alqueno con ácido sulfúrico acuoso.

El mecanismo del proceso implica la protonación del doble enlace por parte del ácido sulfúrico

concentrado. El carbocatión resultante reacciona con el único nucleófilo disponible en el medio que es el

anión bisulfato HSO4-1

. El bisulfato es un nucleófilo débil pero su falta de reactividad queda

compensada por la elevada electrofilia del carbocatión. El ataque del bisulfato genera un sulfato ácido

de alquilo (un éster de ácido sulfúrico). La reacción sigue la orientación Markovnikov. El mecanismo

consta de tres pasos

1º paso: protonación del doble enlace:

HCH

3

C

CH3

C H CH3

CH3

C

CH3

C H CH3

H O S

O

O

OH H O S

O

O

OH¨

+..

:+¨

-+

El protón del ácido sulfúrico se une al carbono menos sustituido del doble enlace formando el

carbocatión más estable respectivo.



2º paso: ataque nucleofílico del bisulfato al carbocatión estable:

HCH

3

C

CH3

C H CH3

CH3

C

CH3

C H CH3

O H

S OO

OH

H O S

O

O

OH+..

:

¨

-

: :

sulfato ácido de alquilo

+

El bisulfato, un nucleófilo débil pero presente en alta concentración, ataca al carbocatión formando un

sulfato ácido de alquilo.

3º paso: hidrólisis del sulfato ácido de alquilo con formación del alcohol respectivo:

CH3

C

CH3

C H CH3

OH H

CH3

C

CH3

C H CH3

O H

S OO

OH

O S

O

O

OHH+..

H2O+¨: :

El sulfato ácido de alquilo se convierte en el alcohol mediante ebullición en agua.

1.6.3.- OXIMERCURIACIÓN-DESMERCURIACIÓN.

Los alquenos reaccionan con acetato de mercurio en una mezcla de THF y agua para producir

compuestos hidroxialquilmercúricos. Estos organocompuestos pueden ser reducidos a alcoholes con

NaBH4, un agente reductor dador de iones hidruro (H-). La reacción consta de un primer paso de

oximercuriación y un segundo de desmercuriación reductiva. Ambas etapas pueden ser llevadas a

cabo en el mismo recipiente y ambas reacciones ocurren rápidamente a temperatura ambiente o por

debajo de ésta. La primera etapa, usualmente se completa en el espacio de 20 segundos a 10 minutos, la

segunda etapa normalmente requiere como máximo de 1 hora. La reacción total produce alcoholes con

altos rendimientos, generalmente por encima del 90 %. La reacción de adición es del tipo Markovnikov

y no hay reordenamiento de carbocationes involucrado.

La reacción consta de dos pasos.

1º paso: oximercuriación del doble enlace.

Ésta se lleva a cabo tratando el alqueno con Hg(OCOCH3)2 (acetato de mercurio Hg(OAc)2) en un

disolvente orgánico que contiene agua. La estequiometría de este proceso se muestra en la Figura 22.

C C

OH

C C

HgOAc

H2 OHg(OAc)

2AcOH++ +

Figura 22: Reacción general de oximercuriación.

El mecanismo de la oximercuriación es el siguiente:

a.- La disolución del acetato de mercurio provoca su disociación parcial generándose un ión mercurio

cargado positivamente que es el electrófilo del proceso.



CH3

O

OHg

O

O

CH3

CH3

O

OHg

O

O

CH3

+

acetato de mercurio ión acetato ión mercurio

+-

b.- El ión mercurio, electrofílico, resulta atacado por el doble enlace dando lugar a un ión mercurinio

cíclico, que es un catión organometálico con un anillo de tres miembros.

C C HgO

O

CH3

Hg

CC

O

O

CH3

++

ión mercurinio cíclico

+

A pesar de que se puede formular al ión mercurinio intermedio como un catión cíclico, en realidad tiene

una considerable carga positiva sobre el átomo de carbono más sustituido. Los cálculos indican que los

carbocationes puenteados como éstos que se forman en la reacción, retienen mucho la carga positiva en

la porción del mercurio. Sólo una pequeña porción de la carga positiva reside en el átomo de carbono

más sustituido. La carga es suficientemente grande para responder por la adición tipo Markovnikov

observada, pero es demasiado pequeña para permitir reordenamientos del esqueleto carbonado que

tienen lugar en los carbocationes más completamente desarrollados como en el caso de la hidratación de

alquenos catalizada por ácidos.

c.- El agua, el nucleófilo del proceso, ataca al ión mercurinio para formar un alcohol organomercúrico.

El ataque es por la cara opuesta al ión mercurio (adición tipo anti). El agua ataca al carbono más

sustituido, es decir, el que tiene mayor carácter de carbocatión en el ión mercurinio intermediario.

H

O H

H2 O

Hg

O

O

CH3

Hg

O

OCH3

H

O

Hg

O

OCH3

C C CC CC+

+

+

- H +

2º paso: desmercuriación.

El segundo paso de este método de hidratación es la desmercuriación reductiva. Para ello, el alcohol

organomercúrico se hace reaccionar con borohidruro de sodio (NaBH4), un agente reductor, lo que

convierte al compuesto organometálico en el alcohol. La reacción ajustada de este proceso se muestra en

la Figura 23.

C C

HgOAc

OH

NaBH4 C C

H

OH

NaB(OH)4

+4 44+ OH - + 4+ AcO-Hg +

Figura 23: Reacción general de desmercuriación.



El mecanismo de la desmercuriación es el siguiente:

a.- ataque de un ión hidruro al carbono enlazado al mercurio.

La desmercuriación se explica mediante el ataque de un ión hidruro, proporcionado por el NaBH4, al

carbono en que está unido el mercurio. Este ataque nucleofílico genera mercurio y el anión acetato.

Hg

O

OCH3

CC

H

OH B H

H

H

CC

H

OH+

-Na+ + BH3 + Na OAc + Hg

El mecanismo para el reemplazo del grupo acetoximercúrico por hidrógeno no está bien esclarecido. Se

piensa que radicales pueden estar involucrados en el proceso. A pesar de que la reacción de

oximercuriación es altamente estereoselectiva, la reacción de desmercuriación no lo es.

En la Figura 24 se ejemplifica el curso estereoquímico de la reacción de oximercuriación-

desmercuriación.

Hg(OAc)2C C

H

CH3

CH3CH

2

CH3

C C

H

CH3

CH3CH

2

CH3

C C

CH3

CH3CH

2

CH3

H

Hg

OAc

C C

H

CH3

CH3CH

2

CH3

OH

Hg

OAc

Hg

OAc

Hg

OAc

C CCH

3

CH3CH

2

CH3

HOH

C C

H

CH3

CH3CH

2

CH3

OH

H

C CCH

3

CH3CH

2

CH3

HOH

H

+

cis-3-metil-2-penteno

++

H2O

+

NaBH4 / OH-

+

(R) y (S)-3-metil-3-pentanol

Figura 24: Curso estereoquímico de la reacción de oximercuriación-desmercuriación.



1.6.4.- HIDROBORACIÓN-OXIDACIÓN.

La hidroboración-oxidación es un método para la hidratación anti-Markovnikov de alquenos. La

obtención del 3-metil-2-butanol o el 2-metilciclohexanol por hidratación del 2-metil-2-buteno o del 1-

metilciclohexeno, respectivamente, no se pude conseguir mediante los métodos descritos anteriormente

de hidratación catalizada por ácidos o mediante el proceso de oximercuriación-desmercuriación (Figura

25)

CH3

CH3

H

CH3

CH3

CH3

H

CH3

H OH

CH3

CH3

OH

H

1-metilciclohexeno 2-metilciclohexanol

?

2-metil-2-buteno 3-metil-2-butanol

?

Figura 25: Alcoholes anti-Markovnikov.

Estos alcoholes se pueden obtener empleando un proceso en dos etapas, una primera denominada

hidroboración, lo que genera un trialquiborano, seguida de una reacción de oxidación del

trialquilborano con peróxido de hidrógeno (H2O2) en medio básico.

Como reactivo para la hidroboración de alquenos se puede emplear el diborano (B2H6), un dímero

compuesto de dos moléculas de borano (BH3). El enlace del diborano no es común y se puede describir

mediante enlaces con tres centros con protones entre ellos. El diborano está en equilibrio con una

pequeña cantidad de borano, BH3 (Figura 26)

BH

H

H

H

B

H

H

B

H

H

H +

H

BH

H

diborano (B2H6) borano (BH3)

Figura 26: Equilibrio entre el diborano y el borano.

El diborano es un gas tóxico, inflamable y explosivo y por tanto poco práctico para su manipulación en

los laboratorios. En su lugar se suele emplear el complejo borano-tetrahidrofurano (BH3·THF). Este

complejo reacciona como el diborano y tiene la ventaja de que sus disoluciones se manejan con mucha

más facilidad. Es por tanto el reactivo que se emplea comúnmente en las reacciones de síntesis orgánica

cuando se desean efectuar reacciones de hidroboración (Figura 27)

O O B

H

H

H

2 :: + B2H6 2 :+ -

tetrahidrfurano (THF) diborano complejo borano-THF

Figura 27: Formación del complejo borano-tetrahidrofurano.

