104
MONOOLEFINAS ACÍCLICAS
ISOMERÍA GEOMÉTRICA Dos grupos o átomos se denominan cis o trans, uno con relación al otro, cuando se encuentran, respectivamente, del mismo lado o de lados opuestos de un plano de referencia común para ambos estereoisómeros. Los compuestos en los que existen estas relaciones, se denominan isómeros cis-trans. En los compuestos que posean solamente átomos unidos por un doble enlace, el plano de referencia contiene los átomos unidos por el doble enlace y es perpendicular al plano que contiene estos átomos y los que se hallan directamente unidos a ellos.
C Cbb
aa
cis trans
C Cab
ba
N Naa
cis trans
N Na
a
Los átomos o grupos a, a representan la pareja elegida para la designación, pero no son necesariamente idénticos; b, b tampoco son necesariamente idénticos, pero son diferentes de a, a.
N Ncb
a
cis o trans, según se haga la comparación con a o b Para nombrar los compuestos, las relaciones estéreas respecto de un doble enlace, se designan mediante los prefijos Z o E. La asignación de la configuración se realiza de la forma siguiente: de acuerdo con la regla de secuencia, el átomo o grupo prioritario unido a uno de los átomos con doble enlace, se compara con el átomo o grupo prioritario unido al otro átomo del doble enlace. Si la pareja seleccionada se encuentra del mismo lado del plano de referencia, se utiliza como prefijo la letra mayúscula Z; si la pareja seleccionada se encuentra en lados opuestos, se emplea como prefijo la letra mayúscula E.
H
CH3
H
CH3
2 3
C2 (prioridades): CH3 > H
C3 (prioridades): CH3 > H H
CH3
H
CH3
2 3
(Z)-2-Buteno
105
H
CH3
CH3
H2 3
C2 (prioridades): CH3 > H
C3 (prioridades): CH3 > H H
CH3
CH3
H2 3
(E)-2-Buteno
H
CH3
CH3
CO2H23
C2 (prioridades): CO2H > CH3
C3 (prioridades): CH3 > H H
CH3
CH3
CO2H23
Ác. (Z)-2-Metil-2-butenoico
H
CH3
CO2H
CH3
23
C2 (prioridades): CO2H > CH3
C3 (prioridades): CH3 > H H
CH3
CO2H
CH323
Ác. (E)-2-Metil-2-butenoico
H
Cl
H
CN23
C2 (prioridades): CN > H
C3 (prioridades): Cl > H H
Cl
H
CN23
(Z)-3-Cloroacrilonitrilo
H
Cl
CN
H23
C2 (prioridades): CN > H
C3 (prioridades): Cl > H H
Cl
CN
H23
(E)-3-Cloroacrilonitrilo
Cl
Br
Br
I12
C1 (prioridades): I > Br
C2 (prioridades): Br > Cl Cl
Br
Br
I12
(Z)-1,2-Dibromo-2-cloro-1-yodoetileno
Cl
Br
I
Br12
C1 (prioridades): I > Br
C2 (prioridades): Br > Cl Cl
Br
I
Br12
(E)-1,2-Dibromo-2-cloro-1-yodoetileno
Et Me
C1' (prioridades): Et > Me
C1 (prioridades): C2(CCH) ; C7a(CCC) ; C7a > C212
345
6
77a
3a
1' Et Me
12
345
6
77a
3a
1'
(Z)-1-sec-Butilidenindeno
106
Me Et
C1' (prioridades): Et > Me
C1 (prioridades): C2(CCH) ; C7a(CCC) ; C7a > C212
345
6
77a
3a
1' Me Et
12
345
6
77a
3a
1'
(E)-1-sec-Butilidenindeno
C2 (prioridades): Cl > C3(CCH)
C3 (prioridades): Me(CCC) > H
Cl
H
Me1
23
3
Cl
H
Me1
23
3
(Z)-1-Cloro-2-etiliden-2H-indeno
C2 (prioridades): Cl > C3(CCH)
C3 (prioridades): Me(CCC) > H
Cl
Me
H1
23
3
Cl
Me
H1
23
3
(E)-1-Cloro-2-etiliden-2H-indeno
2
11'
2'
7a
7'a
(CCC)C7a C2(CCH)
(CCC)C7'a C2'(CCH)
1
1'
C1 (prioridades): C7a > C2
C1' (prioridades): C7'a > C2'
2
11'
2'
7a
7'a
(Z)-1,1'-Biindenilideno
217a
7'a1'
2'
(CCC)C7a C2(CCH)
(CCH)C2' C7'a(CCC)
1
1'
C1 (prioridades): C7a > C2
C1' (prioridades): C7'a > C2'
217a
7'a1'
2'
(E)-1,1'-Biindenilideno
CH3
12
3
CH3
1'2'
3'
(Z)-3,3'-Dimetil-1,1'-biciclohexilideno
(CCH)C3 C5(CHH)
(CCH)C3' C5'(CHH)
1
1'
C1 (prioridades): C3 > C5
C1' (prioridades): C3' > C5'55'
CH3
12
3
CH3
1'2'
3'
55'
1
23
CH3
1'2'
3'
CH3
(E)-3,3'-Dimetil-1,1'-biciclohexilideno
(CHH)C5 C3(CCH)
(CCH)C3' C5'(CHH)
1
1'
C1 (prioridades): C3 > C5
C1' (prioridades): C3' > C5'
5
5'
1
23
CH3
1'2'
3'
CH3
5
5'
107
Los siguientes ejemplos corresponden a nombres vulgares aceptados, en los que la estereoquímica está determinada y no es preciso indicarla mediante un prefijo:
H
HO2C
CO2H
H
H
HO2C
H
CO2H
H
Me
CO2H
H
H
Me
H
CO2H
Ác. fumáricoÁc. maleico Ác. crotónicoÁc. isocrotónico
Ác. (Z)-butenodioico Ác. (E)-butenodioico Ác. (E)-2-butenoicoÁc. (Z)-2-butenoico
Me
HO2C
H
CO2H
Me
HO2C
CO2H
H
Ác.citracónico(*) Ác. mesacónico(*)
Ác. (Z)-2-metilbutenodioico Ác. (E)-2-metilbutenodioico
ESTEREOQUÍMICA DE ALQUILIDENCICLOALCANOS
EtMe
14
1-(1-Propiliden)-4-metilciclohexano
HH H
EtMe
14H1' 1'
Los átomos de carbono 4, 1 y 1’ son los que definen la quiralidad de la molécula (eje quiral)
CR2
R1CC
R3
R4
R3
R1 R2
R4
[eje quiral]
Los sustituyentes perpendiculares al plano del papel (más próximos al observador: H, Me) tienen prioridad sobre los más alejados (los situados en el plano: H, Et):
Et
HMe
EtMe
Me Me
(S) (R)
[1] [1][2] [2]
[3] [3]
[4] [4]
Et Et
H HH
H
H H
H
(*) Para los derivados de estos compuestos, formados por sustitución en átomos de carbono, se recomienda utilizar los
nombres sistemáticos.
108
A continuación aparecen algunos ejemplos:
CBr
HO2CH
Me
H[4]
[2]HO2C B
Me[3]
(S)Ác. (S)-2-Bromo-(4-metilciclohexiliden)acético
4 r[1]
CHO2C
HMe
H
Me[3]
[2]H CO2H[1]
H[4]
(R)Ác. (R)-(4-Metilciclohexiliden)acético
4
Cl[3]
[1]HOCH2 H[2]
H[4]
(R) (S)-(3-Clorociclobutiliden)etanol
CCl
HH
HOCH23
EJERCICIO 36Averigua la configuración absoluta de los siguientes estereoisómeros:
H Me
O
C6H5H
(1)
Me H
O
HC6H5
(2)
HO2CH H
Me
Me
H
Me
H
(3)
POLIOLEFINAS ACÍCLICAS
OLEFINAS CON DOBLES ENLACES CONJUGADOS
HMe
HEt
H
H
HMe
HH
Et
H
HH
HEt
H
Me
HH
HH
Et
Me
cis-cis cis-trans trans-cis trans-trans Cuando una molécula contiene más de un doble enlace, cada uno de los prefijos (E o Z) va precedido del localizador más bajo del doble enlace correspondiente.
109
H
Me
H
Et
H
H
HMe
H
H
Et
H
HH
H
Et
H
Me
HH
H
H
Et
Me2
4
(2Z,4Z)-2,4-Heptadieno (2Z,4E)-2,4-Heptadieno (2E,4Z)-2,4-Heptadieno (2E,4E)-2,4-Heptadieno
EJERCICIO 37Dibuja todos los estereoisómeros del 2,4-hexadieno y asigna la configuración absoluta a cada uno de ellos.
EJERCICIO 38Dibuja las configuraciones de las siguientes moléculas: ác. (2E,4Z)-2,4-hexadienoico, ác. (2E,4Z)-5-cloro-2,4-hexadienoico, ác. 3-[(E)-1-cloropropenil]-(3Z,5E)-3,5-heptadienoico.
EJERCICIO 39Nombra los siguientes polienos:
H
Me
H
Me
Et
Cl
H
Cl
H
Et
Me
Me
H
Me
H
Et
Me
Cl
H
Cl
H
Me
Et
Me Me
Br
H
H
Cl H Et
Me
EJERCICIO 40Dibuja las conformaciones más estable y menos estable (obtenidas mediante el giro del enlace C3-C4) de los estereoisómeros del 2,4-heptadieno.
CUMULENOS
CUMULENOS CON NÚMERO PAR DE DOBLES ENLACES:
1,2-Propadieno: H2C C
( )CH2 CH
HC C
H
H
( )
Estructura electrónica:
CH
H C C
H
H
σ [C(sp2)-C(sp)]
[C(sp2)-C(sp)] σ
σ [H(1s)-C(sp2)]
[H(1s)-C(sp2)]σ
.. .
. . . . .
..
..
110
H
H
H
HC
HH C C
H
H
π [pz(C)-pz(C)]
[py(C)-py(C)] π
. .. .
CHH C C
H
H [pz(C)-pz(C)] π
[C(sp2)-C(sp)] σ σ[C(sp2)-C(sp)]
π [py(C)-py(C)]
σ[H(1s)-C(sp2)]
Los cumulenos con un número par de dobles enlaces pueden ser ópticamente activos:
CR2
R1
CC
R3
R4
R3
R1 R2
R4
[eje quiral]
( )CMe
HC C
Me
H
( ) CMeHCC
Me
H
Los átomos de carbono con doble enlace son los que definen la quiralidad de la molécula (eje quiral) Los sustituyentes perpendiculares al plano del papel (más próximos al observador: H, Me) tienen prioridad sobre los más alejados (los situados en el plano: H, Et):
( )CMe
HC C
H
Et C(CHH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(R)
H[4]
[2]H C(HHH)[1]
C(CHH)[3]
(S)
( )CMe
HC C
Et
H
(1)
(2)
Lo más cómodo es mirar la molécula desde el lado en el que los sustituyentes son perpendiculares al plano del papel (desde la izquierda en el ejemplo anterior)
111
(1)
¡ ASÍ NO !
( ) CMeHCC
Et
H
Si la molécula se mira al contrario, se btiene la confogurción opuesta a la real.
C(CHH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(S)
Si en un cumuleno se intercambian los sustituyentes de uno de los carbonos con doble enlace, se obtiene su enantiómero:
H[4]
[2]H C(HHH)[1]
C(CHH)[3]
(S)
C(CHH)[3]
[2]H C(HHH)[1]
H[4]
(R)
[intercambio]
( )CMe
HC C
H
Et
( )CMe
HC C
Et
H
CUMULENOS CON NÚMERO IMPAR DE DOBLES ENLACES:
1,2,3-Butatrieno:
( )CHH C C
HHCCH2 C
( ) CH2C
Estructura electrónica:
CH
HC C
H
HC
σ [C(sp2)-C(sp)]
[C(sp)-C(sp)] σ [H(1s)-C(sp2)]σ σ [C(sp)-C(sp2)]
..
.. . . . . . . . .
. .
H
HC
HH C C
H
HC
HH
π [pz(C)-pz(C)]
[py(C)-py(C)] π
π [pz(C)-pz(C)]
. ..
..
.
112
[pz(C)-pz(C)] ππ[py(C)-py(C)]
CHH C C
π [pz(C)-pz(C)]
CHH
[C(sp2)-C(sp)] σ σ [C(sp)-C(sp2)]σ [C(sp)-C(sp)]
Los cumulenos con un número impar de dobles enlaces pueden presentar isomería (Z)/(E):
(Z)-2,3,4-Hexatrieno (E)-2,3,4-Hexatrieno
( )CMe
HC C
MeHC
( )CMe
HC C
HMeC
EJERCICIO 41Dibuja los estereoisómeros del 2,3,5-heptatrieno y asigna sus configuraciones absolutas.
CH3 CH C CH CH CH CH3
2,3,5-Heptatrieno
EJERCICIO 42Dibuja los estereoisómeros del 5-metil-2,3-heptadieno y asigna sus configuraciones absolutas.
CH3 CH C CH CH
CH3
CH2CH3
1 2 3 4
5
5-Metil-2,3-heptadieno
MONOOLEFINAS CÍCLICAS
CICLOHEXENOS MONOSUSTITUIDOS
H
H
Me
Me
H
Me
H
Me
(1)
(2)
113
H
Me
H
Me
(3S)
H[4]
[2](CHH)C4 C2(CCH)[1]
Me[3]
3
(3R)
H[4]
[1](CCH)C2 C4(CHH)[2]
Me[3]
3
3-Metilciclohexeno
1 2
3
4
12
3
4
H
Me
H
Me
(4S)
H[4]
[2](CHH)C6 C2(CCH)[1]
Me[3]
4
(4R)
H[4]
[1](CCH)C2 C6(CHH)[2]
Me[3]
4
4-Metilciclohexeno
1
2 3
4 1
23
4
56 5 6
CICLOHEXENOS DISUSTITUIDOS (dos sustituyentes iguales)
MeMe
MeH
Me
Me
H
H
H
Me
H
H
3 34 4 3
5
cis (d,l) trans (d,l) cis (d,l)
Me
HMe
H
3
5
trans (d,l)
Me
Me Me
H
Me
Me
Me
H
H
H
H
Me
H
H
H
Me3 3 4 4
5 56 6
cis (meso) trans (d,l) cis (meso) trans (d,l)
CICLOHEXENOS DISUSTITUIDOS (dos sustituyentes distintos)
MeCl
MeH
Me
Cl
Me
H
H
H
H
Cl
H
H Cl
H
3 34 4 3 3
5 5
cis (d,l) trans (d,l) cis (d,l) trans (d,l)
Cl
Me Me
H
Me
Cl
Me
H
H
H
H
Cl
H
H
H
Cl3 3 4 4
5 56 6
cis (d,l) trans (d,l) cis (d,l) trans (d,l)
114
ESPIRANOS INSATURADOS
Me
Me
(1)aquiral
aquiral aquiral
H
Me
H
Me
H
Me
H HMeMe
1 1 1
5 5 5 5 5
1
1
2
(2) (3) (4) (5) (6)
quiral (C9) quiral (C10) quiral (C6) quiral (C1,C5) quiral (C2,C5)
6
109
El espirano (1) es interesante, porque viendo con modelos la pareja de “enantiómeros”, no es evidente que sean superponibles:
(1)
iguales
Configuraciones absolutas de (2)-(6):
(2)
H
Me
1
5
7
8
6
H
Me
1
5
(3)
67
H
Me
1
567
(4)
(7S)
H[4]
[2](CHH)C6 C8(CCH)[1]
Me[3]
7
(6R)
H[4]
[1](CCC)C5 C7(CHH)[2]
Me[3]
6
(6S)
H[4]
[2](HCC)C7 C5(CCC)[1]
Me[3]
6
115
HMe
5
1
(5)
2
7
8
9
(1S)
C5(CCC)[1]
[3]Me H[4]
C2(CHH)[2]
1
34
C4(CHH)C3(CHH)[4]
[2](CCH)C7 C9(CHH)C8(CCH)[3]
C1(CCH)[1]
5
(5R)
HMe
5
1
2
(6)
C3(CHH)C2(CCH)[3]
[2](CCH)C7 C9(CHH)C8(CCH)[4]
C2(CCH)[1]
C4(CHH)[2]
[4]H Me[3]
C5(CCC)[1]
2
(2R)
5
(5S)
7
9
38
4
GRUPOS TRIGONALES PRO-QUIRALES. NOMENCLATURA RE / SI homotópicos ligandos / caras enantiotópicos heterotópicos diastereotópicos
LIGANDOS HOMOTÓPICOS Dos ligandos son homotópicos cuando, al sustituir cualquiera de ellos por otro ligando distinto, se obtiene la misma molécula:
Cl
H H
H
Cl
HO H
H
Cl
H O
H
H
CO2H
H H
H
CO2H
Me H
H
CO2H
H M
H
e
116
H OH
HO H
CO2H
CO2H
Cl OH
HO H
CO2H
CO2H
H O
HO Cl
CO2H
CO2H
H
H OH
HO H
CO2H
CO2H
H Me
HO H
CO2H
CO2H
H O
Me H
CO2H
CO2H
H
CARAS HOMOTÓPICAS Las dos caras de una molécula (normalmente, pero no siempre, las dos caras de un doble enlace) son homotópicas cuando la adición de un reactivo a cualquiera de ellas da lugar al mismo producto:
C OMe
Me NC_
OMe
NC
Me_
O
Me
NC
Me
_ HB
HB
OH
Me
NC
Me
OHMe
NC
Me
1
2
1
2
Br
H H Br
HH
HHH H
+
1 2
+
2
1
Br
H HHH
_
Br
HHBr
HH
Br
Br
+
1 2
BrH H
HH
2
1
_Br
1
2
1
2
Br
HHBr
HH
Br
H H Br
HH
117
LIGANDOS ENANTIOTÓPICOS Y DIASTEREOTÓPICOS Dos ligandos son enantiotópicos cuando al sustituir uno u otro por un ligando distinto, se obtiene una pareja de enantiómeros:
Cl
H H
Br
Cl
HO H
Br
Cl
H O
Br
pareja de enantiómeros
H
HO H
HO H
CO2H
CO2H
HO Cl
HO H
CO2H
CO2H
HO H
HO Cl
CO2H
CO2H
1800
OHCl
OHH
CO2H
CO2H
(2)(1) (2)
enantiómeros: (1) y (2) Dos ligandos son diastereotópicos cuando al sustituir uno u otro por un ligando distinto, se obtiene una pareja de diastereoisómeros:
H
H
H
Me
H
Br
H
Me
Br
H
H
Me
(Z) (E)
diastereoisómeros
H H
H Br
CO2H
Me
Cl H
H Br
Me
Me
H C
H B
Me
Me
diastereoisómeros
l
r
118
CARAS ENANTIOTÓPICAS Y DIASTEREOTÓPICAS Las dos caras de una molécula son enantiotópicas, cuando la adición de un reactivo a una u otra da lugar a dos enantiómeros:
C OMe
H NC_
OMe
NC
H_
O
Me
NC
H
_ HB
HB
OH
Me
NC
H
OHMe
NC
H
1
2
1
2
pareja deenantiómeros
O
OH
H
H
OH
NaBH4
1
1
2
2
pareja de enantiómeros
Las dos caras de una molécula son diastereotópicas, cuando la adición de un reactivo a una u otra da lugar a dos diastereoisómeros:
C6H5
Me HEtO
C6H5
Me H Me
EtOH
C6H5
Me H
Me
EtOH
MeMgI
1
2
1
2
[diastereoisómeros]
( )CClH C C
H
H
CClH
C CH3+
CClH
CCH3
CClH
CCH3
Br
Br
(Z)
(E)Br
_
1
2
2
1
HBr [diastereoisómeros]
Hay situaciones en las que es importante nombrar las dos caras de un sistema trigonal, con el propósito de distinguir una de otra. Para ello se asignan las prioridades a los tres grupos situados en el mismo plano, que están unidos al centro trigonal:
119
Et
MeO
Me
H
Br
H
Me
H
H
Cl12 2 1
("R") (1"R",2"R") (1"S",2"R") Si la asignación es “R”, la cara de la molécula que está situada encima del papel se designa RE, y la situada por debajo, SI. Cuando la asignación es “S”, las caras se designan por SI y RE, respectivamente:
Et
MeO
("R")
OEt
Me
RE
SIEt
HOCH2
O
("S")
OEt
Me
RE
SI
Me
H
H
Cl2 1
(1"S",2"R")
Me
H
Br
H
Me
H
Br
H12
(1"R",2"R")
Me
H
H
Cl
RE)
(RE ,SI)
(SI ,RE)(RE ,
(SI , SI)
Siguen algunos ejemplos:
HO2C
H
H
CO2H
HO2C
H
H
CO2H32
(2"S",3"S")
SI)(SI ,
(RE , RE)
32
HO2C
H
H
CO2H
3SI)(2SI ,
(2RE ,3RE)
32
HO2C
H
CO2H
H
HO2C
H
CO2H
H32
(2"S",3"R")
RE)(SI ,
(RE , SI)
32HO2C
H
CO2H
H
3RE)(2SI ,
(2RE , 3SI)
32
HO2C
Me NOHMe
MeN
OH
(1"R")
(RE)
(SI)HO2C
Me NOH
(1RE)
(1SI)
HO2C
O
H
T
HO2C
O
H
T
3
2
(2"S",3"R")
RE)(SI ,
(RE , SI)HO2C
O
H
TPP P
3RE)(2SI ,
(2RE , 3SI)
2 3
120
Cuando la reacción de un sistema trigonal da lugar a un centro pseudoasimétrico, las caras de dicho sistema se designan por re y si minúsculas:
H Br
Me
Me
H Br
H OH
H Br
Me
Me
H Br
HO H
H Br
Me
Me
H Br
ONaBH4
+
2
4
2 2
4 4
SS
RR
3 3s r
(2S,4R) (2S,3s,4R) (2S,3r,4R)
[C3 es pseudoasimétrico]
(2S,4R)
Me
Br
Br
Me
H
H
O
HO H
H Br
Me
Me
H Br2
4
S
R
3 r
(2S,3r,4R)
H OH
H Br
Me
Me
H Br2
4
S
R
3 s
HHO
Me
HBr
MeBr
H
HOH
Me
HBr
MeBr
H
Me
BrBr
MeHH
O2
2
44
2
2
4
4
3
3
3
3si
3re
NaBH4
3si
3re
(2S,3s,4R)
(S)C2 C4(R)
Osi
[H]
También es posible que la reacción de lugar a estereoisómeros cis/trans. En un caso así, el descriptor re se puede sustituir por ci (de cis) y el descriptor si por tr (de trans):
Me
H
O
tr
ci
Me
H
CN
OH
Me
H
OH
CN
trans
cis
HCN
tr
ci
Observa que en esta molécula no se pueden definir caras RE y SI.
