Problemas
Problema 7.1. La colina, un constituyente de los fosfolípidos, de fórmula molecular C5H15NO2, se disuelve rápidamente en agua para formar una disolución fuertemente básica. La colina se puede preparar mediante la reacción entre el óxido de etileno y la trimetilamina en agua.
Con estos datos deduzca la estructura de la colina. Respuesta:
La reacción contiene una mezcla de tres compuestos, dos de ellos son nucleofílicos (la trimetilamina y el agua) y un tercero es electrofílico (el óxido de etileno). La más reactiva de las dos especies nucleofílicas es la trimetilamina (las aminas son más nucleofílicas que el agua y los alcoholes) y es la que ataca al anillo oxiránico generando una betaína (sal interna), que por protonación forma la colina (véase el esquema):
Problema 7.2. Dada la siguiente secuencia sintética deduzca cuáles deben ser las estructuras de los compuestos A, B y C.
Respuesta:
Compuesto A. Este compuesto es la ftalimida potásica que se forma mediante captura del protón de la ftalimida por la base KOH, como se indica en el esquema:
Compuesto B. Este compuesto se forma mediante ataque nucleofílico SN2 regioselectivo de la
Compuesto C. Este compuesto es el aminoalcohol que resulta de la saponificación de B:
Problema 7.3. Cuando la metilamina reacciona con un exceso de óxido de etileno se obtiene un compuesto A que por reacción con una disolución acuosa de HCl se convierte en un compuesto cíclico B. La neutralización de la disolución ácida con NaOH da el compuesto C.
Deduzca cuáles deben ser las estructuras de A y de B y proponga un mecanismo que explique su formación.
Respuesta:
Formación de C. Este compuesto se forma por neutralización de los protones ácidos del compuesto B:
Problema 7.4. ¿Qué compuesto (o compuestos) se formarán en la siguiente reacción?
Respuesta:
Los productos de la reacción serán los resultantes de la apertura SN2 del anillo oxiránico por
Problema 7.5. Deduzca la estructura de los compuestos A, B y C en la siguiente secuencia de reacciones:
Ph
H N(CH3)2
H3C H
Ph
CH3I
A Ag2O
H2O
B calor C (C
15H14)
Respuesta:
Formación de A. Este compuesto es el yoduro de trimetilalquilamonio resultante de la reacción SN2 entre la parte de amina y el yoduro de metilo:
Formación de B. Este compuesto se forma al intercambiar el anión yoduro por el anión hidróxido cuando A se trata con Ag2O en medio acuoso:
Formación de C. Este compuesto se forma mediante eliminación tipo E2 sobre el hidróxido de trimetilalquilamonio:
Problema 7.6. El feniramidol es un relajante muscular que se obtiene del modo que se indica a continuación:
O Ph
+
N NH2
feniramidol (C13H14N2O)
Con estos datos deduzca la estructura del feniramidol. Respuesta:
El feniramidol se formará mediante ataque SN2 de la 2-aminopiridina sobre el anillo oxiránico.
La 2-aminopiridina contiene dos átomos de nitrógeno potencialmente nucleofílicos pero el más reactivo de ellos es el que coloca el par electrónico libre en el orbital sp3. El ataque
Problema 7.7. Una amina A (C6H15N), ópticamente activa, se transforma en 4-metilpent-1-eno cuando se somete a la siguiente secuencia de reacciones.
¿Cuál debe ser la estructura de A si la configuración del estereocentro es S? Respuesta:
El alqueno se obtiene a partir de A mediante una secuencia de eliminación tipo Hofmann y, por tanto, el compuesto que genera el alqueno debe ser un hidróxido de trimetilalquilamonio. Dos son los posibles hidróxidos de amonio que darían lugar al 4-metilpent-1-eno que, a su vez, procederían de los correspondientes yoduros de trimetilalquilamonio y estos de las correspondientes aminas, tal y como se dibuja en el siguiente esquema.
Problema 7.8. Deduzca la estructura del compuesto A que se formará en la siguiente secuencia sintética:
N
CH3
1. CH3I
2. Ag2O, H2O
3. calor
A
CH3
Respuesta:
El compuesto A resulta de una secuencia de eliminación de Hofmann. La metilación de la tetrahidroisoquinolina de partida genera un yoduro de dimetilalquilamonio cíclico que se convierte en el correspondiente hidróxido de dimetilalquilamonio por reacción con Ag2O
húmedo. El calentamiento del hidróxido provoca la eliminación y la formación mayoritaria del compuesto A (véase el esquema de más abajo), al ser este alqueno el menos sustituido de los dos que se pueden formar en la reacción de eliminación.
N CH3
A
CH3
CH3I N
CH3
CH3
CH3
I
Ag2O
H2O
N CH3 CH3 CH3 HO calor N CH2 CH3 CH3
Problema 7.9. Proponga un mecanismo que explique la siguiente reacción: Br
N H3C
+ NaOH H2O
CH3
N
OH
H3C CH3
+ NaBr
Respuesta:
El aminoalcohol se forma mediante una reacción SNi seguida de una SN2, tal y como se indica
en el esquema:
Br
N
OH H3C CH3
+ Na
Mecanismo
1) Reacción SNi
H N H3C
H3C H3C N
CH3
H
+ Br
N H3C CH3
H 2) Reacción SN2
HO Na
Problema 7.10. Cuando el aminoalcohol A que se indica a continuación se somete a la secuencia de reacciones típicas de un proceso de eliminación de Hofmann no se obtiene un alqueno, sino un epóxido B (C9H10O).
húmedo forma el correspondiente hidróxido de trimetilalquilamonio. El anión hidróxido ioniza al grupo hidroxilo el cual forma el epóxido B por desplazamiento intramolecular de la trimetilamina, tal y como se indica en el siguiente esquema:
7.11. Cuando la amina indicada a continuación se trata con una disolución acuosa de nitrito sódico y HCl se genera un compuesto A, que experimenta una reacción de transposición para dar, entre otros productos, ciclohexanol.
a) ¿Cuál debe ser la estructura del compuesto A?
b) ¿Cómo se convierte el compuesto A en ciclohexanol? Respuesta:
El ácido nitroso no es estable y se genera in situ por reacción del nitrito sódico con ácidos, por ejemplo con HCl. El ácido nitroso se protona en la disolución ácida y se deshidrata para dar lugar a los cationes nitrosonio, tal y como se indica en el siguiente esquema:
O N O
Na + HCl Na + Cl + H O N O 1)
O N O H + HCl
2) H O N O
H
Cl H2O + Cl +
Catión nitrosonio N O Ácido nitroso
Mecanismo de formación del catión nitrosonio
La reacción ajustada de todos los procesos anteriores es la siguiente:
Los cationes alquildiazonio no son estables y se descomponen mediante la fácil eliminación de nitrógeno molecular. En el caso del compuesto A esta eliminación genera un carbocatión primario muy inestable que experimenta rápidamente una transposición que lo convierte en carbocatión ciclohexilo, más estable. El ataque nucleofílico del agua al carbocatión ciclohexilo, seguida de desprotonación, forma el ciclohexanol.
N N Cl
A
CH2
Cl + N2
CH2
1) Eliminación de N2
2) Transposición del carbocatión
carbocatión ciclohexilo +
3) Ataque nucleofílico del H2O
O H H
Mecanismo de formación del ciclohexanol
O H
H
4) Desprotonación
O H
H
O H
una síntesis de velafaxina se indica a continuación:
Proponga un mecanismo para la formación de la venlafaxina. Respuesta:
