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850 Capítulo 19: Anunas
longitud de omla (µno
l.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 1 8 9 10 11 12 13 14 15 l6
100~ ' ' ~- 1-1+++H+·H7'f#t'F~,±-h:±·Il±l:F 1- -!-+- fa
:~1n•+l-ltHllltt1;ili~&:B
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.¡()()() 3 500 3 000 1500 2 uoo 1 800 1 600 1400 1 200 1 000 800 600
numero de onda t cm - I )
A Figura 19.8
Especcro de infmrcojo de la 1-propanamina. Observe las absorciones N-H caracienslicas a
3 300 y 3400 cm - 1• - ---- ·--~- .. --... -__ ,. _____ _
PROBLEMA 19.7
--------~------- --· - - -· ----- --
uno. Las aminas terciarias (RjN) no presentan absorciones N- H. En la Figura 19.8 se
pueden observar las absorciones N-H características del espectro de IR de la 1-propa-
namina, una amina primaria. En la Figura 12.10 se representa el espectro de IR de una ami-
na secundaria y en la Figur.t 12.9 el de un alcohol, par.i poder hacer la comparación.
A pesar de que el espectro de IR de una amina también contiene absorciones debi-
das a las vibraciones de los enlaces C-N. estas vibraciones aparecen entre 1 000 y
1 200 cm - 1• en la misma región que las vibraciones C-C y C-0. por lo que no son muy
útiles para idenlificar una amina.
Los siguientes espectros de lR parciales corresponden a una amina primaria, una amina secundaria y un alcoho l. Diga a qué grupo ru¡-
cional corresponde cada uno de los .:spectroS.
2.5 3.5 4 2.5 3.5 4 2.5 3 3.5 4
IOOmtttll 100 100 ,-
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~ai.-+ ... t....
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2
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4000 3 500 3000 2500 4 000 _, 500 3 000 '.!500 4000 3500 3000 2500
19.98 Espectroscopia de RMN de protón
De la misma fonna que los procones O- H de los alcoholes, los protones N - H de
las aminas absorben a desplazamientos químicos que dependen de la intensidad de los en-
laces de hidrógeno. En la fonnac ión de enlaces de hidrógeno influyen el disolvente y la con-
centr.ición de la muestra y, por lo tanto, el desplazamiento químico. Los desplazamientos
químicos del enlace N-H aparecen entre 1 y 4 ppm.
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19 .9 Espect.roscopía de 1 as aminas 851
ÜtrJ semejan¿¡¡ entre los protones O-H y N-H. en muchos casos, es su incapa-
cidad par.t mostrar desdoblamientos espín-espín. En algunas muestras. los protont:s N - H
se intercambian de una molécula a otra a una velocidad devada y en un tiempo inferior a
la escala de tiempo del experimento de RMN. por lo que los protones N - H no mues-
tr.in acoplamiencos magnéticos. Algunas veces. los protones N-H de una amina pura
muestran un dcsdoblamienco claro. pero estos oasos son raros. Lo más frecuente es que los
protones N-H aparezcan como picos anchos. Un pico ancho suele indic:ir la existencia
· de protones N - H. Igual que en el caso de los protones O-H. la absorción de los pro-
tones N-H disminuye o desaparece después de agitar la muestra con D20.
El nirróg.:no no es tan electronegativo como d oxígeno y los halógenos. por lo que
los protones de los átomos de carbono en a de las aminas no están tan fuenemente
desapantallados. Los protones del átomo de carbono a de las aminas generalmente absorben
entre '.! y 3, pero la posición exacta depende de la estructura y del cipo de susticución de Ja
amina.
¡
CH3-NR2
mculo, 5 = 2.3 ppm
!
R-CH2- NR2
melileno. ll = 2.7 ppm
!
R1Gl-NR2
metono. ll = 2.9 ppm
Los protones e n beta respéCÍo al átomo de nitrógeno presenwn un efecto mucho más
pequeño. generalmente absorben entre 1. 1 y 1.8 ppm. Esce desplazamiento químico mues-
tra un movimiento hacia campo más bajo de aproximadamente O.'.! ppm. como conse-
cuencia de la relación en beta. El espectro de RMN de la 1-propanamina (Figura 19.9)
muestra estos desplazamientos químicos camcterís1icos.
protones y protones {3 procones a "' \ / CH3-CH2-CH2-NH2---
~ ll = 0 .9 5 = 1.4 8 = 2.6 vanable (en "5Ce especuo ll = 1.7)
-- ·-------- ----------· --~--------..... ---- -·------·- ·-------~.::::::::...=-~::.-
200 180 t60 140 120 100 80 - - 60 40 - 'º
1 1 1
' 1 1
CH¡CH:¡CHzNH2 1 1
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1---V l
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10 9 6 4 ,
8(ppm)
4 Figura 19.9
Especcro de RMN de protón y 13C de la 1-propanamina.
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852 Capítulo 19: Aminas
PROBLEMA 19.8
A connnuación se representa el ~spectro de RMN de protón de un compuesto de fónnu la C4 H 11N. Detennine la estructur.i de esta ami-
na y diga a qué protones de la estrucrura corresponde cada uno de los picos.
100 180 160
10 9 8
140 l20 100 80 60 "° 1.0 o
;
7 6 4 3 2 o
li(ppm)
19.9C Espectroscopía de RMN de carbono
El átomo de carbono en a. enlazado al nitrógeno de una amina. generalmente pre-
senta un desplazamiento químico entre 30 y 50 ppm. Este intervalo está de acuerdo con
la regla general de que un átomo de carbono muestra un desplazamiento químico aproxi-
madamente veinte veces superior a los pro!Ones que van enlazados a él. Por ejemplo, en
la propanamina (Figura 19.9), el átomo de carbono en a absorbe a 45 ppm. mientras que
sus protones absorben a 2,7 pprn; el carbono en f3 está menos desapantallado, absorbien-
do a 27 ppm, mientras que sus protones resuenan a 1.5 ppm; sobre el átomo de carbo¡to
en y. e l efecto debido a la presencia del átomo de nitrógeno es pequeño, absorbiendo a
11 ppm. La Tabla 19.4 recoge los desplazamientos químicos de RMN de carbono de
algunas aminas representaóvas.
• wi'.A"'t9.4 ~7air;;;;nt~¡~í;'i~;'RM"r!"''j
-'d'ecarbono,de algunas aminas representativas :;<. ~
~ ... :....~~· •1,;.&Jiio ~..;.~,..;--::..:..~~o;J:f,¡,¡¡,;.~:r,...N
li 'Y 'fJ a
CH3-NH2
26.9
CH3-CH2-NH2
17.7 35.9
CH3-CH2-CH2-NH2
11.2 27.3 ~.9
CH3-CH2-CH2-CH2-NH2
14.0 20.4 36.7 4'.U
PROBLEMA 19.9
metananuna
euuuuru.na
1-propanamrna
l-bu1anamina
A conunuac16n se dan los desplaz:unientos quúrucos de RMN ele carbono de la dietilmetilamina.
piperidina. 1-propanol y propanol. Deiemune que espectro corresponde a cada estructura e mdi-
que 4ué átomos de carbono son responsables de cada absorción.
(a ) 25.9. 27.8. 47.9 (bl 13.8. 47.5. 58.2 (e) 7.9. ~.7. 201.9 (d) 10.0. 25.8. 63.6
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19.9 Espectroscopia de las aminas
19.90 Espectrometría de masas
La información más valiosa que proporciona el espectro de masas es la posibilidad de de-
terminar la masa molecular de un compuesto. Los compuestos estables que sólo contienen
carbono. hidrógeno, oxígeno, cloro, bromo y yo<lo dan lugar a iones moleculares con números
de masa pares. En cambio. la mayoría de ~us fragmentos tienen números de masa impares.
Esto es debido a que e l carbono y el ox.ígeno tienen valencias y números de masa pares.
El nitrógeno tiene valencia impar y número de masa par. Cuando un átomo de ni-
trógeno está presente en una molécula estable. la masa molecular es impar. De hecho.
cuando hay un número impar de átomos de nitrógeno en una molécula. el ión molecular
tiene un número de masa impar.
La fr.igmemación más frecuente de las aminas es la ruptura en a par.i dar lugar a un
caóón estabilizado por resonancia: un 1ón iminio. Es1e ión es simplemente una forma pro-
tonada de una imina (Sección 18.16).
r~-N(l - R + [>-< ~ H'\. /R] C=N+ / '\..
H H
ruptura en a ión 1mrnio
La Figur.i 19.10 muestra el espectro de masas de la butil propil amina. El pico base
(mi= = 729 corresponde a la ruptura en a con pérdida de un radical propilo para dar lugar
a un ión iminio estabilizado por resonancia. Una ruptura ea a similar, con pérdida de un
radical etilo. da lugar al pico a mi= = 86.
