Dr. Carlos antonio rius alonso

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Estructura y síntesis de alcoholes

• Dr. Carlos antonio rius alonso
• Depto. De quimica organica
• Facultad de quimica
• Unam
• septiembre 2007

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Estructura del agua y del alcohol metílico.
La estructura del metanol se parece a la
estructura del agua, reemplazando uno de los
átomos de hidrógeno del agua por un grupo alquilo.
El ángulo H-O-H en el agua es de 104,5º. El
ángulo C-O-H en alcohol metílico es de 108,9º.
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Tipos de alcoholes.

• Los alcoholes se clasifican de acuerdo con el
  tipo de átomo de carbono (primario, secundario o
  terciario) al que va enlazado el grupo hidroxilo.
  Los fenoles tienen un grupo hidroxilo enlazado a
  un átomo de carbono de un anillo bencénico. 
• Los alcoholes se clasifican de acuerdo con el
  tipo de átomo de carbono al que está unido el
  grupo hidroxilo. Los alcoholes en los que el
  grupo hidroxilo está unido a un carbono primario
  se consideran alcoholes primarios. Un alcohol
  secundario tiene el grupo hidroxilo unido al
  carbono secundario y un alcohol terciario está
  unido a un carbono terciario. Un grupo hidroxilo
  unido a un grupo metilo se denomina alcohol
  metílico

