CH 3 CH 2 CH 2 Br C O H H REACCIONES DE ALCOHOLES

C H H

Br O H

REACCIONES DE

ALCOHOLES

H

Tipos de Reacciones de

Alcoholes

• Deshidración a un alqueno

• Oxidación a un aldehído o cetona

• Sustitución para formar un halogenuro de alquilo

• Reducción a un alcano

• Esterificación (carboxilatos, tosilatos)

• Síntesis de éteres de Williamson

C H H

Br O H

=>

Tipos de reacciones de alcoholes

tipo de reacción

Producto

deshidratación

oxidación

sustitución

reducción

esterificación

esterificación

Formar un alcóxido alquenos

cetonas. aldehídos ácidos

halogenuros

alcanos

ésteres carboxilato

ésteres tosilato

éteres

H

Estados de Oxidación

• Es fácil para sales inorgánicas

 CrO₄^2- es reducido a Cr₂O₃

 KMnO₄ es reducido a MnO₂

• Oxidación: pérdida de H₂, ganancia de O, O₂, o X₂

• Reducción: ganancia de H₂ o H^-, pérdida de O, O₂, o X₂

• Ningún cambio: ganancia o pérdida H⁺, H₂O, HX

C H H

Br O H

REDUCCIÓN

alcano alcohol primario aldehido ácido carboxílico

alcano

alcano

alcohol secundario cetona

alcohol terciario sin enlaces con O

sin enlaces con O

sin enlaces con O

un enlace con O

un enlace con O

un enlace con O

dos enlaces con O

dos enlaces con O

tres enlaces con O

(ya no se puede oxidar)

(es usual que ya no se presente oxidación)

H

Oxidación de alcoholes 2°

• Un alcohol 2° se convierte en una cetona

• El reactivo es Na₂Cr₂O₇/H₂SO₄

• El reactivo activo es probable que sea H₂CrO₄

• Cambio de Color : anaranjado a verde azulado

C H H

Br O H

ALCOHOL SECUNDARIO

CICLOHEXANOL

CETONA

CICLOHEXANONA (90%)

Oxidación con el reactivo de Jones

H H

CH₃CHCH₂CH₃

OH Na₂Cr₂O₇ / H₂SO₄

CH₃CCH₂CH₃ O

BUTANONA ALCOHOL sec-BUTÍLICO

2-BUTANOL

Oxidación con el reactivo de Jones

C H H

Br O

Oxidación con el reactivo de Jones

Formación del éster cromato

Eliminación del ácido cromoso y oxidación del carbono del carbinol

ALCOHOL ÁCIDO CRÓMICO ÉSTER CROMATO

ÉSTER CROMATO

H

Oxidación de alcoholes 1°

• Un alcohol 1° se puede convertir en un aldehído o en un ácido carboxílico

• Es difícil detener la reacción en el aldehído

• Se usa clorocromato de piridinio (PCC) para limitar la oxidación

• PCC también se puede usar para oxidar alcoholes 2° a cetonas

CH₃CH₂CH₂CH₂

OH N H CrO₃Cl

CH₃CH₂CH₂CH O

C H H

Br O H

ALDEHÍDO ALCOHOL PRIMARIO

1-HEPTANOL HEPTANAL (78%)

Oxidación de alcoholes 1°

Clorocromato de piridinio

CrO3 piridina HCl (PCC)

CrO3 piridina HCl (PCC)

H H

CICLOHEXILMETANOL ÁCIDO CICLOHEXANOCARBOXÍLICO (92%)

C H H

Br O

Los alcoholes 3° no se oxidan

• NO pueden perder 2 Hidrógenos

• Esta es la base para la prueba del´ácido crómico

RESUMEN DE REACCIONES DE ALCOHOLES PARA OXIDAR PRODUCTO REACTIVO Alcohol 2º.

Alcohol 1º.

Alcohol 1º.

Cetona Aldehído

Ácido carboxílico

Ácido crómico (ó PCC) PCC

Ácido crómico

H

Otros agentes oxidantes

• Reactivo de Collins : Cr₂O₃ en piridina

• Reactivo de Jones: ácido crómico en acetona

• KMnO₄ (oxidante fuerte)

• Ácido Nítrico HNO3 (oxidante fuerte)

• CuO, 300°C (deshidrogenación industrial)

• Oxidación de Swern: dimetilsulfóxido, con

cloruro de oxalilo y una base impedida, oxida alcoholes 2^os. a cetonas y a los alcoholes 1^os. a aldehídos.