100
72
SO•--
Q
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~ 1
,~ 40
, _, ~JLJ:~.~-r'~!~I--;--
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J ... 1111.~LLI~~ .·.· i .J
10 20 30 40 50 60 70 so 90 100 l 10 120 130 140
201
150 160
miz
[
H 72 ]~
CH3CH2CH2 - ~ - CH2 ¡ CH2CH2CH3 pérdida de CH3CH2CH2·
853
bu al proptl aroma. m/: = l 15
[
H H ]
1 • 1 +
CH3CH2CH2 - N-CH2 ~ CH3CH2CH2 - N = CH2
ión 1mmio. mh = 72
[
86 H ]~
CH3CH2 I CH2 - ~ - CH2CH2CH2CH3 pérdida de CH3CH~·
bunl prop1J Jmina. m/: = 115
[
H
+ 1
CH2 - N- CH2CH2CH2CH3 ~ CH2 = !~ CH2CH2CH2CHJ
ión imin10. miz = 86
.A. Figura 19.10
Espectro de masas de la bucil prop11 amma. Observe d numero de masa impar del iun molecular y los numeros de masa pares de la
mayon'a de los fragmentos. El pico base corresponde a la ruptur.i en u en d grupo butilo. dando lugar a un radical prop1lo y a un 1ón
immio esabilizado por resonancia.
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854 Capítulo 19: Aminas
PROBLEMA 19.10
(a) Diga qué [ragmeniación se produce para dar lugar al poco base a m/: = 58 en d especiro de masas de la etiJ prop1l am111a. repre-
sentada en la parte inferior.
(b) Explique cómo una ruplUr~ similar en el grupo eulo da lugar a un ión a mh "' 72.
(e) Explique por qué el pico .111ú: : ne> mucho más débil que el poco a mi: "' 58.
100
58
80 - - --· -
"
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¡~~~¡ ·g 60 - - - -
;¡ 30
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20 r - 1 ".¡,¡ 1 72 -87
º'--~~,..J.llLL-.....-...... ~--.~-.~ .... ~-.~--.~-,..~-.-~-.-~-.-~~~~~
10 20 Jo 40 so 60 10 so 90 100 110 no 130 140 1so 160
. ~"-
19.10
Reacciones
.:;.; .... ....;.~·-
.. de las aminas
con cetonas
y aldehídos
(revisión)
19.11
Sustitución
aromática
en arilaminas
y piridina
(revisión)
m/t
-..
Al contrario que se ha hecho con otros grupos funcionales. ames de estudiar la síncesis de
las aminas. se estudiar.in sus reacciones. Se cree más convenieme hacerlo de esta forma,
ya que la mayor parte de las síntesis de las aminas tienen como sustancia de partida a una
amina (o amoniaco). a la que se añaden grupos para obtener aminas más sustituidas. En
otras palabras. en la mayoría de las síntesis de aminas se aplican las reacciones de las ami-
nas. Si se estudian primero las reacciones. se entenderá cómo utilizar estas reacciones para
transformar aminas sencillas en otras más complicadas.
En la Sección 18.16 se vio que las aminas atacan a las cetonas y los aldehídos. Cuan-
do este ataque nucleofílico es seguido de una deshidratación, se obtiene una imina (base
de Schiff). La reacción análoga de un derivado de hidrazina da lugar a una hidrazona y la
reacción con hidroxilamina da lugar a una oxima. En la Sección 19.19 se utilizarán estas
reacciones para smtet1zar aminas.
y
. /y
/
1 o HO :N-H 'N
~
+ Y-NH2
H+ " / H+ íl /e, ~ /c....__ /c....__ + H20
R R' R R' R R'
ceiona o aldehído carbinolamirui derivado
Y ~ H o alquilo da lugar" una umna (base de Sch1[f)
Y = OH da lugar a una oxima
Y = NHR da lugar a una hidr.izona
19.11A Sustitución aromática electrofilica éle las arilaminas
En una arilamina. los t!lcctrones no enlazantes del nirrógeno ayudan a estabilizar a los in-
termedios que se obtienen por el .uaque electrofílico en la posición orto o para respecto
al grupo amino; como consecuencia, los grupos amino son grupos fuertememe activado-
res y orto, para-directores. Ll Figura 19.11 muestra los complejos sigma que están im-
plicados en la suscitución orto y para de la anilina.
Las reacciones siguientes muestran la balogenación de los derivados de la anilina. la
cual se produce con rapidez. sin necesidad de un catalizador. Si se utiliza un exceso de
reactivo. todas las posiciones orto y para. respecto al grupo amino, que estén sin sustiru1r
quedan sustituidas.
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19.11 Sustitución aromática .:n arilaminas y piridina (revisión) 855
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H, ,.,.H H, .. ,.,.H
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amlirui comple¡o<T orto SUSlllUldo
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1 <:: ~ 1 + H+
H -"'"\ H H -"' H
H E• E
andina compteJO<T para sust11u1do
- - ·~ -~ -- - - - ------ - -- ·--- -
:NH, :NH,
© exceso Br2 "'*"' + 3 HBr NllHC03 amlina Br
2.4,6-lribromoanolina
,
:NH, :NH, ©f N~
*
exceso 0 2
Cl NOi
NaHC03
+ 2 HCI
u-nitroanilina
CI
4.6-dicloro-2-ni11oanilina
Se ha de 1ener precaución con las reacciones de los derivados de anilina. Los ácidos
fuertes, cuando se utilizan como reacuvos. protonan el grupo amino, dando lugar a una sal
de amonio portadora de una carga positiva. El grupo - NH3 +es fuertemente desactivan-
te (y orientador-meta). Por lo tanto, los ácidos fuertes son inapropiados par.i la sustitu-
ción en las anilinas. Los ácidos oxidantes (como el ácido nítrico y el ácido sulfúrico) pue-
den oxidar e l grupo amino, produciendo la descomposición y, ocasionalmente, reacciones
violentas. En la Sc:cción 19.13 se verá cómo el grupo amino se debe acilar. con objeto de
disminuir su basicidad y hacer posible la sustitución por una amplia gama de eleccrófilos .
+ ©rNH3 r?\'(NH, ~- ac1do fuerte
ocu vado desoctivado
r?\'(NH,
~- HN03 (coocenlr:ltlo) oxidac1on del grupo -NH~
H~04 (coocen1rodo) (puede arder o «ploiarJ
:.
<4 Figura 19.11
El grupo amino es un ac1ivador
fuerte y orto, para-director. Los
electrones no enlazantes del
niirógeno c:.iabifüan el comph:Jl>
<T cuando el ataque >e produce ~n
las pos1c1ones orto o para.
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856 Capírulo 19: Aminas 4-
19.11 B Sustitución aromática electrofílica de la piridina
En estas reacciones de sustitución aromática. la piridina se comporta corno un anillo ben-
cénico fuertemente desactivado. Las reacciones de Fnedel-Crafts no se producen y hay otros
tipos de sustituciones que requieren condiciones inusualrnente fuenes. La desactivación se
debe al efecto suSU"Jctor de electrones del átomo electronegativo de nitrógeno. Sus elec-
trones no enlazantes son perpendiculares al sistema 1T y no pueden estabilizar al intenne-
dio cargado positivamente. Cuando la piridina reacciona. da lugar a reacciones de ~usti
tución en la posición 3, de fonna análoga a la sustitución mew que presentan los derivados
desactivados del benceno. Las reacciones siguientes comparan los 1ntennedios que se for-
man en la nitración de la piridina en la posición 2 y en la posición 3.
Se observa ataque en la posición 3
o,
O
rNto
N
;::::::::z
yindina
~I ataque en la posición 3 da
lugar al intennedio más estable
NN~
+l__)
N
<---+
.. la pérdida de un pro1ón da
H10)_¿~lugar al producto
H J • ~N02 --+ s~N~ +
~ . .J+ 6l_.)1
N No
3-ni1ropindina
(observado)
H30 +
Ataque en la posicion:? (no observado)
o +,?O
N ~N
0:1
piridina
*[~
no octeto
(desfavorable)
+O-+-+ +-+
:::,,.N N02
.. H qN~*O-N~+
2-nitropondma
(no observado)
H+
El ataque electrofílico en la posición 2 de la piridina da lugar a un intennedio ines-
table. Una de las estructuras de resonancia tiene una carga positiva y "6lo seis electrones
en el nitrógeno; por el contrario, las tres fonnas de resonancia del intennedio que se for-
ma debido al ataque en la posición 3 tiene la carga positiva en los átomos de carbono me-
nos electronegativos. .
La sustitución electrofilica de la piridina está más dificultada debido a la tendencia
que uene el átomo de nitrógeno de ser atacado por electrófilos y adquuir una carga posi-
tiva. El ión piridinio cargado positivamente es incluso más resisteme que la piridina a la
sustitución electrofílica.
O= + e
pindina electnSfilo
PROBLEMA 19.11
~o+ -E
1ón pmdiruo
(menos re:icuvos¡
Proponga un mec:llUSmo para la ni1.rnc1ón de la pmdina en la pos1c1ón 4 y explique por qué no se
observa es1a onentac1ón.
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19.J J Sustitución aromática en arilammas y piridina (revisión)
A conunuac1ón se muestran dos sustituciones electrofílicas de la piridina. & puede
observar que estas reacciones requieren condiciones sever.i.s y que los rendimientos son
entre bajos y medianos.
o
~
pmdina
o
!"'!
p1ridina
PROBLEMA 19.12
Br2. 300"C
NaHC03
H~O. fumante. HgS04
230"C --
UBr
N
3-bromopindina
(30%)
("YS03H
ll__._)
N
H
ácido pmdinu-3-sulfórnco
(prolonado) (70%)
Proponga un mecanismo para la ' ulfonación de la piridina. explicando por 4uc! la sulfonación se
produce en la posición 3.