El borano (BH3) es un compuesto deficiente en electrones porque el átomo de boro está rodeado de tres

pares de electrones y un orbital p vacío. Por lo tanto, el BH3 es un ácido de Lewis fuerte y un electrófilo

fuerte capaz de agregarse a un doble enlace rico en electrones (Figura 28)



B HH

H

orbital p vacio

Figura 28: Representación del orbital p vacío del boro, dando cuenta de sus propiedades como ácido de Lewis.

La reacción consta de dos pasos

1º paso: hidroboración.

a.- La reacción de hidroboración del doble enlace tiene lugar en un paso concertado. Es una reacción

regioselectiva puesto que el átomo de boro del BH3 se une al carbono menos sustituido del doble enlace

y al mismo tiempo uno de los átomos de hidrógeno del BH3 se adiciona al otro carbono del doble

enlace. En la Figura 29 se muestra la hidroboración del 1-metilciclopenteno.

CH3

H

B

H

HH

CH3

H

BH

H H

H

B

CH3

HH H

Figura 29: Hidroboración del 1-metilciclopenteno.

b.- En el estado de transición de la reacción, cuando el boro del BH3 comienza a unirse a uno de los

átomos de carbono del doble enlace se empieza a generar una carga positiva parcial sobre el otro átomo

de carbono del doble enlace. Se generan así dos posibles estados de transición, uno de los cuales será

más estable mientras más estabilizada esté la carga positiva sobre el átomo de carbono. El estado de

transición más estable es aquel en que la carga positiva está en el carbono más sustituido (Figura 30)

H

HB H

CH3

H

HH

H B

CH3 H

H

B

CH3

HH H

estado de transición más estable

estado de transición menos estable

Figura 30: Formación de los dos posibles estados de transición en la hidroboración del 1-metilciclopenteno.



Este estado de transición también está favorecido en términos de efecto estérico. El complejo BH3-THF

es bastante voluminoso por lo cual el boro se enlazará al carbono que presenta menos impedimento

estérico, es decir, el carbono menos sustituido. Así, el estado de transición más estable será aquel en que

el átomo de boro se une al carbono menos sustituido del doble enlace.

c.- Al mismo tiempo que la densidad electrónica del doble enlace comienza a atacar al átomo de

boro de la molécula de BH3, uno de los átomos de hidrógeno del borano comienza a formar un enlace

con el otro átomo de carbono del alqueno formándose un alquilborano (Figura 31)

HCH3

HH

H B

H

HH

B

CH3

H

Figura 31: Formación del alquilborano proveniente del estado de transición más estable.

Cada uno de los enlaces B-H del borano puede agregarse a un doble enlace de una molécula de alqueno.

La primera adición forma un alquilborano, la segunda un dialquilborano y la tercera un trialquilborano.

Por lo tanto, cada molécula del borano se une a tres moléculas de alqueno formando el trialquilborano

correspondiente (Figura 32)

H

CH3

H

HH

B

H

CH3

CH3

H

CH3

H

CH3

H

H

H

HB

Figura 32: Formación del trialquilborano.

2º paso: oxidación.

El segundo paso del proceso es la oxidación del trialquiborano con H2O2 en medio de NaOH acuoso.

Formalmente esta reacción sustituye el enlace C-B por el enlace C-OH. El mecanismo de la reacción

consta de tres pasos.

a.- El mecanismo inicia con la formación del anión hidroperóxido, por ionización del H2O2 en medio

básico:

H

O O

H

H

O O H+ OH - + OH-

¨

:

..

¨:

¨:

..:

anión hidroperóxido



b.- El anión hidroperóxido (HOO-) es una especie nucleofílica y uno de sus pares electrónicos libres

llena el orbital p vacío del átomo de boro del trialquilborano, originando una especie tetraédrica de boro

que experimenta un proceso de transposición para formar el alcoxiborano como se indica en la Figura

33.

CH3

H

R R

B

H

H

OO

CH3

H

H

OO

RR

B

H

CH3

H

R

B

O

H

R

OH

-

¨

:..

:..

+

-

¨

:.. ..

transposición

+-

: :

: ¨

¨

Figura 33: Formación del alcoxiborano.

El proceso de adición de HOO-

seguido de transposición se repite dos veces más, dando lugar a un

trialcoxiborano o éster borónico (borato de trialquilo B(OR)3) (Figura 34)

CH3

H

RR

B

H

O

H

OO

CH3

H

OO

B

O

H

RR

-

¨:

..:

..

transposición

¨¨

¨

¨

¨:

::

Figura 34: Formación del trialcoxiborano.

La fuerza impulsora de este proceso es la formación de los enlaces B-O, relativamente fuertes.

c.- El exceso de NaOH provoca la hidrólisis del éster borónico dando lugar a ácido bórico (B(OH)3) y al

alcohol ROH (Figura 35)



HO

CH3

H

OO

B

O

H

RR

CH3

H O

H

BOH

OHOH

CH3

H OH

H

HO

-

¨

:..:

+

+

¨

¨

¨

¨:

:

3-¨

..

:

: ¨

H2O

-:

¨

ácido bórico

trans-2-metilciclopentanol Figura 35: Hidrólisis del trialcoxiborano y formación del alcohol.

El proceso de hidratación del alqueno mediante el método de hidroboración-oxidación no sigue el

enunciado original de la regla de Markovnikov y por tanto al producto de la reacción se le denomina

alcohol anti-Markovnikov. Sin embargo, el proceso de hidroboración sí que sigue la comprensión del

razonamiento que hay detrás de esta regla, puesto que el átomo de boro electrofílico se adiciona al

extremo menos sustituido del doble enlace.

La adición simultánea de boro e hidrógeno al doble enlace conduce a una adición syn: los átomos de

boro y de hidrógeno se adicionan desde el mismo lado. Por ejemplo, la hidroboración–oxidación del 1-

metilciclopenteno proporciona estereoespecíficamente el trans-2-metilciclopentanol.

Por la combinación de características (orientación, estereoquímica y ausencia de transposiciones) la

hidroboración-oxidación adquiere su gran utilidad en síntesis: da un conjunto de alcoholes que no puede

obtenerse de alquenos por otros métodos y, por medio de estos alcoholes, proporciona una vía apropiada

para la obtención de otros miembros correspondientes de muchas familias químicas.

Los ejemplos empleados para describir los fundamentos de la hidroboración-oxidación necesariamente

han sido muy simples. En la práctica, una síntesis generalmente implica moléculas más complejas, pero

los principios son los mismos (Figura 36)

OH

C8H

17

OH

C8H

17

OHH

i) BH3 / THF

ii) H2O2 / OH-

colesterol colestano-3,6-diol

Figura 36: Síntesis de colestanodiol a partir de la hidroboración del colesterol.



Gran parte de la utilidad de la hidroboración-oxidación radica en la orientación “poco común” de la

hidratación. El –OH simplemente pasa a ocupar la posición del boro en el alquilborano intermediario,

por lo que el producto final refleja la orientación del paso de la hidroboración.

1.6.5.- SÍNTESIS DE GRIGNARD DE ALCOHOLES.

Los reactivos organomagnesianos o reactivos de Grignard tiene la fórmula RMgX y que se

prepara por la reacción entre magnesio metálico y un halogenuro orgánico apropiado. Este

halogenuro puede ser de alquilo (1º, 2º ó 3º), de alilo, de arilalquilo (por ejemplo, bencilo) o arilo (fenilo

o fenilo sustituido) (Figura 37) El halógeno puede ser -CI, -Br o -I. (Los cloruros de arilmagnesio se

deben preparar en el éter cíclico tetrahidrofurano, en vez de en éter etílico.)

RX Mg+éter anhidro

R XMg

reactivo de Grignard Figura 37: Obtención general de los reactivos de Grignard.

Uno de los usos más importantes del reactivo de Grignard es su reacción con aldehídos y

cetonas. El enlace carbono-magnesio del reactivo de Grignard es muy polar, siendo negativo el

carbono en relación con el magnesio electropositivo. Luego, no es de sorprender que en la adición a

compuestos carbonílicos, la parte orgánica se una al carbono carbonílico y el magnesio al

oxígeno. El producto es la sal magnésica del alcohol débilmente ácido, que es fácilmente

convertible en el alcohol libre por la adición de un ácido más fuerte, el agua.

Debido a que el Mg(OH)X así formado es un material gelatinoso, difícil de manejar, se utiliza a

menudo un ácido mineral diluido (HCI, H2SO4) en vez de agua, de modo que se formen sales

magnésicas solubles en ésta (Figura 38)

C O MgX C OMgX

C O Mg(OH)X

Mg H2 O X

+

R1

R2

-+ +-

R3

+

R1

R2

R3

+-

H2O

R1

R2

R3

+2 -

H

H+

+

Figura 38: Reacción general de reactivos de Grignard con derivados carbonílicos. R1 y R2 pueden ser H, grupos alquilos o arilos; R3 puede ser grupos alquilos 1°, 2° o 3° o arilo.

Los reactivos de Grignard son los reactivos clásicos usados para estas síntesis. No obstante, se están

utilizando cada vez más los compuestos organolitiados, principalmente porque son menos propensos

a las reacciones colaterales indeseadas. Los organolitiados pueden ser preparados de la misma

manera que los reactivos de Grignard, por reacción del metal con halogenuros orgánicos. Por ser



el litio más electropositivo que el magnesio, son más polares los enlaces carbono-litio que los

carbono-magnesio; el carbono es más negativo y más semejante a un carbanión y, en general, los

organolitiados son algo más reactivos que los reactivos de Grignard (Figura 39)

R X LiLi

Li X++-

Réter etílico

organolitiado

2

Figura 39: Obtención general de reactivos organolitiados.

Los organolitiados reaccionan con aldehídos y cetonas de la misma manera que los reactivos de

Grignard y dan el mismo tipo de productos. Consideramos esta reacción como una ampliación de la

síntesis de Grignard original. El método general se denomina síntesis de Grignard de alcoholes, y a

menudo se trata en función de los reactivos organomagnesianos. Se debe entender, sin embargo,

que la mayor parte de lo que se expone se explica a la síntesis análoga con organolitiados

(Figura 40)

C O C O

R

C O

R

OH

H2 O

Li Li

Li

Li

+

R1

R2

-+ +-

R3

+

R1

R2

+-

H2O

R1

R2

+1

H

H+

+

3

3

Figura 40: Reacción general de reactivos de organolitiados con derivados carbonílicos. R1 y R2 pueden ser H, grupos alquilos o arilos; R3 puede ser grupos alquilos 1°, 2° o 3° o arilo.

La importancia de la síntesis de Grignard está dada porque permite tomar dos moléculas orgánicas y

convertirlas en una más grande. Para hacer esto, se forma un enlace carbono-carbono entre el

carbono carbonílico del aldehído o cetona y el carbono del organometálico. Nuevamente se une un

carbono electrofílico con uno nucleofílico. El grupo carbonilo proporciona el carbono electrofílico y

el organometálico proporciona el carbono nucleofílico semejante a un carbanión. Además, la síntesis

de Grignard no sólo involucra la formación de un enlace carbono-carbono, sino que el producto

contiene un grupo funcional de gran versatilidad, el grupo OH. Por lo tanto, la síntesis de Grignard

puede ser un paso en la obtención de moléculas más complejas.

El tipo de alcohol que resulta de una síntesis de Grignard depende del compuesto carbonílico

empleado: el formaldehído, HCHO, proporciona alcoholes primarios; otros aldehídos, RCHO,

proporcionan alcoholes secundarios, y las cetonas, R2CO, proporcionan alcoholes terciarios

(Figura 41)



C O C O C OMgBr MgBr



+

H

H

-+ +-

R3

H

H

R3

+- H2O

H

H

R3

HH+

formaldehido alcohol primario

+

R1

H

-+ +-

R3

R1

H

R3

+- H2O

R1

H

R3

HH+

aldehido alcohol secundario

+

R1

R2

-+ +-

R3

R1

R2

R3

+- H2O

R1

R2

R3

HH+

cetona alcohol terciario

Figura 41: Reacción general de reactivos de Grignard con derivados carbonílicos.

El carbono carbonílico es el que finalmente tiene el grupo -OH en el producto; en éste, el número

de hidrógenos define al alcohol primario, secundario o terciario (Figura 42)

C O

MgBrC O

H

H MgBr C O

H

H

C O

MgBrC OH MgBr C OH

C OMgBr

MgBr

C

O

C O

+

H

H

formaldehido bromuro de sec-butilmagnesio 2-metil-1-butanol

H2O

H+ H

+H

propanal bromuro de isobutilmagnesio 5-metil-3-hexanol

H2O

H+ H

H2O

H+H

+

bencil metil cetona bromuro de isopentilmagnesio 1-fenil-2,5-metil-2-hexanol

Figura 42: Síntesis de alcoholes con reactivos de Grignard.



La síntesis de alcoholes terciarios también es posible al hacer reaccionar un reactivo de Grignard con un

éster metílico o etílico. Este alcohol terciario tiene la particularidad de que tiene dos grupos alquilos

iguales provenientes del resto alquílico del organometálico (Figura 43)

OR

O

MgBr

OMgBr

ROMgBr

O

ROH

H

R1 R22R1

R2

R2 +H2O / H+

R1

R2

R2 +

A

O

OEtMgBr

OMgBr

OH

+

H2O / H+

- EtOH

B

Figura 43: A) Reacción de ésteres con reactivos de Grignard. B) Síntesis de un alcohol terciario a partir de un éster.

Una síntesis relacionada emplea óxido de etileno u oxirano para la obtención de alcoholes

primarios que contienen dos carbonos más que el reactivo de Grignard. También aquí el

grupo orgánico se une al carbono, y el magnesio, al oxígeno, esta vez con ruptura de un enlace

carbono-oxígeno en un anillo de tres átomos muy tensionado (Figura 44)

H

MgBr

MgBr

RH2C CH2

O

+H2C CH2

O

R

H2C CH2

O

R

H2O / H+

óxido de etileno

u oxirano

alcohol primario con dos carbonos añadidos

Figura 44: Reacción general de oxirano con reactivos de Grignard.

Un ejemplo de esta reacción se muestra en la Figura 45.

HBrMg

Br O OMg BrMg OH2O / H+

éter etílico

Figura 45: Síntesis de alcohol primario a partir de oxirano y un reactivo de Grignard.

Al igual que sus contrapartes alquílicas, tanto los alquenil y alquinillitio como los reactivos de

Grignard se pueden adicionar a aldehídos y cetonas para producir alcoholes (Figura 46)



MgBr

MgBr

O

O

O

O

MgBr

MgBr

O

O

O

O

R1 R2

R CH CH Li

R CH CH

+

éter

R1R2

R CH CH

Li

R1R2

R CH CH

H2O / H+ R1R2

CH CH

H

R1 R2

R C C Li

R C C

+

éter

R1R2

R C C

Li

R1R2

R C C

H2O / H+ R1R2

C C

H

R

R

Figura 46: Reacciones generales para la síntesis de alcoholes insaturados a partir de compuestos carbonílicos

y organometálicos insaturados.

Por consiguiente, se forman compuestos que contienen -OH y un segundo grupo muy reactivo, un doble

o un triple enlace carbono-carbono. Un ejemplo de cada uno se muestra en la Figura 47.

MgBr

O O O

O OMgBr O

Liéter

Li H2O / H+ H

etinillitio 2-metil-3-butin-2-ol

+

+éter H2O / H+

H

bromuro de propenilmagnesio 4-metil-2-hepten-4-ol Figura 47: Síntesis de alquenil y alquinil alcoholes a partir de compuestos carbonílicos y organometálicos

insaturados.

1.6.6.- HIDRÓLISIS DE HALOGENUROS DE ALQUILO

La hidrólisis de halogenuros de alquilo es muy limitada como método de síntesis de alcoholes, puesto

que éstos generalmente son de mayor disponibilidad que los halogenuros correspondientes; de hecho, el

mejor método general para preparar halogenuros de alquilo es a partir de alcoholes. Sin embargo, la

síntesis del alcohol bencílico a partir de tolueno es un ejemplo de una aplicación útil de este proceso

(Figura 48) CH

3

Cl2

CH2

Cl CH2

OH

h, calor

NaOH ac.

tolueno cloruro de bencilo alcohol bencílico

Figura 48: Síntesis de alcohol bencílico a partir de un halogenuro de alquilo.



Para aquellos halogenuros que pueden sufrir eliminación, debe ser considerada siempre como una

posible reacción colateral.

1.6.7.- REDUCCIÓN DE COMPUESTOS CARBONÍLICOS.

El método más generalizado para producir alcoholes es la reducción de compuestos carbonílicos:

O

H

OH

R1 R2

[ H ]

R1R2

[ H ] es un agente reductor

Una reducción orgánica es una reacción en la cual se incrementa el contenido de hidrógeno o

disminuye el de oxígeno, nitrógeno o halógeno de una molécula. A la inversa, una oxidación orgánica

es una reacción en la cual disminuye el contenido de hidrógeno o se incrementa el de oxígeno, nitrógeno

o halógeno de una molécula.