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Tipos de alcoholes.
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Síntesis de 1,2-diol.
El término glicol generalmente significa 1,2-diol
o diol vecinal, con sus dos grupos hidroxilo en
átomos de carbono adyacentes. 
Un alqueno se puede oxidar a diol vecinal
utilizando perácidos, tetraóxido de osmio o
permanganato de potasio. Los dioles vecinales se
conocen comúnmente como glicoles
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Puntos de ebullición de los alcoholes.
Esta gran diferencia en los puntos de ebullición
sugiere que las moléculas de etanol se atraen
entre sí con mucha más fuerza que las moléculas
de propano. De esto son responsables dos fuerzas
intermoleculares el enlace de hidrógeno y las
atracciones dipolo-dipolo
Los alcoholes tienen puntos de ebullición más
elevados que los éteres y alcanos porque los
alcoholes tienen interacciones dipolo-dipolo y
pueden formar enlaces de hidrógeno. La
interacción más fuerte entre las moléculas de
alcohol requerirá más energía para romperlas
teniendo como resultado un punto de ebullición
más elevado.
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Enlace de hidrógeno en los alcoholes.
Se puede observar los efectos del enlace de
hidrógeno y de las atracciones dipolo-dipolo
comparando el etanol con el dimetil éter. Igual
que el etanol, el dimetil éter tiene un momento
dipolar grande (1.30 D), pero el dimetil éter no
puede tener enlaces de hidrógeno porque no tiene
hidrógenos enlazados al oxígeno (-O-H). 
El protón hidroxilo del alcohol tiene una carga
positiva parcial. El hidrógeno pueden interactuar
con los pares solitarios del oxígeno de una
molécula de alcohol diferente. Esta interacción
entre el hidrógeno y el oxígeno se denomina
enlace de hidrógeno. Por el contrario, los éteres
no pueden formar enlaces de hidrógeno porque los
hidrógenos sobre los carbonos no son positivos
parcialmente.
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Las regiones hidrofóbicas e hidrofílicas de los
alcoholes
El agua y los alcoholes tienen propiedades
similares porque contienen grupos hidroxilo que
pueden formar enlaces de hidrógeno. Los alcoholes
forman enlaces de hidrógeno con el agua y varios
de los alcoholes de masa molecular más baja son
miscibles (solubles en cualquier proporción) con
el agua
La cadena alquilo de un alcohol se considera la
región hidrofóbica (no tiene afinidad por el
agua) porque no existe una interacción entre los
carbonos de la cadena y las moléculas de agua. El
extremo hidroxilo del alcohol pueden interactuar
bien con agua (enlace de hidrógeno), por lo que
este extremo se considera hidrofílico (tiene
afinidad por el agua).
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Acidez de los alcoholes.
Al igual que el protón hidroxilo del agua, el
protón hidroxilo de un alcohol es débilmente
ácido. Una base fuerte puede extraer este protón
hidroxilo para dar lugar a un ión alcóxido
El protón hidroxilo de un alcohol puede ser
abstraído por una base para formar el ión
alcóxido. Aunque algunos de los alcoholes son
aproximadamente tan ácidos como el agua, la
adición de los grupos de retirada de electrones
aumentará la acidez. Los fenoles son mucho más
ácidos que los alcoholes de cadena abierta porque
el anillo aromático puede deslocalizar de manera
efectiva la carga negativa dentro del anillo
aromático.
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Formación de alcóxidos de sodio y de potasio.
Cuando se necesita un ión alcóxido en una
síntesis, normalmente se suele obtener mediante
la reacción de sodio o de potasio metálico con
alcohol. Ésta es una reacción de
oxidación-reducción, de forma que el metal es
oxidado y el ión hidrógeno (protón) reducido para
dar lugar a hidrógeno gaseoso, que burbujea en la
solución, generándose el alcóxido de sodio o de
potasio. 
Los alcoholes reaccionan con sodio y potasio
metálico para formar alcóxidos. Por ejemplo, el
etanol reacciona con sodio para formar etóxido de
sodio, una base fuerte utilizada frecuentemente
para las reacciones de eliminación. Los alcoholes
más impedidos como 2-propanol o terc-butanol
reaccionan más rápidamente con potasio que con
sodio. La reacción produce hidrógeno gaseoso.
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Acidez de los fenoles
Se podría esperar que el fenol tuviese la misma
acidez que el ciclohexanol, ya que sus
estructuras son similares. Esta predicción es
errónea el fenol es casi 108 veces más ácido que
el ciclohexanol. 
El alcohol aromático fenol es más ácido que los
alcoholes alifáticos debido a la capacidad que
tienen los anillos aromáticos de deslocalizar la
carga negativa del oxígeno dentro de los carbonos
del anillo.
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Deslocalización de la carga en el ión fenóxido.
El ión fenóxido es más estable que un ión
alcóxido típico debido a que la carga negativa no
sólo está localizada sobre el átomo de oxígeno
sino que está deslocalizada entre el oxígeno y
tres átomos de carbono del anillo bencénico. 
La carga negativa del oxígeno puede estar
deslocalizada en más de cuatro átomos del ión
fenóxido. Existen otras tres estructuras de
resonancia que pueden localizar la carga en tres
carbonos diferentes del anillo. La estructura
verdadera es un híbrido entre las cuatro formas
de resonancia.
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Reactivos organometálicos utilizados para la
síntesis de alcoholes.
Los alquinos terminales pueden ser desprotonados
por las bases fuertes como el amiduro de sodio
para formar iones acetiluro. El ión acetiluro es
un nucleófilo fuerte que puede reaccionar con
haluros de alquilo y compuestos de carbonilo
formando un enlace C-C. La reacción del ión
acetiluro con los aldehídos y las cetonas produce
alcoholes acetilénicos
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Reactivos de Grignard.
Los compuesto organometálicos de litio y magnesio
son los que se utilizan con más frecuencia para
la síntesis de alcoholes. Los haluros
organomagnésicos, de fórmula general R-Mg-X, se
conocen como compuestos organomagnesianos o
reactivos de Grignard. 
Los reactivos de Grignard se preparan mediante la
reacción del haluro de alquilo con magnesio
metálico en una disolución con éter. No existen
restricciones en cuanto a los haluros de alquilo
utilizados, pero los yoduros de alquilo son los
más reactivos seguidos de los bromuros y los
cloruros. No es normal para un fluoruro de
alquilo formar reactivos de Grignard. El orden de
reactividad para los haluros de alquilo es R-I gt
R-Br gt R-Cl gtgt R-F.
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Adición de reactivos organometálicos a compuestos
carbonílicos.
El grupo carbonilo está polarizado, con una carga
positiva parcial en el carbono y una carga
negativa parcial en el oxígeno. El carbono
cargado positivamente es electrofílico y, si es
atacado por un nucleófilo, el átomo de oxígeno
adquiere una carga negativa formal
Los reactivos de Grignard y de litio tienen un
carbono nucleofílico y como tal puede atacar a un
electrófilo en solución. El carbono de carbonilo
tiene una carga positiva parcial que es propensa
a los ataques nucleofílicos. El ataque del
carbono organometálico sobre el carbonilo
producirá un intermedio tetraédrico con un átomo
de oxígeno cargado negativamente, es decir, un
alcóxido. La protonación del intermedio con ácido
diluido da lugar al alcohol. 
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Protonación del alcóxido intermedio.
El producto de un ataque nucleofílico es un ión
alcóxido, una base fuerte. La adición de agua o
de un ácido diluido protona al alcóxido dando
lugar al alcohol. 
El alcóxido intermedio puede ser protonado
utilizando una solución ácida diluida.
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Mecanismo de las reacciones de Grignard.
Primera reacción el reactivo de Grignard ataca
al compuesto carbonílico para formar un alcóxido. 
El carbono nucleofílico de Grignard atacará al
carbono electrofílico del carbonilo produciendo
un alcóxido de magnesio. En un paso distinto, se
añade agua o ácido diluido para protonar el
alcóxido y obtener alcohol.
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Formación de alcoholes primarios utilizando los
reactivos de Grignard.
 La adición de un reactivo de Grignard al
formaldehído, seguida de protonación, da lugar a
un alcohol primario con un átomo de carbono más
que en el reactivo de Grignard. 
Dependiendo del compuesto carbonílico utilizado
se pueden obtener alcoholes primarios,
secundarios o terciarios. La reacción de un
reactivo de Grignard con un formaldehído
producirá un alcohol primario tras la protonación.
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Formación de alcoholes secundarios utilizando
reactivos de Grignard
Los reactivos de Grignard se añaden a los
aldehídos para formar, después de la protonación,
alcoholes secundarios. 
La adición de un reactivo de Grignard a un
aldehído, seguida de protonación, producirá un
alcohol secundario.
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Formación de alcoholes terciarios utilizando
reactivos de Grignard.
Una cetona tiene dos grupos alquilo enlazados a
su átomo de carbono carbonílico. La adición de un
reactivo de Grignard, seguida de protonación, da
lugar a un alcohol terciario, con tres grupos
alquilo enlazados al átomo de carbono carbinol. 
Los alcoholes terciarios se pueden obtener
fácilmente mediante la adición de un reactivo de
Grignard a una cetona, seguida de protonación,
con ácido diluido
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Reacción de Grignard con derivados de ácidos
carboxílicos.