19.11C Sustitución aromática nucleofílica de la piridina
La piridina está desactivada respec.to a un ataque electrofílico. pero está activada respec-
to a una sustitución nucleoffüca aromática. Si en la posición 2 o 4 hay un buen grupo sa-
liente. un nucleófilo puede atacar y desplazar al ·grupo saliente. La siguiente reacción
muestra un ataque nucleofflico en la posición 2. El intennedio está estabilizado por la
deslocalización de la carga negativa en el átomo electronegativo de nitrógeno. fata esta-
bilización no es Í><>sible si el ataque se produce en la posición 3.
Se obstrva el ataque nucleofílico en la posición 2
Ql,OCH' - [ QOCH,
_,¡_-_
........ -.0-0CH3 ~ QocH~--+
.. CI .. (c1 J
857
carga negauva en el
átomo elecuooegativo
de nitnSgeno (favorable)
la expulsión del grupo
salieme da lugar al producto
Q +c1-
:::,,.N OCH3
Ataqlle nuc/eojilicu en la pos1cwn 3 ( llO se observa)
O
~c~c;cH3
~
h
N *Kf~' a-
OCH3
..,_. Cl
.
N
OCH1
-0-ªJ * ~OCH3 ~-.J N + c1-
(No hay deslocalización de la carga negauva en el N.)
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858 Capítulo 19: Amanas
19.12
Alquilación
de aminas
con haluros
de alquilo
PROBLEMA 19.13
Se ha considerado la sustiruc1ón :irománca nucleofílica de la pmdina en la posición l y en lapo-
sición 3. pero no en la posición 4. Complete los ues posibles casos represemando .:1 m.:camsmo
para la reacción del 16n metóxido con la 4-doropiridina.
PROBLEMA 19.14
(a l Proponga un mecanismo para la reacción de la '.?-bromopiridina con amiduro de sodio para
dar lugar a 2-ammopiridina.
(b) Cuando en esta reacción se utiliza 3-bromopiridina. se re4u1eren condiciones de reacción
mas fucncs y se obtiene una mezcla de 3-.umnopindina y 4-ammopiridina. Proponga un me-
canismo para explicar este resultado.
Las aminas reaccionan con haluros de alquilo primarios para dar lugar a haluros de amo-
nio alquilados. La alquilación transcurre median1e un mecanismo SN2. por lo que~ es fac-
tible con haluros 1erciarios. ya que están demasiado impedidos. Los haluros secundarios
suelen dar rendimientos bajos, predominando la eliminacion sobre la susúcución.
.. .....---.....
R-NH2 + R' - CH2-cJ!r
amina pmnaria haluro primario
+
R-NH2-CH2-R' -Br
sal de una amma secundaria
Desgraciadamente, la sal que se fonna inicialmen1e se puede desprotonar, y la ami-
na secundaria resultante es nucleofílica y puede reaccionar con otra molécula de haluro.
+
R-NH2-CH2-R'-Br + R-NH2 ;:::::::::!:, R-NH-CH2-R'
amina secundana
+
+ R-NH3 -Br
CH2-R'
.. ~
R-NH-CH2-R' + R' -CH2-~r
1
R-~H-CH2-R' -BJ
amma secundaria sal de amma ten:1ana
La desventaja de la alquilación directa es que no se puede parar en el .:stado desea-
do. Incluso aüñcjiie s61o se añada un equivalente de haluro, algunas moléculas de amina
pueden reaccionar una vez, otras dos y algunas hasta tres veces (para formar la sal de te-
traalquilamonio ); otras ni siquiera reaccionan. Se forma así una mezcla compleja.
La alquilación de las aminas puede conducir. con buenos rendimientos. a los pro-
ductos alquilados deseados en dos tipos de reacciones:
L. Alqwlación «e..thausliva" para obtener la sal de tetraalquilamonio. Se evita la for-
mación de mezclas de diferentes productos alquilados cuando se añade una cantidad
suficiente de haluro de alquilo, par.i alquilar la amina el número máximo de veces
que sea posible. fata alquilación exhaust.iva da lugar a la sal de tetraalquilamonio.
Se añade una base que no sea muy fuene (nonnalmente NaHCO; o NaOH diluido)
para desprotonar las aminas alquiladas intermedias y neutralizar ia gran cantidad de
HX que se forma.
CH3CH2CH2-NH2 + 3CH3-l
NaHC03 CH3CH2CH'.!-N.,.(CH3)J - ¡
(90%) •
PROBLEMA 19.15
Proponga un mi:canismo pam mostrar las sucesivas alquilaciones de la amina imc1al que condu-
cen a la sal de amonio cuatemano antenor.
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19.13 Acilación de aminas con cloruros de ácido
2. Re11cc1ó11 con gran exceso de amo11íaco. Como el amoniaco es barato y su masa mo-
lecular es pequeña. es conveniente utilizar un gran exceso. Cuando se añade un ha-
luro de alquilo primario a un gran exceso de amoniaco se forma una amina primaria
y la probabilidad de dialquilación es pequeña. El exceso de amoniaco se elimina fá-
cilmente por evaporación.
~
NH3 + R-cHn:_,x
+
R-CH2-NH3 - X
10 moles l mof
PROBLEMA 19.16
Explique cómo uulizaria la alquilac1ón dirc(ta para sintetizar los siguientes compuestos:
(al yoduro de benc1ltrimeulamomo (b ) l-pentanamma (e) benctlamma
Las aminas primarias y secundarias reaccionan con haluros de ácido para formar amidas.
ESta reacción es una sustitución n11cleofílica en el grupo acilo: sustitución de un grupo sa-
liente en un carbono carbonílico por un nucleófilo. En los Capítulos 20 y 2 1 se estudiará
detalladamente esta sustitución nucleofílica en el grupo acilo. En este caso, la amina sus-
tituye al ión cloruro.
o
.• 11
o
11 ••
(i¡=' R'-NH2 + R'-C-Cl ~ R-C-NH-R' + HCI
La amina ataca al gropo carbonilo de un cloruro de ácido de forma parecida a como
ataca al grupo carbonilo de una cetona o de un aldehído. El cloruro de ácido es más reac-
tivo que la cetona o el aldehído debido a que el álomo electronegativo de cloro sustrae
densidad electrónica del carbono carbonílico, haciéndolo más electrofílico. El átomo de
cloro del intermedio tetraédrico es un buen gropo saliente. El intermedio tetraédrico ex-
pulsa al cloro pata formar la amida. Con frecuencia se añade una base como Ja piridina o
NaOH para neutralizar el HCJ que se produce.
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o-
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©
N
0 . .Y
O H
19.13 ...... ~
Acilación~
de aminas
con cloruros
de ácido
©
N
O H+ Cl-
11 .•
R-C-CI + R'-NH,
~-- -=== R-C-CI --+ 1 \.,:;
11 + JJ
R-C-NH-R' R-C-NH-R'
cloruro de ácido .unma +NH2-R'
o-
intermedio tetraédnco
Ejemplo
© N
-----'"---
o
@-~-CI
o
@; 11 C-NHCH3 95%) + CH3-NH2
La amida que se produce en esta reacción generalmente no experimenta acilación pos-
terior. Las amidas se estabilizan mediante una eslrUccura de resonancia en la que están im-
plicados los electrones no enlazantes del nitrógeno y en la que se sitúa una carga positiva
en el nitrógeno; como consecuencia. las amidas son mucho menos básicas y menos nu-
cleofílicas que las aminas.
..
· amida
859
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860 Capíiulo 19: Aminas
Q
c6J
anilina
'
R-~-N(H .__. R-t=NzH
[
o o- ]
R' R'
La menor basicidad de las amidas se puede utilizar como una ventaja en las susticu-
ciones dectrofílicas aromáticas. Por ejemplo, si el grupo amino de la anilina se acelila para
obtener acetanilida, la amida resultante todavía es activante y orto. para-directora. Sin em-
bargo. al contrario que la anilina. la acetanilida se puede 1ra1ar con reactivos ácidos (y oxi-
dantessuaves), como se muestra a continuación. Los grupos aril-amino frecuentemente
son acilados antes de someterlos a susiituciones posteriores eo el anillo y el grupo acilo pro-
tector es eliminado posteriormente mediante hidrólisis icida o básica (Sección 21. 7C).
o
11
CH1-C-CI
H O
"-.. 11
H O
" · · 11
H30+
cloruro de aceulo
r6ic-CH,
HN03 diluido
H!so.
~C-CH,
(hidrólisis) ~ acelanil ida
N02 NOi
p-nitroanilina
PROBLEMA RESUELTO 19.1
Explique córno llevaría a cabo la síntesis siguiente con buen rendimiento.
©lNH2 -----> ci©lNH,
SOLUCIÓN
Si se inientara realizar una acilación de Friedel-Crafts a la anilina, probablemente se fr.:lc:isaria.
El grupo amino acacaria tanto al cloruro de ácido como al catalizador (:ícido de Lewis). /
©l~ cc(1;K.,f__..,... +AJCL3 - r6' ··~º +complej~. ¿ U ~N de aluminio .. 1 NH2 H
Se puede controlar la nucleofilia del grupo amino de Ja anilina iransforrnándolo en una
amida, que todavía es activante y orro, para-direciora en la reacción de Friedel-Crafts. La ad-
lactón. seguida de la ltidrólisis de la amida, da lugar al producto deseado.
r?\¡ ..
~NH2
o
!