C H H

Br O

Oxidación de Swern

ALCOHOL

DMSO DIMETIL- SULFÓXIDO

CLORURO DE

OXALILO ALDEHÍDO

O CETONA

SULFURO DE DIMETILO

CICLOPENTANONA (90%)

CICLOPENTANOL

H H

• Catalizadas por ADH, la alcohol deshidrogenasa.

• El agente oxidante es la NAD⁺, el dinucleótido de la nicotinamida adenina.

• El etanol se oxida a acetaldehído, luego a ácido acético, un metabolito normal.

• El metanol se oxida a formaldehído, luego a ácido fórmico, el cual es más tóxico que el metanol.

• El etilénglicol se oxida a ácido oxálico, que es tóxico.

• El tratamiento para el envenenamiento es utilizar un exceso de etanol.

C H H

Br O H

ETANOL FORMA

REDUCIDA NAD+

forma oxidada

NADH

forma reducida

NADH NAD+

AZÚCAR

AZÚCAR

AZÚCAR

AZÚCAR ADH

ADH = alcohol deshidrogenasa

ALDH = aldehído deshidrogenasa

ALDH ACETALDEHÍDO

FORMA OXIDADA

ÁCIDO ACÉTICO

H

Un alcohol como un Nucleófilo

• El ROH es un nucleófilo débil

• El RO^- es un nucleófilo fuerte

• Se forma un nuevo enlace O-C, y se rompe un enlace O-H

C O H

R X

C H H

Br O

Alcohol como un Electrófilo

• El OH- no es un buen grupo saliente.

• Si éste está protonado, la mayoría de los nucleófilos son bases fuertes que podrían remover al H⁺.

Grupo saliente débil

Buen grupo saliente

ó

H

Alcohol como un Electrófilo

Reacción S_N2

Se forma el enlace C-Nuc, Se rompe el enlace C-O

H Nu H

H

O + O

H H H

Nu

C H H

Br O H

• Primero se deshidratan con H₂SO₄ concentrado y luego se adiciona H₂

ALCOHOL

ALCOHOL

ALQUENO

TOSILATO

ALCANO

ALCANO

• Primero se tosilan, y luego se reducen con LiAlH₄

Hay dos métodos

H3C CH OH

CH3

H2SO4

CH CH3 H2C

H2

CH CH3 H

H Pt H2C

TsCl H3C CH

OH

CH3 CH CH3

O Ts H3C

LiAlH4

CH CH3 H

H3C

H

Reacción con HBr

• -OH del alcohol se protona

• -OH

es un buen grupo saliente

• Los alcoholes 3

y 2

reaccionan con Br

a través de un mecanismo S

1

• Los alcoholes 1

reaccionan a través de un mecanismo S

2

R O H H3O Br

R O H H

Br

R

Br O H

H +

C H H

Br O H

Alcohol 3º, reacciona a través de un mecanismo S_N1

Protonación y pérdida

del grupo hidroxilo Ataque del ion bromuro

ALCOHOL ter-BUTÍLICO

ALCOHOL PROTONADO

CARBOCATIÓN

TERCIARIO BROMURO DE

ter-BUTÍLO

H H

Alcohol 1º, reacciona a través de un mecanismo S_N2

Protonación del alcohol Desplazamiento por el ion bromuro

C H H

Br O H

Reacción con HCl Prueba de Lucas

• El cloruro es un nucleófilo más débil que el bromuro.

• Se adiciona ZnCl₂, el cual forma enlaces fuertes con el -OH, para promover la

reacción.

• El cloruro de alquilo correspondiente es insoluble en el medio de reacción.

H H

Prueba de Lucas: ZnCl₂ en HCl concentrado.

• Los alcoholes 1^os. reaccionan lentamente (o de plano no reaccionan).

• Los alcoholes 2^os. reaccionan de 1 a 5 minutos.

• Los alcoholes 3^os. reaccionan en menos de 1 minuto.