121
Otro ejemplo:
CClH
C C
H
H
CClH
C CH3+
CClH
CCH3
CClH
CCH3
Cl
Cl
(Z)
(E)Cl
_HCl
tr
ci
2tr
2ci
cis
trans
EJEMPLOS DE ESTEREOESPECIFICIDAD RE/SI ENZIMÁTICA
ADICIÓN DE AGUA AL ÁCIDO FUMÁRICO La adición no enzimática de agua al ácido fumárico transcurre vía carbocationes, dando lugar a un racémico del ácido málico:
H OH2+
CH CHHO2C CO2H HO2C CH2 CH CO2H+
OH2::
HO2C
+
CH2 CH
HO
CO2H
: H OH2
:
:
HO2C CH2 CH
OHCO2H H3O
++
H
CO2H+
HO2CCH2
OH
HCO2H
1
2
CO2HHHO2C H
1
2
H
HO2CH
HO2CCH2
OH
HCO2H
2
2
Ác. (2S)-málico
Ác. (2R)-málico
H3O+
H2O
La fumarasa cataliza la adición de agua de forma estereoespecífica, situando un OH indistintamente sobre C2 o C3, pero siempre desde el lado (SI,SI) del ácido fumárico. El producto de la reacción es el ácido L-(2S)-málico:
CO2HHHO2C H
2SI 3SI
2RE 3RE
122
CO2HHHO2C H
HO2C OHH
HCO2H
H
HO HCO2H
HHO2C H
2SI 3SIH2O
fumarasa
2SI(OH)3RE(H)
3SI(OH)2RE(H)
HO2C OH
H H
CO2H
H
2 3
2 3
2 3
2
3iguales
HO2C OH
HR HS
CO2H
H
2
3
Ác. L-(2S)-málico
Observa que el átomo de hidrógeno situado en anti respecto al OH es pro-(R) La reacción inversa de eliminación, catalizada por la fumarasa, transcurre únicamente en este átomo de hidrógeno; el hidrógeno pro-(S) es ignorado por la enzima.
EJERCICIO 43¿Qué producto se obtendría si la fumarasa catalizara la adición de agua de la forma siguiente: 2RE(OH), 3SI(H) o 3RE(OH), 2SI(H)?
Por otra parte, la aconitasa cataliza la interconversión estereoespecífica siguiente:
HO2CCH2
HO2C
H
CO2H23
Ác.cis-aconítico
H_OH CH2HO2C CHCO2H
CHOH
CO2H
Ác. (2R,3S)-isocítrico Se trata de una reacción de adición 2RE(OH), 3RE(H):
HO2CCH2
HO2C
H
CO2H H_OH
3RE(H)
2RE(OH)
H
HO2CCH2
HO2COH
CO2HH HO2CCH2 H
HO H
CO2H
CO2H
23
3
2
Ác. (1R,2S)-isocítrico La enzima sitúa, de forma estereoespecífica, un OH en C2 por la cara 2RE, 3SI.
EJERCICIO 44¿Qué producto se obtendría si la adición fuese 3RE(OH), 2SI(H)?
123
EJERCICIO 45Con el fin de averiguar cómo actúa la piruvato carboxilasa sobre el (Z)-fosfoenolpiruvato, se diseñó el siguiente experimento, utilizando sustratos marcados estereoespecíficamente con tritio:
HO2C O
H T
Pcarboxilasa HO2C C
OCT
HCO2H
Ác. 3-Tritiooxalacético
malato-
deshidrogenasaCHO2COH
CH
T
HCO2H
Ác. 3-Tritiomálico
fumarasa
HO2C
H
H
CO2H
Ác. Fumárico
(no tritiado)
(1)
anti-eliminación
HO2C O
T H
Pcarboxilasa HO2C C
OCT
HCO2H
Ác. 3-Tritiooxalacético
malato-
deshidrogenasaCHO2COH
CH
T
HCO2H
Ác. 3-Tritiomálico
HO2C
H
T
CO2H
Ác. Fumárico
(tritiado)
(2)
fumarasaanti-eliminación
Utiliza representaciones tridimensionales para mostrar cómo actúa cada una de las enzimas en cada secuenciade reacciones.
EJERCICIO 46Comprueba que en el ejercicio anterior, la malato-deshidrogenasa actúa estereoespecíficamente sobre el hidrógeno pro-(R) del ácido málico.
124
MÉTODOS FÍSICOS PARA DETERMINAR LA CONFIGURACIÓN DE ISÓMEROS GEOMÉTRICOS
INFRARROJO
En las olefinas del tipo RCH=CHR’ el isómero trans presenta una banda intensa a 970-960 cm-1. Esta banda no se observa en el isómero cis.
ULTRAVIOLETA
H
H
H H
trans-Estilbeno
λmax.= 295 nm
ε = 27000
cis-Estilbeno
λmax.= 280 nm
ε = 13500 En el trans-estilbeno no existen interacciones estéreas significativas (sistema conjugado plano de 14 electrones) Sin embargo, en el cis-estilbeno si hay interacciones estéreas entre los dos grupos fenilo, que obligan a los dos núcleos a no ser coplanares. Este hecho da lugar a una menor interacción entre ambos sistemas conjugados π, que se traduce en una pequeña variación de λmax. Y en un gran cambio del coeficiente de extinción.
RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE PROTÓN
HB
HA
HA HB
HA
HB
Jab (Hz) Jab (típica)
0-3
6-12
12-18 18
10
0-2HA
Me
CN
HB
Me
HA
CN
HB
Me
HA
CO2Me
HB
HA
Me
CO2Me
HB
δA: 6.66 ; δB: 6.13
JAB = 16.0
δA: 6.46 ; δB: 5.84
JAB = 11.0
δA: 6.92 ; δB: 6.64
JAB = 11.5
δA: 6.37 ; δB: 6.35
JAB = 11.4
HA
C6H5
CO2Et
HB
HA
C6H5
CO2H
HB
δA: 7.81 ; δB: 6.35
JAB = 16.0
δA: 7.61 ; δB: 6.41
JAB = 115.8
MOMENTOS DIPOLARES
H
Me
H
Me
H
Me
Me
H
μ = 0.33D
(Z)-2-Buteno
μ = 0.00D
(E)-2-Buteno
vector suma
125
H
Cl
H
Cl
H
Br
H
Br
H
I
H
I
H
Cl
H
Br
H
H
H
Cl
H
EtO2C
H
CO2Et
H
EtO2C
CO2Et
H
H
HOH2C
H
CH2OH
H
Cl
H
Me
H
Cl
Me
H
μ (D) μ (D)
H
Me
H
Me
H
H
CH2OH
CH2OH
1.89
1.35
0.75
0.33
1.55
1.44
2.54
2.38
2.48
2.45
1.71
1.97
molécula molécula
E.L.Eliel, Stereochemistry of Carbon Compounds, Mc-Hill, 1962
126
REACCIONES DE ADICIÓN ELECTRÓFILA ELECTRÓFILA
REACCIÓN CON HALUROS DE HIDRÓGENO (HCl, HBr, HI) REACCIÓN CON HALUROS DE HIDRÓGENO (HCl, HBr, HI) Las adiciones electrófilas a enlaces múltiples implican la conversión de un enlace π en dos enlaces σ. El átomo de hidrógeno es el electrófilo más común en estas reacciones. En general, este tipo de reacciones es energéticamente favorable, es decir, son exotérmicas.
Las adiciones electrófilas a enlaces múltiples implican la conversión de un enlace π en dos enlaces σ. El átomo de hidrógeno es el electrófilo más común en estas reacciones. En general, este tipo de reacciones es energéticamente favorable, es decir, son exotérmicas.
Las olefinas sustituidas simétricamente sólo pueden dar lugar a un producto de reacción: Las olefinas sustituidas simétricamente sólo pueden dar lugar a un producto de reacción:
CH3 CH CH CH3HX CH3 CH
HCHX
CH3
C6H5 CH CH C6H5HX C6H5 CH
HCHX
C6H5 En general:
R1 C C R1 HXR2 R2
R1 C C R1R2 R2
XH Sin embargo, cuando el doble enlace del alqueno no tiene los mismos sustituyentes, existe la posibilidad de que se formen dos productos diferentes:
CH3 CH CH2
(CH3CH2CH2Cl ; 1-Cloropropano)
(CH3_CH_CH3 ; 2-Cloropropano)
Cl
HCl
CH3 CH CH2
Cl H
CH3 CH CH2
H Cl
Mecanismo de la reacción La adición electrófila de haluros de hidrógeno al doble enlace de una olefina transcurre a través de carbocationes. Primer paso: reacción del alqueno con el protón procedente de H-X:
CH3 CH CH2
H Brδ+ δ−
lenta CH3 CH CH3+
+ Br_
[carbocatión secundario]
CH3 CH CH2
H Brδ+ δ−
lenta CH3 CH2 CH2+
+ Br_
[carbocatión primario]
127
Segundo paso: reacción del catión carbonio con el anión bromuro (nucleófilo):
CH3 CH CH3+
+ Br_
[carbocatión secundario]
rápidaCH3 CH CH3
Br
2-Bromopropano
CH3 CH2 CH2+
+ Br_
[carbocatión primario]
rápidaCH3 CH2 CH2Br
1-Bromopropano
EJERCICIO 47La reacción entre propeno y HBr da lugar únicamente a bromuro de isopropilo.1. ¿Cuál de los dos equilibrios estará más desplazado hacia la derecha? :
CH3 CH CH2 (g) + HBr (g) CH3 CHBr
CH3 (g)
CH3 CH CH2 (g) + HBr (g) H3CCH2 CH2Br (g)
2. Calcula las constantes de equilibrio correspondientes a las dos reacciones.3. Calcula los porcentajes de 1-bromopropano y 2-bromopropano una vez alcanzado el equilibrio.
4. ¿Por qué no se obtiene nada de 1-bromopropano?
Datos: 0fG (1 ) 14.99 /propeno kcal molΔ − = + 0
fG (1 ) 5.37 /bromopropano kcal molΔ − = −
0fG (2 ) 6.51 /bromopropano kcal molΔ − = − 0
fG ( ) 12.73 /HBr kcal molΔ = −
En la reacción entre propeno y HBr, el 2-bromopropano se forma más rápidamente que el 1-bromopropano (ver la respuesta del Ejercicio 47) ¿Por qué?
CH3 CH CH2
lenta CH3 CH CH3+
+ Br_
[carbocatión secundario]
lentaCH3 CH2 CH2
++ Br
_
[carbocatión primario]
HBr
rápidaCH3 CH CH3
Br
2-Bromopropano
rápidaCH3 CH2 CH2Br
1-Bromopropano La velocidad total de reacción es proporcional a la energía libre de activación del paso más lento que, en este caso, corresponde a la formación de los dos carbocationes. El carbocatión isopropilo (secundario) es más estable que el catión propilo (primario) y la energía de activación necesaria para su formación (ΔG1
≠) es bastante menor que la correspondiente al primario (ΔG2
≠) Por consiguiente, el carbocatión secundario se forma más rápidamente que el primario y esto se refleja en el resultado final: no se obtiene nada de 1-bromopropano, que proviene del carbocatión primario. La reacción está sometida a control cinético.
128
ΔG1
ΔG2
ΔG
CH3 CHBr
CH3
CH3 CH CH2
HBr
CH3CH2CH2
Br
CH3CHCH3
Br
CH3CH2CH2Br
curso
+
+
+ _
+
+ _
-7.63 kcal/mol
-8.77 kcal/mol
≅ 16 kcal/mol
≅ 1 kcal/mol
REGIOSELECTIVIDAD EN LA ADICIÓN DE ÁCIDOS PRÓTICOS A OLEFINAS. REGLA DE MARKOVNIKOV En este caso, el término regioselectividad hace referencia al hecho de que el reactivo electrófilo (H+) se une preferentemente al átomo de carbono del doble enlace que tiene más hidrógenos. O dicho de otro modo: el reactivo electrófilo se une al doble enlace dando lugar con preferencia al carbocatión más estable.
R1 C
R2
CH2
12
R1 C
R2
CH3+
[terciario]
R1 C
R2
CH3
Br
R1 CH
R2
CH2+
[primario]
Br_
(producto mayoritario)
Br_
R1 CH
R2
CH2Br
HBr
1
2(producto minoritario)
129
R1 C
R2
CH
12
R1 C
R2
CH2+
[terciario]
R1 C
R2
CH2
Br
R1 CH
R2
CH+
Br_
(producto mayoritario)
Br_
R1 CH
R2
CH
HBr
1
2(producto minoritario)
R3
R3
R3
R3
BrR3
[secundario] Las olefinas que no tienen átomos de hidrógeno unidos a los carbonos del doble enlace, dan lugar siempre a dos carbocationes terciarios:
R1 C
R2
C
12
R1 C
R2
CH+
[terciario]
R1 C
R2
CH
X
R1 CH
R2
CH+
X_
(1)
X_
R1 CH
R2
C
HX
1
2(2)
R4
R4
R4
R4
R3
R4
R3
R3 R3
[terciario]
R3
Br
En una situación así, resulta muy difícil (si no imposible) predecir cuál de los dos productos obtenidos (1) o (2) será el mayoritario. Lo habitual es que se obtenga una mezcla que contiene aproximadamente el 50 % de (1) y el 50 % de (2)
REACCIONES DE TRANSPOSICIÓN EN CARBOCATIONES Hay ocasiones en las que una reacción de adición electrófila da lugar a productos inesperados, en los que la estructura de la molécula inicial cambia de forma sustancial. Por ejemplo:
CH3 CHCH3
CH CH2HCl
250CCH3 C
CH3CH2 CH3
Cl+ CH3 CH
CH3CHCl
CH3
2-Cloro-2-metilbutano 2-Cloro-3-metilbutano
50 % 50 % En principio, no debería obtenerse 2-cloro-2-metilbutano:
_
[primario]
12
CH3 CHCH3
CH CH2HCl
250C
+
[secundario]
CH3 CHCH3
CH CH3
CH3 CHCH3
CH2 CH2+
1
2
Cl
_Cl
CH3 CHCH3
CH CH3
Cl
CH3 CHCH3
CH2 CH2Cl
2-Cloro-3-metilbutano
1- Cloro-3-metilbutano
(no se obtiene)
130
¿De dónde procede el 2-cloro-2-metilbutano?
CH3 CHCH3
CH CH2
H Cl+
[secundario]
CH3 CHCH3
CH CH3
En el carbocatión secundario tiene lugar una transposición de anión hidruro (H:−):
+CH3 C
CH3CH CH3
H
transposición
+CH3 C
CH3CHH
CH3
[secundario]
_Cl
[terciario; más estable]
CH3 CCH3
CH2 CH3Cl
2-Cloro-2-metilbutano En estas reacciones de transposición pueden estar implicados, además del anión hidruro, grupos alquilo. El ejemplo siguiente es un “anión” metilo el que se desplaza:
CH3 CCH3
CH3
CH CH2HCl
-780CCH3 C
CH3
ClCHCH3
CH3 + CH3 CCH3
CH3
CHCl
CH3
3,3-Dimetil-1-buteno 2-Cloro-2,3-dimetilbutano 2-Cloro-3,3-dimetilbutano
61 % 37 %
EJERCICIO 48Escribe un mecanismo de la reacción anterior que permita explicar la formación de los dos haluros de alquilo.
ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES QUE TRANSCURREN A TRAVÉS DE CARBOCATIONES Los carbocationes tienen geometría plana. Este hecho da lugar a la aparición de mezclas racémicas en muchas reacciones de adición electrófila.
C6H5 CH CH2HBr C6H5 CH
BrCH3
* mezcla de dosestereoisómeros
C6H5 CH CH2
H BrCH CH3+
**
*
*
carbocatiónestabilizado
C6H5 CH3
H+
C6H5CH3
H
C6H5
Br
CH3H
C6H5
Br
CH3
H
+
1
2
Br_
1
2
Br
C6H5 CH3
H(S)
H
C6H5 CH3
Br(R)
C6H5 CH CH2HBr
131
EJERCICIO 49Escribe el mecanismo de la reacción que tiene lugar entre (Z)-3,4-dimetil-3-hexeno y HCl. Utiliza representa-ciones tridimensionales y comprueba que se obtiene una mezcla equimolecular de los cuatro estereoisómeros posibles del 3-cloro-3,4-dimetilhexano.
REACCIÓN CON AGUA EN MEDIO ÁCIDO FUERTE
CH3 CCH3
CCH3
CH3H2SO4
H2OCH3 CH
CH3CCH3
CH3OH
2,3-Dimetil-2-butanol2,3-Dimetil-2-buteno
H2O: H O S OHO
OH3O + O SO3H:
_+
CH3 CCH3
CCH3
CH3
H2O H+
CH3 CCH3
CCH3
CH3++ H2O:
H
CH3 CCH3
CCH3
CH3+:
HOH2
CH3 CCH3
CCH3
CH3H OH2:
+
:+CH3 CH
CH3CCH3
CH3OH
H :
CH3 CHCH3
CCH3
CH3OH
2,3-Dimetil-2-butanol
+ H3O+
OH2 El carbocatión que se forma, además de reaccionar con una molécula de agua, puede hacerlo con el anión hidrogenosulfato presente en el medio:
CH3 CCH3
CCH3
CH3+
:H
O
CH3 CCH3
CCH3
CH3H O
SO3H_ SO3H
hidrogenosulfato de alquilo
éster de un alcohol y ácido sulfúrico
Estos hidrogenosulfatos de alquilo reaccionan con agua dando lugar al mismo alcohol:
CH3 CHCH3
CCH3
CH3OH
2,3-Dimetil-2-butanol
CH3 CCH3
CCH3
OH CH3
hidrogenosulfato de alquilo
S OHO
O+ H OH + HO S OH
O
O
132
La reacción de olefinas cíclicas, con haluros de hidrógeno o con agua en medio ácido fuerte, transcurre también a través de carbocationes:
MeHCl
MeCl
MeHBr
HEt HEt
Me
Br
MeH2O
Me
OH
HMe
H2SO4
HMe
EJERCICIO 50Escribe el mecanismo de las tres reacciones anteriores utilizando representaciones tridimensionales y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se obtienen.
REACCIÓN DE LOS ALQUENOS CON HALÓGENOS Las olefinas reaccionan con cloro o bromo dando lugar a derivados dihalogenados:
CH3 CH CH CH3Cl2 CH3 CH
ClCHCl
CH3
2-Buteno 2,3-Diclorobutano
CH2 CH2 + Br2NaCl / H2O
disolución saturada
BrCH2CH2Br + BrCH2CH2Cl
1,2-Dibromoetano 1-Bromo-2-cloroetano54 % 46 %
CH2 CH2 + Br2 BrCH2CH2Br + BrCH2CH2OH
1,2-Dibromoetano 2-Bromoetanol37 % 54 %
H2O
00C
Cuando se hace reaccionar el (E)-2-buteno con bromo se obtiene únicamente la forma meso del 1,2-dibromobutano:
H Me
Me H
(E)-2-Buteno
Br2
Br
BrH
Me
Me
H Br Br
H HMe Me
(2R,3S)
2 3
133
Si la reacción se lleva a cabo con el (Z)-2-buteno se obtiene una mezcla equimolecular de dos enantiómeros (racémico):
Me Me
H H
(Z)-2-Buteno
Br2
Br
BrMe
Me
H
H+
Br
Br Me
Me
H
H
(2S,3S) (2R,3R)
2 3 2 3
EJERCICIO 51Comprueba que si las dos reacciones anteriores transcurrieran a través de carbocationes, se obtendrían los mismos productos partiendo del estereoisómero (Z) o del (E)
Para poder explicar la estereoquímica de estas reacciones se planteó la siguiente hipótesis: la reacción con la olefina debe dar lugar a un catión en el que el halógeno está unido simultáneamente a los dos átomos de carbono del doble enlace (catión halogenonio):
R CH CH R'
X
X
:
::
:
1 2
3
R C C R'
X
H H
: :+
X ::_
(catión halogenonio) El catión halogenonio reacciona posteriormente con el anión del halógeno (nucleófilo) por el lado menos impedido estéricamente (adición anti):
R R'HH
X: :+
X::_
R
R'X
XH
H
(1)
R R'HH
X: :+
X::_
R'
R X
X H
H
(2) Se obtiene una mezcla de dos enantiómeros: (1) y (2) Veamos si la hipótesis del catión halogenonio, permite dar cuenta de los resultados que se obtienen en la reacción del bromo con los dos estereoisómeros del 2-buteno:
134
(Z)-2-Buteno:
2 3
_
Me Me
HH Br2
Me Me
HHBr+
Me
Me Br
Br H
H
Me
MeBr
BrH
H
(1) (2S,3S)
Br
(2) (2R,3R)
H
Br Me
H
Me Br
2
3
HBrMe
H
MeBr
2
3
32
1
2
1 2
Se obtiene una mezcla equimolecular (racémico) de la pareja de enantiómeros del 2,3-dibromobutano. (E)-2-Buteno:
_
Me H
MeH Br2
Me H
MeHBr+
H
Me Br
Br Me
H
Me
HBr
BrH
Me
(1) (2S,3R)
Br
(2) (2R,3S)
H
Br Me
Me
H Br
2
3
HBrMe
Me
HBr
2
3
2 3
2 3
1 2
1
2
Ahora se obtiene únicamente la forma meso: (1) = (2)
Cuando la reacción de una molécula da lugar a un solo estereoisómero, se dice que la reacción es estereoespecífica. Si el sustrato conduce a cantidades desiguales de estereoisómeros, la reacción recibe el nombre de estereoselectiva.
La reacción del (E)-2-buteno con bromo es estereoespecífica, ya que se obtiene un solo estereoisómero: la forma meso.
EJERCICIO 52Para averiguar qué estereoisómeros se forman al reaccionar cualquier olefina con cloro o bromo, sólo es preciso trabajar con uno de los dos cationes halogenonio posibles: (1) o (2)
R H
R'H X2
R H
R'HX+
R H
R'H
X+
o
(1)
(2)Comprueba que esto es cierto utilizando el catión bromonio (2) del (E)-2-buteno.
135
REACCIÓN DE LOS ALQUENOS CON ÁCIDOS HIPOHALOSOS (HOCl Y HOBr) Los ácidos hipohalosos se obtienen haciendo reaccionar sus sales sódicas con un ácido fuerte disuelto en agua:
NaOCl + H3O+ HOCl + Na+ + H2O
hipoclorito sódico
ácidohipocloroso
δ− δ+
En los ácidos hipohalosos el enlace que une el oxígeno y el halógeno está polarizado: HO X La baja densidad electrónica sobre el átomo de halógeno hace que se comporte como un electrófilo potencial. El resultado de la interacción entre el par de electrones del doble enlace y el halógeno electrófilo, conduce también a un catión halogenonio, igual que en la reacción de halógenos con una olefina:
C C
OH
X ::
:
1 2
3
(catión halogenonio)
R R
HH
(Z)
C C
X::
R R
HH
+
+ HO_
(nucleófilo)
Ahora, el catión halogenonio reacciona en anti con el anión hidroxilo. Si la olefina tiene los mismos sustituyentes en los dos carbonos del doble enlace, el catión halogenonio que se forma es simétrico. En una situación como ésta, la reacción posterior con el nucleófilo tiene la misma probabilidad de ocurrir por cualquiera de los dos carbonos.