CH3CCI -
o
o
©lN,,,~'CH3
1
H
H30+
o
·O-~-CI
1\IC13
c/LQlNHCOCH, (bidrolis1s) ~ .. V ~NH2
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J -
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19.14 Fonnación de sulfonamidas
PROBLEMA 19.17
Diga qué productos se obtendrán de las reacciones s iguien1es:
(a) cloruro de acetilo + etilamina
o 11
~e,
(b) ~ CI + (CH3}iNH
o 11 ONH (e) CH3-(CH2)4-C-a +
cloruro de benwilo dimerilamina cloruro de hexanoilo pipendina
----:;,;...:r.~~~;-.: ;:......_;~ ..... .,;;.·~ ::_ . ..:;:r~.::..."4.C!'t".;<.;._~ . .:,.<,;:.;'.-;:)· .. ""'.~.~-!·!""' c ... ?~~-~;. -~ ~·· ..,;::;- ;ii.-~:g.:"::,•::" .. ·Jl:.. ..;_ .:.-_ • ...., :..'--.or1'0!i.r:..".;;I~~- .._~ .... ·"<·_:.;:.;.o_~ • :._~
Los cloruros de sulfonilo son los cloruros de ácido de los ácidos sulfónicos. De la misma
forma que los cloruros de acilo, los cloruros de sulfonilo son fuertemente electrofílicos.
19.14
Formación
861
!i>.·L...',_;...;.T.-i
o o o o
11 11 11 11
de sulfonamidas
R-C-OH R-C-CJ R-6-0H R-G-CI
11 11
o o
ácido carboxílico cloruro de acilo :ícido sulfónico cloruro de suifonilo
Una amina primaria o secundaria ataca a uo cloruro de sulfonilo y desplaza al ión clo-
ruro para dar lugar a una amida. Las amidas de los' ácidos sulfóoicos se denominan sulfo-
namidas. Esta reacción es similar a la reacción de formación de un éster sulfonato a par-
tir de un cloruro de sulfonilo (como el cloruro de tosilo) y urualcohol (Sección 11.5).
R' -('!H2 ·o· o
11 ..
o ci-
11 +
Cir
amina~!I
R-S-Cl
11~
NaOH
----> R-S-NH-R' ~ R-S-NHR'
11 q 11 . .o .. O H
L:QH
O H20 o-
cloruro de sulfonilo sulfonamida
Las sulfamidas son una clase de sulfonamidas que se utilizan como agentes anti-
bacterianos. En 1936. se encontró que la sulfanilamida (p-amino-benceoo-sulfomnnida) era
efectiva contra las infc;cciones debidas a estreptococos. La sulfanilanJida se sintetiza a par-
tir de la acetanilida (con el grupo amino protegido en forma de amida) mediante cloro-
sulfonación seguida de cratamiento con amoniaco. La reacción final consiste eo la hidró-
lisis del grupo protector de la arilamina para dar lugar a sulfanilaroida.
o
H 11 6C-CH,
acetanilida
o
1
Cl-S-OH
1 o
PROBLEMA 19.18
o
11
H'\_ .. / C-CH3
~
O=S=O
1
Cl
:NH3
H;O
o
íl
H'\_ .. /C-CH3
~
O=S=O
1
:NH2
HCI diluido
calor
¿Qué sucederia en la síntesis de sulfanilarnida si el grupo amino no estuviera protegido en fonna
de amtda en d paso de ciorosulfonación'I
"'
~
O=S=O
1
:NH2
sulfanilamida
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862 Capírulo 19: Aminas
~
o~c"oH
La acnv1dad biológica de !a sulfanilamida se ha estudiado detalladamente. Parece ser
que la sulfanilamida es un análogo del ácido p-ammobenzoico. Los esLreptococos utilizan
ácido p-aminobenzoico para sintetizar ácido fó lico. compuesto esencial para su creci-
miento y reproducción.
1nc0<p0r.Jdo en
OH iéYcYCH, NJ:°H
H1N YJSN::0 1 1 H CH2CH2COOH
ácido p-anunobenzm<o k1do fólico
La efedivMlad de las sulfamidas
es limitada acutalmente debido
a la resistencia bacteriana. Una
a lternativa metabólica que utili-
zan las cepas resistentes de las
bacterias es aumentar la produc-
ción (supel'pfOducdón) de ácido
p-aminobenzoico, el cual • dilu-
ye• la concentración de sulfami-
da y compensa su efectividad
como antimetabolito.
19.15
Aminas como
grupos salientes:
la eliminación
de Hofmann
Las bacterias no pueden utilizar la sulfanilamida para sintetizar ácido fól ico, pero los
enzimas bacterianos no pueden distinguir entre sulfanilam1da y ácido p-aminobenzoico.
Ll producción de ácido fólico se inhibe y el microorganismo deja de crecer. La sulfanila-
mida no mata las bacterias. pero inhibe su crecimiento y reproducción. permitiendo que
los mecanismos de autodefensa del cuerpo humano destruyan la infección.
PROBLEMA 19.19
faplique cómo utilizaría el cloruro de >ulfomlo que se emplea en la síntesis de sulfamlamida para
obtener sulfaaazol y ' ulfapindina.
o .. o ..
H1N-©-~-NH-<J H1N S-NH 1/ ' -©- 11 -{) 11 -o .. o
sulfaúaz.ol sulfapindina
Las aminas se pueden transformar en alquenos mediante reacciones de eliminación, de la~
ma forma que los alcoholes y los haluros de alquilo experimentan la eliminación para dai lu-
gar a alquenos (Secciones 11. I O y 7 .9). S in embargo, una amina no puede experimentar di-
rectamente una reacción de eliminación, ya que el grupo saliente sería un 1ón amiduro
CNH2 o - NHR), que es una base muy fuerte y un grupo saliente pobre. El grupo amino se
puede tr.lllSformar en un buen grupo saliente mediante una metilac1ón exhaustiva. que lo
ttansforma en una sal de amonio cuaternario, el cual puede liberarse como una amina neu-
tra. La merilación e:<.hau~tiva generalmente se lleva acabo util~do yoduro de rneulo.
Metilación exhaustiva de una amina
R-NH2 + 3 CH3-l
i
grupo saliente pobre
~
R- N(CH1h - ¡ + 2 H1
t
buen grupo saliente
La eliminación de la sal de amomo cuaternario' generalmente se produce mediante
un mecanismo E2, el cual requiere una base fuene. Para proporcionar la base, el yoduro
de amonio cuaternario se transforma en el hidróxido de amonio cuartemario, por crata-
m1ento con ó:<.ido de plata. El calentamienco del hidróxido de amonio cuatemano da lu-
gar a una eliminación E2 y a la formación de un alqueno. Esta eliminación del hidróx.ido
de amonio cuaternario se denomina eliminación de Hoímano.
Transformación al hidróxido de la sal
+
R-N(CH3)J -¡
+
R- N(CH3}] -oH + tAg20 + H20 + Agl !
yoduro de amoruo cua1emario hidróitido de :unonio cua1emario
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19.15 Aminas como grupos salientes: la eliminación de Hofmann 863
Eliminación Je Hofmann
(ff-'
r•
HO- ~'\ I
-e-e-
l r¡
+N(CH3)J
H-0-H
calor
(E1) " / C=C
/ "
alqueno :N(CH3))
amina
Por ejemplo. cuando se metila exhausuvameme la 2-butanamina. y se transforma en el hi-
dróxido de amonio cuaternario. al calentarla. se produce una eliminación que da lugar a
una mezcla de 1-buteno y 2-buteno.
Metilac1ón e.thausriva y conversión al hidróxido de amonio cuaternario
1 2 l J
CH3-CH-CH,-CH3
1 -
:NH2
2-butananuna
( 1) exceso CH:¡!
(2) Ag20. H20
Calemamienro y eliminación de Hofman11
(;~H o f:~H
H H
I> o rl
1 :? l .¡
CH3-CH-CH2-CH3
+I
N(CH3)3 -OH
hidróxido de amomo cuatemano
H,c..!...cH...!..CH-CH ~
- ' rl 3 / 4 3 H1~=~H-<¡H2-~H3 + yH3-1H = CfI-~H3
'N(CH3)) l-bu1eno
producto de Hofmann
95%
2-buteno (E y Z)
producto de Saytzeff
5%
En el Capítulo 7 se vio que las eliminaciones de los haluros de alquilo generalmen-
te siguen la regla de Sayczeff. es decir, predominael producto con el doble enlace más
sustituido. Esta regla se aplica porque generalmente el alqueno más sustituido es el más
estable; sin embargo, en la e liminación de Hofmann. el producto generalmente es el alqueno
menos sustituido. Con frecuencia las reacciones de eliminación se clasificarán en dos ti-
pos: las que preferente mente dan lugar al producto de Sayr;;eff (alqueno más sustituido) o
al producto de Hofmann (alqueno menos sustituido).
Eliminación de Sayrzeff
CI
1
CH3-CH-CH2-CH3
1 1 J 4
2-<:lorobutano
+ Na+ -OCH3
metóxido de so<lio
CH3-CH=CH-CH3
1 2 J "
2-but~no (E y Z)
producto de Saytzeff
(67%)
La preferencia de la eliminación de Hofmann por el alqueno menos susticuido se
debe a varios factores. pero uno de los más imponantes es la voluminosidad del grupo sa-
liente. Se ha de recordar que el mecanismo E2 requiere una disposición anticoplanar del
protón y del grupo saliente (Sección 7 .9). La gran voluminosidad del grupo saliente trial-
qu1lamino en la eliminación de Hofmann suele interferir con la dispos1c1ón coplanar.