•  Los cloruros de ácido y los ésteres son
  derivados de ácidos carboxílicos. En estos
  derivados de ácidos, el grupo -OH del ácido
  carboxílico es reemplazado por otros grupos
  atrayentes de electrones. En los cloruros de
  ácido, el grupo hidroxilo del ácido está
  sustituido por un átomo de cloro. En los ésteres,
  el grupo hidroxílico está sustituido por un grupo
  alcoxilo (-O-R). 
• Los cloruros de acilo y los ésteres reaccionará
  con dos equivalentes de Grignard para formar
  alcoholes terciarios con dos grupos idénticos. El
  primer equivalente se añadirá al carbonilo y
  producirá una cetona, la cual reaccionará con un
  segundo equivalente de Grignard para proporcionar
  el alcohol terciario después de aumentar el ácido.

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Reacción de Grignard con derivados de ácidos
carboxílicos.
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Reacción de Grignard con derivados de ácidos
carboxílicos.

• La adición del primer equivalente del reactivo de
  Grignard produce un intermedio inestable que
  expulsa a un ión cloruro (en el cloruro de ácido)
  o a un ión alcóxido (en el éster), dando lugar a
  una cetona. El ión alcóxido es un buen grupo
  saliente en esta reacción porque al eliminarse
  estabiliza al intermedio cargado negativamente en
  un paso fuertemente exotérmico. 
• Los cloruros de acilo y los ésteres reaccionará
  con dos equivalentes de Grignard para formar
  alcoholes terciarios con dos grupos idénticos. El
  primer equivalente se añadirá al carbonilo y
  producirá una cetona, la cual reaccionará con un
  segundo equivalente de Grignard para proporcionar
  el alcohol terciario después de aumentar el ácido

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Reacción de Grignard con derivados de ácidos
carboxílicos
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Mecanismo de adición de Grignard.

• A continuación se pondrá un ejemplo utilizando un
  éster. Cuando se añade un exceso de bromuro de
  etilmagnesio a benzoato de metilo, el primer
  equivalente se adiciona y el metóxido es
  eliminado, dando lugar a propiofenona. La adición
  de un segundo equivalente, seguida de
  protonación, da lugar a un alcohol terciario
  3-fenil-3-pentanol. 
• El primer paso de la reacción es el ataque del
  reactivo de Grignard  sobre el compuesto
  carbonílico para formar el intermedio
  tetraédrico. Vuelve la carga negativa sobre el
  oxígeno para obtener un enlace doble
  carbono-oxígeno obligando al ión metóxido a salir
  de la molécula y formando una cetona. La cetona
  reacciona con un segundo equivalente de Grignard
  para obtener un alcóxido. Puesto que no hay
  buenos grupos salientes en la molécula, el
  alcóxido será protonado para proporcionar el
  alcohol terciario. Observe que ya que se
  añadieron dos equivalentes de Grignard, dos de
  los grupos alquilo del alcohol serán exactamente
  iguales.