C H H

Br O

Limitaciones de las reacciones con HX H

• No reacciona el HI

• Se obtienen los cloruros de alquilo 1^os y 2^os con bajos rendimientos

• Se puede obtener un alqueno (reacción de eliminación) en lugar de un halogenuro de alquilo (reacción de sustitución)

• Sin se forma como intermediario un

carbocatión, se pueden presentar rearreglos

H

fósforo

• Buenos rendimientos con alcoholes 1^os y 2^os

• Se utiliza PCl₃ para obtener cloruro de alquilo (pero es mejor el SOCl₂)

• Se utiliza PBr₃ para obtener bromuro de alquilo

• Se utilizan P and I₂ para obtener yoduro de alquilo (el PI₃ no es estable)

C H H

Br O

Mecanismo para la reacción con PBr

Paso 1: Desplazamiento del ion bromuro

Paso 2: Reacción tipo S_N2 sobre el grupo alquilo

Grupo saliente

• P forma un enlace fuerte con el -OH cuando se sustituye por el Br

• El Br

ataca al carbono del grupo

alquilo por el lado posterior al ser un mecanismo concertado (S

2)

• Se genera HOPBr

C H H

Br O

Reacción con el cloruro de tionilo

• Los subproductos son un cloruro de alquilo, SO₂ y HCl

• El átomo de S forma enlace con -OH, y sale el Cl^-

• El Cl^- abstrae H⁺ del OH

• Se rompe el enlace C-O conforme se forma el enlace Cl-C

calor

H

Reacciones de Deshidratación

• El H₂SO₄ concentrado produce un alqueno

• Se forma como intermediario un carbocatión

• Se forma un producto Saytzeff

• Una deshidratación bimolecular produce un éter (Paracelso ya lo había reportado)

• Control de la temperatura:

• A baja temperatura, 140°C (o menor), se favorece el éter

• A alta temperatura, 180°C (o superior) y más arriba, se favorece el alqueno

C H H

Br O

Mecanismo de la reacción de

deshidratación

protonación pérdida de

agua desprotonación ALQUENO

H

reacción de deshidratación

CH₃CHCH₃

OH H₂SO₄

alcohol

CH₃CHCH₃ OH

H

CH₃CHCH₃

CH₂ CHCH₃ H₂O

CH₃OH H₃O⁺

CH₃OH CH₃ OH₂ CH₃ O H

CH₃

H₂O

CH₃OCH₃

Alcohol isopropílico

propeno 180 ºC

140 ºC

dimetiléter

Alcohol metílico

C H H

Br O

Diagrama de Energía, E1

rapidez: formación del carbocatión

energía

Coordenada de reacción

H

•Ruptura con ácido peryódico

ALQUENO GLICOL CETONAS Y ALDEHÍDOS

C H H

Br O

Ruptura de glicoles con ácido

peryódico

Se forman los mismos productos que en la ozonólisis del alqueno correspondiente

CH₃ C H

OH OH CH₃

C CH₃ HIO₄

CH₃ C H

O + C

O CH₃ CH₃

C C H₃C

H CH₃

CH₃ OsO₄

H₂O₂

O₃ (CH₃)₂S

H

Esterificación

• Fischer: alcohol + ácido carboxílico

• Ésteres Tosilato

• Ésteres Sulfato

• Ésteres Nitrato

• Ésteres fosfato

C H H

Br O

Fischer: alcohol + ácido carboxílico

alcohol ácido carboxílico éster agua

agua acetato de isopropilo

ácido acético

Ejemplo

alcohol isoamílico

H

Esterificación de Fischer

• Ácido + Alcohol produce Éster + agua

• El ácido sulfúrico es un catalizador

• Cada uno de los pasos elementales es reversible.

CH₃ C OH O

+ CH₂CH₂CHCH₃ CH₃ O

H

H⁺

CH₃C O

OCH₂CH₂CHCH₃ CH₃

+ HOH

alcohol isoamílico ácido acético

acetato de isoamilo

C H H

Br O

Iones Alcóxido

• ROH + Na (o NaH) forma un alcóxido de sodio

• RO^- + haluro de alquilo 1° forma un éter (síntesis de éteres de Williamson)

CH₃CH₂CHCH₃ O

CH₃CH₂ Br

+ CH₂CH₂CH

CH₃

O CH₂CH₃