La Figura 19. 12 muestra la .:stereoquímica de la eliminación de Hofmann de la
2-butanarnina. La sal amónica metilada sufre la pérdida de trimeúlarnina y de un protón de
C 1 o de C3. Las conformaciones posibles alrededor del enlace C2-C3 se representan en
"'
+
+ H20 + :N(CH3)J
H1C= CH-CH2- CH3
1 1 l ..
1-buteno
producto de Hofmann
(33%)
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864 Capítulo 19: Ammas
·::·-·-··-- -----.. --;-..:.:.;,::::.~-"'--====
Observación a lo largo del enlace C 1-C1 C onfomración más esrable en tomo a C2- CJ
HO~ 4
<i-
1 HO~ CH3
H'-"::'. ~H .... e-e;"-+
H
H
3c*' H CH3 H3CY[YH 1 4 CH3 H3C'- ~H J 4
H CH3
GccH3)3
H~/ 3 - Ql<CH3)J H3
4
.... e-e;,
H-'.(' 3 - 'N(CH3)] H W~'H
+N(CH3))
rcquenda para una E2 (m.:nos eslllble) más esrable (en esta conformación la E2 es posible)
Oburvac1ón" lo lar~o del enlace C 1-C
HO~
4 3
*H
CH3CH2
1
! H
J 4 HO~ CH,CH3
H'-"::'. ~H-
H H
(, +
4 -- ~¿~-~(EccH3>J \Cualquiera de estas 1res confonnac1ones alternadas :.on aprop1ad¡¡s para la climmac1ón E2.)
\._t'\ Cl-13)]
.Á. Figura 19.12
Eliminación de Hofmann de la '.!-bulllnamina. La conformación más eslllble del enlace C2 -C3 no tiene protones CJ en
~ relación anti con el grupo saliente: sm embargo. a lo largo del enlace Cl -C. cualquier conformación alternada tiene una
relación anti entre un protón y el grupo saliente. La sustracción de un protón de C 1 da lugar al producto de Hofmann.
:.::==:::. ·--·--- ----~- ·::-~=.::::::=::===-=====::-=.:--=-..-..::= ---- ·---- --~ -:::=..:.::;_:.:=::::_~-:...-=..:.==:::-.::
SUGF.RF,NCTA
PARA RESOLVER PROBUMAS
Algunas de las características
estereoqu1micas de la eliminación
de Hofmann se estudian mejor
utilizando los modelos
moleculares. Los modelos
moleculares son esenciales para
resolver los problemas en los que
se produzcan reacciones de
eliminación, como el
Problema 19.20.
.,.. Figura 19.13
Ejemplos de dimmación de
Hofmann. El producto favorecido
suele ser el alqueno menos
sutiluido.
la parte superior de la Figura 19.12. La disposición anLicoplanar entre un protón de C3 y
el grupo saliente da lugar a una interacción gauche desfavorable entre el grupo metilo de
C4 y el grupo voluminoso trirnerilamonio. La confonnación más estable alrededor del en-
lace C2 -C3 tiene un grupo metilo en posición anticoplanar, lo que previene la l!limina-
ción a lo largo del enlace C2 - C3.
La mitad inferior de la Figura 19.12 muestr.1 la confonnación a lo largo del enlace
Cl -C2. Cualquiera de las tres confonnaciones alternadas del enlace Cl -C2 propo,r!'.
ciona una relación anti entre uno de los protones y el grupo saliente. Predomina el producto
de Hofmann. ya que para la eliminación de uno de los protones C 1 se necesiia menor ener-
gía, el estado de transición es más probable que el estado de transición impedido requeri-
do para la eliminación de Saytzeff (C2-C3).
La eliminación de Hofmann se utiliza frecuentemente pam detenninar las estructu-
ras de las aminas complejas, convirtiéndolas en aminas más sencillas. La dirección de la
eliminación suele ser predecible, dando lugar al alqueno menos sustituido. En la Figu-
ra 19.13 se representan dos ejemplos que utilizan la eliminación de Hofmann para sim-
plificar aminas complejas.
--- ----------··- -- -·-·-··----------·---
Q (1) CH31 (2) Ai120 (1/H C3lor o ~H\ __,_ # + :N(CH3)J
:NH2
f\ (\) CH1l
<.....NACH3 (2) Ag2
1
H
N(CH3)J -OH
f\ (OH
<....__~_k'/ H C3lor
:-.¡- '1 C-H
/ \ "'
CH3 CH3 H
e:
/ \
CH3 CH3
- ::--~:-~:-: .. =.. =-:.:...-::'"~..,;.:.::::_ . .:. -:::::.:..-_-_:::..;_--.:-_::::.::::::::.:.:::·: --···-·- ·- · -------- -
T
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1
~
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~ '
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t
~
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Ji
~
~'.
~ 1;;
;;;i
19.16 Oxidación de aminas. La eliminación de Cope 865
PRO BLE MA RE SU ELTO 19.2
Prediga el producto mayoritario que se obtiene cuando se tr:ll.a la siguiente amina con e~ceso
de yodomecano, seguida de calentamiento con óxido de piara.
~CH2CH3
SOL UCI ÓN
P:tr:i resolver este upo de problema se requiere encontrar todas las posibles elimmac1ones de la
sal meulada. En este caso. la s.aJ llene la s1gu1eme estroctu=
exceso CH31 Ag20 -c:Uor
HO\ Í'OH
H H
H,i;:)H(il /H
./'-../c'-t/c'H
(D,_
CH3/~.-' /H
CH3 /c-~,H
H 1 H¡
H -OH
Las ílechas verdes. azules y rojas muestran las rres maneras posibles de eliminación. Los
productos correspondientes son:
~
CH3-1CHzCH3
CH3
~
CH3-NCH,CH3
1 -
CH3
I~
CH3-N:
/
CH3 H H
H
" / C=c,
/ H
El primer alqueno (verde) tiene un doble enlace disustiruido. El seguodo aJqueno (azul) está
monosustituido. y el alqueno rojo (etileno) tiene un doble enlace sin sustituir. & puede decir que
los productos en rojo estar:ín favorecidos.
PROBLEMA 19.20
Prediga los productos mayoritarios que se obtienen cuando las siguiemes aminus experimenllln
metilación exhaustiva. tr:ltamiento con Ag20 y calentamiento:
(a) 2-hexanamina (b) 2-metilpiperidii:ia (c) N-etilpiperidina
H
1
(d)(X)
,..,_
/ H
(e)Q (f)Q:
Las aminas son bastante fáciles de oxidar, la oxidación suele ser una reacción colate-
ral en la síntesis de una amina. Las aminas también se oxidan cuando están almacena-
das ·en contacto con el aire. El prevenir la oxidación por el aire es una de las razones
para transfonnar las aminas en sus sales cuando se almacenan o se utilizan como medi-
camentos.
Las estructuras parciales s iguientes muestran algunos de los estados de oxidación y
enlaces de las aromas:
:.
SUGli:RRNCTA
PARA RESOLVER PROBLEMAS
La clave para resolver problemas
de eliminación de Hofmann radica
en encontrar todas las formas
posibles de eliminación en el
compuesto.
El produao que probablemente
está favorecido es el alqueno
menos sustituido .
~ .o:_.·. ;;-·-
19.16
Oxidación
de aminas.
La eliminación
de Cope
'')
)
)
j
)
~-~~
-~,
()
º)
~ )
"-
("'"·'
"
• I
i l b
¡ ¡ !
I'
11 :
~
H
~ t l t '¡ 1:
1!;·¡ i
1 : 1
t • 1
:' 1
•J
1
·•·
866 Capítulo 19: Ammas
1 . /
R
-N- ºN
u
-e-
amma innna
las aminas primarias se oxidan en
el organismo debido a las mono-
amino oxidasa (MAO). La MAO
transforma la amina en una imi-
na. que se hidroliza y da lugar a
un aldehido y amoniaco. Una fui>-
ción de la MAO es regular los ni-
veles de los neurotransmisores
serotonina y norepinefrina. Los
inhibidores de la monoam1no oxi-
dasa previenen la oxidación (y la
inactivación) de estos neurotrans-
misores, por lo que son antide-
presivos. Los inhibidores de la
MAO han sido los primeros anti-
~ ¡lepresivos. pero su uso es muy li-
mitado ya que tienen muchos
efectos seamdanos.
D:?
~
1 ;)
HO CH2CH2NH2
serotonina
OH
1
H~CH2CH2NH2
YoH
OH
norepinefrina
1;. 1
-N- -N-OH
1
o-
I + -N-
1
R-N=O R ""'º -N -
'-o-
sald~ JJTIOOIO ludrox1lam111a óxido de amina nitroso mtro
Dependiendo de sus estrucniras específicas. estos escados son generalmenle más oxi-
dados si se va de izquierda a derecha (se puede observar cómo aumenta el número de en-
laces con el oxígeno).
La mayoría de la:. amina.' se oxidan utilizando oxidantes comunes como H20:. per-
manganato y perolliácidos. Las aminas primaria.~ se Ollidan fácilmente. pero se suelen ob-
tener m.:zclas complejas de producms. La secuencia siguiente mues tra el aumento del gra-
do de ox1dac1ón de una amina primaria. según se avanza de izquierda a derecha. [O]
representa un agente oxidante genérico.