_
R R
HHX+
R
R OH
X H
H
R
RHO
XH
H
(1)
HO
(2)
1
2
1 2
(Z)
(halogenohidrina)
(halogenohidrina)
En este caso se obtiene un racémico de las halogenohidrinas (1) y (2)
EJERCICIO 53Dibuja los estereoisómeros que se obtienen en las siguientes reacciones:
R R
HH X-OHR R
HHX+
R R
HH
X+
(Z)
1 2
1 2
HO_
....
HO_
....
136
Cuando los sustituyentes son distintos, en particular si uno de los carbonos del doble enlace tiene unidos dos átomos de hidrógeno, el catión halogenonio deja de ser simétrico:
R H
HR X-OHR H
HRX+
1 2 Ahora, la reacción por 1 o 2 con el nucleófilo (HO−) no tiene lugar con la misma facilidad. Veamos dos ejemplos concretos:
CH3CH2 CCH3
CH2Cl-OHH2O CH3CH2 C
CH3CH2Cl
OH
2-Metil-1-buteno 1-Cloro-2-metil-2-butanol
C6H5 CH CH2Cl2, H2ONa2CO3
C6H5 CHOH
CH2Cl
Feniletileno (Estireno)
2-Cloro-1-feniletanol
72 % El átomo de halógeno se une al carbono con más hidrógenos (el menos sustituido) y el grupo HO− al carbono más sustituido. ¿Por qué la reacción tiene una regioselectividad de tipo Markovnikov, cuando no existe ningún carbocatión como intermedio? Supongamos que el catión halogenonio no simétrico reacciona con el nucleófilo por el átomo de carbono al que están unidos los dos hidrógenos:
R HHR
X+
1
HO_
R H
HRX
OH
δ+
δ−
carbocatión incipiente
H
R OH
X H
R
(minoritario)
La aproximación del HO− al átomo de carbono debilita el enlace C-X, que comienza a romperse. Este hecho da lugar a la aparición de un carbocatión primario incipiente, que no llega a formarse porque el nucleófilo (HO−) se une a él. Si por el contrario, la reacción transcurre por el otro átomo de carbono, el carbocatión incipiente será terciario y más estable:
R H
HRX+
2
HO_
R HHR
X
OH
δ+
δ−
carbocatión incipiente
H
R X
HOH
R
(mayoritario)
La reacción entre ácidos hipohalosos y olefinas no simétricas, como la que se muestra a continuación, da lugar a una mezcla de estereoisómeros de dos compuestos diferentes:
137
R CH CH R'XOH R CH
OHCHX
R' + R CHX
CHOH
R'
(Z) o (E) Para obtener los estereoisómeros de los dos compuestos es necesario trabajar con los dos cationes halogenonio posibles:
R R'
HHX+
R R'
HH
X+
yEstereoisómero (Z):
1 2
3 4
R H
R'HX+
R H
R'H
X+
yEstereoisómero (E):
1 2
3 4
EJERCICIO 54Utiliza representaciones tridimensionales para escribir a reacción entre ácido hipobromoso y 1-etil-2-metilciclohexeno. Nombra todos los compuestos que se obtienen y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros.
REACCIONES DE LOS ALQUENOS CON ELECTRÓFILOS OXIGENADOS
OXIDACIÓN DE ALQUENOS CON PEROXIÁCIDOS
R CO
OH R CO
O OH
ácido carboxílico ácido peroxicarboxílico Ácidos peroxicarboxílicos empleados habitualmente:
H CO
O OH CH3 CO
O OH C6H5 CO
O OH
CO O OH
Ác. peroxifórmico Ác. peroxiacético Ác. peroxibenzoico Ác. m-cloroperoxibenzoicoÁc. m-cloroperbenzoico
Cl
La reacción de las olefinas con peroxiácidos da lugar a derivados de oxirano:
R R
HH
C OR
O
OH
R R
HH
C OR
HO
O
138
Ejemplos:
H C6H5
HC6H5
H C6H5
HC6H5
O1
2 3CH3CO3H
CH2Cl, 30-350C
1,2-Difeniletileno (2S,3S)-2,3-Difeniloxirano
H H
O
HCO3H
Ciclohexeno Epoxiciclohexeno El anillo de oxirano se abre fácilmente en medio ácido:
H C6H5
HC6H5
O ::
H2O H+
H C6H5
HC6H5
O:H
+
H C6H5
HC6H5
O :H
+
OH2: H2O
OH
C6H5
H
H
C6H5
+
OH
OH
C6H5
H
H
C6H5
:+HH2O :
:HO
OH
C6H5
H
H
C6H5
1 2 + H3O+
(1S,2R)-1,2-Difenil-1,2-etanodiol
(forma meso) El proceso completo da lugar a una adición neta anti de los dos grupos OH al doble enlace de la olefina. Es decir, permite obtener estereoisómeros de 1,2-dioles a partir de olefinas:
R R
HHR R
HHO
HO
OH
R
R
H
H
(Z)
R R
HHO
RCO3H H3O+
H+
1 2 OH
HO
R
R
H
H
H2O
1
2
La reacción de la olefina con el peroxiácido transcurre con una estereoselectividad superior al 99 % (si lo hiciese con un 100 % sería estereoespecífica) ya que la estereoquímica del 1,2-diol es la misma que la del oxirano de partida.
139
Comprueba que si en la reacción anterior se parte del estereoisómero (E) se obtiene la forma meso. Igual que sucede con los cationes halogenonio, la apertura de los oxiranos no simétricos, catalizada por ácidos, tiene lugar con regioselectividad Markovnikov.
OXIDACIÓN DE ALQUENOS CON TETRAÓXIDO DE OSMIO El tetraóxido de osmio (OsO ) reacciona con las olefinas, dando lugar a ésteres del ácido osmico: 4
R R'
HHR R'
HH OOsO4
Et2O, piridina
3-Metil-2-penteno
O
OsOO
(adición syn)
La descomposición en medio básico del éster da lugar a un glicol en el que los dos grupos OH están en posición syn (al contrario de lo que sucede en la reacción con peroxiácidos, que sitúa los dos grupos OH en posición anti) Para averiguar el número total de estereoisómeros que se obtienen en la reacción hay que trabajar con los dos ésteres posibles: (1) y (2):
R R'
HH OKOH
O
OsOO
H2OR'R
OHHO
HH(1) (1')
R R'HH
O
KOH
O
OsOO
H2O
R'R
OHHO
HH
(2)
(2')
En la reacción del OsO4 con cada estereoisómero de la olefina se obtiene una pareja de enantiómeros. En el ejemplo los enantiómeros son (1’) y (2’).
EJERCICIO 55Utiliza representaciones tridimensionales para escribir la reacción entre OsO4 y 1-etil-2-metilciclohexeno.Nombra todos los compuestos que se obtienen y averigua la configuración absoluta de sus estereoisómeros.
EJERCICIO 56Averigua la estereoquímica de los productos que se obtienen en las siguientes reacciones:
CH3 CH CH CH2CH3
(Z)
1)RCO3H
2)H3O+ CH3 CH CH CH2CH3
OH OH
CH3 CH CH CH2CH3
(E)
1)OsO4
2)KOH, H2OCH3 CH CH CH2CH3
OH OH
14
RCO3H
RCO3H
OsO4
OsO4
12
1
1 1
1
22
22
[1]
[2]
[4]
[3]
(Z)(E)
anti syn
antisyn
HO
OH
R'
HR
H
OH
HO
R
HR'
H
HO
RH
OH
R'H
HO
RH
OH
R'H
R R'
HH
R H
R'H
R R'
HH
O
1
2
R R'
HH
2
1
H H
R'R
21
R H
R'H
O
enantiómeros: [1] y [2] Cuando R = R´ forma meso: [3] = [4]
Enantiómeros: [1] y [2] ; [3] y [4]
HIDROXILACIÓN CON PEROXIÁCIDOS Y TATRAÓXIDO DE OSMIO
0
141
EJERCICIO 57La reacción de un compuesto A(C4H8) con ácido hipocloroso, da lugar a una mezcla de (2S,3R) y (2R,3S)-3-cloro-2-butanol. Averigua la estructura de A y escribe el mecanismo a través del que discurre el proceso.
EJERCICIO 58En el esquema siguiente se muestran los productos a los que da lugar una olefina A, cuando reacciona con ácido peroxifórmico o tetraóxido de osmio:
A
1)HCO3H
2)H2O
1)OsO4
2)H2O
[(2R,3R) + (2S,3S)]-2,3-Pentanodiol (racémico)
[(2R,3S) + (2S,3R)]- 2,3-Pentanodiol (racémico)
Averigua la estereoquímica de A, e indica qué productos se obtendrán cuando dicha olefina reacciona con ácido hipocloroso a través de iones onio.
EJERCICIO 59Escribe las reacciones del 1,2-dimetilciclohexeno con tetraóxido de osmio, ácido peroxibenzoico y ácidoclorhídrico. Averigua la configuración absoluta de todos los productos que se obtienen y nombra cada uno de ellos.
EJERCICIO 60El (E)-1-fenil-2-penteno reacciona con HBr dando lugar a una mezcla de dos racémicos. Uno de ellos corres-ponde al 1-fenil-2-bromopentano y el otro al 1-fenil-3-bromopentano.
Apartado 1: Averigua si la reacción transcurre a través de carbocationes o de iones onio y haz un esquema con todas las reacciones.Apartado 2: Escribe las reacciones del (E)-1-fenil-2-penteno con ácido peroxibenzoico y con tetraóxido de osmio, indicando en cada caso la configuración absoluta de los productos que se obtienen.
EJERCICIO 61La reacción del (Z)-(4S)-4-fenil-2-penteno con HBr da lugar a una mezcla de dos racémicos del 1-bromo-1-fenil-2-metilbutano. Averigua si la reacción transcurre a través de carbocationes o de iones onio y haz un esquema con todas las reacciones.
EJERCICIO 62La reacción de una olefina A(C6H9OCl) con ácido hipocloroso, da lugar a la siguiente mezcla de cuatro estereoisómeros:
[(1S,2R) + (1S,2S)]-3,3-dicloro-1,2-ciclohexanodiol
[(1R,2S,3S) + (1S,2R,3S)]-1,2-dicloro-1,3-ciclohexanodiol+
142
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO SATURADO
GENERALIDADES Los métodos más usados en el estudio de los mecanismos de este tipo de reacciones son los cinéticos (medida de las velocidades de reacción) y los estereoquímicos. Los estudios cinéticos muestran el tiempo que tarda la reacción en transcurrir y los estereoquímicos la relación que existe entre las configuraciones de las sustancias reaccionantes y los productos. La combinación de ambos tipos de información puede dar una idea detallada de cómo el reactivo y el sustrato interaccionan durante la reacción:
_Nu
_CH2
____Z
R
Nu___CH2__R + Z:
Los reactivos nucleófilos (Nu) son especies que tienen un par de electrones no compartido (bases de Lewis):
NC , RO , HO , Br , C6H5O , R-CO2 , R_OH , H2O: , R3N:_ _ _ _ _ _
Los sustratos (R-Z) más comunes en las reacciones de sustitución nucleófila son los derivados halogenados (R-X; X=Cl, Br, I)
R_X + Nu: R_Nu+ + X_
R_X + Nu R_Nu+ + X__
Por ejemplo:
+ ICH2 CH CH2I + CN_
CH2 CH CH2 CN_
CH3CH2Cl + :NH3 CH3CH2NH3 + Cl
+CH3CH2NH2
+ Cl + H2OHO__ _
MECANISMO DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA En general, estas reacciones transcurren mediante dos tipos de mecanismos distintos. 1. El proceso transcurre en un solo paso de una manera concertada, de forma que la ruptura del enlace R-Z sea simultánea a la formación del enlace R-Nu; la cinética de estas reacciones es de primer orden respecto del sustrato y del nucleófilo, es decir, de segundo orden total. Durante la reacción, dos moléculas experimentan cambio de valencia, por consiguiente, se trata de una reacción bimolecular y se representa por SN2. La reacción pasa por un estado de transición intermedio en el que ambos grupos, entrante y saliente, están unidos al mismo átomo de carbono:
v = k2 [CH3Br][HO ]HO + CH3_Br
_ SN2[HO...CH3...Br]δ− δ−
HO_CH3 + Br_ _
2. El proceso transcurre en dos pasos: en el primero se produce la ionización de R-Z y se libera el catión carbonio R+
que, en la segunda fase, se une al nucleófilo:
v = k1 [R_X]R_Z lenta [R....Z]δ+ δ−
R+ + Z_
R+ + Nu_ rápida [R....Nu]
δ+ δ−R_Nu
143
La velocidad y la naturaleza de los productos quedan determinadas en fases diferentes: la fase determinante de la velocidad es la primera, que es relativamente lenta, pues supone la ionización de un compuesto covalente; su estado de transición será el punto de máximo contenido energético en el progresivo debilitamiento del enlace entre R y Z, y por ello, se considera el estado de transición del proceso total. La segunda fase fija la naturaleza de los productos y es rápida, ya que supone la neutralización de un carbocatión. Como en la fase limitante de la velocidad sólo una molécula experimenta cambio de valencia, la reacción se llama unimolecular y se representa por SN1. Por ejemplo:
v = k1[t-BuBr]CH3 C
CH3
CH3
Br + HO_ SN1
CH3 C
CH3
CH3
OH + Br_
ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN Las reacciones de sustitución nucleófila bimoleculares SN2 tienen lugar con una inversión completa de la configuración del sustrato:
Cl
Me
EtH
HO
Me
EtH
+ Cl
Me
Et Cl
H
Me
HO Et
H
2 2
(2R) (2S)
HO_
Si la reacción se lleva a cabo en un compuesto con dos átomos de carbono asimétricos, el proceso de inversión conduce a un diastereoisómero del sustrato:
Br
H
C3(CCH)(CHH)C41
(1R,3S)
H
CN
C3(CCH)(CHH)C4
(1S,3S)NC
Br_ _Br
HH
Me
(cis)
13
2
4 5
_
Me
H
H
CN
(trans)
3
La inversión de la configuración en las reacciones de sustitución nucleófila se denomina frecuentemente Inversión de Walden, debido a su descubridor. El que una reacción SN2 transcurra con inversión de la configuración, no significa necesariamente que cuando tiene lugar una inversión de la configuración el proceso transcurra mediante un mecanismo SN2. Esto lleva a suponer que el estado de transición de una reacción SN2 tiene la forma de bipirámide trigonal, con los grupos entrante (Nu) y saliente (Z) ocupando los extremos del eje principal de la bipirámide:
144
Z
R1
R3
R2
+ Z..... .....Nu ZC
R3
Nu_ _
R2
R1
Nu
R1
R3
R2
El hecho de que la inversión de la configuración acompañe necesariamente a las reacciones SN2, es debido a que este tipo de reacciones son concertadas. Las reacciones de sustitución nucleófila monomoleculares SN1 transcurren en dos etapas:
C6H5 CH
Cl
CH3 C6H5 CH CH3+
+ Cl_
C6H5 CH CH3+
+ H2O C6H5 CH CH3
OH2+
H2OC6H5 CH CH3
OH+ H3O+
Si el producto de partida es ópticamente activo, el producto final es un racémico:
+
Cl
MeC6H5H
MeC6H5
H
1
2
Me
C6H5
H
1
2
OH
C6H5 Me
H
(1S)
(1R)(1R)
HO
Cl_ H_OH
MeC6H5
H
HO OH
C6H5 Me
H
Cuando el sustrato tiene varios átomos de carbono asimétricos, el producto formado será una mezcla de diastereoisómeros.
EJERCICIO 63El tratamiento del (2R)-2-yodooctano con anión yoduro radioactivo produce [(2R) + (2S)]-2-yodooctanoradioactivo. La velocidad de racemización es el doble que la de incorporación de iodo radioactivo. Explica mediante qué tipo de mecanismo transcurre la reacción.
REACCIONES DE TRANSPOSICIÓN En las reacciones SN1 pueden tener lugar transposiciones de Wagner-Meerwein en el catión carbonio intermedio:
CH3 CCH3
CH3
CH2 Brlenta
CH3 CCH3
CH3
CH2+
+ Br_
rápida
2-Metil-2-butanol
CH3 C
Me
MeCH2 CH3 C
MeCH2
Me
+
+ H_OH CH3 COH
MeCH2 Me
145
El carbocatión formado inicialmente es primario, menos estable que uno terciario; la emigración (transposición) de un grupo metilo permite que se origine el carbocatión más estable. Este carbocatión reacciona posteriormente con agua para dar un alcohol con un esqueleto carbonado isómero del que poseía el sustrato inicial. Puesto que un carbocatión saturado es tanto más estable cuanto mayor número de grupos alquilo están unidos a él, el orden de reactividad será: terciarios > secundarios > primarios.
R_Z R+ + Z (en H-CO2H a 1000 C)
CH3CH2 + Br v = 1,00
v = 26,1
+
v = 108
_
_
CH3CHCH3
CH3CHCH3
++ Br
_Br
CH3CH2 Br
CH3C
CH3
CH3
Br CH3C
CH3
CH3
+ + Br_
Velocidades relativas de reacciones SN1
IMPEDIMENTO ESTÉREO DE LOS SUSTITUYENTES En las reacciones SN1 el carbocatión intermedio plano contiene un carbono unido a tres radicales, mientras que el sustrato posee un carbono tetraédrico. En el estado de transición entre ambos, los sustituyentes unidos a dicho carbono están menos comprimidos unos contra otros; por consiguiente, el paso del sustrato al estado de transición está energéticamente favorecido, y lo estará tanto más cuanto más voluminosos sean los sustituyentes del carbocatión. Como el hidrógeno es muy poco voluminoso, el proceso será tanto más fácil cuanto mayor sea el volumen de los sustituyentes unidos al carbono que da origen al carbocatión. Es decir: terciario > secundario > primario.
estado de transición favorecido energéticamente(grupos menos comprimidos)
(SN1)δ+ δ−
Z
RH
R
C Z
RH
R
RH
R
+ + Z_
Por el contrario, en las reacciones SN2, el carbono en el que tiene lugar la sustitución está unido a cinco átomos, mientras que el sustrato lo está a cuatro. En el estado de transición la aglomeración crece y la velocidad de reacción debe disminuir cuando aumenta el tamaño de los sustituyentes unidos al carbono en el que ocurre la sustitución:
Z
R
RR
+ Z..... .....Nu ZC
R
Nu_ _
R
R
Nu
R
RR
estado de transición desfavorecido energéticamente (grupos más comprimidos)
(SN2)δ− δ−
146
R_Br + IK R_I + BrK (en acetona a 250C)
CH3_Br CH3CH2
_Br
12.500.000 85.000 650 50
CH3CH2_Br
85.000
CH3CH2CH2_Br
70.000 3.000 1
Velocidades relativas de reacciones SN2
CH3 CHCH3
Br CH3 CCH3
BrCH3
CH3 CHCH3
CH2 Br CH3 CCH3
CH2 BrCH3
APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN SÍNTESIS
FORMACIÓN DE ENLACES C–O
SÍNTESIS DE ALCOHOLES, ÉTERES Y ÉSTERES Las reacciones de solvolisis (el nucleófilo es el disolvente) transcurren a través de un mecanismo SN1:
(1)
2-Propanol
CH3 CHCH3
Br + H_OH QSN1
CH3 CHCH3
OH + HBr
(CH3)3C_O_CH2CH3 + (2)
N+H
Cl_
terc-Butil etil éter
CH3CH2_OH + (CH3)3C_Cl N
SN1
(3)
Acetato de butilo
CH3 CO
OH CH3(CH2)3_Br+Q
SN1CH3 C
OO +(CH2)3 CH3 HBr
Si se emplea agua como disolvente (1) el producto obtenido es un alcohol; si el disolvente es un alcohol (etanol en el ejemplo) (2) se llega a un éter y cuando se trata de un ácido (acético en el ejemplo) (3) el producto final es un éster. En la etanolisis del cloruro de t-butilo se añade al medio de reacción piridina (una amina, básica) con el fin de eliminar el HCl que se desprende y desplazar el equilibrio en el sentido de la formación del éter. Otro método consiste en utilizar oxianiones como reactivos nucleófilos; este procedimiento se utiliza con preferencia al anterior y transcurre mediante un mecanismo SN2:
2-Propanol
Na+HO + + NaBr_
CH3 CHCH3
BrH2O
C2H5OHCH3 CH
CH3
OH
(CH3)3CO K+ + CH3CH2_Br
C6H6 (CH3)3C_O_CH2CH3 + BrK
terc-Butil etil éter
_
147
Na+ +C2H5OH
+ BrNa_
Butanoato de butilo
CH3CH2CH2 CO
O CH3(CH2)3_Br CH3CH2CH2 C
OO (CH2)3 CH3
EJERCICIO 64La reacción de un estereoisómero ópticamente activo del 1,3-dibromociclohexano con NaOH transcurre através de un mecanismo SN2 y da lugar a (1S,3S)-1,3-ciclohexanodiol. Dibuja una representación tridimensional del 1,3-dibromociclohexano de partida.
La reacción SN2 se puede utilizar para provocar la inversión de la configuración en un determinado centro asimétrico:
HCONMe2
CH3
BrH
H
SN2CH3CO2
_CH3
HO
HOCH3C
H2OHO
_CH3
HHO
H
+ CH3CO2_
La ventaja fundamental de las reacciones SN2 frente a las SN1 (cuando ambas se emplean con fines sintéticos) es que en los procesos SN1 tienen lugar con cierta frecuencia transposiciones moleculares que dan lugar a mezclas de productos:
1-Cloro-3-metil-2-buteno
CH3 CCH3
CH CH2Cl + H OH SN1acetona
CH3 CCH3
CH CH2OH
3-Metil-2-buten-1-ol
+ CH3 CCH3
CH CH2OH
2-Metil-3-buten-2-ol En este caso se trata de una transposición alílica: el catión alilo formado inicialmente puede reaccionar con el nucleófilo (H2O) en dos posiciones distintas, obteniéndose dos productos de sustitución:
CH3 CCH3
CH CH2ClSN1
CH3 CCH3
CH CH2 CH3 CCH3
CH CH2+
+
EJERCICIO 65La reacción del 3-fenil-1-cloro-2-buteno en acetona acuosa origina una mezcla de 3-fenil-2-buten-1-ol y 2-fenil-3-buten-2-ol ópticamente activo. Escribe el mecanismo de las reacciones que tienen lugar.
La competitividad entre las reacciones de sustitución y eliminación es un factor a tener en cuenta a la hora de idear la síntesis concreta de un compuesto. Por ejemplo, en la síntesis de éteres de Williamson, el empleo de halogenuros terciarios, junto con nucleófilos fuertes, suele dar lugar casi exclusivamente a reacciones de eliminación:
Br + CH3CH2OH
(100 %)
CH3CH2O H__CH2___C____Br
CH3
CH3Bromuro de terc-butilo
CH2 CCH3
CH3 +__
148
Si se recurre a una reacción de solvolisis (el alcohol como nucleófilo) entonces el haluro de etilo es muy poco reactivo y el proceso es demasiado lento para tener aplicación en síntesis:
CH3CH2Cl + (CH3)3C_OH (CH3)3C_O_CH2CH3 + HCl (muy lenta)X La única solución sería emplear un alcóxido terciario y un halogenuro primario:
CH3CH2Cl + (CH3)3C_O K+ (CH3)3C_O_CH2CH3 + KCl_
La síntesis de Williamson también permite obtener éteres cíclicos a partir de halogenohidrinas:
Oxido de etileno(Oxirano)
HOClH2C CH2 HO CH2 CH2 Cl
K2CO3H2C CH2
O
+ Cl_
SN2
HO_CH2_CH2
_CH2_CH2
_ClO
+ H2O + NaCl
Tetrahidrofurano(95 %)
H2ONaOH,SN2
Se trata de una reacción de sustitución nucleófila intramolecular:
HO_CH2_CH2
_ClK2CO3 _
O_CH2_CH2
_Cl
_CH2 CH2
O
Cl
H2C CH2
O
+ Cl_SN2
HO_CH2_CH2
_CH2_CH2
_ClNaOHH2O
O_CH2_CH2
_CH2_CH2
_Cl_
O+ Cl
OCH2
___Cl_
_SN2
Normalmente los éteres no son suficientemente reactivos como sustratos para hidrolizarse con facilidad. Sin embargo, el óxido de etileno y sus derivados son muy reactivos debido a la tensión del anillo. Estos compuesto se hidrolizan en presencia de cualquier ácido o base. También reaccionan con nucleófilos, en ausencia de ácidos:
H RHH
O
reacción con nucleófilos con catálisis ácida
reacción con nucleófilos sin catálisis ácida
149
La reacción con nucleófilos sin catálisis ácida tiene lugar en el átomo de carbono menos sustituido del oxirano. Por el contrario, la reacción con catálisis ácida ocurre en el átomo de carbono más sustituido del oxirano. Reacción catalizada por ácidos:
H2C CH2
O
H2SO4
H2OHOCH2
__CH2OH
O: : H___OH2 O:H
+ + H2O+
EtilenglicolO:H
+H2C_____CH2OH
+
OH2
H2C_____CH2OH
O___HH__
+OH2:
HO_CH2___CH2
_OH + H3O+
La apertura de los oxiranos no simétricos, catalizada por ácidos, tiene lugar con regioselectividad Markovnikov. En este sentido, la reacción es parecida a una S 1, en la que el carbocatión incipiente más estable reacciona con el nucleófilo antes de que tenga lugar su rotación interna (ver esquema en la página siguiente) En la reacción se obtendrá una mezcla mayoritaria de (1) y (1’) en la que (1) será mucho más abundante que (1’) ya que la rotación interna del carbocatión terciario está restringida. Los productos (2) y (2’) se obtienen en pequeña proporción, debido a que provienen del carbocatión secundario.
N
EJERCICIO 66Emplea representaciones tridimensionales para escribir la reacción entre (1-propiliden)ciclohexano y unperoxiácido, seguida de acidificación. Indica cuáles serán los productos mayoritarios y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros.
El anillo de los oxiranos también se abre fácilmente con reactivos nucleófilos en ausencia de ácidos; la reacción SN2 tiene lugar sobre el carbono menos sustituido del anillo oxiranico (menor impedimento estéreo)
EJERCICIO 67Escribe el mecanismo de la siguiente reacción (el metanol es el nucleófilo):
2,2,3-Trimetiloxirano
Me CMe
CH MeR_C_O_OH
O
Me CMe
CH Me
O
CH3OH
H2SO4, H2OMe C
MeCH Me
3-Metil-3-metoxi-2-butanol
OH
OMe
EJERCICIO 68Escribe el mecanismo de la siguiente reacción:
C CH
O
Me
Me Me
2,2,3-Trimetiloxirano
CH3O Na+
MeOH
_
Me COH
CH MeOMe
Me
2-Metil-3-metoxi-2-butanol
150
APERTURA DE OXIRANOS NO SIMÉTRICOS, CATALIZADA POR ÁCIDOS
HO
OH2
Me
Et
H
Me
Et Me
HMeO
H2O
H+
1 2
OH
H2O
Et
Me
Me
HEt Me
HMeO
H
Et Me
HMeO
H
+1
2+
H2O:
H2O:
(terciario)
(secundario)
+
+
H2O
OH
HO
Et
Me
Me
H
HO
OH
Me
Et
H
Me
23
3 2
(1) (2S,3S)
3-Metil-2,3-pentanodiol
(2) (2R,3R)
3-Metil-2,3-pentanodiol
rotación interna restringida
Me Me
HEtOH
+H2O
OH
HO
Me
Me
Et
H
23
(1') (2S,3R)
3-Metil-2,3-pentanodiol
Et H
MeMeO
H
+ H2OHO
OH
H
Et
Me
Me
3 2
(2') (2S,3R)
3-Metil-2,3-pentanodiol
rotación interna restringida
FORMACIÓN DE ENLACES C–X
SÍNTESIS DE HALUROS DE ALQUILO A PARTIR DE ALCOHOLES Los alcoholes reaccionan con haluros de hidrógeno dando lugar a haluros de alquilo:
R_CH2__CH2OH
HBrSN2
alcohol primarioR_CH2
__CH2Br + H2O
HBrSN1 / SN2
alcohol secundario
+ H2OR CH2 CHMe
OH R CH2 CHMe
Br
151
HBrSN1
alcohol terciario
+ H2OR CH2 CMe
OH R CH2 CMe
BrMe Me
Mecanismo de la reacción SN2:
R__CH2OH H____Br R__CH2OH2 + Br_
Keq = 107
pKa -9 pKa -2
+
+
Br_ R__CH2Br + H2OCH2
OH2
R
Si la reacción es SN1 pueden tener lugar transposiciones de Wagner-Meerwein:
+
3-Pentanol 2-Bromopentano
CH3CH2 CHOH
CH2CH3HBrSN1
CH3CH2 CHBr
CH2CH3
3-Bromopentano
CH3CH2 CH2 CHCH3
Br
Mecanismo de la reacción SN1:
+CH3CH2 CH
EtO
H
: H____Br CH3CH2 CHEt
OH2 +_
Br
+
CH3CH2 CH CH2CH3
OH2
H2O_CH3CH2 CH CHCH3
+H
transposición
_Br
_Br
CH3CH2 CH CH2CH3
Br
CH3CH2 CH2 CH CH3+
CH3CH2 CH2 CH CH3
Br
FORMACIÓN DE ENLACES C–C
SÍNTESIS DE NITRILOS Un tipo de reacción muy útil es la que tiene lugar entre un halogenuro y un carbanión; los carbaniones alquilo sencillos no son satisfactorios, pero pueden emplearse muchas clases de carbaniones relativamente estables; el anión cianuro es un ejemplo:
CH3CH2CH2CH2_Br + Na+ NC CH3CH2CH2CH2
_CN + Na+Br_ _
152
Esta reacción (SN2) brinda un método fácil, para añadir un átomo de carbono más a una cadena carbonada:
C6H5_CH2
_Cl + Na+NC EtOH C6H5_CH2
_CN + Na+ClSN2
_ _
SN2Cl_CH2CH2CH2CH2
_Cl + 2Na+ NCacetona
NC_CH2CH2CH2_CN + 2Na+Cl
_ _
La hidrólisis de nitrilos conduce a ácidos carboxílicos; su reducción con hidruro de litio y aluminio (H4AlLi) da lugar a aminas:
C6H5_CH2
_CN
H4AlLi
C6H5_CH2
_CO2H
C6H5_CH2
_CH2_NH2
H3O+
EJERCICIO 69La reacción del (R)-(1-bromoetil) metil éter con cianuro sódico conduce a (1-cianoetil) metil éter ópticamenteactivo. Su configuración absoluta es la misma que la del producto de partida. Explica esta anomalía aparente.
ENOLES Y ANIONES ENOLATO COMO INTERMEDIOS DE REACCIÓN La tautomería se refiere a una interconversión entre dos estructuras que se diferencian en la posición de un átomo o grupo (isómeros constitucionales) Los compuestos con grupos carbonilo están en equilibrio con sus formas enólicas correspondientes (tautomería ceto-enólica):
(99,999 %)
CH3 CO
CH3H2O
CH2 COH
CH3
(forma enólica)
(0,001 %)
H2OCH3 C
OCH2 C
OCH3
(83 %)
CH3 C CH CO
CH3
OH
(17 %)
O
H
O O
HH2O
(50 %) (50 %)
OH
153
O OH
Me Me
H2O O O
Me Me
(5 %) (95 %)
H
La formación del enol está catalizada por bases:
Keq = 5,0 x 106H CH
CO
CO
Me
Me
HO_
pKa 9,0
H2O +
pKa 15,7
Me CO
CH CO
Me_
El anión enolato está estabilizado por deslocalización de la carga negativa:
enolato
Me C
O
CH C
O
Me_ :::
Me C
O
CH C
O
Me
::::_
Me C
O
CH C
O
Me
:::_
:
HO___H
enolenolato
Me C
O
CH C
O
Me
::::_
Me C
OH
CH C
O
Me
::
+ HO_
Reacción global:
cetona
CO
Me + HO_
enolato
Me C
O
CH C
O
Me
:::
:
:_
+ H2O
enol
Me C
OH
CH C
O
Me
::
+ HO_
Me CO
CH2
EJERCICIO 70Cuando la (2S)-2-metilciclohexanona se trata con cantidades catalíticas de NaOH se transforma en una mezcla de (2S) y (2R)-2-metilciclohexanona. Cómo puedes explicar la formación del estereoisómero R.
EJERCICIO 71Considera la siguiente secuencia de reacciones:
2-bromo-3-metil-3-pentanolNaOH, H2O
SN2A(C6H12O) B (C7H16O2)MeOH, H3O+
Utiliza representaciones tridimensionales para escribir la secuencia de reacciones con cada uno de losestereoisómeros del 2-bromo-3-metil-3-pentanol. Asigna la configuración absoluta a todos los compuestos que intervienen.
154
EJERCICIO 72Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B.
(2S,3R)-3-Cloro-2-butanolNaOH, H2O
SN2A(C4H8O)
H2SO4
H2OB (C4H10O2)
EJERCICIO 73Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B.
(2S,3R)-3-Cloro-2-butanolNaOH, H2O
SN2A(C4H8O)
HBr (48 %)
00CB(C4H9OBr)
EJERCICIO 74Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B:
A(C4H9OBr) B(C4H8O) (2R,3S)-3-Amino-2-butanolHO_
SN2
NH3, H2O
SN2
EJERCICIO 75Dos compuestos isómeros A(C7H13OBr) y B(C7H13OBr) reaccionan con NaOH acuoso, a través de unmecanismo SN2, dando lugar a la misma sustancia C(C7H12O). La reacción SN2 de C con metóxido sódico enmetanol, conduce a una mezcla de (1R,2R) y (1S,2S)-2-metoxiciclohexanol. Averigua la configuración absoluta de los compuestos A, B y C.
EJERCICIO 76Utiliza representaciones tridimensionales para averiguar la configuración absoluta de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones:
(1R,2R)-2-Bromo-1-metilciclohexanolNaOH, H2O
A(C7H12O)MeO Na+, MeOH
_
SN2SN2B(C8H16O2)
C(C8H16O2)
MeOHH3O+
155
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN ÁTOMO DE CARBONO SATURADO
*éster del ácido p-toluensulfónico
ENLACEFORMADO R_Z + Nu: R__Nu + Z:
R_Z Nu: R_Nu Z:
__
_ _
R_X
HO ; H2O
R'O ; R'OH
R'CO2
R__OH
R__OR'
R__O_COR'
[RCH=CH2 + H2SO4]
(tosilato)
H2O R_CH2__OH
R'_CO_O R_CH2__O-COR'
O O O
H2O ; H3O+
O; H3O+
HOCH2CH2__OH
ArO Na+
Cl_CH2CH2_OH
[Z_CH2CH2_Nu] O
Cl_CH2CH2CH2CH2_OH
[Z_CH2CH2CH2CH2_Nu] O
C__O
*
sulfato de dimetilo
+
N2
N2
(diazometano)
X
_
_ _
_
R CH
Me
O SO
OOH HO
_R CH
MeOH O S
O
OOH
_
R CH2 O SO
OMe _ O S
O
OMe
_
MeO SO
OOMe
_ArO__Me MeO S
O
OO Na+_
Cl
Cl
_
_
Me N N
R CO
OH R CO
O__Me
R CO
CH CO
R_
R CO
CH CO
R
_
R CO
CH CO
RMe
156
ENLACEFORMADO R_Z + Nu: R__Nu + Z:
R_Z Nu: R_Nu Z:
__
_ _
NH3
R'NH2
R2'NH
R3'N
R__NH2
R__NH_R'
R__NR2'
R__NR3'+
R_X
X = (Cl, Br, I)
X_
C−−N
O
NH3
RNH2
HO_CH2CH2__NH2
HO_CH2CH2__NHR
OO
NH3
RNH2 HO2C_CH2CH2__NHR
HO2C_CH2CH2__NH2
R_OH
(X = Cl , Br , I )
R__X
R_OH SOCl2, PCl3, PCl5 R__Cl
R_OMe HI R__I
X HO
MeO
__ _ _
_
_
R_X
R__CN
HC(CO2Et)2
R'CO_CH_COR'
CH3CO_CH_CO2Et
_
_
_
O
(X = Cl, Br, I)
X_Mg_R (R )
NC_
X_
R' C C Na+_
R' C C R
R CH(CO2Et)2
R' CO CH
R
COR'
CH3 CO CH
R
CO2Et
_R__CH2CH2OH
C−−X C−−C
157
REACCIONES DE ELIMINACIÓN
GENERALIDADES En un sustrato saturado, el esquema general de cualquier reacción de eliminación es el siguiente:
π
:B_
H C C Z C C BH Z_
+ +
[:B- es una base (nucleófilo) que puede no llevar carga] Si la reacción ocurre en un sustrato insaturado:
π
:B_
H C C Z BH Z_
+ +C C
Los sustratos más comunes en las reacciones de eliminación son los haluros de alquilo y los alcoholes:
CH3 CH CH
H
Br
CH3
B_
CH3 CH CH CH3 + HB + Br_
H2O:
CH3 C OHCH3
CH3
H3O+H CH2 C
CH3OH2
CH3
+CH2 C CH3
CH3+ H3O+ H2O+
MECANISMO DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN De forma semejante a las reacciones SN, las reacciones de eliminación transcurren normalmente a través de dos tipos diferentes de mecanismos.
REACCIONES DE ELIMINACIÓN E1 El proceso transcurre en dos pasos: en el primero se produce la ionización del sustrato y se libera un catión carbonio que, en la segunda fase, reacciona con la base originando el producto no saturado. La reacción responde a una cinética de primer orden:
v = k1[R-Z]H C C Z lenta H C C Zδ+ δ−
H C C+
+ Z_
+ HBrápidaB
_H C C + C C
X
158
Resulta evidente que la etapa lenta es la misma que en las reacciones SN1; todas las consideraciones con respecto a la influencia de Z, R y el disolvente sobre el mecanismo SN1 son aplicables al mecanismo E1. En cambio, la naturaleza de la base influye sobre el producto obtenido. Por ejemplo, el bromuro de t-butilo reacciona en etanol originando el 81% de t-butil etil éter (SN1) y el 19% de isobutileno (E1):
CH3 C BrCH3
CH3 lentaCH3 C
CH3
CH3+ + Br
_
(81%)
t-Butil etil éter
SN1: C2H5 OH C CH3
CH3
CH3
+rápida
C2H5 O C CH3
CH3
CH3
H
+C2H5 O C CH3
CH3
CH3
H+_
E1: (19%)C2H5 OH CCH2
CH3
CH3
H +rápida
C2H5 OH2+
+ CH2 C CH3
CH3
Isobutileno La formación del carbocatión, por ionización del bromuro de t-butilo, es la etapa determinante de la velocidad en ambas reacciones. El etanol puede actuar como nucleófilo o como base; en el primer caso reacciona con el carbono cargado positivamente, dando lugar al producto de sustitución, y en el segundo lo hace con el hidrógeno en β, originando el alqueno. Puesto que las reacciones E1 y SN1 tienen lugar a partir del mismo catión carbonio, el tipo de estructura carbonada influye de igual forma en ambos tipos de procesos. El grupo saliente (Z) no suele jugar ningún papel en las cantidades relativas de productos E1 o SN1, ya que todos ellos se forman después de que Z se ha desprendido del sustrato. La temperatura es el factor que suele determinar la proporción relativa de productos de eliminación o sustitución. En general, una temperatura elevada favorece la reacción de eliminación. Los halogenuros terciarios reaccionan más fácilmente que los secundarios a través de reacciones E1, ya que dan lugar a olefinas más sustituidas y, por consiguiente, más estables (control termodinámico) Sin embargo, un disolvente polar y nucleófilo, y la ausencia de bases fuertes, favorecen la formación de productos de sustitución en vez de los de eliminación. La ruta E1 está favorecida por los reactivos fuertemente básicos y débilmente nucleófilos, y también por los sustituyentes atractores de electrones que aumentan la acidez del hidrógeno en β.
REACCIONES DE ELIMINACIÓN E2 El proceso transcurre en un solo paso de una manera concertada, es decir, la ruptura de los dos enlaces σ y la formación del enlace π son simultáneas. La reacción pasa por un estado de transición del tipo:
δ+δ− δ−
+ Z_
H C C ZB:_
B H C C Z HB + C C
v = k2[R-Z][:B- ]La cinética de la reacción es de segundo orden:
X
159
Lo mismo que la reacción E1 es competitiva con la SN1, las reacciones de sustitución SN2 pueden competir con las de eliminación E2. En este sentido, es importante la naturaleza primaria, secundaria o terciaria del carbono al que está unido Z. La formación de un alqueno mediante un mecanismo E2 va acompañada de una disminución de la aglomeración alrededor del átomo de carbono que contiene el grupo saliente Z, mientras que en el estado de transición que conduce a la sustitución SN2, la aglomeración en torno a este átomo aumenta.
........
δ−
Z
H
R
R'
R
R'Nu
R R'R'R
Z
H.....Nu
δ−
[la aglomeración disminuye]
E2:R R'
R'R + H_Nu + Z_
_
δ−
Z
H
R
R'
R
R'Nu
R'R'
Z
Nu
δ−
[la aglomeración aumenta]
SN2:H
RR
H
RR
Nu
R'R'
+ ZSN2
_
_
E2
La reacción E2 está favorecida si existe considerable impedimento estéreo en el carbono y si la base(nucleófilo) es grande y fuertemente básica. Inversamente, la reacción SN2 está favorecida si el impedimento estéreo es mínimo en el carbono y el nucleófilo (base) es pequeño y muy polarizable. Finalmente, lareacción E2 prevalece sobre la SN2 en disolventes que no sean muy polares (p.e. un alcohol)
α
α
Se comprende fácilmente que los dos factores actúan en el mismo sentido, para favorecer considerablemente la eliminación en los derivados terciarios y para entorpecerla en los primarios. En resumen, la competitividad entre los caminos SN2 y E2 está gobernada por: 1 La magnitud del impedimento estereo en el carbono al que está unido el grupo saliente Z. 2 La basicidad, el tamaño y la polarizabilidad del nucleófilo. 3 La temperatura a la que se realiza la reacción. Por ejemplo, el bromuro de etilo (carbono en posición α no impedido estéricamente) reacciona con el metiltiolato sódico (nucleófilo pequeño y muy polarizable), dando lugar a sulfuro de etilo y metilo (SN2):
CH3CH2Br + CH3_S_Na CH3CH2
_S_CH3 + NaBrSN2
Sin embargo, el bromuro de t-butilo (carbono en α muy impedido) reacciona con el t-butóxido potásico (base nucleófila grande y poco polarizable) para dar como producto más abundante el isobuteno (E2):
(CH3)3C_Br + (CH3)3CO K+ E2 (CH3)3C_OH_
CH3 CCH3
CH2 + + KBr
X
160
REGIOSELECTIVIDAD EN LAS REACCIONES E1 Y E2
REACCIONES E1 Si la base puede reaccionar con dos hidrógenos en β que no son equivalentes, se obtiene una mezcla de olefinas. El alqueno más sustituido (producto Saytzev) suele predominar sobre el menos sustituido (producto Hofmann):
[Saytzev] (32%) [Hofmann](8%)
CH3CH2 CCH3
CH3
Br E1:B CH3 CH C CH3
CH3+ CH3 CH2 C
CH3CH2
[Saytzev] (32%)
[Hofmann] (8%)
=
:BB: 1 2+
CH3CH2 CCH3
BrCH3
E1:B CH3CH2 C
CH3
CH3
+ CH3 CH
H
C CH2
CH3
H
1
2
E1
CH3 CH CCH3
CH3
CH3 CH2 CCH3
CH2
[Saytzev] (81%) [Hofmann] (19%)E1
CH3CH2 CHBr
CH3EtO
_
CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2
REACCIONES E2 La extensión en la que se cumple la regioselectividad Saytzev, en las reacciones E2, depende de la estructura de la cadena carbonada, de la naturaleza del grupo saliente y de la base que desencadena la eliminación. A medida que crece el impedimento estéreo del hidrógeno en β y el tamaño de la base, el producto Saytzev va siendo menos abundante:
[Saytzev] (81%) [Hofmann] (19%)
CH3CH2 CHBr
CH3E2
EtO
Me3CO
_
_
CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2
[Saytzev] (47%) [Hofmann] (53%)
CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2
+
[Saytzev] (14%) [Hofmann] (86%)
Me3CE2
EtO
Me3CO
_
_
Me3C CH
CH2 C CH3
Br
CH3
C CH3
CH3Me3C CH2 C CH2
CH3
+
[Saytzev] (2%) [Hofmann] (98%)
Me3C CH C CH3
CH3Me3C CH2 C CH2
CH3
X
161
ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN
REACCIONES DE ELIMINACIÓN MONOMOLECULARES (E1)
Con independencia del tipo de molécula de partida, ninguna reacción E1 es estereoespecífica. El giro libre del enlace en el carbocatión intermedio da lugar a dos conformaciones distintas: una de ellas origina el estereoisómero Z de la olefina, y la otra el estereoisómero E. No obstante, la interacción entre los grupos de carbonos contiguos hace que uno de los estereoisómeros predomine sobre el otro. El mayoritario será aquél que surja del carbocatión con menor impedimento estéreo:
H H
H
Me
Me I
E1H
HMe
MeH+
:
MeHH
Me(Z)
H
HMe
HMe+
:
HMeH
Me(E)
H Me
H
H Me
H Me
H
Me H=
=
(minoritario)
(mayoritario)
B
B
Los ejemplos que siguen son todos reales, pero es probable que los tipos de moléculas que aparecen en ellos se transformen en olefinas a través de mecanismos E1 o E2, dependiendo de las siguientes variables: la naturaleza del grupo saliente (Z), la base concreta que desencadena la reacción, el impedimento estéreo en el hidrógeno β, el disolvente y la temperatura a la que tiene lugar el proceso. Por los mismos motivos, además de la reacción de eliminación (E1 o E2), pueden producirse reacciones de sustitución nucleófila competitivas (SN1 o SN2)
EJEMPLO 1
E1R
RCH2
HH
RRCH2
H+
(E)(Z)H
RCH2 CHZ
CH2R
H H
H
CH2R
R Z
E1CH2RHH
R(Z)
(E)
H R
H
H CH2R
=
=
HH
H CH2RR
+:
HCH2R
H HR
+:
H R
H
RCH2 H HCH2RH
R
B
B
Se obtiene una mezcla de los estereoisómeros (Z) y (E) de la olefina. El impedimento estéreo en el carbocatión que da lugar al isómero (Z) (interacción entre los grupos R / RCH2 y H / H) es mayor que el existente en el otro carbocatión (interacción entre los grupos R / H y RCH2 / H) Cabe esperar que el producto mayoritario sea el estereoisómero (E)
X
162
EJEMPLO 2
E1H
RR
Z
ZR
H+
(E)(Z)
R
R CHZ
CHZ
R
Prioridades de los grupos: Z > C(R, R’) > H
R Z
H
H R
=
=H R
ZR
(Z)
H
Z RZ
HR
(R,R)
E1
H
RZR
H +:
H
RZH
R +:
R Z
H
R HR R
ZH
(E)
B
B
Z R
H
R H
=
=R Z
RH
(Z)
H
Z ZR
RH
(S,S)
E1
H
ZRH
R +:
H
ZRR
H +:
Z R
H
H RH Z
RR
(E)
B
B
Z R
H
H R
=
=H Z
RR
(E)
H
Z ZR
HR
(R,S)
E1
H
ZRR
H +:
H
ZRH
R +:
Z R
H
R HR Z
RH
(Z)
B
B
Si el radical R es de mayor tamaño que el grupo saliente Z, el estereoisómero (Z) será el mayoritario cuando la pareja de enantiómeros (R,R) / (S,S) o la forma meso (R,S) se someten a una reacción de eliminación E1.