Se dispone de muchos reactivos para reducir cetonas y aldehídos a alcoholes, pero usualmente se elige

el borohidruro de sodio, NaBH4, debido a la seguridad y la facilidad de su manejo. Este compuesto es

un sólido cristalino blanco que se puede manipular y pesar sin peligro en atmósfera abierta y usar en

agua o en solución alcohólica. Suelen obtenerse altos rendimientos de alcohol. El hidruro de aluminio

y litio, LiAlH4, es un polvo blanco soluble en éter y tetrahidrofurano, es otro agente reductor que se usa

algunas veces para reducción de cetonas y aldehídos. Si bien es más potente y reactivo que el NaBH4, el

LiAlH4 es también peligroso, y debe ser manejado por con sumo cuidado. Reacciona violentamente con

el agua, se descompone cuando se calienta a más de 125ºC. No obstante estos inconvenientes, el LiAlH4

es un reactivo en extremo valioso y se usa a diario en cientos de laboratorios.

Los ésteres y los ácidos carboxílicos pueden reducirse para formar alcoholes primarios. Estas reacciones

son más difíciles que las reducciones correspondientes de aldehídos y cetonas. Por ejemplo, el

borohidruro de sodio reduce lentamente los ésteres y no reduce los ácidos. Así, las reducciones de los

ésteres y los ácidos carboxílicos usualmente se realizan con hidruro de litio y aluminio. El mecanismo

de la reducción es similar tanto para el NaBH4 como para el LiAlH4. La Figura 49 muestra el

mecanismo de reducción de carbonilos de aldehidos y cetonas.

O

B H

H

H

H

Al

H

H

H

H

H

O BH3

H

OAlH3

H

H

H

OH

R1R2

Na

Li+

-

+

-

R1

R2

- Na+

R1

R2

-Li

+

RO

H2O

RO

R1

R2

Figura 49: Reducción de aldehidos y cetonas con NaBH4 y LiAlH4.



Los ésteres y ácidos carboxílicos se reducen por medio de LiAlH4 con alto rendimiento como lo indican

en la Figura 50. Sin embargo, se prefiere reducir ésteres ya que los ácidos, debido al protón, consumen

gran parte del reductor en su reacción ácido-base.

O

H

Al

H

H

H

H

AlH3

H

H

H

O

OR

O

OR

Al

H

H

H

H

AlH3

H

H

O

H

H

O

RO

ROH

R1

Li+

-

R1

-Li

+

RO

R1

R1

:..

R1

Li+

-

-Li+

alcohol 1º

ésteraldehido

+-

+

Figura 50: Reducción de ésteres y ácidos carboxílicos con LiAlH4. El aldehido intermediario no se aísla debido a que es más reactivo que el éster y adiciona rápidamente otra molécula del reductor, obteniéndose un alcohol

primario.

Un caso particular de reducción de ésteres es la reducción de ésteres cíclicos o lactonas con LiAlH4

para generar dioles. Las lactonas pueden ser - o -lactonas dependiendo si el átomo de oxígeno unido

al carbonilo está en el carbono 4 () o 5 () de la cadena principal. Las estructuras de estas lactonas se

muestran en la Figura 51.

O

O

O

O

-lactona -lactona

Figura 51: Estructuras de la - o -lactonas.

La reducción de las -lactonas produce 1,4-dioles mientras que la reducción de las -lactonas produce

1,5-dioles. Los otros carbonos del anillo pueden tener distintas sustituciones. Un ejemplo se muestra en

la Figura 52.

Alcoholes alílicos pueden ser obtenidos a partir de aldehidos y cetonas -insaturados utilizando

NaBH4 o de ésteres -insaturados con LiAlH4 como reductores. Ambos reductores no son capaces de

reducir dobles enlaces carbono-carbono, reduciendo sólo el grupo carbonilo. La reducción catalítica

reduce tanto el carbonilo como el doble enlace de estos sistemas (Figura 53)



Al

H

H

H

H

AlH3

AlH3

O

O

O

O

H

O

O

H

O

O

AlH3

AlH3

H

O

O

H

O

O

Al

H

H

H

H

H

H

O

O

H

H

O

O

ROH

H

H

O

O

H

H

O

O

H

H

H

H

Li+

-

Li+

-

-

Li+

Li+

-

-

Li+

Li+

-

-

-

-

-

1,5-diol

1,4-diol

Figura 52: Reducción de una - y una -lactona.

O

OEt

OH

O OHOH

i) LiAlH4 / THF

ii) i-PrOH / H2O

i) NaBH4 / éter

ii) i-PrOH / H2O

H2 / Pd / C

Figura 53: Reducción selectiva en sistema carbonílicos -insaturados.



1.6.8.- HIDROXILACIÓN DE ALQUENOS. FORMACIÓN DE 1,2-DIOLES.

1.6.8.1.- HIDROXILACIÓN syn. OBTENCIÓN DE 1,2-DIOLES cis.

El tetróxido de osmio (OsO4) se adiciona al doble enlace de los alquenos para formar un osmiato

cíclico. El éster de osmiato se transforma en un 1,2-diol (glicol) mediante reacción con sulfito sódico

(Na2SO3) acuoso (Figura 54)

C

COs

OO

O O

Os

OO

O O

C

C

Na2SO

3 OH

OH

C

CH

2OsO

4

H2O

+

1,2-dioltetróxido de osmio

Figura 54: Síntesis de 1,2-dioles a partir de alquenos con tetróxido de osmio.

La ruptura y formación de enlaces en el proceso de adición del OsO4 tiene lugar de forma concertada.

Los dos enlaces carbono-oxígeno se forman simultáneamente y, por tanto, se añaden a la misma cara del

doble enlace dando lugar a productos con estereoquímica syn (Figura 55)

H H

H

O

H

O

O O

H

OH

H

OH

CH2CH

3H

CH2CH

3 H

CH2CH

3

H

CH2CH

3H

O

O

O

O

CH2CH

3

H

CH2CH

3H

OH

OH

OsO4

Os

H2O

Na2SO3

cis-1,2-ciclohexanodiol

OsO4

Os

H2O

Na2SO3

trans-3-hexeno (3 R, 4R)-3,4-hexanodiol

Figura 55: Estereoquímica de la hidroxilación de alquenos con tetróxido de osmio.

La dihidroxilación de alquenos también se puede conseguir mediante la reacción con una disolución

acuosa básica diluida y fría de permanganato de potasio (KMnO4). El anión permanganato se adiciona

al doble enlace mediante un mecanismo similar al del OsO4, formando un éster cíclico que resulta

hidrolizado en el medio acuoso básico (Figura 56)



CH3

CH3

CH3

O

CH3

O

O O

CH3

OH

CH3

OH

MnO4 -

Mn

H2O

cis-1,2-dimetil-1,2-ciclohexanodiol

-

NaOH

Figura 56: Estereoquímica de la hidroxilación de alquenos con permanganato de potasio.

La oxidación con permanganato proporciona un ensayo químico sencillo para detectar la presencia de un

alqueno. Cuando el alqueno se adiciona a una disolución acuosa de permanganato de potasio de color

morado de la solución cambia a marrón debido a la formación del MnO2. La oxidación con

permanganato es la base de una prueba analítica útil conocida como test de Baeyer.

1.6.8.2.- HIDROXILACIÓN anti. OBTENCIÓN DE 1,2-DIOLES trans.

El uso de peroxiácidos como el ácido peroxifórmico, peroxibenzoico (PBA) o m-cloroperbenzoico

(MCPBA) en diclorometano o cloroformo como solvente y posterior hidrólisis ácida o básica permite

obtener dioles vecinales trans. La reacción se lleva a cabo dejando durante unas horas el alqueno con

una solución del peroxiácido, y luego calentando con agua el producto para hidrolizar ciertos

compuestos intermediarios. El mecanismo de la reacción consta de dos pasos fundamentales.

1º paso: formación del epóxido.

El peroxiácido reacciona con el alqueno formando un compuesto cíclico oxigenado de tres miembros

denominado generalmente epóxido, un éter cíclico bastante reactivo a nucleófilos debido a la tensión

angular del anillo de tres miembros. Este paso se muestra en la Figura 57.

O

O

O

Cl

H

O

O

Cl

H

O +

MCPBA epóxido

CH2Cl2

Figura 57: Epoxidación de alqueno con ácido m-cloroperbenzoico (MCPBA)

2º paso: apertura del epóxido y formación del 1,2-diol.

La apertura del epóxido se puede llevar a cabo en medio ácido o en medio básico. Para este caso

particular ambos procedimientos llevan al mismo producto.

La apertura en medio ácido procede mediante la formación de un intermediario oxonio el cual adiciona

una molécula de agua. Dos posibles estados de transición son posibles: en ambos los carbonos del

epóxido tienen una baja densidad electrónica. Sin embargo, el estado de transición en que la baja

densidad electrónica está en el carbono más sustituido es más probable debido al efecto estabilizador de

los grupos alquilo. Por ello, la molécula de agua ataca al carbono más sustituido y por la cara opuesta al

átomo de oxígeno generando un trans-1,2-diol. El mecanismo de la reacción se muestra en la Figura

58A. El mecanismo de apertura en medio básico es algo diferente. El oxígeno del epóxido actúa como

grupo saliente y el ión hidróxido como nucleófilo. El ión hidróxido ataca al epóxido de manera de

favorecer la apertura del anillo. El mecanismo de apertura corresponde a una SN2 por lo tanto el

nucleófilo ataca preferentemente al carbono del epóxido menos sustituido y lo hace por la cara opuesta

al grupo saliente, lo que resulta en la formación del trans-1,2-diol. Este mecanismo en medio básico se

muestra en la Figura 58B. La hidroxilación de alquenos es el método más importante para la síntesis de

1,2-dioles, con la característica especial de que permite el control estereoquímico mediante la elección

del reactivo.



O

H

O

H

H

O

H

H

H2O

O

H

H

H

O

HH

O

H

H

O

H

O

HH

O

H

H

OH

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

H

H2O

H+

+

+

trans-1,2-diol

ión oxonio

+ H2O



- H+

OH-



a

b-

H2O

A

B

trans-1,2-diol

Figura 58: A) Apertura del epóxido con agua en medio ácido. B) Apertura del epóxido con agua en medio básico



1.6.9.- FORMACIÓN DE HALOHIDRINAS.

Cuando un alqueno reacciona con un halógeno en presencia de un disolvente nucleofílico, como el agua,

el producto de la reacción contiene un átomo de halógeno y un grupo hidroxilo en átomos de carbono

adyacentes. A estos compuestos se les denomina genéricamente halohidrinas (bromohidrina,

clorohidrina, yodohidrina). En estas reacciones el ión halogenonio intermedio resulta atacado por el

nucleófilo agua, puesto que al ser el agua el solvente es la especie nucleofílica que tendrá más

probabilidad de atacar al ión halogenonio, y en consecuencia el producto de la reacción incorpora el

grupo OH. El agua ataca al carbono más sustituido debido a que forma el estado de transición más

estable al igual que en la apertura del epóxido en medio ácido. La orientación del proceso de formación

de halohidrinas es Markovnikov y la estereoquímica es anti, como se muestra en la Figura 59. El

mecanismo del proceso es similar al de la reacción de halogenación, pero con la diferencia que el

nucleófilo del proceso es el H2O, en lugar de un ión haluro.

CH3

H

H

H

Cl2

CH3

HHH

Cl

OH2

CH3

HH

H Cl

H2O

CH3

HH

H Cl

OH

CH3 H

HH

Cl

OH2

CH3

HH

HCl

H2O

CH3

HH

HCl

OH

+

+

+

a b

a b

+

+

+

ab

- H+- H+

+

enantiómeros

Figura 59: Mecanismo de formación de clorohidrinas con cloro en agua.



1.7.- REACIONES QUÍMICAS DE LOS ALCOHOLES.

1.7.1.- OXIDACIÓN DE ALCOHOLES.

La oxidación de los alcoholes es una reacción orgánica muy común porque, según el tipo de alcohol y el

oxidante empleado, los alcoholes se pueden convertirse en aldehídos, en cetonas o en ácidos

carboxílicos. La oxidación de un alcohol se consigue cuando el número de enlaces C-O aumenta en el

átomo de carbono hidroxílico (C-OH). A continuación, se comparan los distintos estados de oxidación

que pueden adquirir los alcoholes primarios, secundarios y terciarios.

HR

OH

HHR

O

OHR

O

HR

OH

RRR

O

RR

OH

R

[ O ] [ O ]

alcohol 1º aldehido ácido carboxílico

[ O ]

[ O ]

alcohol 2º cetona

alcohol 3º

no hay reacción

Figura 60: Oxidación de alcoholes 1º, 2º y 3º y diferencias en los productos.

La oxidación de alcoholes primarios proporciona ácidos carboxílicos. A pesar de que se forma un

aldehido en una primera oxidación, éste es aún más reactivo frente a la oxidación y pasa directamente al

ácido carboxílico correspondiente. La oxidación de alcoholes secundarios proporciona cetonas y los

alcoholes terciarios son inertes a la oxidación normal. Hay que hacer notar que tanto los alcoholes 2º

como 3º se oxidan a ácidos carboxílicos con rompimiento de enlaces C-C a altas temperaturas y medio

fuertemente ácido.

Uno de los oxidantes más empleados para efectuar oxidaciones es el ácido crómico. El ácido crómico

se prepara disolviendo dicromato sódico o potásico en una mezcla de ácido sulfúrico y agua. El

agente de oxidación es probablemente el ácido crómico (H2CrO4), o bien el cromato ácido, HCrO4-

NaO Cr

O

O Cr

O

ONa

O O

OH Cr

O

OH

O

+ H2O H2SO4+ 2 Na2SO4+

La oxidación de los alcoholes también se puede conseguir utilizando el reactivo CrO3 en una solución

acuosa diluida de ácido sulfúrico.

OH Cr

O

OH

O

CrO3

OH Cr

O

O

O

+ H2O

H2SO4 -

óxido crómico ácido crómico ión cromato ácido

+ H +

El mecanismo de la oxidación de un alcohol implica primero la formación de un éster del ácido

crómico (un cromato de alquilo). A continuación, se produce una reacción de eliminación en el



cromato que origina el compuesto carbonílico (aldehido o cetona). La reacción de eliminación es similar

mecanísticamente al proceso de eliminación E2 (Figura 61A). En el caso del aldehído, la presencia de

agua en medio ácido produce el hidrato del aldehído, el cual reacciona como un alcohol con el ácido

crómico produciendo el ácido carboxílico (Figura 61B)

H

R

OHH OH Cr

O

OH

OH

R

OH Cr

O

OH

O

H

R

OH Cr

O

OH

O

R

O

HCr

O

OHO

R

O

H

R

O

H

R

OH

H

R

OH

H

OH Cr

O

OH

O

H

R

OOH Cr

O

OH

O

R

OOHCr

O

OHO

- H2O

-

+

éster alquilcrómico

H2O + + H3O++

(R)(R)

(R) (R)

A

B

H2O H+

H+

H H2O

+- H+

HHO

hidrato de aldehido

- H2O

H2O

-

+ H3O++

Figura 61: A) Oxidación de alcoholes 1º y 2º. La primera etapa de oxidación del alcohol 1º lleva a aldehido mientras que el 2º lleva a cetona. B) Oxidación del aldehido vía la formación del hidrato de aldehido.

El cromo (IV) que se forma en el proceso de oxidación continua reaccionando para dar la forma

reducida estable cromo (III), proceso que involucra pasos de transferencia de electrones aún no

determinados. Tanto el dicromato de sodio como el ácido crómico son de color naranja, mientras que le

ión crómico es de color azul verdoso. El cambio de color observado en las reacciones con el ácido

crómico se puede emplear como ensayo de la presencia de un alcohol oxidable.

La oxidación de un alcohol primario conduce a ácidos carboxílicos. Muchos agentes oxidantes no son

quimioselectivos porque no permiten parar la oxidación de un alcohol primario en la etapa de aldehído.

Para conseguir la oxidación controlada de alcoholes primarios a aldehídos se deben emplear otros

oxidantes basados en Cr(VI), como el reactivo de Collins, que es un complejo de CrO3 con dos

moléculas de piridina, o el clorocromato de piridinio (PCC), que es una versión del anterior pero



mucho más soluble en diclorometano (CH2Cl2). Como no hay presencia de agua en el medio no se

forma el hidrato del aldehido evitándose de esta forma la posterior oxidación a ácido carboxílico

(Figura 62)

N

CrO3

N CrO3:

2

. : . . HCl

reactivo de Collins clorocromato de piridinio

Figura 62: Estructuras del reactivo de Collins y del clorocromato de piridinio (PCC).

En la Figura 63 se indican dos ejemplos de síntesis de aldehídos mediante oxidación quimioselectiva de

alcoholes primarios.

CH3(CH

2)5

CH2Cl

2

CH3(CH

2)5CH

2OH CHO

OH O

HCH

2Cl

2

PCC

PCC

Figura 63: Ejemplos de obtención de aldehidos a partir de alcoholes 1º con PCC.

El cambio de color que se produce cuando el cromo VI (naranja) se reduce al cromo III (verde) es la

base de la prueba del análisis del aliento. Se ha demostrado que existe una relación directa entre la

concentración del alcohol en sangre y el alcohol que exhalan los pulmones. El paso de un volumen

definido de aire a través de un tubo que contiene ión cromato (cromo (VI) de color naranja) causa la

oxidación del etanol (CH3CH2OH) a ácido acético (CH3COOH) y la reducción del cromo (VI) a

cromo (III), de color verde. Cuanto mayor es la concentración del alcohol en el aliento, mayor es la

distancia que el color verde avanza en el tubo.

CH3CH

2OH CH

3COOH+ Cr (VI) Cr (III)+

El Alco-Check es el desarrollo del tubo Alcotest utilizado desde hace décadas por la policia. Si el aire

exhalado contiene alcohol, el relleno del tubo se colorea de amarillo a verde. Cuando se alcanza el valor

límite correspondiente a una concentración de alcohol en sangre de 0,5 ‰ o 0,8 ‰ la persona es

declarada en estado severo de ebriedad e imposibilitada de manejar o realizar algún trabajo.

Alco-Check Alcotest



También, es el método utilizado en el Servicio Médico Legal para determinar la alcoholemia. En este

caso se hace mediante una retrotitulación de una disolución de dicromato de potasio en presencia de

ácido sulfúrico con sulfato ferroso amoniacal hasta viraje de la disolución de verde a café rojizo. De

acuerdo al gasto de disolución de sulfato ferroso y haciendo la diferencia con la cantidad de dicromato

inicial se determina la cantidad de alcohol de la muestra y eso da el grado de alcohol en la sangre.

1.7.2- ALCOHOLES COMO NUCLEÓFILOS Y ELECTRÓFILOS.

Los alcoholes son compuestos químicos muy empleados en síntesis orgánica ya que se pueden

transformar en otros grupos funcionales aprovechando su carácter nucleofílico o aprovechando su

carácter electrofílico.

1.7.2.1.- ALCOHOLES Y ALCÓXIDOS COMO NUCLEÓFILOS.

Un alcohol es un nucleófilo débil y tiende a reaccionar con especies electrofílicas muy reactivas, como

los carbocationes, tal y como ocurre en las reacciones SN1 o en las reacciones de hidratación de

alquenos (Figura 64)

R O

H

R O

H

R O+ - H +

C:.. +

C..

C..

¨

Figura 64: Alcoholes como nucleófilos frente a carbocationes (SN1)

Por otra parte, el alcohol puede convertirse en un ión alcóxido, mucho más nucleofílico, que puede

atacar a electrófilos débiles y por tanto participar en reacciones SN2 (Figura 65)

R OX

R O X

R O- X -

C:..

C..

C..

¨¨

-

¨

Figura 65: Alcóxidos como nucleófilos frente a haluros de alquilo (SN2)

1.7.3.- ALCOHOLES COMO ELECTRÓFILOS.

Un alcohol es un mal electrófilo porque el grupo hidroxilo, muy básico, es un mal grupo saliente. Para

convertir a los alcoholes en especies electrofílicas hay que transformar el grupo OH en un buen grupo

saliente. En la Figura 65 se muestra que el alcohol se convierte en un derivado, simbolizado como ROZ.

Para que este derivado pueda ser atacado por un nucleófilo el grupo Z debe ser electrón-atrayente,

porque de esta forma el grupo saliente (ZO-) es muy poco básico (Figura 66)

R OH R O R Nu + :..

¨

-..

¨Z

Nu: ..

¨ZO

alcohol derivado del alcohol

Figura 66: Formación de derivados de alcoholes en reacciones SN2

Una forma de activar a los alcoholes en el proceso SN2 consiste en convertirlos en sulfonatos (ésteres

de ácidos sulfónicos, Z=RSO2). Estos ésteres sulfónicos se obtienen mediante la reacción de los

alcoholes con los correspondientes cloruros de ácidos sulfónicos. En la Figura 67 se muestran las

estructuras del ácido p-toluensulfónico y del ácido metanosulfónico así como la de sus



correspondientes cloruros: el cloruro de p-toluensulfonilo, denominado también cloruro de tosilo

(Ts), y el cloruro de metanosulfonilo, denominado también cloruro de mesilo (Ms).

RO

R OH

CH3

S

O

O

OH

SOCl2

ClCH3

S

O

O

CH3

S

O

O

RO

R OH

CH3

S

O

O

OH

SOCl2

ClCH3

S

O

O

CH3

S

O

O

..

¨..

¨

ác. p-toluenosulfónico cloruro de tosilo tosilato de alquilo (TsOR)

..

¨..

¨

ác. metanosulfónico cloruro de mesilo mesilato de alquilo (MsOR)

Figura 67: Formación de tosilato y mesilato de alquilo a partir de alcoholes y el cloruro de ácido sulfónico correspondiente.

Los alcoholes se transforman en sulfonatos (tosilatos o mesilatos) mediante la reacción con cloruro de

tosilo (TsCl) o de cloruro de mesilo (MsCl) en una disolución de piridina. La piridina cumple un doble

papel: por una parte es el disolvente de la reacción y por otra es la base que neutraliza el HCl que se

forma en el proceso. El mecanismo para la formación de tosilatos se muestra en la Figura 68.

RO

H

RO

H

CH3

S

O

O

Cl CH3

S

O

O

Cl

RO

H

CH3

S

O

O

N

ROCH3

S

O

O

N

H

..

¨

..

¨

:

-

+

.. +..++

Figura 68: Formación de tosilato en presencia de piridina (C5H5N) La piridina neutraliza el HCl que se forma generando cloruro de piridinio.

Los grupos tosilato y mesilato son excelentes grupos saliente porque son muy poco básicos. Su carga

negativa se encuentra deslocalizada sobre tres átomos de oxígeno. En la Figura 69 se representa una

reacción SN2 sobre un mesilato de alquilo con indicación de las estructuras resonantes del anión

mesilato que ponen de manifiesto la eficiente deslocalización de la carga negativa.

CH3

S

O

O

O R CH3

S

O

O

O CH3

S

O

O

O CH3

S

O

O

O

..

¨

-: :

::

Nu: ..

¨

: :

::

:R Nu +

-

..

¨

: :

::

¨

-

..

¨

: :

::

¨ Figura 69: Sustitución nucleofílica del mesilato. Nótese que la carga negativa del anión mesilato se encuentra

deslocalizada entre los tres átomos de oxígeno.



Otra forma más simple de convertir un grupo hidroxilo en un buen grupo saliente es mediante su

protonación. En este caso el grupo saliente ya no es el ión hidróxido sino el agua, que es mucho menos

básica.

En la Figura 70 se indican algunas reacciones que ilustran el empleo de los ésteres de sulfonato en las

reacciones SN2.

Síntesis de nitrilos

OTs CNRNaCN

R

Síntesis de haluros

OTs XRNaX

R X = Cl, Br, I

Síntesis de éteres

OTs OR'RNaOR'

R R' = alquilo o arilo

Síntesis de aminas

OTs NR'3

NR'3R

NaOHNR'3 R R' = H, alquilo o ariloH+ R

Síntesis de azidas

OTs N3R

NaN3 Razida de sodio

Síntesis de alcanos

OTs HRLiAlH4 R

Figura 70: Ejemplos del uso de ésteres de sulfonato de alquilo en reacciones de SN.

1.7.4.- SÍNTESIS DE HALUROS DE ALQUILO A PARTIR DE ALCOHOLES.

1.7.4.1.- HALOGENACIÓN DE ALCOHOLES CON HIDRÁCIDOS.

Los haluros de alquilo se pueden obtener mediante una reacción SN2 entre el correspondiente tosilato y

un ión halogenuro. Los haluros de alquilo también se pueden obtener mediante la reacción del propio

alcohol con un hidrácido (HX). En la Figura 71 se muestra la reacción entre el t-butanol y HBr

concentrado para formar el bromuro de t-butilo.

CH3

CH3

CH3

OH CH3

CH3

CH3

O

H

HCH

3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

Br+ HBr+ - H2O + Br -

Figura 71: SN1 entre el t-butanol y HBr.

Esta transformación se explica mediante el mecanismo SN1. En disolución ácida el alcohol está en

equilibrio con su forma protonada. La protonación convierte al grupo hidroxilo, que es un mal grupo

saliente, en un buen grupo saliente: el H2O. El t-butanol protonado se escinde heterolíticamente para dar

lugar al carbocatión t-butilo y a H2O. En un segundo paso, el ión bromuro ataca al carbocatión

intermedio estable dando lugar al bromuro de t-butilo.

El mecanismo de la reacción depende de la estructura del alcohol. En el caso del 1-butanol, un alcohol

primario, la reacción sigue el mecanismo SN2. Los alcoholes secundarios reaccionan con HBr para

formar bromuros de alquilo generalmente mediante mecanismos SN1.

El HCl reacciona con los alcoholes en la misma forma que el HBr. Por ejemplo, el t-butanol reacciona

con HCl concentrado para proporcionar cloruro de t-butilo (Figura 72)



CH3

CH3

CH3

OH CH3

CH3

CH3

Cl+ HCl H2O+

Figura 71: SN1 entre el t-butanol y HCl.

Las reacciones de los hidrácidos con los alcoholes no siempre dan buenos rendimientos de haluros de

alquilo. Por ejemplo, los alcoholes secundarios y sobre todo los primarios reaccionan con HCl muy

lentamente debido a la menor nucleofília del ión cloruro en comparación con el ión bromuro. Al calentar

un alcohol en ácido concentrado como HCl o HBr con frecuencia se producen reacciones de eliminación

debido a que el grupo hidroxilo protonado es un buen candidato tanto para la sustitución como para la

eliminación. Si la reacción de sustitución procede a través del mecanismo SN1 es posible la formación

de productos resultantes de la transposición del carbocatión intermedio.