H OH
1 [O) 1 (01
R-N=O
101 ""'º R-N-H - R-N-H ---+ - R-N+ "o-
amma prilll:lna h1droxilanuna mtroM> nitro
Las aminas secundarias se oxidan fácilmente a hidroxilaminas pero, con fre·
cuencia, se forman productos colaterales. por lo que los rendimientos suelen ser bajos.
Los mecanismos de Ollidación de las aminas no se conocen bien. en pane debido a que
hay diferentes caminos de reacción (especialmente .:n los que están implicados radica-
les libres).
R
1
R-N-H + Hiüi
amina secundana
R
1
R-N-O H + H20
bidro.Ulamina secundana
/
Las aminas terciarias se oxidan a óxidos de amina, frecuentemente con buen ren-
dimiento. Para esta oxidación se puede utilizar tanto H20i como un peroxiácido. Se pue-
de observar cómo un óxido de amina se representa con una carga positiva en el nitrógeno
y una carga negativa en el Ollígeno. como en los nitroderivados. Como el enlace N-0 del
óxido de amina se forma por la donación de los e lectrones del nitrógeno, este enlace se sue-
le representar con una flecha (N _... 0) en cextos má~ antiguos.
(j¡='
R
1
R-N:
1
R
+ H2°"
(oArC03H)
amina terciana
R
R-~!_o-
1
R
+ H20
CoArCOOH)
óxido de amina terciaria
Debido a la carga positiva del nitrógeno, el óllido de amina puede experimentar una
eliminación de Cope de forma parecida a la eliminación de Hofmann de una sal de amo-
nio cuaternario. El óxido de amina actúa como su propia base a través de un escado de
transición cíclico, por lo que no se necesita una base fuerte. La eliminación de Cope ge-
neralmente da lugar a la misma orientación que la eliminación de Hofmano. dando lugar
aJ alqueno menos sustituido.
l
r-....
.. _ ....
(j¡='
\
:o·-
r· \ +
H N(CH3¡, h i> -
R-C-C-R'
1 1
H H
19.16 Oxidación de aminas. La eliminación de Cope
[
. . o- lt ·o· : \ o•
~ ~(CH3)i
R-C=C-R'
1 1
H H
AO- N(CH3h
R....._ _.....R'
,..,.c=c,
H H
[estado de 1r:ms1ción)
La i:liminación de Cope se produce en condiciones más suaves que la i:liminación
de Hofmann. Es muy útil cuando un aJqueno reactivo o sensible se puede sintetizar a par-
tir de la .:liminación de una amina. Como la eliminación de Cope implica un estado de tran-
s ición cíclico. se produce con estereoquímica sin.
PROBLEMA RESUELTO 19.3
Prediga los productos que se obtendrán cuando el siguiente compuesto reaccione con H20 2 y
se cal ieme:
(""\)~(CH3)z
l_/'CH3
SOLUCIÓN
La o.Udacióo t.r.111Sforma la amina terciaria en óxido de amina. La eliminación de Cope puede
dar lugar a cual!luiera de los dos alquenos. La eliminación menos impedida se supone que será
la que esté favorecida. dando lug:ir al producto de Hofmann.
O<N(CH3)i CH3
r
~ ("VN+(CH3h
l_/'CH3
PROBLEMA 19.21
Q-
H H 1
6 N+- CH3 _ í\._CH3 '-cH V-CH3 3
CH3 CH3 \{
CXN - o-.-.. H) <;/
Á'-H
m1nontano
+ (CH3)iN- OH
O=
mayomano
+ (CH3hN- OH
Diga que productos se .:spera obiener cuando se traten las siguiemes aminas terciarias con un pc-
rox1ácido y se calienten:
(a) N N-Oimcnl-2-hexanamina
(b) N N-Oietil-2-hexanarmna
(e) ciclohexildimelilamina
(d) N...:ulp1pendina
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868 Capitulo 19: Aminas
PROBLEMA 19.22
Cuando el isómero (R R) de la amina. representada en la parte inferior. se ir:ua con un exceso de yoduro de metilo. a continuación óxi-
do de plata y, por último. se calienta. el producm mayoritario .:sel producto de Hofmann.
(a) Represente la estructura del producto mayoritario (de Hofmann).
(h) También se forma algo de producto de Sayrzeff. con la configumción (E). Cuando se trata la misma amina con MCPBA y se ca-
lienta. d producto de Saytzeff tiene configumción (Z). Explique estas observaciones a partir de las represemac1ones estereoquímicas
de los estados de transición.
C\'h\ . de /c e, +
(CH3)iN" H " /
w¡c-c\"cH
3
-¡.ceiP c"'\ot
l~,ei>-'&·P~
~
H, = / CH(CH3}? ( ~)
H3C (E) CH3
~ (2) C.-.Jor H3C CH(CH3h H, /CH3 ( ~) /c=c, +
H1C (Z) CH(CH3)i
.;:~~.;~1o·~~··'',"l;.'.").1,;..o..'1¡~·~T~''"-lf:"<~::::'i:•,.;. .. ,~~¡Z~.c .. ,,,; q;.~:::·:o.,a!.\·.-.~ .::~..;.O,.ij';;.."""" '"-t ~.-"-< ·"' - · -'":. ·..;,.~~- - !~ -"·!":t-~·~t:.;.;:, ~-.:,'::z.¡.-:-:.-~>l.;!:ii.'~ • -~
19.17 Las reacciones de aminas con ácido nirroso (H-0-N=O) son muy útiles en síntesis.
Como el ácido nirroso es inestable, generalmente se prepara in siru (en la mezcla de reac-
ción) mezclando nirrito de sodio (NaNOi.) con ácido clorhídrico diluido en frío. Reacciones
de aminas con
ácido nitroso Na+ -=~-N=o:: + H+c¡-
nitrito de sodio
H-O-N=o:: + Na+c1-
ácido niiroso
En una solución ácida. el ácido nitroso se puede protonar y perder agua para dar lu-
gar al ión nirrosonio. "'N=O. El ión nitrosonio parece ser el intermedio reactivo de la
mayoría de las reacciones de las aminas con el ácido nirroso.
H
1 + .. •
H-O-N=O: .. -.../ .
ácido nitroSO protonado
-~
H-~-N=O.: + H+
ácido nitroSO
[
+ .
H20 + :N=O.: +--+
ión nitroso
: N==O~ -
Reacción con aminas primarias: formación de sales de diazonio Las aminas pri-
marias reaccionan con ácido nitroso, vía ión nirrosonio, parn fonnar cationes diazonio del
+
tipo R -N == N. Este procedimiento se denomina diazoación de una amina. Las sales
de diazonio son los productos más útiles que se obtienen de las reacciones de las aminas
con ácido nirroso. El mecanismo para la formación de sal de diazonio comienza con un ata-
que nucleofílico al ión nirrosonio para formar una N-nirrosoamina.
Formación de la N-nirrosoamina
N-nirrosoamina
H~
( 1 + .. . H.Ü:
R-N-N=O: ---'-->
1 •
H
¿!--:;>N=o::
R-N'-.H ion
.• . . . +
R-N-N=O: + H30
1 .
H amina primaria nilfOSO
. l
l ¡
f.
. r
_j
:;::r
' .,.:::·
;...:
t r
['--
~
~!'
¡~
r
·~ t
...
~
19.17 Reacciones de aminas con ácido nírroso 869
(continuación)
La rransferencia de un protón (tautomería) del nitrógeno al oxígeno forma un grupo hidroxilo y un segundo enlace N-N.
[ H H~J 1 .. . '" (1 + .. .. R-~-;-N=Q-H +--+ R-N=t"{-QH + H10: ~ H 1 .. ~ R-~-N=o:: + H30'
N-nurosoamina N-nicrosoamina pro<0nada
R-N=N-OH + H. o + .. .. )
segundo "nalce N- N fonnado
La protonación del grupo hidroxilo, seguida de la pérdida de agua, da lugar al catión diazonio.
f'Ho+
•• .. .. 3 ·"' .. + R-N=N-OH R-N=N-OH,
+ ..
R -N==N: + H20: .. ~-
lÓn diazonio
La reacción de diazoación tot.al es:
R-NH2 + NaNO:! + 2HCI
amina pnmaria nitrito de sodio
R-N=N Cl- + H20 + NaCl
sal de diazonio
Las sales de alcanodiazonio son inestables: se descomponen y se obtiene nirrógeno
y carbocationes.
+
R-N=N:
catión alcanodiazonio
---> R+ + :N =:N:
carbocatión nitrógeno
La fuerza impulsora para esta reacción es la fonnación de N2, una molécula excepcional-
mente estable. Los carbocatíones que se generan de est.a manera reaccionan de la misma
forma que los que se han visto con anterioridad, es decir. a) mediante ataques nucleofili-
cos par.i dar productos de sustitución, b) medjante pérdida de un protón para dar lugar a
un producto de eliminación y c) por reordenamiento. Debido a estas diferentes formas
competitivas de reacción, las sales de alcanodiazonio generalmentese descomponen para
dar lugar a mezclas complejas de productos, por este motivo, la diazoación de alquilami-
nas primarias no es muy utlizada en síntesis.
Sin embargo, las sales de arenodiazonio (formadas a partir de arilaminas) son rela-
tivamente estables y se utilizan como intermedios en varias reacciones sintéticas impor-
tantes. &tas reacciones se estudiarán en la Sección 19 .18.
Reacción con aminas secundarias: formación de N-nitrosoaminas Las aminas
secundarias reaccionan coa el ión nirrosonio para formar N-nitrosoaminas secundarias,
también conocidas como nirrosaminas.