X
163
EJEMPLO 3
E1R'
HRCH2
HH
R'RCH2
H+
(E)(Z)
R
HR'CH2
HH
RR'CH2
H+
(E)(Z)
+RCH2 CHZ
CH2R'
Z R'
H
H CH2R
=
=R' CH2R
HH
(Z)
H
ZR'H
CH2RH
E1
H
R'H H
CH2R+:
H
R'H CH2R
H+:
H R'
H
RCH2 HR' H
CH2RH
(E)
(R) o (S)
B
B
Z R
H
H CH2R'
=
=R CH2R'
HH
(Z)
H
ZRH
CH2R'H
E1
H
RH H
CH2R'+:
H
RH CH2R'
H+:
H R
H
R'CH2 HR H
CH2R'H
(E)
(R) o (S)
B
B
El estereoisómero (E) será el mayoritario en ambos casos, con independencia de los tamaños relativos de los grupos R, R', RCH2 y R'CH2 .
EJEMPLO 4
E1H
R'R
ZR'
ZR
H+
(E)(Z)
Z
R'R
H
(Z)
+
R'
HR
Z
(E)
+R CHZ
CHZ
R'
Prioridades de los grupos: Z > C(R, R’) > H Si los radicales R y R' son de mayor tamaño que el grupo saliente Z, el estereoisómero (Z) será el mayoritario en los dos casos.
X
164
R' Z
H
H R
=
=H R'
ZR
(Z)
H1
Z R'Z
H2R
E1
H
R'ZR
H +:
H
R'ZH
R +:
R' Z
H
R HR R'
ZH
(E)
(R,R) (S,S)(R,S) (S,R)
R Z
H
H R'
=
=Z R'
HR
(Z)
H2
ZZR
R'H1
E1
H
ZR H
R'+:
H
ZR R'
H+:
R Z
H
R' HZ H
R'R
(E)
B
B
B
B
La deshidratación del 4-Metil-3-hexanol en medio ácido transcurre a través de un proceso E1. Escribe el mecanismo de la reacción que aparece seguidamente para cada uno de los cuatro estereoisómeros del alcohol.
EJERCICIO 77
E1CH3CH2 CHMe
CHOH
CH2CH3 CH3CH2 CMe
CH CH2CH3H3O+
REACCIONES DE ELIMINACIÓN BIMOLECULARES (E2) En las reacciones E2 asume enorme importancia la disposición relativa que adoptan los grupos eliminados. Normalmente, las reacciones E2 transcurren con mayor facilidad cuando dichos grupos están en relación antiperiplanar; por este motivo, el proceso se denomina anti-eliminación. Si son posibles dos o más conformaciones antiperiplanares, la más favorecida será la de menor contenido energético (interacción mínima entre grupos de carbonos contiguos):
1H
I2H
Me
Me
H
Me H2
H1
I
H Me E22H Me
HMe
[antiperiplanar](menos impedida)
(E)
[mayoritario]
2H
IMe
Me
1H
H
1H Me
H2
I
H Me E2
Me MeH1H
(Z)
[mayoritario] [antiperiplanar] (más impedida)
B:
B:
X
165
En los ejemplos que siguen se utilizan los mismos tipos de moléculas que en las reacciones E1 (ver p.6-9) Así se pueden apreciar mejor las diferencias y semejanzas entre ambas clases de procesos (E1 y E2).
EJEMPLO 1
R
RCH2
HH
RRCH2
H+
(E)(Z)H
RCH2 CHZ
CH2R E2
E2CH3CH2 CH
BrCH2CH3
[(Z) + (E)]
CH3CH CH CH2CH3
1H
BrMe
Et
2H
H
2H Me
H1
Br
H Et E2
Me EtH2H
(Z)
[minoritario]
2H
Br1H
Et
Me
H
Me H1
H2
Br
H Et E21H Et
HMe
(E)
[mayoritario]
B:
B:
EJEMPLO 2
E2H
RR
ZR
ZR
H
(E)(Z)(R,R) o (S,S)
E2
(R,S)
R CHZ
CHZ
R R CHZ
CHZ
R
CH3 CHBr
CHBr
CH3E2
CH3 CH C CH3
Br
La reacción es estereoespecífica:
H
BrBr
Me
Me
H
Me Br
H
Br
H Me E2
Br MeHMe
(Z)
H
Br Me
H
Br
Me
Me Br
H
Br
H Me E2
H MeBrMe
2
3
(2R,3R)
(2R,3R) (Z)
2
3
B:
B:
X
166
H
BrMe
H
Br
Me
Br Me
H
Br
Me H E2
Me HMeBr
(Z)
H
Br Br
Me
Me
H
Br Me
H
Br
Me H E2
Me BrMeH
23
(2S,3S)
(2S,3S) (Z)
23
B:
B:
H
BrBr
H
Me
Me
Me Br
H
Br
Me H E2
Br HMeMe
(E)
H
Br Br
H
Me
Me
Br Me
H
Br
H Me E2
H BrMeMe
2
3
(2R,3S)
(2R,3S) (E)
2
3
B:
B:
EJEMPLO 3
R'
HRCH2
HH
R'RCH2
H+
(E)(Z)
R
HR'CH2
HH
RR'CH2
H+
(E)(Z)
+(R) o (S)
E2RCH2 CH
ZCH2R'
E2
[1] [2]
CH3CH2CH2 CHCl
CH2CH3 CH3CH2 CH CH CH2CH3 + CH3CH2CH2 CH CH CH3
3-Hexeno 2-Hexeno
3-Hexeno [1]:
1H
Cl H2
H
Et
Et
2H Et
H1
Cl
H Et E2
H H2EtEt
(Z)[minoritario]
2H
Cl Et
H
H1
Et
Et H1
H2
Cl
H Et E2
H EtH1Et
(E)[mayoritario]
32
32
B:
B:
(3R)
1H
Cl H2
H
Et
Et
2H Et
H1
Cl
H Et E2
H H2EtEt
2H
Cl Et
H
H1
Et
Et H1
H2
H Et
H EtH1Et
B:
B:
(3R)
X
167
1H
Cl H2
Et
Et
H
2H Et
H1
Cl
Et H E2
Et H2EtH
2H
Cl Et
Et
H1
H
Et H1
H2
Cl
Et Et E2
Et EtH1H
3
(3S) (E)
[mayoritario]
(Z)
[minoritario]
2
3
2
B:
B:
2-Hexeno [2]:
1H
Cl H2
Pr
Me
H
2H Me
H1
Cl
Pr H E2
Pr H2MeH
2H
Cl Me
Pr
H1
H
Me H1
H2
Cl
Pr H E2
Pr MeH1H
3
(E)
[mayoritario]
(Z)
[minoritario]
2
2
3
B:
B:
(3R)
1H
Cl H2
H
Me
Pr
2H Me
H1
Cl
H Pr E2
H H2
MePr
2H
Cl Me
H
H1
Pr
Me H1
H2
Cl
H Pr E2
H MeH1Pr
3
(3S) (Z)
(E)
[minoritario]
[mayoritario]
2
32
B:
B:
X
168
EJEMPLO 4
R'
HR
ZR'
ZR
H+
(Z)(Z)
H
R'R
ZZ
R'R
H+
(E)(E)
(R,R) o (S,S)
E2
(R,S) o (S,R)
E2R CHZ
CHZ
R' R CHZ
CHZ
R'
CH3 CH CHBr Br
CH2CH3E2
CH3 C CHBr
CH2CH3 + CH3 CH CBr
CH2CH3 + CH3 CHBr
CH CH CH3
[1] [2] [3] 2-Bromo-2-penteno [1] y 3-Bromo-2-penteno [2]:
Br
1H H2
Me
Et
Br
2H Et
Br
1H
Me Br E2
Me H2EtBr
2H
Br Et
1H
Br
Me
Et Br
H2
Br
1H Me E21H Et
BrMe
2
(Z)
(Z)
(2R,3R)[1]
3
23
[2]
B:
B:
Br
1H Et
Br
H2
Me
Et H2
Br
1H
Br Me E2
Br EtH2Me
2H
Br Br
Me
Et
1H
Br Et
H2
Br
Me H1E2
Me BrEt1H
2
(Z)
(Z)
(2S,3S)[1]
3
2
3 [2]
B:
B:
Br
1H Et
Me
H2
Br
Et H2
Br
1H
Me Br E2
Me EtH2Br
2H
Br Br
1H
Et
Me
Br Et
H2
Br
1H Me E21H Br
EtMe
2
(E)
(E)
(2R,3S)[1]
3
23
[2]
B:
B:
X
169
Br
1H H2
Br
Et
Me
2H Et
Br
1H
Br Me E2
Br H2EtMe
2H
Br Et
Me
Br
1H
Et Br
H2
Br
Me H1E2
Me EtBr1H
2
(E)
(E)
(2S,3R)[1]
3
23
[2]
B:
B:
Escribe el mecanismo de formación de los estereoisómeros del compuesto [3] (Ejemplo 4) utilizando los cuatro estereoisómeros del 2,3-Dibromopentano.
E2
[3]
CH3 CH
Br
CH
Br
CH2CH3 CH3 CHBr
CH CH CH3
EJERCICIO 78
TIPOS DE ESTEREOISÓMEROS OBTENIDOS EN LAS REACCIONES E1 Y E2
EJEMPLO 1
E1R
HRCH2
HH
RRCH2
H+
(E)(Z)
E2
R
HRCH2
HH
RRCH2
H+
(E)(Z)
[estereoselectiva]
RCH2 CH CH2RZ
EJEMPLO 2
E1
E2
H
RR
ZR
ZR
H+
(E)(Z)
(R,R) o (S,S)* *
R
ZR
H
(Z)
[estereoespecífica]
R CHZ
CHZ
R
X
170
E1
E2
H
RR
ZR
ZR
H+
(E)(Z)
(R,S)
(meso)
* *H
RR
Z
(E)
[estereoespecífica]
R CHZ
CHZ
R
EJEMPLO 3
E1
E2
R'
HRCH2
HH
R'RCH2
H+
(E)(Z)
R
HR'CH2
HH
RR'CH2
H+
(E)(Z)
+
(R) o (S)*
R'
HRCH2
HH
R'RCH2
H+
(E)(Z)
R
HR'CH2
HH
RR'CH2
H+
(E)(Z)
+
RCH2 CHZ
CH2R'
EJEMPLO 4
E1
E2
H
R'R
ZR'
ZR
H+
(E)(Z)
Z
R'R
H
(Z)
+
R'
HR
Z
(E)
+
R'
H2R
ZR'
ZR
H1
+
(Z)(Z)
* *(R,R) o (S,S)
R CH1 CH2 R'Z Z
E1
E2
H
R'R
ZR'
Z
H+
(E)(Z)
Z
R'
H
(Z)
+
R'
HR
Z
(E)
+
H2
R'R
ZZ
R'R
H1
+
(E)(E)
* *(R,S) o (S,R)
R CH1Z
CH2Z
R'
R R
X
171
ESTEREOQUÍMICA Y REGIOSELECTIVIDAD EN LAS REACCIONES E1 Y E2
REACCIONES E1 Si la base puede extraer dos hidrógenos en β que no son equivalentes, se pierde preferentemente el que da lugar al alqueno más sustituido:
CH3CH2 CHBr
CH3E1 CH3 CH CH CH2
1 2+
1
2
EtO_
CH3 CH CH CH3
(Z) + (E)
CH3CH2 CH CH2
(Saytzev)
(Hofmann)
H H
Productos Saytzev:
H
HMe
HMe Me
H
HMe
H
MeH
HMe
H
Me
H
HH Me
HMeMeH
MeMeHH
+
+
(E)
(Z)
(may.)
(min.)
B:
B:
Producto Hofmann:
H
HEt
HH H
H
HEt H
HHEtH+
B:
REACCIONES E2 La extensión en la que se cumple la regioselectividad Saytzev en las reacciones E2, depende de la estructura de la cadena carbonada, de la naturaleza del grupo saliente y de la base que desencadena la eliminación. A medida que crecen el impedimento estéreo del hidrógeno en β y el tamaño de la base, el producto Saytzev va siendo menos abundante:
+
[Saytzev] (81%) [Hofmann] (19%)
CH3CH2 CHBr
CH3E2
EtO
Me3CO
_
_
CH3 CH CH CH3 CH3 CH2 CH CH2
+
[Saytzev] (47%) [Hofmann] (53%)
CH3 CH CH CH3 CH3 CH2 CH CH2
X
172
Productos Saytzev:
H1
2HMe Me
H1
2HHMe
Me2H
(E)Br
HMe
H
H2
Me1H
H1
H2
MeH1H
MeMe
Br
HMe
HMe
Br
Br
(may.)
(min.)(Z)
MeB:
B:
Producto Hofmann:
H
HH H
H
H EtH
HHB:
Br
EtH EtH
Br
H
HH
Br
H
H
H
HH
H
1
2Saytzev
Hofmann
[Saytzev] (14%) [Hofmann] (86%)
Me3C CH2 CBr
CH3CH3
E2
EtO
Me3CO
_
_
Me3C CH C CH3
CH3+ Me3C CH2 C CH2
CH3
[Saytzev] (2%) [Hofmann] (98%)
Me3C CH C CH3
CH3+ Me3C CH2 C CH2
CH3
Producto Hofmann:
H
HH H
H
HCH2CMe3H
HHB:
Br
CH2CMe3Me
CH2CMe3Me
Br (Hofmann)
X
173
Productos Saytzev:
H1
2HMe3C CMe3
H1
2H MeMe3C
Me2H
B:
Br
MeMe
MeMe
H2
Me3C1H
H1
H2
Me3C Me1H
MeMe3C
B:
Br
MeMe
MeMe
Br
Br
(Saytzev)
(Saytzev)
H
HH
Br
H
H
Me
HH
H
1
2Saytzev
Hofmann
APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN EN SÍNTESIS
REACCIONES E1 Los cationes carbonio que se forman en las reacciones de solvolisis dan lugar con frecuencia a mezclas de productos E1 y SN1. La proporción relativa de unos y otros está determinada en parte por la basicidad del disolvente y también por la presencia de otros nucleófilos en la disolución.
(27 %) (7 %)
CH3CH2 CBr
CH3
CH3
EtOH250 CH3CH2 C CH3
CH3
+ C2H5OH
SN1
E1
CH3CH2 CCH3
CH3
O CH2CH3 (66 %)
CH3 CH CCH3
CH3 + CH3CH2 CCH3
CH2
Por ejemplo, la solvolisis en piridina (básica) conduce en general a reacciones en las que predomina la eliminación E1, mientras que la solvolisis en presencia de tiosulfato (S2O3
2-) da lugar normalmente a reacciones SN1. Cuando aumenta la sustitución en el carbono β o se eleva la temperatura se incrementa la proporción del producto de eliminación. Las reacciones E1 tienden a originar productos en los que predomina la olefina más sustituida (producto Saytzev). Ya que el grupo saliente no interviene en el paso final que da lugar a los productos, sus porcentajes relativos son independientes de los sustratos de partida:
(36 %) (64 %)
CH3 CCH3
BrCH3
C2H5OH / H2O (80:20)
650H2C C
CH3CH3 + CH3 C
CH3
CH3
OH + CH3 CCH3
CH3
O CH2CH3
X
174
(catión sulfonio) (36 %) (64 %)
C2H5OH / H2O (80:20)
650H2C C
CH3CH3 + CH3 C
CH3
CH3
OH + CH3 CCH3
CH3
O CH2CH3CH3 CCH3
SCH3
CH3CH3
+
La deshidratación de alcoholes, catalizada por ácidos, sólo tiene aplicación en síntesis cuando no hay transposiciones de Wagner-Meerwein que den lugar a productos indeseables:
CH3 CH2OHH2SO4
1800CH3 CH2 OH2
+ H2O_CH3 CH2
+ SO4H_
CH2 CH2
H3PO4 (85 %)
OH
E1I2 (trazas) +
90-1000
(85 %) (15 %)
CH3 COH
CH3
CH2CH3 CH3 C CH2CH3CH3
CH3 CCH3
CH2CH3 + CH2 CCH3
CH2CH3
E1
H2SO4
(80 %)
C
OH
CH3
C
CH3
+C
CH2
REACCIONES E2 Las reacciones E2 se favorecen cuando la temperatura y la basicidad del reactivo nucleófilo son altas y el impedimento estéreo en el carbono β del sustrato es elevado. Si existen sustituyentes electronegativos unidos a dicho carbono, aumenta la acidez del hidrógeno susceptible de eliminación y la reacción E2 transcurre con mayor facilidad. Las bases (nucleófilos) empleados en las reacciones de eliminación son, entre otras, las siguientes:
H2O ; R3N ; CH3CO2 ; HO ; RO ; H2N ; CO3
2_ _ _ _ _
Los grupos eliminados son los mismos que en las reacciones SN2:
Cl ; Br ; I ; RSO3 ; RCO2 ; R3N: ; R2S ; HO ; RO_ _ _ _ _ _ _
La reactividad de los nucleófilos en las reacciones E2 es paralela a la basicidad de dichos nucleófilos en las reacciones de trasferencia protónica. En consecuencia, nucleófilos tales como RS¯ , que deben la mayor parte de su reactividad a una polarizabilidad elevada, tienden a producir reacciones de sustitución en lugar de eliminación. Las bases muy fuertes, como el anión amiduro H2N¯ provocan predominantemente reacciones de eliminación en sustratos primarios. Algunas de estas tendencias aparecen en los ejemplos siguientes:
(90 %) (10 %)
CH3CH2Br + EtO_ EtOH
550CH3CH2 O CH2CH3 + CH2 CH2
X
175
EtOH
550
(21 %) (79 %)
CH3 CHCH3
Br +_
EtO CH3 CHCH3
O CH2CH3 + CH2 CH CH3
550CH3 CH
CH3Br + EtOH CH3 CH
CH3O CH2CH3 + CH2 CH CH3
(97 %) (3 %)
EtOH
550
(100 %)
CH3 CCH3
BrCH3
+_
EtO CH2 CCH3
CH3
Las reacciones de eliminación en haluros de alquilo tiene escaso valor en síntesis, ya que dichos sustratos se obtienen normalmente a partir de alcoholes, y éstos son fácilmente deshidratables a olefinas:
HBr
H3O+
R CH2 CHOH
R
R CH2 CHBr
R
R CH CH R
Sin embargo, hay situaciones en las que la deshidrohalogenación es útil:
EtOHCl2
NaOH+CH2 CH2 ClCH2 CH2Cl CH2 CHCl
Br2 NCH3CH2CH2 CO2HPBr3
CH3CH2 CHBr
CO2H CH3CH CH CO2H
La mayor parte de las reacciones E2 son estereoespecíficas:
Br
H
C6H5
C6H5H
Me
C6H5 C6H5
HMe
(Z)
12
(1R,2R)
HO_
EtOHKOH
Br
H
C6H5
HC6H5
Me
C6H5 HC6H5Me12
(1S,2R)(E)HO
_
EtOHKOH
Las reacciones de eliminación son muy rápidas en los ésteres β-sustituidos, ácidos, cetonas, aldehidos y nitrocompuestos. Los grupos electronegativos unidos al mismo carbono que el hidrógeno eliminado aumentan la acidez de dicho hidrógeno, facilitando la reacción.
X
176
NaOH _N
N-H
H2O
C6H5 CO
CH
H
CH2
HO_
NH2O
C6H5 CO
CH CH2 +
EtONa / H2O _Na+ CH(CO2Et)2C6H5 CH CH
CH(CO2Et)2
H
CO2Et_
EtO
C6H5 CH CH CO2Et +
La reacción de dihaluros vecinales con Zn da lugar a olefinas:
Br
Br
Me
MeH
H
Me MeHH
(Z)
2
(2S,3S)
3 + ZnBr2Me2CO
Zn
Br
Br
Me
HMe
H
Me H
MeH2
(2S,3R)
(E)
3 + ZnBr2
Zn
Me2CO
Apartado 1: ¿Qué estereoisómeros de A y B son coherentes con las reacciones del esquema?EJERCICIO 79
A(C5H10I2) (Z) 2-Penteno
Zn
SN2
Br_
B(C5H10Br2)
Apartado 2: ¿Cuáles son los estereoisómeros del 3-Metil-2-pentanol que conducen a los compuestos siguientes?
[A(C6H13Br) + B(C6H13Br)] 3-Metil-2-pentanolSN1 SN2
(2R,3S)
(2S,3S)
2-Amino-3-metilpentano+HBr NH3
Apartado 3: ¿Qué estereoisómeros del 2,3-Dibromobutano darán lugar a reacciones de eliminación estereo- específicas?
E2
EJERCICIO 80Cuando el estereoisómero ópticamente inactivo del 2,3-dibromobutano se somete a una reacción deeliminación E2, con metóxido sódico en metanol, se obtienen varios compuestos de fórmula molecular C4H7Br. Haz un esquema de las reacciones que tienen lugar y nombra de forma inequívoca todos los compuestos quese obtienen.
X
X
177
EJERCICIO 81La reacción del 3-fenil-2-yodo-butanoato de etilo con nitrato de plata en etanol, da lugar a una mezcla de cuatro compuestos de fórmula molecular C12H14O2. Sabiendo que la cinética de la reacción es de primer orden,averigua la estructura de dichos compuestos y explica cuáles de ellos serán mayoritarios. Teniendo en cuentaque la sustancia de partida tiene dos átomos de carbono estereogénicos, indica si su configuración absolutainfluye en la estereoquímica de los productos que se obtienen.
EJERCICIO 82Averigua la configuración absoluta del compuesto A(C10H13Cl):
A + IKH2O
[(2S,3S) + (2R,3S)]-3-Fenil-2-yodobutano
2-Fenil-2-yodobutano (racémico)
A + EtONa EtOH (Z)-2-Fenil-2-buteno + (3R)-3-Fenil-1-buteno
Una vez conocida la estructura de A, escribe todas las reacciones que conducen a los compuestos indicados en los esquemas.
EJA nsti
A (racémico)E2
(Z)-B(C9H9Br) H
ERCICIO 83verigua la configuración absoluta de las moléculas que co tuyen el racémico A(C9H10ClBr):
2O1-Fenilpropino
(Z)-C(C9H9Cl)H
_EtO
2O1-Fenilpropino
HO_
_HO
BH2
[Pd]
MeCOCH2CO2Et + EtO_
D(C9H11Br) Econc.HO
_
CH CH2CO2HMe
CH2
[Pd]F(C9H11Cl)
MeCOCH2CO2Et + EtOH conc.
_HO
_CH CH2CO2H
C6H5
C6H5CH2
CH3CH2
EJERCICIO 84Averigua la estereoquímica de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.Secuencia 1:
HOBr B(C4H9OBr) (racémico) IHSN2
C(C4H8IBr) (racémico)
Secuencia 2:
D(C6H10O3) + E(C4H9Br)SN2
F(C10H18O3)
E2
(Z)-2-Bromo-2-buteno + (Z)-2-Yodo-2-buteno
A EtO_
HO (conc.)
HO (dil.)
Ácido (3S)-3-Metilpentanoico
(4S)-4-Metil-2-hexanona
EtO_
_
_
178
SUSTITUCIÓN – ELIMINACIÓN [ I ]
se forma un alqueno por E2
¿es Nu- una base fuerte impedida? (p.e. t-BuO-)
dos sustituyentes β (R' y R'') (tipo neopentilo)
R-C-CH2-Z
R'
R''
un sustituyente β (R')
R-C-CH2-Z
R'
H
R-C-CH2CH2-Z
R'
dos sustituyentes γ (R' y R'')
carbocationesestabilizados del tipo:
SI
SN2 lenta
NO
(SN1 + E1)
transposiciones de Wagner-Meerwein endisolventes muy polares
SN2 (mayoritario)
E2 (minoritario)
SN1 muy rápida
(lo mismo para secundarios)
PRIMARIOcon impedimento estéreo
PRIMARIOsin impedimento estéreo R-C-Z
H
H
¿qué tipo de sustituciónpresenta el C unido a Z?
¿es Z un buen grupo saliente?
SI
NONO HAY REACCIÓN
R''
R-CH-CH=CH2+
+R-CH-C6H5
X
X
179
¿es Nu- una base fuerte? (p.e. RO-)
SI
SN2moderadamente rápida
¿qué tipo de sustituciónpresenta el C unido a Z?
¿es Z un buen grupo saliente?
SI
NONO HAY REACCIÓN
SECUNDARIOR Z
R HTERCIARIO
R Z
R Rse forma un alqueno por E1 o E2
¿el disolvente es polar? ¿es Nu- una base fuerte? (p.e. RO-)
¿es Nu- un buen nucleófilo, débil o moderadamente básico? (p.e. : I-, Br-, RS-)
SN1 rápida
reacción muy lenta(no útil en síntesis)
SI
NO
¿el disolvente es polar?SI
se forma un alqueno por E2
NO
SI
¿el disolvente es polar?
SN1 lenta
SI
SI
NO
NO NO
NO
SUSTITUCIÓN – ELIMINACIÓN [ II ]
180
REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO
GENERALIDADES
Los sustratos más comunes en este tipo de reacciones son los aldehidos y las cetonas:
δ+
δ−
μ = 2,73 D μ = 2,84 D
C
O
Me Hδ+
δ−
C
O
Me Me
Los nucleófilos que se utilizan son, entre otros, los siguientes:
Nu_
: H ; R_OH ; R_NH2 ; R_NH_R ; H2N_NH2 ; NC ; ; RCH2_ __
: :_: R C C
Mecanismo general:
Nu
R
R
C O_ Nu C_
R'
R
O HB Nu C
R'
R
OH
En el estado de transición la aglomeración de grupos en torno al átomo del C=O aumenta:
C
O
R'R
Nu_
C
R'R
O
δ+
δ_
C
R'R
O_
Nu Nu
Por este motivo, la velocidad de reacción sigue el orden:
H C H
O
> R C H
O
R C R
O
> ' Las cetonas son bastante menos reactivas que los aldehidos, y si existen grupos alquilo unidos al Cα la reactividad disminuye todavía más:
CH3__CO__CH3 CH3
__CO__CH__CH3> > CH3__CO__C__CH3 > > CH3
__C__CO__C__CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3 CH3CH3
ESTEREOSELECTIVIDAD EN LA ADICIÓN NUCLEÓFILA. REGLA DE CRAM En las reacciones de adición nucleófila, el átomo de carbono del grupo carbonilo puede transformarse en un átomo de carbono asimétrico, dependiendo del tipo de nucleófilo empleado y de los radicales alquilo que están unidos inicialmente al C=O.
NC C O
Me
Et
_C O
Me
Et
NC_ HB
C OH
Me
Et
NC *
181
Si el compuesto carbonílico y el nucleófilo no son quirales se obtiene una mezcla equimolecular de dos enantiómeros (racémico):
C OEt
Me
1
2
NC_
OEt
NC
Me_
O
Et
NC
Me_1
2
HB
HB
OH
Et
NC
Me
OHEt
NC
Me
Sin embargo, cuando el compuesto carbonílico es quiral, la probabilidad de que el nucleófilo reaccione por cada una de las dos caras del grupo carbonilo no es la misma. El impedimento estéreo hace que la reacción por una de las caras esté favorecida, y el resultado es una mezcla de diastereoisómeros en proporciones diferentes (inducción asimétrica):
H
Me
O
H
Me
H
Me
1 menor impedimento
mayor impedimento
Nu_
1
2
(producto mayoritario)
(producto minoritario)2
Nu
OH
OH
Nu
El diastereoisómero mayoritario se forma cuando el nucleófilo reacciona con el grupo carbonilo por el lado menos impedido, y la conformación del sustrato es aquella en la que el grupo carbonilo está flanqueado por los grupos menos voluminosos unidos al Cα asimétrico.
Cα COMeC6H5
H
Me
*
[grupo pequeño]
[grupo mediano]
[grupo grande]
Conformaciones más favorecidas en relación con el grupo carbonilo:
O
MeC6H5
MeH
3
(3R)
yO
MeC6H5
HMe
3
(3S)
H Me
C6H5
OMe H
C6H5
O
(Me) (Me)
[grupo carbonilo flanqueado por los grupos menos voluminosos: H y Me]
182
La regla de Cram se refiere a la reacción de uno de los estereoisómeros que forman la pareja de enantiómeros, no a la reacción del racémico con el nucleófilo.
G grupo de mayor tamaño grupo medianoM grupo de menor tamañoP
O
RG
MP
*
P M
G
O
(R)
P M
G
O
P M
G
O
_
_
RNu
NuR
Nu_
1
2
21
HB
HB
P M
G
OH
RNu
P M
G
OH
NuR
[1]
(mayoritario)
[2]
(minoritario)
carbonoasimétrico
El nucleófilo se aproxima por el lado en que están situados P y G:
M
PG
O
R
1
Nu_
M
PG
RO
Nu
_M
PG
ROH
NuHB
[1]
(mayoritario)
El nucleófilo se aproxima por el lado en que están situados M y G:
P
GM
O Nu_
P
GM
OR
Nu
P
GM
OHR
NuHB
[2]
(minoritario)
R
2
_
La regla de Cram sólo es aplicable a reacciones sometidas a control cinético, en las que los complejos activados (estados de transición) tienen energías diferentes y los productos se forman a velocidades distintas. En la página siguiente aparece un resumen de las principales reacciones de sustitución nucleófila en un grupo carbonilo.
183
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA
Nucleófilo Sustrato
H
R OH
(imina, base de Schiff)R NH2
(enamina)
H2N NH2 (hidrazona)
R NH R
(cianhidrina)NC_
CH (alcohol)R C :_
R CH2
_(alcohol)
R'CH2 C R''
O
Producto
R'CH2 CH
O
R''
H
R'CH2 C
OR
OR
R''
R'CH2 C
R''
NR
R'CH C
R''
NR2
R'CH2 C NR''
NH2
R'CH2 C
OH
CN
R''
R'CH2 COH
R''C C R
R'CH2 COH
R''CH2R
_
184
EJERCICIOS ADICIONALES
ESTEREOQUÍMICA ESTEREOQUÍMICA
EJERCICIO 1 EJERCICIO 1 Ordena los siguientes radicales de menor a mayor prioridad: Ordena los siguientes radicales de menor a mayor prioridad:
HC C__CH2_ H2C CH_CH2
_ HC C_ H2C C_Me
H2C CH_ CH3_C C_
(1) (2) (3) (4) (5) (6) EJERCICIO 2 Indica cuántos estereoisómeros tiene cada uno de los siguientes compuestos: 1-cloro-1-penteno, 3-cloro-1-penteno, 4-cloro-1-penteno y 4-cloro-2-penteno. Nombra de forma inequívoca cada uno de los estereoisómeros. EJERCICIO 3 Asigna la configuración absoluta a los estereoisómeros de los siguientes compuestos: 2,3-hexadieno, 2,4-dicloro-2,3-pentadieno y 2,3,4-hexatrieno. EJERCICIO 4 Dibuja los siguientes estereoisómeros del 2-cloro-5-metil-2,4-heptadieno: (2Z,4Z), (2E,4E), (2Z,4E) y (2E,4Z) EJERCICIO 5 Averigua la configuración absoluta del siguiente cumuleno:
C C
( ) C
Br
HH
Et1
23
1' 4'4
6
EJERCICIO 6 Dibuja la representación tridimensional de las siguientes moléculas: 1 (1S,2R)-2-cloro-1-etil-2-metilciclopropanol 6 (3R)-3-vinilciclobuteno 2 (2S,3R)-2-clorometil-3-metoxiciclobutanona 7 (3R)-3-(2-etoxietil)-3-etoximetiloxolano 3 (2R,5S)-2-hidroxi-5-metiloxolano 8 (3S,6S)-3-etinil-6-vinilciclohexeno 4 (3S,5S)-5-etil-3-hidroxi-5-metilciclohexanona 9 (3S)-3-metoximetil-3-(3-metoxipropil) oxano 5 (1S,3S)-3-etoxi-1-metoxi-1-metilciclopentano 10 (3R,4R)-3-etinil-4-vinilciclobuteno EJERCICIO 7 Dibuja los estereoisómeros de los compuestos que aparecen a continuación, indicando en cada caso su configuración absoluta. 1 2-cloro-1,3-ciclopentanodiona 6 2-metoxicarbonil-1,3-ciclohexanodiona 2 1,3-ciclohexanodiol 7 2-metoxi espiro[3.3]heptano 3 1,2-dimetilciclobuteno 8 3-nitro-1-penteno 4 4-amino-2,3-butadieno 9 1,2,3-pentatrieno
5 2-metil-1,3-butadieno 10 ciclohexilamina EJERCICIO 8 Dibuja una representación tridimensional y asigna la configuración absoluta de los estereoisómeros de los siguientes compuestos: 1. 3-nitrociclobuteno 5. 5-fenil-2,3-hexadieno 2. 3-metilclorociclohexeno 6. 3-metil-4-hexen-2-ona 3. ácido 1,3-ciclopentanodioico 7. metilciclopropano 4. espiro[2.3]-2-metoxicarbonil-6-formilheptano
185
EJERCICIO 9 Apartado 1 Dibuja una representación tridimensional de los siguientes estereoisómeros: 1 (Z)(2R)-2,8-dicloro espiro [4,5] decano 2 (2R)-2-cloro-3-butenal 3 (3R)-3- terc-butil-3-fenil-4-hexen-1-ino Apartado 2 Dibuja la representación tridimensional y asigna la configuración absoluta de todos los estereoisómeros correspondientes al 3-(metilamino)-2-pentanol. EJERCICIO 10 Utiliza representaciones tridimensionales para dibujar todos los estereoisómeros de los compuestos que aparecen a continuación. 1 (3-metil-2-ciclohexenil)amina 4 2-cloro-1-etilidenciclohexano 2 5-metil-2-ciclohexeno-1-carbaldehido 5 (9-acetil-3-ciano-2-hidroxi)espiro[5.5]undecano 3 ácido 2-metil-3-pentenoico 6 1,2,3-trimetilciclobuteno EJERCICIO 11 Asigna la configuración absoluta a cada uno de los estereoisómeros siguientes:
2
H
H2N CO2HMe
EtHMe
H
Cl
H H
H
(1) (2) (3)
H
Me
H
Me
(4)
C C CH
CO2Et
H
H
1
H
CH
CN
MeH
HOCl
H
Me
H
H
Me
(5) (6) (7)
1
2
1
4
CH2
C
CH
HMe
H2N NO2
H
Cl
Cl
H
Me
Me
(8) (9) (10)
NH2
H H
Me
Et
CO2H
CH2
CH
EJERCICIO 12 Dibuja y asigna la configuración absoluta de los estereoisómeros que corresponden a los siguientes compuestos: 1. 2-metilciclohexanol 6. 3-bromo-2,4-pentanodiol 2. 1,3-diclorociclopentano 7. 2-metil-1,3-ciclohexanodiol 3. 2,3,4-trihidroxipentanal 8. 1,4-dicloro-1,2,3,4-tetrahidroxibutano 4. 2,5-diclorociclopentanol 9. 3-bromo-1,5-dicloro-1,2,4,5-tetrahidroxipentano 5. 2-bromo-4-metilciclopentanol 10. 2,3-dimetil-1,4-ciclohexanodiol
186
EJERCICIO 13 Dibuja y asigna la configuración absoluta de todos los estereoisómeros del 2-cloro-9-metil espiro[5,5]undecano EJERCICIO 14 Dibuja todos los estereoisómeros de la siguiente diolefina:
23
4 C C C
BrH
H
Et
EJERCICIO 15 Averigua la configuración absoluta del aleno que aparece a continuación:
( )7
C C
OH
H
MeMe
HO
H
CHCOMe6
51
EJERCICIO 16 Averigua la configuración absoluta de las siguientes moléculas:
H
MeHMe
O1
5 23
H
MeHMe
O
MeH
1
3 2
4 H
MeO
MeH
1
4 2
6
3
(2)(1) (3)
(6)(4)
( )C CHMe
H
Me
H 24 1
Me H
H Me4' 4
MeH
MeH
3' 31
5
1'
5'(5)
(9)
H
Me
MeH
3
411C
( )
Me
H C CMe
H
3
4'1
2
65
CMe
HC
( ) CMe
H4
4'
(8)(7)
(10)
CMe
HC
( ) CMe
H
MeH
44'
3'
(11)
2'
C
( )Me
H
C
H
Me
Me
H
3
3'4'
5'
15
1'
H
MeMe
H
39
(12)
C
(13) (14)
HMe
H
Me2
94
5
MeH
Me
H28
4106
187
EJERCICIO 17 Dibuja todos los estereoisóeros de la 2-clorometilen-5-metilciclohexanona
1
52
O
Cl
HH
Me EJERCICIO 18 Dibuja y asigna la configuración absoluta de todos los estereoisómeros del 1,6-dihidroxi-espiro[4,4]nonano. EJERCICIO 19 Dibuja y asigna la configuración absoluta de todos los estereoisómeros del 2-cloro-8-metil espiro[5,5]undecano. EJERCICIO 20 Averigua qué parejas de hidrógenos o grupos son homotópicos, enantiotópicos o diastereotópicos.
O
Cl OO
H
CH2Cl
Cl
Cl
Cl ClO
(4)(3)(2)(1)
NCH3
C6H5
HCH3H
CH3CH3
OCH3
NO2
CH2 C CCH2C6H5
RC6H5
C6H5
C6H5
C6H5
OCH2CH3
C6H5
(8)(7)(6)(5) EJERCICIO 21 Averigua si los hidrógenos marcados son homotópicos, enantiotópicos o diastereotópicos.
CHA
MeC C
HB
MeC
Et
MeC C
HA
HBHO2C
H HA
HB
Me
H
(3)(2)(1)
H
Me
HA
HB
H
NH2Me
HH
Me HA
HB
(4) (5) EJERCICIO 22 Las señales del espectro de RMN-1H del sulfito de etileno aparecen entre 4 y 5 ppm. ¿De cuántas líneas constará dicho espectro?
OS
O
O
:
Sulfito de etileno
188
EJERCICIO 23 Dibuja las representaciones tridimensionales y las proyecciones de Fischer de las siguientes moléculas:
(2S,3R,4R,5R)-3,4-diamino-2,5,6-trihidroxihexanal
(2S,3R,4S,5R,6S)-3,4-diamino-2,5,6,7-tetrahidroxiheptanal EJERCICIO 24 Asigna la configuración absoluta a las siguientes sustancias naturales:
Me
H
Me
Me
Me O
1
2
34
5
6 78
910
β−Vetivona
Me
HMe
HOH
MeMe
Elemol
Me
H
OH
Me1
23
3'
4
5
6
1
23
4
Grandisol
Me
H
MeMe H
HMe
Cedreno
H
MeH
Me
OH
MeMe
β−Acorenol Agarospirol
H
Me
Me
H
OHMe
Me
12
3 4
5
6 7
8910
1
2
34
5
6 7
8
910
1
23
4
56
7
8
9
10
MeMe
MeH
H
Me
OH
H
Alcohol de Patchouli
1
23
4
56
78 9
10
Me
HO
Me H OH
MeMe
O
Illudin-s
HOH H
O
H
67
8
9
1112
1314
15
16
Me
Estrona
1
2
34 5
6
7
O
CO2H
Me
HHO
HHO
HHO
H
H
123
4
56
7
8
9
10
1112
1314
1516
17
18
19
20
Prostaglandina PGF2α
NH
H
HO
OH
H
MeH5
6 78
9
10
11
12
1314
1516
Morfina
H H
COMe
H
67
8
9
1112
1314
15
16
Me
Progesterona
O
Me
H
10
12
45
189
N
N1
H
H
HH
23
45
6
7
8
910 11
12
14
1315
16
17
Esparteina
H H
H
67
8
9
1112
1314
15
16
Me
Colesterol
H
MeH
HO
3
4
2
17
1
REACCIONES DE ADICION ELECTRÓFILA EJERCICIO 25 Averigua la estructura de la olefina A:
A1)OsO4
2)H3O+[(1R,3S) + (1R,3R)]-3-Hidroximetil-1,3-ciclohexanodiol
1. Escribe el mecanismo de la reacción empleando representaciones tridimensionales y asigna la
configuración a los estereoisómeros que se obtienen. 2. ¿Se llegaría al mismo resultado si la olefina A se trata con ácido peroxibenzoico, seguida de hidrólisis en
medio ácido? EJERCICIO 26 Averigua la estructura de la olefina A, teniendo en cuenta que la reacción transcurre a través del carbocatión incipiente más estable:
A [(1R,3R) + (1R,3S)]-3-Clorometil-1,3-ciclohexanodiolClOH
EJERCICIO 27 Averigua la estereoquímica del compuesto A(C5H10) y escribe el mecanismo de todas las reacciones que aparecen en el esquema.
3-Cloro-2-pentanol (racémico) + 2-Cloro-3-pentanol (racémico)
2,3-Pentanodiol (racémico)
[(2R,3S) + (2S,3R)] 2,3-Pentanodiol
HOCl
1)HCO3H
2)H3O+ / H2O
1)OsO4
2)H2O
A
EJERCICIO 28 Apartado 1 Utiliza el esquema que aparece a continuación para identificar los estereoisómeros A y B del 2-buteno:
1)C6H5CO3H
2)H3O+
1)OsO4
2)H3O+
A[¿(Z) o (E)?]
[(2R,3R) + (2S,3S)]-2,3-Butanodiol
B[¿(Z) o (E)?]
190
Escribe el mecanismo de todas las reacciones Apartado 2 Escribe el mecanismo de la reacción del estereoisómero A con HCl acuoso y asigna la configuración absoluta a los compuestos que se obtienen. EJERCICIO 29 Averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se forman en los siguientes procesos y escribe el mecanismo de todas las reacciones:
Reacción 1: (E)-2-Hexeno1)OsO4
2)H3O+(1) + (2)
Reacción 2: (3) + (4)Feniletileno HBr
Reacción 3: 1,2-Dimetilciclohexeno HCl (5) + (6) + (7) + (8)
Reacción 4: 1-Metilciclopenteno1) HCO3H
2) H3O+(9) + (10)
EJERCICIO 30 Uno de los estereoisómeros del 1-metil-3-hidroxiciclohexeno (A) se somete a una reacción de hidroxilación con ácido peroxibenzoico, obteniéndose una mezcla de (1R,2R,3S) y (1S,2S,3S)-1-metil-1,2,3-ciclohexanotriol. Apartado 1 Averigua la configuración absoluta del estereoisómero de partida (A) y escribe el mecanismo de la reacción utilizando representaciones tridimensionales. Apartado 2 Escribe la reacción del enantiómero de (A) con bromuro de hidrógeno acuoso utilizando de nuevo representaciones tridimensionales y asigna la configuración absoluta de todas las moléculas. EJERCICIO 31 Averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se forman en los siguientes procesos y escribe el mecanismo de todas las reacciones
Reacción 1: (E)-2-Hepteno1) OsO4
2) H3O+(1) + (2)
Reacción 2: (3) + (4)1-Fenilpropeno HBr
Reacción 3: 1,2-Dietilciclohexeno HCl (5) + (6) + (7) + (8)
Reacción 4: 1-Etilciclopenteno1) HCO3H
2) H3O+(9) + (10)
EJERCICIO 32 Uno de los estereoisómeros del 3-fenil-1-buteno se hace reaccionar, primero con ácido m-cloroperoxibenzoico, y el compuesto que resulta se trata con HCl acuoso. El producto final es una mezcla de estereoisómeros del (3R)-3-fenil-1,2-butanodiol. Apartado 1 Averigua la configuración absoluta del 3-fenil-1-buteno de partida y escribe el mecanismo de las reacciones empleando representaciones tridimensionales.
191
Apartado 2 La reacción del estereoisómero del Apartado 1 (3-fenil-1-buteno) con HBr, da lugar a una mezcla de estereoisómeros de dos compuestos distintos: el 2-bromo-3-fenilbutano y el 1-bromo-1-fenil-2-metilpropano. Escribe el mecanismo de las reacciones empleando representaciones tridimensionales y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se obtienen. EJERCICIO 33 Uno de los estereoisómeros del 4-fenil-2-penteno se hace reaccionar con tetraóxido de osmio, y el compuesto que resulta se trata con KOH acuoso. El producto final es una mezcla de los estereoisómeros (2S,3R,4S) y (2R,3S,4S) del 4-fenil-2,3-pentanodiol. Apartado 1 Averigua la configuración absoluta del 4-fenil-2-penteno de partida. Apartado 2 La reacción del estereoisómero del 4-fenil-2-penteno con bromo da lugar a una mezcla de diastereoisómeros del 2,3-dibromo-4-fenilpentano. Escribe el mecanismo de las reacciones empleando representaciones tridimensionales y averigua la configuración absoluta de los productos que se obtienen.
REACCIONES DE SUSTITUCI0N NUCLEÓFILA EJERCICIO 34 Indica cómo llevarías a cabo las siguientes transformaciones:
OH Me
HH(2S)-1,2-Propanodiol
OH Me
HH(2R)-1,2-Propanodiol
EJERCICIO 35 Averigua la configuración absoluta del compuesto A:
A(C4H8O) NaCNEtOH, H2O
[(2R,3R) + (2S,3S)]-3-Ciano-2-butanol
EJERCICIO 36 Averigua la configuración absoluta de los compuestos A, B y C:
A(C3H6O)1)C6H5MgBr
2)H3O+B(C9H12O) HBr
SN2C(C9H11Br)
Me C CH , NH2Na
SN2(4R)-5-Fenil-4-metil-2-pentino
REACCIONES DE ELIMINACIÓN Y DE ADICIÓN NUCLEÓFILA EJERCICIO 37 Averigua la estereoquímica de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones (los estereoisómeros de cada compuesto están colocados entre corchetes) Secuencia 1
(Z)-1-Bromo-3-fenil-2-butenoNaOH, H2O(20%)
250C[A + B] + [C] (%A = %B = %C)
192
Secuencia 2
(3R,4R)-3-Cloro-4-metilhexanoEtO , EtOH
650C
_[A + B] + [C] (%A = %B %C)~_
Secuencia 3
2,2-Dimetil-1-yodopentanoH2O
500C[A + B] + [C] (%A > B >> %C) + [D + E] (%D = %E)
EJERCICIO 38 Averigua la estereoquímica de los compuestos que aparecen en el esquema y explica cuál será la abundancia relativa de los compuestos B, C, D, F y G.
A(C4H8Br)
E2 [(Z)-B + (E)-C
[(Z)-D + (E)-F] + G(C4H7I)
H2
[Pd]1-Bromobutano
(2R)-1,2-ButanodiolOH-(dil.)
SN2 EJERCICIO 39 Averigua la configuración absoluta de los enantiómeros que constituyen el racémico A.
EtONaEtOH
(Z)-B(C5H9I)
(E)-C(C5H9Cl)
A(C5H10ICl)
(E)-C(C5H9Cl)
(Z)-B(C5H9I)H2
[Pt]MeCOCH2CO2Et + EtO
E(C5H11Cl)H2
[Pt]
F1)HO- (conc.)
2)H3O+, QG
MeCOCH2CO2Et + EtO
_
_
D(C5H11I)
1-Yodo-2-metilbutano H2C(CO2Et)2 + EtOH
1)HO-(conc.)
2)H3O+, QG
_
EJERCICIO 40 El tratamiento del (1S,2S)1-fenil-1,2-propanodiol con HBr acuoso da lugar a un único producto de reacción (1) (C9H10Br2) Si (1) se somete a una reacción de eliminación bimolecular se obtienen dos compuestos ópticamente inactivos [(2) y (3)] y otro que presenta actividad óptica (4) Con estas tres sustancias se llevan a cabo las siguientes trasformaciones:
193
(1) (C9H10Br2) E2
(2)
(3)
(4)
H2
[Pd]
[Pd]
[(5) + (6)]
[(9) + (10)]
E1
NH3
SN2
[(7) + (8)]
[(11) + (12)]
SN1[(13) + (14)] + [(15) + (16)]
H2
HO_
HO_
Apartado 1 Ordena los compuestos (2), (3) y (4) de acuerdo con su abundancia relativa. Apartado 2 Escribe el mecanismo de todas las reacciones utilizando representaciones tridimensionales, y asigna la configuración absoluta a cada uno de los estereoisómeros que aparecen. EJERCICIO 41 La reacción del (2S)-2-fenilpropanal con yoduro de metilmagnesio, seguida de acidificación, da lugar a una mezcla de dos diastereoisómeros en la proporción 2:1. Teniendo en cuenta que la reacción está sometida a control cinético, averigua cuál es el estereoisómero mayoritario.
194
RESPUESTAS DE LOS EJERCICIOS INCLUIDOS EN EL TEXTO
ESTEREOQUÍMICA
RESPUESTA 1
CH3CH2__CH__CH2CH2CH3
CH3
3-Metilhexano(1)
H
MePr
Et
H
Me Pr
Et
(1)
3
H
MePrEt
H
Pr MeEt
(3S)
CH3CH2__CH__CH2CH2CH2CH3
CH3
3-Metilheptano
(2)
Et
BuMe
H
Et
Bu Me
H
(2)
3
Et
BuMeH
Et
Me BuH
(3S)
CH3CH2CH2__C__CH2CH2CH2CH3
CH2CH3
4-Etil-4-metiloctano
(3)
CH3
Me
PrEt
Bu
Me
Pr Et
Bu
(3)
4
Me
PrEtBu
Me
Et PrBu
(4S)
CH3CH2CH2__CH__CH2CH2CH2CH3
CH3
4-Metiloctano
(4)
Pr
BuH
Me
Pr
Bu H
Me
(4)
4
Pr
BuHMe
Pr
H BuMe
(4R)
195
RESPUESTA 2
CH3CH2__CH__C__CH2CH2CH3
Me Me
Et
4-Etil-3,4-dimetilheptano
H
Et Me
Et
Pr Me
Me
Pr Et
Et
Me H
H
Me Et
Pr
Et Me
Et
H Me
Me
Pr Et
(1) (2) (3) (4)
4
4
33 3
4 4
3
(3R,4R) (3S,4R) (3S,4S) (3S,4S)
Iguales (superponibles): (3) y (4) ; Enantiómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) ; Diastereoisómeros: (1) y (2) ; (2) y (3) ; (2) y (4) RESPUESTA 3
CH3CH2__CH__CH__CH2CH3
Me Me
3,4-Dimetilhexano
Me
Et H
H
Et Me
H
Et Me
Et
Me H
(1) (2)
(3S,4S) (3R,4S)
3
4
3
4
Forma MESO: (2)
CH3CH2CH2CH2__CH__CH__CH2CH2CH2CH3
Me Me
5,6-Dimetil-5,6-dipropildecano
Pr Pr
Bu
Me Pr
Me
Bu Pr
Pr
Bu Me
Bu
Me Pr
(3) (4)
(5S,6S) (5S,6R)
5
6
5
6
Forma MESO: (4)
196
H
Et Me
H
Et Me
Me
Pr Bu
Me
Pr Bu
(2) (4)
(3R,4S) (5S,6R)
3
4
5
6[plano de simetria]
RESPUESTA 4
CH3CH2__CH__CH__CH2CH2CH3
Me Me
3,4-Dimetilheptano(1)
EtMeMe
HHPr
(1)
600
Et(Me)(Pr)Me
H(H)
(1)
33
H
Me Et
H
Pr Me
(3R,4R)
3
4
H
MeEt
H
PrMe
3
4
CH3CH2CH2__CH__CH__CH2CH2CH3
Et Me
4-Etil-5-metiloctano(2)
MeHPr
PrHEt
(2)
600
Pr(Pr)(Et)Me
H(H)
55
H
Me Pr
H
Et Pr
(4R,5S)
5
4
Diastereoisómeros de (2): (4R,5R) y (4S,5S)
H
Pr Me
H
Et Pr
5
4
(4R,5R)
H
Me Pr
H
Pr Et
54
(4S,5S) RESPUESTA 5
CH3__CH__C__CH2CH3
OH Cl
Me
3-Cloro-2-hidroxi-3-metilpentano
197
ClEtMe
MeOHH
(1)
600
Cl(OH)(Me)Et
Me(H)
Me
Et Cl
H
Me OH
(2S,3R)
2
3
HO HMe
MeEt Cl
(2)
600
Cl
Et Me
Me
HO H
(2S,3S)
2
3
(Et)HO H(Me)
Me(Cl)
MeHMe
OHClEt
(3)
600
OH(Et)(Cl)Me
H(Me)H
Me OH
Me
Cl Et
(2R,3R)
2
3
Cl EtH
MeMe OH
(4)
600
H
HO Me
Me
Cl Et
(2S,3R)
2
3
(HO)Cl Et(Me)
Me(H)
Iguales (superponibles): (1) y (4) ; Enantiómeros: (2) y (3) ; Diastereoisómeros:(1) y (2) ; (1) y (3) ; (2) y (4) ; (3) y (4) RESPUESTA 6
Prioridades: radicales primarios < radicales secundarios < radicales terciarios Radicales primarios: 1. (8) CH3- C1(HHH) 2. (6) CH3CH2- C1(CHH) C2(HHH) 3. (3) CH3CH2CH2- C1(CHH) C2(CHH) C3(HHH) 4. (7) CH3CH2CH2CH2- C1(CHH) C2(CHH) C3(CHH) 5. (10) (CH3)2CHCH2- C1(CHH) C2(CCH) 6. (4) (CH3)3CCH2- C1(CHH) C2(CCC)
198
Radicales secundarios: 7. (2) (CH3)2CH- C1(CCH) C2(HHH) (HHH) 8. (9) CH3(CH2)4-CH(CH3)- C1(CCH) C2 (CHH) Radicales terciarios: 9. (1) (CH3)3C- C1(CCC) C2(HHH) (HHH) 10. (5) (CH3)2CHCH2C(CH3)2- C1(CCC) C2 (CHH) RESPUESTA 7
2-Cloro-1-propanol
H
CH2OHMeClCH3 CH CH2OH
Cl
H
Me CH2OH
Cl
2
(2S)
H[4]
[3](HHH)C C(OHH)[2]
Cl[1]
2
2-Cloro-3-butenal
Cl
CHOCH2=CHHCH2 CH CH C
O
HCl
Cl
CH2=CH CHO
H
(2R)
Cl[1]
[3](CCH)C C(OOH)[2]
H[4]
22
Cl
CH=CH2CH
CH3-Cloro-1-penten-4-ino
HC C CH CH CH2
Cl
Cl
C CH=CH2
H
3
(3S)
Cl[1]
[2](CCC)C C(CCH)[3]
H[4]
3CH
199
4-Etoxi-4,5-dimetoxi-2-pentanona
CH2COMe
OMeMeOCH2
EtOCH3 CO CH2 COCH2CH3
OCH3
CH2 OCH3
CH2COMe
MeOCH2 OMe
OEt
(4S)
C(CHH)[4]
[3](OHH)C O(C)C(HHH)[2]
O(C)C(CHH)[1]
44
4-(N,N-Dietilamino)-4-hidroxi-4-metoxi-2-butanona
NEt2
OHMeCOCH2
MeOCH3 CO CH2 C
OCH3
OHNCH2CH3
CH2CH3
NEt2
MeOCH2 OH
OMe
(4R)
N(CC)[3]
[4](OHH)C O(H)[2]
O(C)[1]
44
3-terc-Butil-3-Fenil-3-4-hexen-1-ino
CH3 CH CH C C CH
C6H5
CMe3
C6H5
CMe3CCH
CHMeCH
C6H5
Me3C C
CH
3
(3R)
C(CCC)[2]
[1](CCC)C C(CCC)[3]
C(CCH)[4]
CH
CHMe
3
2-Cloro-3-metil-3-pentanaminaMe NH2
Et
Cl HMe
2
3CH3 CH CCl NH2
CH2CH3CH3
H
Cl Me
Me NH2
Et
2
3
(2S,3R) (2S)
H[4]
[1]Cl C(HHH)[3]
C(NCC)[2]
3
(3R)
C(ClCH)[2]
[4](HHH)C N(HH)[1]
C(CHH)[3]
2
200
Me OHH
Et HCH2NH2
2
3CH3CH2 CH
CH2NH2CH CH3OH
3-Metilamino-2-pentanol
H
Et CH2NH2
Me OH
H
2
3
(2S,3S) (3S)
H[4]
[3](CHH)C C(NHH)[2]
C(OCH)[1]
3
(2S)
C(CCH)[2]
[3](HHH)C O(H)[1]
H[4]
2
H
Et CH2NH2
Me OH
H
(2S,3S) (3S)
H[4]
[3](CHH)C C(NHH)[2]
C(OCH)[1]
(2S)
C(CCH)[2]
[3](HHH)C O(H)[1]
H[4]
Me CH2BrH
Et HCl
2
3CH3 CH2 CH CH CH2Br
Cl
Me
1-Bromo-3-cloro-2-metilpentano
H
Et Cl
Me CH2Br
H
2
3
(2S,3R) (3R)
H[4]
[3](CHH)C Cl[1]
C(CCH)[2]
2
(2S)
C(ClCH)[2]
[3](HHH)C C(BrHH)[1]
H[4]
3
Me CH2ClH
Et HBr
2
3CH3 CH2 CH CH CH2Cl
Br
Me
1-Cloro-3-bromo-2-metilpentano
H
Et Br
Me CH2Cl
H
2
3
(2R,3R) (3R)
H[4]
[3](CHH)C Br[1]
C(CCH)[2]
2
(2R)
C(BrCH)[1]
[3](HHH)C C(ClHH)[2]
H[4]
3
201
Me CH=CH2H
Et HCH=CH2
4
3CH2 CH CH CH CH CH2
CH3
CH2CH3
3-Etil-4-metil-1,5-hexadieno
H
Et CH=CH2
Me CH=CH2
H
4
3
(3S,4R)(3S)
H[4]
[3](CHH)C C(CCH)[2]
C4(CCH)[1]
3
(4R)
C3(CCH)[1]
[3](CHH)C C(CCH)[2]
H[4]
4
RESPUESTA 8
D(−)−Ribosa
CHO
CH2OH
HO
H
HO
OH
H
HH OH
H OH
CH2OH
CHO
H OH
3
4
2
(2R,3R,4R)
CHO
CH2OH
H
OH
H
H
HO
HOHHO
HHO
CH2OH
CHO
HHO
3
4
2
(2S,3S,4S)
CHO
CH2OH
H
H
HO
OH
HO
HOHH
OHH
CH2OH
CHO
HHO
3
4
2
(2S,3R,4R)D(−)−Arabinosa
CHO
CH2OH
HO
OH
H
H
H
HOHHO
HHO
CH2OH
CHO
OHH
3
4
2
(2R,3S,4S)
CHO
CH2OH
HO
OH
HO
H
H
HHHO
OHH
CH2OH
CHO
OHH
3
4
2
(2R,3S,4R)D(+)−Xilosa
CHO
CH2OH
H
H
H
OH
HO
HOOHH
HHO
CH2OH
CHO
HHO
3
4
2
(2S,3R,4S)
202
CHO
CH2OH
H
OH
HO
H
HO
HHHO
OHH
CH2OH
CHO
HHO
3
4
2
(2S,3S,4R)D−(−)−Lixosa
CHO
CH2OH
HO
H
H
OH
H
HOHHO
OHH
CH2OH
CHO
HHO
3
4
2
(2R,3R,4S) RESPUESTA 9
H OH
H OH
CO2H
CO2H
HO H
H OH
2
3
H OH
H OH
CO2H
CO2H
HO H
H OH
H OH
2
3
4
5
6
(1)(2S,3R,4S,5S)
4
5
(R,S)
H OH
(S,S)
4
(1)
(4S)
H O
H O
CO2H
CO2H
HO H
H O
H O
2
3
4
5
6
(1)
S
S
S
S
R
(2S,3R,4
H
H
H
H
S,5S,6S) Tomando como referencia la configuración de (1) se pueden obtener las configuraciones de todos los átomos en el resto de los estereoisómeros:
(S,R)
H OH
(R,R)
4
(2)
(4S)
(R,R)
H OH
(R,S)
4
(3)
(4R)
(S,S)
H O
(S,R)
4
(4)
(4R)
H
R
HO H
HO H
CO2H
CO2H
H OH
HO H
H OH
HO H
H OH
CO2H
CO2H
H OH
H OH
H OH
H O
HO H
CO2H
CO2H
HO H
HO H
H O
5
6
3
2 2 2
3 3
4 4 4
5 5
6 6
(2) (3) (4)
(2R,3S,4
H
H
S,5R,6R)
R
R
R
R
R
R
S
S
S
S
S
(2R,3R,4R,5R,6S) (2S,3S,4R,5S,6R)
203
RESPUESTA 10 La única condición que debe cumplirse es que los átomos de carbono C2 y C3 por un lado, y los C5 y C6 por otro, tengan configuraciones tales que den lugar a una molécula ópticamente inactiva (forma MESO precursora, con un átomo de carbono menos)
H OH
H OH
CO2H
CO2H
H OH
H OH
2
3
4
5
HO H
HO H
CO2H
CO2H
H OH
H OH
H OH
2
3
4
5 HO H
HO H
CO2H
CO2H
H O
H O
HO H
2
3
4
5
6 6
(2R,3R,4S,5S)(2R,3R,4r,5S,6S) (2R,3R,4s,5S,6S)
(2)(1)
MESO
(estereoisómeros MESO)
H
H
H OH
HO H
CO2H
CO2H
HO H
H OH
2
3
4
5
H OH
HO H
CO2H
CO2H
HO H
H OH
H OH
2
3
4
5 H O
HO H
CO2H
CO2H
HO H
H O
HO H
2
3
4
5
6 6
(2S,3R,4S,5R)(2S,3R,4r,5S,6R) (2S,3R,4s,5S,6R)
(4)(3)
MESO
(estereoisómeros MESO)
H
H
RESPUESTA 11 La única condición que debe cumplirse es que los carbonos equidistantes de C4 tengan la misma configuración. Los estereoisómeros que cumplen esta condición son los siguientes:
(2R,3R,C4,5R,6R) (2R,3S,C4,5S,6R) (2S,3S,C4,5S,6S) (2S,3R,C4,5R,6S)
Como ya hemos visto el primero de ellos (p. 49) ahora elegimos como ejemplo el estereoisómero (2S,3S,C4,5S,6S):
204
H OH
H OH
CO2H
CO2H
HO H
HO H
H OH
H OH
CO2H
CO2H
HO H
HO H
H OH
(2S,3S,4S,5S) (2S,3S,5S,6S)
2
3
4
5
5
2
3
4
6
H O
H O
CO2H
CO2H
HO H
HO H
HO H
(2S,3S,5S,6S
H
H
5
2
3
4
6
) RESPUESTA 12 En el esquema siguiente aparece la relación entre las configuraciones absolutas de los ácidos tetrahidroxiadípicos y pentahidroxipimélicos. Los estereoisómeros que se repiten se han marcado con un asterisco.