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Mecanismo de adición de Grignard.
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Adición de óxido de etileno.
 Los reactivos de Grignard generalmente no
reaccionan con los éteres, pero los epóxidos son
éteres muy reactivos debido a la tensión de
anillo. El óxido de etileno reacciona con
reactivos de Grignard para dar lugar, después de
la protonación, a alcoholes primarios con dos
átomos de carbono adicionales. Observe que el
ataque nucleofílico del reactivo de Grignard
sobre el óxido de etileno abre el anillo y libera
la tensión anular
Los reactivos de Grignard y de litio atacarán a
los epóxidos (también denominados oxiranos) y los
abrirá para formar alcoholes. Esta reacción está
favorecida porque la tensión anular presente en
el epóxido se libera mediante la apertura. La
reacción se utiliza comúnmente para ampliar la
longitud de la cadena de carbono en dos carbonos.
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Resumen de las reacciones de Grignard.
Los alcoholes primarios y secundarios se pueden
sintetizar mediante la adición de reactivos de
Grignard al formaldehído y a los aldehídos,
respectivamente. Una segunda forma de obtener
alcoholes primarios es la adición de un reactivo
de Grignard al óxido de etileno. Esta reacción
añadirá átomos de carbono a la cadena.
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Resumen de las reacciones de Grignard alcoholes
terciarios.
Los alcoholes terciarios se pueden preparar
mediante el ataque de los reactivos de Grignard
con las cetonas, los cloruros de acilo y los
ésteres. Cuando se utilizan los cloruros de acilo
y los ésteres, el alcohol tendrá dos grupos
alquilo idénticos
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Reducción de un grupo carbonilo mediante un
hidruro.
Los compuestos carbonilos se pueden reducir a
alcoholes mediante la utilización de hidruros
como el borohidruro de sodio (NaBH4) y el hidruro
de aluminio y litio (LiAlH4 o LAH). El
nucleófilo, un hidrógeno cargado negativamente
(hidruro), atacará al átomo de carbono del
carbonilo de cetonas y aldehídos para producir
alcoholes primarios o secundarios después de la
protonación. 
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Facilidad de reducción de los compuestos
carbonilos.
El borohidruro de sodio (NaBH4) reduce los
aldehídos a alcoholes primarios y las cetonas a
alcoholes secundarios. 
Aunque el borohidruro de sodio y el hidruro de
aluminio y litio reducen las cetonas y los
aldehídos a sus correspondientes alcoholes,
solamente el hidruro de aluminio y litio es capaz
de reducir los ésteres y los ácidos carboxílicos
a alcoholes. Esto hace que borohidruro de sodio
sea un reactivo selectivo para las reducciones
cuando hay más de un tipo de carbonilo presente
en la molécula.
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Hidrogenación catalítica de cetonas y aldehídos.
La reducción de una cetona o un aldehído a
alcohol implica la adición de dos átomos de
hidrógeno al enlace CO. Esta adición se puede
llevar a cabo por hidrogenación catalítica,
generalmente utilizando níquel Raney como
catalizador. 
El grupo carbonilo de las cetonas y los aldehídos
se puede reducir mediante la hidrogenación
catalítica utilizando níquel Raney como
catalizador. El níquel Raney es un hidrógeno rico
en polvo de níquel que es más reactivo que los
catalizadores Pd o Pt. Esta reacción no se
utiliza frecuentemente porque también reduce los
enlaces dobles y triples que pueden encontrarse
en la molécula. Los hidruros son más selectivos,
por lo que se utilizan más frecuentemente para
las reducciones de carbonilo.
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Sustitución nucleofílica con tioles.
Los tioles se pueden obtener por reacciones SN2
de hidrosulfuro de sodio con haluros de alquilo
no impedidos. El tiol que se obtiene todavía es
nucleofílico, por lo que se utiliza un gran
exceso de hidrosulfuro para evitar que el tiol,
inicialmente formado, experimente una segunda
alquilación para dar lugar a un sulfuro (R-S-R). 
El hidrosulfuro de sodio puede atacar a los
haluros de alquilo no impedidos para obtener
tioles.
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Oxidación de los tioles
Al contrario que los alcoholes, los tioles se
oxidan fácilmente para dar lugar a un dímero
conocido como disulfuro. 
Los tioles se pueden oxidar para formar
disulfuros. Este es un proceso reversible y el
disulfuro se puede reducir utilizando cinc en 
HCl. Esta reacción es común en la química de los
aminoácidos donde las uniones disulfuro forman
parte de una estructura primaria de una proteína