,---
H~
(1 + .. . (i,Q:
R-N-N=O: ---'--> ! .
R
~++N"=o·: N' .
R- '-R ión
R-N-N=o·: + H3o+ 1 .
R amina secundaria nitrosonio
N-mirosoamina secundaria
Las N-nitrosoaminas secundarias son estables en estas condiciones de reacción ya que
no tienen el protón del grupo N- H que se necesita para que se dé tautomería (tal como
se ha mostrado anterionnente para el caso de una amina primaria) para fonnar un ión dia-
zonio. La N-rúrrosoamina secundaria generalmente se separa de la mezcla de reacción
como un líquido oleoso.
Con ammales de laboratorio se ha comprobado que pequeñas cantidades de N-nitro-
soaminas pueden producir cáncer. por lo que preocupa el hecho de uúEzar rnrrito de sodio
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J.
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870 Capi1ulo 19: Aminas
19.18
Reacciones
de las sales
de diazonio
.aromáticas
en la conservación de pro<luclos cárnicos como el 1ocino. el jamón y las salchichas. Cuan-
do la carne se calienta. el nitrito de sodio se combina con el ácido del estómago y se forma
ácido rn1roso. 4ue puede tr.111Sformar las aminas de los alimentos en N-nicrosoaminas. Como
los nitritos se encuentran, de forma narural. en muchos otros alimentos. no eslá claro el
riesgo que supone la uúlización de nitrito de sodio en la conservación de la carne. La ma-
yor parte de la invesngación que ~e realiza en esta área está dirigida a evaluar el riesgo.
La reacción má.s úúl de las aminas con ácido nitroso es la reacción de las arilaminas
para fommr sales de an:nodiazonio. Más tarde se esrudiará cómo estas sales de diazonio
se pueden uiilizar como intermedios s inté1icos.
PROBLEMA 19.23
Prediga los productos que se obiendrán a partir de las reacciones de las siguiemes aminas con ni-
1mo de sodio en HCI diluido:
(al c1clohexanamina (b) N-etil-2-hexamunina (e) piperidina (d) andina
Al conirario que las sales de alcanodiazonio. las sales de arenodiazonio son rel:nivamen-
te estables en soluciones acuosas. enue O y LOºC. Por encima de estas tempernturas se
descomponen. y pueden explotar s1 se aíslan y se calientan en seco. El grupo diazomo
+
(-N == N) se puede sustituir por diferentes grupos funcionales. mcluyendo - H, -0 H.
-CN, y halógenos.
Las sales de arenodiazonio se forman por la diazoación de una amina aromática pri-
maria. L.1s aminas aromáticas primarias se suelen preparar por nitración de un anillo aro-
máúco seguida de la reducción del grupo nitro hasta un grupo amino ( - NHi). Si después
esta arnma se somele a diazoación, para convertirla en la sal de diazomo, esta posición aro-
mática está activada para ser !f'.111Sfonnada en una gran variedad de grupos funcionales; por
ejemplo. el tolueno se puede tr-J11Sfonnar .:n una amplia gama de derivados sustituidos a
partir del siguiente procedimiento:
N
NO, NH, ~+ o- X
~~~ "'~"º ~~~ vanos reacuvos ~ H~04 12) OH
CH3 CH3 CH3 CH3
STTC-li"QFN('l A
PARA RESOLVER PROBLEMAS
Estas reacciones de las .ales de
diazonio '°" muy utiles a la hora
de resolver problemas de smtes1s
de compuestos aromáticos.
CH3
El siguiente diagrama de flujo representa algunos de los grupos funcionales que se
pueden introducir vía sales de arenodiazonio:
Productos
H30+
Ar-OH fenoles
CuCl(Br> - Ar-CI (Sr) haluros de anlo
CuCN
Ar-C=N benzonitrilos + ~ l
Ar-N=N HBF,¡KI)
Ar-F (1) haluros de anlo -
H3~ Ar-H ( desammación)
H-Ar' Ar-N=N-Ar' azo color.mtes
Sustitución del grupo diazonio por el grupo hidroxilo: hidrólisis L.l hidróli-
s is se produce cuando una solución de una sal de arenodiazonio se acidifica fuertemente
(gener.ilmente añadiendo H2S04) y se calienta. El grupo hidro.xilo del agua sustiruye al
grupo N-t, dando lugar a un fenol. Esta síntesis de fenoles es muy útil en el laboratorio
1
f\
~
t:'
.-1
19 .18 Reacciones de las sales de diazonio aromáticas
ya que (a diferencia de la susútución nucleoftlica aromática) no requiere sustiruyentes sus-
uactores de elecuones fuertes, o bases y nucleófilos fuertes.
+
~ Ar-N=N CI-
H2SO.,calor
H10
Ar-OH+ N1f +_ H+
Ejemplo
&C-CH;
11 o
(!) NaN02. HO
t2l H~o •• H20. calor r&C-CH;
(75%) 11
o
Sustitución del grupo diazonio por cloro, bromo o cianuro: reacción de Sand-
meyer Las sales de cobre (l) tienen una afinidad especial por las sales de diazonio. El
cloruro. el bromuro o el cianuro de cobre (1) reaccionan con las sales de arenodiazonio para
dar lugar a cloruros. bromuros o cianuros de arilo. Coa frecuencia se necesita calentar la
mezcla de reacción para que estas reacciones sean completas. La uúüzación de sales de
cobre 10 para reemplazar a los grupos arenodiazonio se denomina reacción de Sandme-
yer. La reacción de Sandmeyer. cuando se utiliza cianuro de cobre (D. es un bue n méto-
do para añadir otro susrituyente carbonado a un an.illo aromáúco.
Reacción de Sandmeyer
+ CuX
Ar-X + N1 T ~ Ar-N=N c1- (X= O. Br. C=Nl
Ejemplos
,
:NH? CI ro (lJ NaNO¡, HO 00 (2)CuCI
(75%)
&CH; Br CI) NaNO¡. HO ©'CH;
(2)CuBr
(90%)
:NH? CN
~ ( I ) NaNO¡, HO ~ (2) CuCN
N~ N~
(70%1
Sustitución del grupo diazonio por fluoruro y yoduro Cuando se trata una sal de
arenodiazonio con ácido teuafluorobórico (HBF4), precipita el teuafluoroborato de are-
nodiazonio. Si esta sal precipitada se filua y, a conúnuación. se calienta, se descompone
y se obtiene el tluoruro de arilo. A pesar de que esta reacción requiere el aislamiento y
calentamiento <le una sal de diazonio potencialmente e.xplos iva. se puede realizar con
r.
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872 Capítulo 19: Aminas
seguridad si se hace con cuidado y con el equipo apropiado. Para obtene r tluoruros de
arilo hay muy pocos métodos alternativos.
+
(F Ar- N=N
- HBFJ + - c:tlor j CI ~ Ar-N= N BF4 - Ar-F + N1 + BF3
ietrníluorobora10 Je diazonio
Ejemplo N 111
:NH~ 6-BF, ~ 6 © (! ) NaNO~. HO !50%) ('.!) HBF,
Los yoduros de anlo se obtienen tratando sales de arenodiazomo con yoduro de po-
tasio. É:.te es uno de los mejores métodos para obtener derivados de yodobenceno.
+ KJ (F Ar-N:::=N Cl- ·~ Ar-! + N'.? j
Ejemplo
~
o
(1) NaNO¡, HO
(2) KJ
1
~ o (75%)
Reducción del grupo diazonio a hidrógeno: desaminación de anilinas El
ácido hipofosforoso (H3P0;) reacciona con las sales de arenodiazonio. reemplazando el
grupo diazomo por hidrógeno. Se trata de una reducción del ión arenodiazonio.
c:F
+ Ar- N:::=N CI- H3PO¡
Ejemplo
~COOH
CH3CH2
(1) NaNO¡, HCI
(2) H3PO¡
Ar-H + N'.? l
/
~COOH (70%)
CH3CH2
Esta reacción a veces se util iza para eliminar un grupo amino que fue añadido para
activar el anillo. El Problema resuelto 19.4 indica cómo se podría utilizar esta técnica.
PROBLEMA RESUELTO 19.4
Explique como transfonnaria. con buen rendim1cn10. tolueno en 3.5-dibromotolueno.
SOLUCIÓN
Por bromación directa del tolueno no se puede obtener 3,5-dibromoiolueno. ya que el grupo metilo activa las pos1c1oncs orro y para.
~
CH3
tolucno *
Br ~Br productosde
pero -.. Q + monosu~nt~c1ón
y 1nsusutuc1on
Br Br Br
CH3 CH3
"Brs~· . :Bi-7
2 Br-:? """"' :,;
~ ~ ~
~ - . "
V '"" •
J-~ CH3 ,,, .:..
3,5-<libromomlueno (no~ forma) mezcla de productos orro y para bromados
~
'-
-
19. 18 Reacciones de las sales de diawaio aromáiicas 873
Sin embargo. si se parte de p-toluidina (p-metilanilina), el grupo amino fuertemente activame dirige la bromación hacia la posición
orro. Al remover el grupo amino (dcsaminución) se obnene el producto deseado.