(9)
(10)
(8)
(7)
(6)
(5)
(4)
(3)
(2)
(1) (2R,3R,4R,5R)
(2S,3S,4S,5S)
(2R,3S,4S,5R)
(2S,3R,4R,5S)
(2R,3R,4R,5S)
(2S,3S,4S,5R)
(2R,3R,4S,5R)
(2S,3S,4R,5S)
(2R,3R,4S,5S)
(2R,3S,4R,5S)
(4)
(3)
(2)
(1) (2R,3R,5R,6R)
(2S,3S,5S,6S)
(2R,3S,5S,6R)
(2S,3R,5R,6S)
C4 no es estereogénico
(2R,3R,4R,5R,6S)(5) / (2S,3S,4S,5S,6R)(6)
(2R,3R,4S,5R,6S) / (2S,3S,4R,5S,6R)
(2S,3S,4R,5S,6R) / (2R,3R,4S,5R,6S)
(2S,3S,4S,5S,6R) / (2R,3R,4R,5R,6S)
(2R,3R,4R,5S,6R)(7) / (2S,3S,4S,5R,6S)(8)
(2R,3R,4S,5S,6R) / (2S,3S,4R,5R,6S)
(2S,3S,4R,5R,6S) / (2R,3R,4S,5S,6R)
(2S,3S,4S,5R,6S) / (2R,3R,4R,5S,6R)
(2R,3R,4r,5S,6S)(9)
(2R,3R,4s,5S,6S)(10)
(2R,3S,4r,5R,6S)(11)
(2R,3S,4s,5R,6S)(12)
C4 es estereogénico
* *
**
* *
**
C4 es pseudoasimétrico
ác. tetrahidroxiadípico ác. pentahidroxipimélico
Los estereoisómeros que faltan son los que no están numerados, es decir, los cuatro siguientes:
205
(2R,3R,4S,5R,6S) (2R,3R,4S,5S,6R) enantiómeros
(2S,3S,4R,5S,6R) (2S,3S,4R,5R,6S)
HO H
H OH
CO2H
CO2H
H OH
H OH
HO H
H OH
HO H
CO2H
CO2H
HO H
HO H
H OH
H OH
HO H
CO2H
CO2H
H OH
H OH
HO H
HO H
H O
CO2H
CO2H
HO H
HO H
H O
2
3
4
5
6
2
3
4 4
5 5
6 6
3 3
2 2
(2R,3R,4S,5R,6S) (2S,3S,4R,5S,6R) (2R,3R,4S,5S,6R) (2S,3S,4R,5R,6S)
R
R
R
S
S
S
S
R
R
R
S
R
R
S
S
S
S R S
H
H4
5
6
R
RESPUESTA 13 La molécula de ácido dihidroxisuccínico tiene un número par (n = 2) de carbonos estereogénicos (la fórmula del compuesto se puede dividir en dos mitades iguales):
HO2C CHOH
CHOH
CO2H
moléculas ópticamente activas: N = 2(n-1) = 2 moléculas ópticamente inactivas: N' = 2(n-2)/2 = 1 El ácido dihidroxisuccínico tiene tres estereoisómeros: una pareja de enantiómeros y una forma MESO:
CO2H
H OH
CO2H
HO H
CO2H
HO H
CO2H
H OH
CO2H
H O
CO2H
H O
(3)(2)(1)
(2R,3R) (2S,3S) (2R,3S)
2 2
3 3
R
R
S
S
R
SH
H
2
3
(3)
(2)
(1) (2R,3R)
(2S,3S)
(2R,3S)
(2R,4R)
(2S,4S)
(2R,3r,4S)
C4 no es estereogénico
C4 es pseudoasimétrico
ác. dihidroxisuccínico ác. trihidroxiglutárico
(2R,3s,4S)
206
RESPUESTA 14 (1) 5’-Bromo-3-cloro-6,6’-dicarboxi-2,2’-dinitrobifenilo:
HO2C
NO2
Br
(1)
CO2H
NO2Cl1 1'
2
2'
3
6
5'CO2H
NO2
Br
HO2C
O2N Cl11'
2
2'
3
6
5'
(1')
CO2H[1]
[1]NO2 CO2H[2]
NO2[3]
(R)
CO2H[1]
[2]HO2C NO2[1]
NO2[3]
(S) (2) 6’-Carboxi-2,6-dicloro-5-metil-2’-nitrobifenilo:
HO2C
NO2
(2)
Cl
ClMe1 1'
6 2'
3 2CO2H
NO2 Cl
Cl Me11'
2
2'
3
6
(2')
6' 6'
CO2H[4]
[1]Me H[2]
NO2[3]
(R) (S)
CO2H[4]
Me[1][2]H
NO2[3]
(3) 2,2’-Metoxicarbonil-6,6’-dinitrobifenilo:
O2N
MeO2C
(3)
NO2
CO2Me1 1'
6 2'
2
(3')
6'
NO2
CO2MeO2N
MeO2C11'
62'
26'
NO2[3]
[2]MeO2C NO2[1]
CO2Me[4]
(R) (S)
NO2[3]
CO2Me[2][1]O2N
CO2Me[4]
207
(4)
O2N
OO2N
(5) (5')
NO2
ONO2
CH2CO[4]
[1]O2N CH2CO[2]
NO2[3]
(R) (S)
CH2CO[4]
NO2[1][2]OCH2C
NO2[3]
RESPUESTA 15
(1)
Me
Br Me
Me
Cl
Me
HO2C
(1')
Me
BrMe
Me
Cl
Me
CO2H4
21 12
45 5
1
2
1
2
C2(CCC)[4]
[2](CHH)C5 C1(BrCC)[1]
C1(ClCC)[3]
(S)
C2(CCC)[4]
[1](BrCC)C1 C4(CHH)[2]
C1(ClCC)[3]
(R)
NO2
N
SO2C6H5
CH2CO2H1
2
8O2N
N
C6H5O2S
HO2CCH2
12
8
(2) (2')
C1(CCC)[2]
N[1]C6H5SO2 CH2CO2H[3]
(R)
[4]
C1(CCC)[2]
N O2SC6H5[1][3]HO2CH2C
(S)
[4]
208
RESPUESTA 16
CHO
H OH
CH2OH
(+)−Gliceraldehido
CO2H
H OH
CO2H
H OH
Ác. tartárico (MESO)
CH2OH
H OH
CH2OH
H OH
CH2OH
H OH
CH2OH
HO H
alcohol ópticamente inactivo La (-)-Eritrosa sólo puede tener la siguiente estructura:
CHO
H O
CH2OH
H O
D−(−)−Eritrosa
H
H
RESPUESTA 17
CHO
H OH
CH2OH
D−(+)−Gliceraldehido
H OH
H OH
CH2OH
CH2OH
D(óp. inactiva)
H OH
H OH
CH2OH
CHO
C
(−)−Eritrosa
H OH
H OH
CH2OH
CHO
C
(−)−Eritrosa
CH2OH
CH2OH
H OH
H OH
H OH
B(óp. inactiva)
CH2OH
CHO
H OH
H OH
H OH
D−(−)−Ribosa
NaBH4
209
RESPUESTA 18
H OH
H OH
CO2H
CO2H
H OH
H OH
CH2OH
CHO
H OH
H OH
CHO
CH2OH
ác. meso-tartárico (descartable: serie L)
o
D
H OH
H OH
CH2OH
CO2H
H OH
H OH
H OH
CH2OH
CHO
H OH
H OH
H OH
CH2OH
CHO
HO H
H O
H O
CO2H
CO2H
HO H
HNO3 oHNO3
C Cinactivo (descartable)
H OH
H OH
CH2OH
CHO
HO H
HO H
H OH
H OH
CH2OH
CHO
H OH
HO H
(1) (2)
2 2
Epímeros C2
H
H
(1) es A (manosa):
H OH
H OH
CH2OH
CHO
HO H
HO H
(1)
2
intercambio de grupos
H OH
H OH
CHO
CH2OH
HO H
HO H
2
1800
HHO
HHO
CHO
CH2OH
OHH
OHH
2
A (Manosa) (Manosa)
210
(2) es B (glucosa):
H OH
H OH
CH2OH
CHO
H OH
HO H
(2)
2
intercambio de grupos
H OH
H OH
CHO
CH2OH
H OH
HO H
2
1800
HHO
HHO
CHO
CH2OH
HHO
OHH
2
(serie L: no natural)
B (Glucosa) RESPUESTA 19
H
CO2H
H
OH
H
CO2HHO2C
H
CO2H
H
H
OH
HO2C
CO2HH
H
H
CO2H
H
CO2H
H
OHHO2C
H
CO2H
H
H
CO2H
HO2C
OHH
H
H
H
HO2C
OH
HO2C
CO2HH
H
CO2H
CO2H
H
CO2H
H
OHH
H
H
H
HO2C
CO2H
HO2C
OHH
H
H
H
H
CO2H
HO2C
OHHO2C
H
CO2H
CO2H
H
OH
H
CO2HH
H
H
H
HO2C
CO2H
H
OHH
HO2C
H
H
HO2C
OH
H
CO2HH
HO2C
H
H
H
OH
H
CO2HHO2C
HO2C
211
RESPUESTA 20
HOCH2 CHOH
CHOH
CH2OH* *
HO H
H OH
OH
H H
OH
Z H
HO H
H OH
OH
H H
OH
H Z1 1
2 2
3 3
(1)
(1S,2R,3R)
(2)
(1R,2R,3R)
HO H
H OH
OH
Z H
OH
H H
HO H
H OH
OH
H Z
OH
H H
1 1
2 2
3 3
(3)
(1R,2R,3R)
(4)
(1S,2R,3R)
HO H
H OH
OH
H3 H4
OH
H1 H2
D-Treitol
(2R,3R)
2
3
Iguales: (1) y (4) ; (2) y (3) Diastereoisómeros: (1) y (2) ; (1) y (3) ; (2) y (4) ; (3) y (4)
1
2
3
HO H
H OH
OH
H3 H4
OH
H1 H2
4
1
2
3
HO H
H OH
OH
HR HS
OH
HS HR
4
OH
HR
OH
HO
HHS
H
HOHR
HS
1
2
3
4
D-Treitol
Iguales: H1-H4 ; H2-H3 Diastereotópicos: H1-H2 ; H1-H3 ; H2-H4 ; H3-H4
Fijándose en los resultados obtenidos para el D-treitol (2R,3R) se pueden analizar los otros estereoisómeros sin hacer ningún dibujo.
212
Como el L-treitol es el enantiómero del D-treitol, su configuración absoluta será (2S,3S) Al hacer las sustituciones por el átomo de prueba Z, las prioridades de los grupos siguen siendo las mismas. En consecuencia, se obtendrán cuatro moléculas con las siguientes configuraciones absolutas:
1
2
3
H OH
HO H
OH
H3 H4
OH
H1 H2
4
1
2
3
H OH
HO H
OH
HR HS
OH
HS HR
4
OH
HR
H
H
OHHS
HO
HOHR
HS
1
2
3
4
L-Treitol
(2S,3S)
(1) (1S,2S,3S)
(2) (1R,2S,3S)
(3) (1R,2S,3S)
(4) (1S,2S,3S)
El resultado es el mismo que el obtenido para la molécula de D-treitol. En la forma MESO (con los grupos OH situados a la derecha en la proyección de Fischer) la configuración absoluta es (2S,3R) Las cuatro moléculas con el átomo de prueba Z tendrán ahora las siguientes configuraciones:
H OH
H OH
OH
H3 H4
OH
H1 H2
Eritritol
(2S,3R)
(1) (1S,2S,3R) ; (2) (1R,2S,3R) ; (3) (1R,2R,3S) ; (4) (1S,2R,3S)
1
2
3
4
Enantiómeros: (1) y (3) ; (2) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (2) ; (1) y (4) ; (2) y (3) ; (3) y (4)
1
2
3
H OH
H OH
OH
HR HS
OH
HS HR
4
OH
HR
H
HO
OHHS
H
HOHR
HS
1
2
3
4
Enantiotópicos: H1-H3 ; H2-H4 Diastereotópicos: H1-H2 ; H1-H4 ; H2-H3 ; H3-H4
213
RESPUESTA 21
CO2H
H1 H2
H3 H4
CO2H
CO2H
H1 H2
H3 H4
CH2OH
CO2H
H1 H2
HO Br
CO2H
H3 H4
CO2H
H1 H2
HO Br
CH2OH
H3 H4
CO2H
H1 H2
HO BrHO Br
H3 H4
CO2H(5)(4)(3)(2)(1)
molécula
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
H1_H4
H2_H3
H1_H2 / H3
_H4
H1_H3 / H2
_H4
H1_H2
H3_H4
H1_H3
H2_H4
H1_H2 / H3
_H4
H1_H4 / H2
_H3
H1_H2
H3_H4
H1_H3
H2_H4
H1_H2 / H3
_H4
H1_H4 / H2
_H3
homotópicos enantiotópicos diastereotópicos
RESPUESTA 22
CO2H
H OH
H H
CO2H
HO H
CO2H
HO H
H H
CO2H
H OH
CO2H
H O
H H
CO2H
H O
2 2 2
3 3 3
4 4 4
(2R,4R) (2S,4S) (2R,4S)
H
H
Enantiómero (2R,4R):
CO2H
H OH
H H
CO2H
HO H
2
4
(2R,4R)
C2(R)
Z H
C4(R)
C2(R)
H Z
C4(R)
(R o S arbitrarios)
(R o S arbitrarios)
no estereogénico3
3
3
CO2H
H OH
Z H
CO2H
HO H
2
4
3
CO2H
H O
H Z
CO2H
HO H
2
4
3
H
Los dos átomos de hidrógeno tienen la misma geometría (son homotópicos)
214
En el enantiómero (2S,4S) sucede lo mismo: ambos hidrógenos son homotópicos. En la forma MESO la situación es diferente porque C3 es pseudoasimétrico (2R,C3,4S) y la sustitución alternativa de los dos hidrógenos por átomos de prueba da lugar a una pareja de diastereoisómeros MESO. En este caso, la designación debe ser pro-r / pro-s (letras r y s minúsculas):
CO2H
H OH
Z H
CO2H
H OH
CO2H
H OH
H Z
CO2H
H OH
2 2
3 3
4 4
formas MESO diastereoisómeras
(2R,3s,4S) (2R,3r,4S)
CO2H
H O
Hs Hr
CO2H
H O
2
3
4
H
H
H C OH
CO2H Conviene fijarse también que los grupos unidos al carbono C3 son enantiotópicos (imágenes especulares) RESPUESTA 23 La molécula de ácido 2,5-diaminoadípico tiene un número par (n = 2) de carbonos estereogénicos (la fórmula del compuesto se puede dividir en dos mitades iguales):
HO2C CHNH2
CH2 CH2 CHNH2
CO2H
moléculas ópticamente activas: N = 2(n-1) = 2 moléculas ópticamente inactivas: N' = 2(n-2)/2 = 1 El ácido 2,5-diaminoadípico tiene tres estereoisómeros: una pareja de enantiómeros y una forma MESO:
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
H NH2
CO2H
CO2H
H2N H
H H
H H
H N 2
CO2H
CO2H
H N 2
H H
H H
2 2 2
3 3 3
4 4 4
5 5 5
(2R,5R) (2S,5S) (2R,5S)
H
H
215
ENANTIÓMERO (2R,5R)
Análisis de los hidrógenos unidos a C3 y C4:
Hidrógenos pro-(R) y pro-(S)
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
2
3
4
5
(2R,5R)
CH
Z
CH2R
CH2R
Z H
CH
CO2HH2N
H
CO2HH2N
3
4
(S)
(R)
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
HS HR
HR HS
2
3
4
5
(2R,5R)
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
Z H
H H
2
3
4
5 H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H Z
H H
2
3
4
5 H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H H
Z H
2
3
4
5 H2N H
CO2H
CO2H
H N 2
H H
H Z
2
3
4
5
(4)(3)(2)(1)
(H1) (H2) (H3) (H4)
H
Iguales: (1) y (4) ; (2) y (3) Diastereoisómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) ; (1) y (3) ; (2) y (4)
H2N H
CO2H
CO2H
H N 2
H1 H2
H3 H4
2
3
4
5
(2R,5R)
H
Homotópicos: H1-H4 ; H2-H3 Diastereotópicos: H1-H2 ; H3-H4 ; H1-H3 ; H2-H4
216
Análisis de los centros estereogénicos C2 y C5:
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
2
3
4
5
(2R,5R)
1800
H2N H
CO2H
CO2H
H N 2
H H
H H
2
3
4
5
(2R,5R)
H
(los grupos aminoácidos tienen la misma geometría: homotópicos)
ENANTIÓMERO (2S,5S)
Las relaciones entre hidrógenos y grupos son las mismas que en el (2R,5R): Análisis de los hidrógenos unidos a C3 y C4:
H NH2
CO2H
CO2H
H2N H
HS HR
HR HS
2
3
4
5
(2S,5S)
H N 2
CO2H
CO2H
H2N H
H1 H2
H3 H4
2
3
4
5
(2S,5S)
H
Homotópicos: H1-H4 ; H2-H3 Diastereotópicos: H1-H2 ; H3-H4 ; H1-H3 ; H2-H4
Los centros estereogénicos C2 y C5 tienen la misma geometría: homotópicos
CH2 CH
NH2
CO2H
Las cadenas unidas a C4 tienen la misma geometría: homotópicas
217
FORMA MESO (2R,5S) Análisis de los hidrógenos unidos a C3 y C4:
Hidrógenos pro-(R) y pro-(S)
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
2
3
4
5
(2R,5S)
CH
Z
CH2R
CH2R
Z H
CH
CO2HH2N
H
CO2HH2N
3
4
(S)
(R)
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
HS HR
HR HS
2
3
4
5
(2R,5S)
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
Z H
H H
2
3
4
5 H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H Z
H H
2
3
4
5 H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H H
Z H
2
3
4
5 H N 2
CO2H
CO2H
H N 2
H H
H Z
2
3
4
5
(4)(3)(2)(1)
(H1) (H2) (H3) (H4)
H
H
Enantiómeros: (1) y (3) ; (2) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) ; (1) y (4) ; (2) y (3)
H N 2
CO2H
CO2H
H N 2
H1 H2
H3 H4
2
3
4
5
(2R,5S)
H
H
Enantiotópicos: H1-H3 ; H2-H4 Diastereotópicos: H1-H2 ; H3-H4 ; H1-H4 ; H2-H3
218
Análisis de los centros estereogénicos C2 y C5:
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
2
3
4
5
(2R,5S)
1800
H2N H
CO2H
CO2H
H2N H
H H
H H
2
3
4
5
(2R,5S)
(los grupos aminoácido unidos a C2 y C5 son imágenes especulares: enantiotópicos) RESPUESTA 24
ENANTIÓMERO (2R,6R) Análisis de los hidrógenos unidos a C3,C4 y C5:
Hidrógenos pro-(R) y pro-(S)
CH
Z
CH2R
CH2R
Z H
CH
CO2HH2N
H
CO2HH2N
3
5
(S)
(R)
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
HR HS
H2N H
CO2H
CO2H
H N 2
HS HR
H H
2
3
4
5
6
6
5
4
3
2
1800
(2R,6R) (2R,6R)
H
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
Z H
H H
3
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H Z
H H
3
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H H
Z H4
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H Z4
Z H
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
5 H Z
H2N H
CO2H
CO2H
H N 2
H H
H H
5
(H1) (H2) (H3) (H4) (H5) (H6)
H
219
H5 H6
H2N H
CO2H
CO2H
H N 2
H1 H2
H3 H4
(2R,6R)
H
Homotópicos: H3-H4 ; H1-H6 ; H2-H5 Diastereotópicos: H1-H2 ; H5-H6 ; H1-H5 ; H2-H6
Análisis de los centros estereogénicos C2 y C6:
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
(2R,6R)
2
3
4
5
6
1800
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H N 2
H H
H H
(2R,6R)
6
5
4
3
2
H
(los grupos aminoácidos de C2 y C6 tienen la misma geometría: homotópicos)
CH2 CH
NH2
CO2H Análisis de las cadenas unidas a C4:
HR HS
H2N H
CO2H
CO2H
H NH2
HS HR
H H
(2R,6R)
2
3
4
5
6
1800
HR HS
H2N H
CO2H
CO2H
H N 2
HS HR
H H
(2R,6R)
6
5
4
3
2
H
(las dos cadenas, superior e inferior, tienen la misma geometría: homotópicas)
220
ENANTIÓMERO (2S,6S)
En el enantiómero (2S,6S) las relaciones entre hidrógenos y grupos son las mismas que en el (2R,6R)
HR HS
H NH2
CO2H
CO2H
H2N H
HS HR
H H
(2S,6S)
2
3
4
5
6
H5 H6
H N 2
CO2H
CO2H
H2N H
H1 H2
H3 H4
(2S,6S)
2
3
4
5
6 H
Homotópicos: H3-H4 ; H1-H6 ; H2-H5 Diastereotópicos: H1-H2 ; H5-H6 ; H1-H5 ; H2-H6
Los centros estereogénicos C2 y C6 tienen la misma geometría: homotópicos
CH2 CH
NH2
CO2H
Las cadenas unidas a C4 tienen la misma geometría: homotópicas
FORMA MESO (2R,6S) Puesto que las prioridades de los grupos son las mismas que en cualquiera de los dos enantiómeros, los hidrógenos pro-(R) y pro-(S) serán también los mismos:
HR HS
H N 2
CO2H
CO2H
H N 2
HS HR
H H
(2R,6S)
2
3
4
5
6 H
H
Análisis de los hidrógenos unidos a C3, C4 y C5:
221
H H
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
Z H
H H
3
H H
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H Z
H H
3
H H
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H H
Z H4
H H
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H Z4
Z H
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
5 H Z
H N 2
CO2H
CO2H
H N 2
H H
H H
5
(H1) (H2) (H3) (H4) (H5) (H6)
H
H
H5 H6
H N 2
CO2H
CO2H
H N 2
H1 H2
H3 H4
(2R,6S)
H
H
Enantiotópicos: H1-H5 ; H2-H6 Diastereotópicos: H1-H2 ; H5-H6 ; H3-H4 ; H1-H6 ; H2-H5
Análisis de los centros estereogénicos C2 y C6:
H H
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
(2R,6S)
2
3
4
5
6
1800
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H2N H
H H
H H
(2R,6S)
6
5
4
3
2
(los grupos aminoácidos de C2 y C6 son enantiotópicos)
2 CH
NH2
CO2H
CH Análisis de las cadenas unidas a C4:
222
H H
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H H
H H
(2R,6S)
2
3
4
5
6
1800
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H2N H
H H
H H
(2R,6S)
6
5
4
3
2
(las dos cadenas, superior e inferior, son enantiotópicas)
estereoisómero enantiotópicos diastereotópicos
(2R,6R)H3
_H4
H1_H6
H1_H5
H2_H6
H1_H2 / H5
_H6
H3_H4 / H1
_H6
H2_H5
(2S,6S)H2
_H5
H1_H2 / H5
_H6
H1_H5 / H2
_H6
(2R,6S)
Ácido 2,6-diaminopimélico
H5 H6
H NH2
CO2H
CO2H
H NH2
H1 H2
H3 H4
homotópicos
RESPUESTA 25 Parece que la epimerasa selecciona centros quirales (S) Si esto fuese cierto, su reacción con la forma meso [(2R,6S) / (2S,6R)] (reacción de derecha a izquierda) daría lugar al ácido (2R,6R)-2,6-diaminopimélico y no a su estereoisómero (2S,6S) como sucede en realidad. Tampoco selecciona centros estereogénicos (R) ya que no reacciona con el ácido (2R,6R)-2,6-diaminopimélico.
CH2 CH
NH2
CO2H ¿Qué selecciona entonces? ¿quizás cadenas de distinta geometría?
CO2H
CO2H
H2N H
H NH2
~~CO2H
CO2H
H NH2
H NH2~~
CO2H
CO2H
H2N HH2N H
~~
epimerasa
(2R,6S) MESO
(2S,6R) MESO
2
2
6
6
2
6
(2S,6S)
iguales
C6
C2
223
La epimerasa, en primer lugar, selecciona el enantiómero (S,S) ignorando el (R,R) Actúa sobre el (S,S) invirtiendo de forma aleatoria la configuración de C2 o C6, ya que los grupos aminoácido tienen la misma geometría (son homotópicos) y la enzima no puede distinguirlos. Cuando la epimerasa reacciona con la forma meso (R,S) del ácido diaminopimélico, selecciona de forma inequívoca una de las cadenas aminoácido. El hecho de que el carbono de dicha cadena sea (R) es irrelevante, ya que la enzima actúa sobre la cadena, no sobre el carbono por tener configuración (R)
H H
H NH2
CO2H
CO2H
H2N H
H H
H H
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H2N H
H H
H H
H H
H2N H
CO2H
CO2H
H2N H
H H
H Hepimerasa
descarboxilasa
2
3
4
5
6
S
S
S
R
(2S,6S) (2S,6R)
MESO
(2S)-lisina
La descarboxilasa actúa estereoespecíficamente sobre la cadena que tiene el carbono de configuración (R) dando lugar a (S)-lisina. Si lo hiciera sobre C2 (S) se obtendría (R)-lisina y si reaccionara indistintamente con C2 (S) y C6 (R) un racémico de la lisina.
CO2H
HH2N
HRHS
HH
HR
HS
CO2HH2N
H
S
S
2
6
epimerasa
[enzima]
CO2H
HH2N
HRHS
HH
HR
HS
CO2HH
H2N
S
R
2
6
descarboxilasa
CO2H
HH2N
HRHS
HH
HR
HS
HH
H2N
S2
6
(2S,6S) (2S,6R)
MESO
(S)-lisina
[enzima]
RESPUESTA 26
cis-3-Bromociclopentano
2
1
H
ClCl
H
cis
H
Cl1
2
cis
=H
Cl H Cl Cl H
21
trans-3-Bromociclopentanol
H
Br
OH
HBr OH
HH1 3
trans
BrHHO H
13
trans
=31
224
2 1
trans-2-Metilciclobutilamina
Me
H
H
NH2 H NH2Me H
H MeH2N H
trans trans
=
H
Et
Ác. cis-3-Etilciclohexanocarboxílico
H
CO2H
CO2H
Et
H
H
H
H
HO2C
Etcis cis
=1
3
CO2H
CO2H
Ác. trans-4-Cloro-3-nitrociclohexano-1,1-dicarboxílico
H
NO2
CO2H
NO2
CO2H
H
trans trans
=
Cl
HH
Cl
HO2C
H
HO2C
NO2
ClH3
14
RESPUESTA 27
Me
Br Cl
Et
CH
NO2H
Cl
MeEt
CH2
r-1-Bromo-1-cloro-t-3-etil-3-metilciclohexano
(prioridades: Br > Cl > Et > Me)
r-1-Cloro-1-vinil-t-3-nitro-3-metil-c-5-etilciclohexano
(prioridades: Cl > NO2 > CH=CH2 > Et > Me)
1
3
1
35
CO2MeOHC
CN
HH
Me
T
DMe
H
r-1-Metoxicarbonil-c-2-formil-c-4-ciano-4-metilciclopentano
(prioridades: CO2Me > CHO > CN > Me)
r-1-Metil-1-deutero-t-4-tritiociclohexano
(prioridades: Me > T > D > H)
124
4
1
OHTOHO OD
r-1-Tritioxi-1,3-dihidroxi-t-3-deuteroxiciclopentano
(prioridades: OT > OD > OH)
1 3