1.7.4.2.- SÍNTESIS DE HALUROS DE ALQUILO A PARTIR DE ALCOHOLES POR REACCIÓN

CON HALOGENUROS DE FOSFORO.

Un mejor procedimiento, que permite evitar las limitaciones expuestas anteriormente en la síntesis de

haluros de alquilo, es la reacción de los alcoholes con halogenuros de fósforo como el PCl3, PBr3 o el

PCl5.

R OH R X R OH R ClPX3

X = Cl, Br

PCl5

Para la síntesis de yoduros de alquilo no se emplea el triyoduro de fósforo porque es inestable y no

puede almacenarse. En su lugar se emplea una mezcla de fósforo y yodo que genera in situ el PI3 en la

mezcla de reacción.

R OH R IP

I2

El PBr3 es el mejor reactivo para la conversión de alcoholes primarios y secundarios en bromuros de

alquilo. Los alcoholes terciarios dan bajos rendimiento. El mecanismo que permite explicar la

conversión de alcoholes en bromuros de alquilo empleando PBr3 se muestra en la Figura 72. En el

primer paso se produce un desplazamiento de un átomo de bromo del PBr3 promovida por el alcohol. En

el segundo paso del mecanismo se produce una reacción SN2 en la que el ión bromuro ataca al alcohol

activado. Este ataque está impedido si el alcohol es terciario.

R O

H

P Br

Br

Br

R O

H

P

Br

Br

..: :

..:

+- Br -

1º paso: desplazamiento del ión bromuro por el alcohol

R O

H

P

Br

Br

Br R P OH

Br

Br

Br - ..:

+

+ :

2º paso: ataque SN2 del ión bromuro y formación del bromuro de alquilo.

Figura 72: Formación de bromuro de alquilo usando PBr3.



El grupo saliente de este proceso, el HOPBr2, puede continuar la reacción dando lugar a bromuro de

alquilo y a HOPBr2, que a su vez continúa la reacción para dar lugar bromuro de alquilo y a P(OH)3

como se muestra en la Figura 73.

R O

H

P OH

Br

Br

Br R P OH

OH

Br

R O

HBr R P OH

OH

OH

..: :+ :+

..:

:+

Figura 73: Sustitución total de los iones bromuros del PBr3.

La síntesis de bromuros de alquilo con PBr3 transcurre mediante el mecanismo SN2 y por tanto en estas

reacciones no se observan transposiciones. El PCl3 y el PI3, generado in situ con P y I2, reaccionan de

modo semejante al PBr3.

1.7.4.3.- SÍNTESIS DE CLORUROS DE ALQUILO A PARTIR DE ALCOHOLES POR REACCIÓN

CON CLORURO DE TIONILO.

Un reactivo que se emplea para convertir alcoholes en cloruros de alquilo es el cloruro de tionilo

(SOCl2). Con este reactivo los subproductos del proceso son SO2 y HCl gaseosos, por lo que el

equilibrio se desplaza hacia la formación del cloruro de alquilo. Cuando la reacción se hace en ausencia

de piridina se observa una retención de la configuración del alcohol ópticamente activo inicial. El

mecanismo propuesto para esta reacción se muestra en la Figura 74.

O H

H

SOCl2

O HH

S

OCl

Cl

O HH

S

OCl

O H

S

O

Cl

HCl

O S O..

:+

¨

:

¨

:

+

¨

..:

- H+

¨

:

:

¨::+ + HCl

S-3-hexanol

S-3-clorohexano

clorosulfito de alquilo

Figura 74: Halogenación del alcohol con cloruro de tionilo en ausencia de piridina. La reacción produce el halogenuro con retención de la configuración del carbono asimétrico. El ataque del cloro es por la misma cara que la salida del oxígeno del clorosulfito.



Muy a menudo la reacción anterior se lleva cabo en presencia de piridina para neutralizar el HCl

formado. En estas condiciones se observa la inversión de la configuración en alcoholes quirales lo que

apunta a un mecanismo SN2 en el paso de la sustitución. El primer paso de la reacción es igual que en el

caso anterior (formación del clorosulfito de alquilo a partir del alcohol correspondiente y cloruro de

tionilo), un compuesto que posee un buen grupo saliente como es el ión cloruro. El ataque SN2 del ión

cloruro del complejo de piridinio origina el cloruro de alquilo correspondiente con inversión de la

configuración en el carbono hidroxílico. El mecanismo se muestra en la Figura 75.

O H

H

SOCl2

O HH

S

OCl

Cl

O HH

S

OCl

O H

S

O

Cl

H Cl

O S O

N

N

H

..

:

Cl -

..

+

¨

:

¨

:-

+

¨

..:

+

¨

:

:

¨::+ +

S-3-hexanol

R-3-clorohexano

+

Cl -SN2

Cl -

Cl -

Figura 75: Halogenación del alcohol con cloruro de tionilo en presencia de piridina. En la reacción se obtiene el halogenuro con inversión de la configuración del carbono asimétrico.

1.7.5.- DESHIDRATACIÓN BIMOLECULAR PARA FORMAR ÉTERES.

En algunos casos un alcohol protonado puede ser atacado por otra molécula de alcohol mediante un

mecanismo SN2. Esta reacción tiene lugar cuando la deshidratación se efectúa sobre alcoholes primarios

no impedidos. El resultado del proceso es la formación de agua y un éter. La síntesis industrial del

dimetil éter (CH3-O-CH3) y del dietil éter (CH3CH2-O-CH2CH3) se efectúa de este modo: mediante

calentamiento de los correspondientes alcoholes en presencia de H2SO4.

CH3CH

2OH

H2SO

4

CH3CH

2OCH

2CH

32

140 ºC+ H2O

etanol dietiléter

La obtención del dietiléter a partir del etanol se puede explicar mediante un mecanismo SN2. En primer

lugar se establece un equilibrio ácido-base entre el etanol y el etanol protonado (Figura 76)



CH3CH

2O

H

O S

O

O

OHH CH3CH

2O

H

H

O S

O

O

OH:.. -+ : ++

Figura 76: Protonación del alcohol por el ácido sulfúrico.

A continuación, se produce el ataque nucleofílico del etanol sobre el alcohol protonado, lo que da lugar

a la forma ácida del éter etílico. Este intermedio se transforma en el éter neutro al perder el protón a una

molécula de agua como se muestra en la Figura 77.

CH3CH

2O

H

C O

H

HH

CH3

HC

H

CH3

HCH

3CH

2O

H

O

H

H

C

H

CH3

HCH

3CH

2O O

H

H

H

:..

+..

++

¨ :..

..

+ ¨ + :..

+

¨

Figura 77: Ataque nucleofílico del etanol al etanol protonado para formar dietiléter.

1.7.6.- REACCIONES DE DESHIDRATACIÓN. FORMACIÓN DE ALQUENOS.

Los alquenos se pueden obtener mediante la deshidratación de alcoholes. Esta reacción de eliminación

necesita un catalizador ácido cuya misión es la de protonar al grupo hidroxilo y convertirlo en un buen

grupo saliente.

OH H

H2O

alcohol alqueno

+

La reacción de deshidratación es reversible, es decir, la olefina que se forma en el proceso se puede

hidratar y reconvertir en el alcohol de partida. Para desplazar el equilibrio hacia la derecha se puede

eliminar alguno de los productos de la reacción a medida que se va formando. En algunos procesos se

introduce un agente deshidratante que elimina el agua a medida que se va formando. En otros se

aprovecha el bajo punto de ebullición de la olefina para eliminarla de la mezcla de reacción mediante

destilación.

El ciclohexeno se obtiene mediante la reacción de deshidratación del ciclohexanol en presencia de ácido

fosfórico o ácido sulfúrico destilándolo a medida que se va formando (Figura 78)

OH

H3PO

4

H2O

ciclohexanol (p.eb.= 161 ºC ) ciclohexeno (p.eb.= 83 ºC)

+

Figura 78: Deshidratación de ciclohexanol con ácido fosfórico.

Por lo general, si la reacción se lleva a cabo en medio ácido, y la estructura del alcohol lo permite, el

proceso sigue un mecanismo E1. El mecanismo de la deshidratación del ciclohexanol se inicia con la

protonación del grupo hidroxilo, que se convierte así en un buen grupo saliente (Figura 79)



O H

O P

O

OH

OH

H

OHH

O P

O

OH

OH

:-

+

ciclohexanol ciclohexanol protonado

..

¨: +

..

¨¨

+

Figura 79: Protonación del ciclohexanol.

La ruptura heterolítica del enlace C-O en el ciclohexanol protonado forma el carbocatión ciclohexilo que

pierde un protón para dar lugar al ciclohexeno como se muestra en la Figura 80.

H

H

OHH

H

H

- H2O

carbocatión ciclohexilo ciclohexeno

..+

+

- H+

Figura 80: Formación del carbocatión y eliminación de un protón vecino para formar el doble enlace.

El paso que determina la velocidad del proceso es el de la formación del carbocatión, por tanto, la

facilidad de deshidratación de alcoholes en medio ácido sigue el mismo orden que el de facilidad de

formación de carbocationes:



2.- FENOLES.

2.1.- DEFINICIÓN.

Los fenoles o compuestos fenólicos son compuestos aromáticos que contienen uno o más grupos

hidroxilos. El compuesto más simple es el fenol, un compuesto formado por un OH unido a un benceno

y que da nombre a la familia. La mayoría de estos compuestos tienen más de un grupo OH y se

encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. Algunos ejemplos se muestran en la Figura 81.

OH OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH OH

OH

OH

fenol catecol resorcinol hidroquinona -naftol pirogalol

Figura 81: Estructura de algunos fenoles.

2.2.- NOMENCLATURA.

Los fenoles se nombran como derivados del fenol o de algún otro compuesto fenólico que tiene un

nombre vulgar. Para fenoles con más de un grupo hidroxilo, la nomenclatura IUPAC los nombra como

derivados dioles, trioles, etc. del benceno. Algunos ejemplos se observan en la Figura 82.

OH

Cl

OH

OH

OH

OH

Br

OH

CH3

m-clorofenol p-cresol catecol 4-bromoresorcinol

3-clorofenol 4-metilfenol 1,2-bencenodiol 4-bromo-1,3-bencenodiol

Figura 82: Estructura de algunos derivados fenólicos.

2.3.- PROPIEDADES.

El fenol, en comparación con los alcoholes, es plano. El grupo hidroxilo se encuentra coplanar con el

anillo de benceno como se muestra en la Figura 83.

OH

H H

OH

H

109° 108,5°1,36 A 1,42 A

°°

fenol metanol Figura 83: Estructura del fenol en comparación con el metanol.



Los enlaces a átomos de carbono con hibridación sp2 son más cortos que los enlaces a átomos de

carbono con hibridación sp3 que es lo que ocurre en los fenoles. El enlace C-O del fenol es levemente

más corto que el mismo enlace en el metanol. Debido a la planaridad del enlace O-H con el anillo,

permite una deslocalización de uno de los pares de electrones del oxigeno con la nube del anillo

bencénico lo que se observa al escribir las estructuras resonantes del fenol de la Figura 84.

H

H

H H

O

H

H

OH OH OH OH OH

..

.

.

..

..

..

:.. ..

-

+ :.. ..

-

+..

-

+

I II III IV V Figura 84: Estructuras resonantes del fenol e interacción orbitalaria del

par de electrones no enlazantes del oxigeno con la nube .

Las estructuras resonantes dipolares (I, II, III y IV) dan cuenta de las propiedades de los fenoles. El

oxigeno de los fenoles es menos básico que el de los alcoholes mientras que el protón es más acido que

los alcoholes. Por otro lado, el grupo OH de los fenoles no sufre sustitución nucleofílica como el OH de

los alcoholes y el fenol sufre sustitución electrofílica aromática más rápida que el benceno.

Al igual que los alcoholes, el grupo OH permite formar enlaces por puente de hidrógeno entre moléculas

del fenol y los disolventes próticos como el agua y los alcoholes como se muestra en la Figura 85.

Figura 85: a) Interacción por puente de hidrógeno entre moléculas de fenol. b) Interacción por puente de

hidrógeno entre fenol y agua .

Los fenoles tienen puntos de fusión y de ebullición más altos que los arenos y haluros de arilo de peso

molecular similar y son más solubles en agua que estos como se muestra en la Tabla 5.

Tabla 5: Comparación de las propiedades físicas del fenol con tolueno y fluorobenceno.

tolueno fenol fluorobenceno

Peso molecular 92 94 96

Punto de fusión -95° C 43° C - 41° C

Punto de ebullición 111° C 132° C 85° C

Solubilidad en agua a 25° C 0,05 g/ 100 mL 8,2 g/ 100 mL 0,2 g/ 100 mL



Los fenoles son más ácidos que los alcoholes pero menos que los ácidos carboxílicos. Las constantes de

acidez (Ka) de los fenoles son del orden de 10-10

mientras que las de los alcoholes son del orden de 10-16

y las de los ácidos carboxílicos son del orden de 10-5

. Este mayor valor de la Ka en los fenoles se debe a

la estabilización por resonancia de la base conjugada o ión fenóxido como se observa en la Figura 86.

OH O

O O OO O

:

..

..

+ H+

..

..:-

fenol fenolato

-

..

-

.... .

.. ... . .. .. ..

-

.--

I II III IV V Figura 86: Ionización del fenol en disolución acuosa y estructuras resonantes del ión fenóxido.

.

Como los fenoles son ácidos más débiles que los ácidos carboxílicos, éstos pueden reaccionar con bases

fuertes como el hidróxido de sodio (NaOH) pero no con bases débiles como el bicarbonato de sodio

(NaHCO3) mientras que los ácidos carboxílicos reaccionan con ambas bases.

Los grupos sustituyentes atractores de electrones en el anillo bencénico del fenol tiende a aumentar la

acidez debido a la mayor deslocalización de la carga negativa mientras que los grupos dadores de

electrones hacen disminuir la acidez. En la Tabla 6 se muestran algunos ejemplos.

Tabla 6: Valores de pKa para fenoles monosustituidos.

p-cresol p-metoxifenol Fenol

p-clorofenol p-nitrofenol

pKa

Estructura

10,3

OH

CH3

10,2

OH

OMe

10,0

OH

9,4

OH

Cl

7,2

OH

NO2

2.4.- SINTESIS DE FENOLES.

El grupo hidroxilo de los fenoles se obtiene por reacción nucleofílica aromática con NaOH a altas

temperaturas de ácidos sulfónicos o de sales de diazonio como se muestra en la Figura 87.

El acido sulfónico se obtiene a partir de un derivado del benceno con tratamiento de ácido sulfúrico

fumante, una mezcla de trióxido de azufre y ácido sulfúrico concentrado. La sal de diazonio se obtiene a

partir del nitroderivado correspondiente.

La naturaleza del grupo sustituyente en el anillo bencénico producirá el derivado correspondiente. Los

grupos dadores de electrones son orientadores o- y p- mientras que los grupos atractores de electrones

son orientadores m-.



R

SO3H

R

OH

RSO3

H2SO4

i) KOH / NaOH / 330° C

ii) H+

Derivado de benceno ácido sulfónico fenol

R

NO2

R

OH

R

NH2

R

N2 +

RHNO3

H2SO4

Fe / HClNaNO2

HCl

H2O

Derivado de benceno nitrobenceno anilina sal de diazonio fenol

Figura 87: Reacciones para la síntesis de fenoles.

2.5.- REACCIONES DE LOS FENOLES.

Los fenoles tienen dos centros reactivos: el anillo aromático y el grupo OH.

2.5.1.- REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA.

Los fenoles sufren reacciones de sustitución electrofílica aromática (SEA) con velocidades mayores que

el benceno debido al efecto activante del grupo OH. Como el grupo OH es un grupo dador de electrones,

favorece la sustitución en las posiciones o- y p-. En la Figura 88 se muestra algunas reacciones del

fenol frente a los electrófilos más comunes.

OH

R

O

Cl

OH

O R

OH O

R

OH

NO2

OH

NO2

OH

Br

OH

Br

HNO

3

H2SO4AlCl3

++

Br2 H2O

+

Nitración bromación Acilación de Friedel-Crafts

OH

R OH

OH

R

OH

ROH

SO3H

OH

SO3H SO3

H2SO4H3PO4

++

Sulfonación Alquilación de Friedel-Crafts

Figura 88: Reacciones de Sustitución electrofílica aromática de fenoles.

También sufre reacciones de copulación con sales de diazonio. Esta es la base de la síntesis de muchos

colorantes, algunos utilizados como indicadores acido-base. En la Figura 89 se muestra la síntesis del



rojo para o rojo de p-nitroanilina (Pigment Red 1, C.I. 12070), un colorante que se forma utilizando

2-naftol o -naftol.

NH2

O2N O

2N

N NOH

O2N

NN

OH

NaNO2

HCl, 0° C

..+

..

..

Figura 89: Síntesis del colorante rojo para.

2.5.1.- REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA.

Los fenoles pueden ser usados como nucleófilos al igual que los alcoholes. El ion fenóxido es un

nucleófilo fuerte y puede reaccionar con haluros de alquilo primarios para formar éteres (Síntesis de

Williamson) La reacción se lleva a cabo en medio alcalino. Los halogenuros de alquilo secundarios dan

mezclas de sustitución y de eliminación mientras que los halogenuros de alquilo terciarios dan sólo

productos de eliminación. En la Figura 90 se muestra la formación del etil -naftil éter.

OH Oi) NaOH

ii) EtI

Figura 90: Síntesis de Williamson de un fenoxiéter.

Otras reacciones tanto de alcoholes como fenoles se verán en los capítulos de éteres y epóxidos y

compuestos carbonílicos.

tema 02 alcoholes y fenoles tdc

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