NO,
~ B<*Bc ~~~ (1) F<:, HCI ~ o (1) NaNO,, HCl (2) OH (2) H3P02
CH3 CH3 CH3 CH3
p-mlwdina
Sales de diazonio como electrófilos: acoplamiento diazo Los iones areno-
diazonio actúan como dectrófilos débiles en las sustituciones eiectrolilicas aromáti-
cas. Los productos tienen la estructura Ar-N= N-Ar. conteniendo la unión azo
- N = N - ; por este motivo, a los productos se les denomina azocompuestos y a la
reacción acoplamie nto diazo. Las sales de cliazonio, al ser electrófilos débiles. sólo
reaccionan con anillos fuertemente activados (como los derivados de la anilina y del
fenol).
c:F Ar-Ñ=N + H-Ar'
ión diazonio (activado)
Ejemplo
Ar-N=N- Ar' + H+
azocompuesm
o
H
"'*"' CH3 desam111ado
º-0-· _ -~ o N=N:
O 11 CI 11-0-.. ··-©-·· -o-S N=N N(CH3n ~ + HCI + ©-W(CH3}i o
:maran jado de metilo ( indicador)
PROBLEMA 19.24
Proponga un mecamsmo para la síntesis del naranja de metilo.
Los azocompuestos tienen dos anillos aromáticos sustituidos en conjugación con un
grupo azo, que es un cromóforo fuerte, por lo ianto, la mayoría de los azocompuestos son
coloreados y se utilizan como colorantes para tintes, conocidos como azocoloranres. A
·continuación se representa la síntesis, vía acopiamiento diazo, de algunos de los coloran-
tes más comunes.
o-
0,N-©-b, ~
HO
o,•-@-•~·-s
•roJO par:1Jt
~N-©-Ñ=N: Q-o-
coo-
~N-©-N=N~OH
coo-
amnnllo de alizarina
: .
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874 Capítulo 19: Aminas
El acoplamiento diazo se suele llevar a cabo en soluciones básicas, ya que la despro-
conación de los grupos fenólicos -OH. de los grupos sulfónicos y de los grupos carbox.i-
lo ayuda a activar los anillos aromáticos par.i. una sustimción elecuofílica aromática. Muchos
de los colorantes azo tienen uno o más grupos sulfonato ( - $03) o carbox.ilato ( - COO)
en la molécula. lo q ue hace que sean solubles en agua y ayuden a fijar el colorante en las s u-
perticies polares de las fibras rexriles más comunes, como el algodón y la lana.
PRO BLE MA 19.25
Explique cómo 1ransfonnarfa anilina en los siguiemes compuestos:
(a) tluorobenceno (b) clorob<:nceno (el 1.3.5-trimetilbenceno
(d) bromooonceno (el yotlobenceno 11) oonzorutrilo
(g) fenol (h) @-N=N90H (uulicc anilina y resocinol)
HO
ljf:J.11!~1WI Reacciones de las aminas
1. Reacción como base protonada (S~ción 19.5)
H
/
H
1
R-N: + H-X <=== R-N:t_H x-
' H
base
1
H
ácido protonado sal de amomo
2. Reacciones con ceionas y aldehídos (Secciones 18. l 6 y 18.17)
["º L.l o 11 H+ '-. / /e, + Y-NH2 ~ /e,
R R' R R'
ce tona carbinolamina
o aldehído
y
./ .N
H~ 11
~ /e,
R R'
derivado
Y= H o alquilo da lugar a una inúna (base de Sch.ift)
Y=OH da lugar a una o~ima
Y=NHR da lugar a una hidrazooa
3. Alquilación (Sección 19.12)
+ H20
R-NH2 + R'-CH1 -Br
..
·R-NH2-CH2-R' - er
amma haluro pnmano sal de amina alquilada
(Suele ser frccuenle la >Obre:dqu1lac1óo.)
Ejemplos
CH3-CH2-CH2-NH2 + 3 CH3-I
exceso de NH3 + CH3CH2CH2CH2CH2- Br
4. Acilación para formar amidas (Sección 19.13)
o
NaHC03 • -
~ CH3-CH2-CH2-N(CH3)J 1
----+ CH3CH2CH2CH2CH2- NH2
o
.. 11 pindina n ..
R'-NH2 + R-C-Cl - R-C-NH-R'
amona cloruro de ácido amida
I
\...
Ejemplo o
11 pitidina
H1N-Ph + CH3-C-Cl
anilina cloruro de acetilo
19 .18 Reacciones de las sales de diazonio aromáticas
o
11
CH3-C-NH-Ph.
acemnilida
5. Reacción con cloruro de sulfonilo par.i dar lugar a s ulfonamidas (Sección 19.14)
Ejemplo
--- o
.. '. 11
R-NH, + Cl-S-R'
amona - 11
o
cloruro de sulfoo1lo
o
11
---
o
.. 11
R-NH-S-R' + HCI
11
o
sulfonamida
CH3(CH:¡)3-NH2 + CI-S-Ph --.
l-bu1anamma 11
o
11
CH3(CH2)JNH-S-Ph + HCI
11 o o
cloruro de
bcncenosuUonilo
N-buld bcncenosulfonam1da
6. Eliminaciones de Hofmann y Cope
(a) Eliminací611 de Hofmann (Sección 19.15)
Conversión a hidróxido de amonio cuaternario:
.. 3CH3l
R-CH2-CH2-NH2 ___._..
..
R-CH2-CH2-N(CH3)J - 1
AgzO R-CH2-CH2-N(CH3)J -OH
Eliminación: ,...
HO- H H
,, 1
calor
H-O-H R H
'c=c/ R-C-C-H -+
1 " H '"N(CH3)J
H / '-.H
:N(CH3))
La eliminación de Hofmann generalmeme da lugar al alqueno menos sutiruido.
Ejemplo
1 ' 1 • 150"C
CH3-CH-CH,-CH3 ----+
1 - CH3-CH=CH-CH3 + H1C=CH-CH2-CH3
(produc10 de Saytzeff) (producto de Hofmann) '"N(CH3)3 -OH
(5%) (95%)
(b) Elimmaci6n de Cope de un 6xido de amina terciario (Sección 19.16)
H :N(CH3)i
1 1
R-C-C-R'
1 1
pcr:ícodo
~
H H
(-º,+
H N(CH3)i
'~ q R-C-C-R'
1 1
H H
c:llor --
Ll eliminación de Cope mmbién da lugar al alqueno menos s usti1Uido.
7. Oxidación (Sección 19.16)
(a) Aminas secundarias
R2N-H + H20i
amina secundaria
(b) Aminas terciarias
R:Ji~: + H10:!
amina terciana (o ArCÜ]H)
R2N-OH +
hidroxiamina sccundana
H10
-> R3NLo- + H10
óxido de amina 1erc1ana {o AICOOH)
..
HO-N(CH3)i
R R'
'c=c/
H/ '-H
875
''
1
1
' 1
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I• :.1
J'
. :
1 l
i
1 1
1'
876 Capitulo 19: Aminas
8. Diazoación (Sección 19.17)
R-NH2
alqu1lamma primana
Ar-NH2
anlamma primaria
NaN02, HCI
NaN02. HCI
(al Reuccwnes Je sales dtt Jiaw1110 (Seccion 19.18)
(1) Hidrolis1s .
Ar-N=:N: Cl-
Ejemplo
H2so ... calor
H20
.¡.
R-N=N: c¡-
sal de :ilcanodiazonio
Ar-Ñ:=N: Cl-
s:il de arenodiazomo
Ar-OH + N1j -r HCJ
Ph-Ñ=:N: Cl-
cloruro de
bencenodiazonio
H2S~. calor
H10
Ph-Oli + N1i + HCJ
fenol
Cu X
(U) Reacción de Sandmeyer
Ar-N=:N: CI
X=Cl.Br.c:=N Ar-X + Nii
Ejemplos ..
Ph-N=:N: c¡-
cloruro de bencenodiazor110
r?\YN{Cl-
C>¡N)..8)
CuCI - Ph-CI + N1i
clorobcnceno
CuCN r?\YC:=N + No i
C>¡N)..8) -
cloruro de p-nitrobencenodiazo1110 p·nurobenzonitrilo
(lll) Sustitución por íluoruro o yoduro
..
Ar-N =: N: CI-
HBF, - Ar-N=:N: BF4 - calor ---+ Ar - F + Ni j + BF3
.¡.
Ar-N=:N: a -
Kl - Ar-1 + N1 j + KCI
Ejemplo ©r§(Nto-
Kl - ©r§rl
2·yodo-naftaleno
(IV) Reducción a hidrógeno
+ H¡~
Ar-N=:N: c1- -----+ Ar-H + N2 j
Ejemplo
rAfNH,
CH3CHtl8J -
p-<!n lanilina
(1) NaN~. HCI
('.?lH¡~ CH,CH,M"
eulbenccno
.~ H
/
19.19 Síntesis d~ aminas 877
(V) Acoplamiemo diazo
+
Ar-N=:N: + H-Ar'
ión diazo1110 (acuvado)
Ejemplo
o
--. Ar-N=N-Ar' + H+
:izocompuesto
o 11-0... !()\-·· -o-ri~N=:N: + ~N(CH3n
o
11-0 ·· ··_!()\·· -o-ri ~N=N~N(CH¡):¡
O + HCI
Existen muchos métodos para la obtención de :iminas. La mayoría de estos métodos se de-
rivan de las reacciones de las :iminas. estudiadas en las secciones anteriores. El procedi-
miento de síntesis de aminas más común consiste en añadir un grupo alquilo al amoniaco
o a una amina. Con este proceso se lransfonna el amoniaco en una amina primaria o una
amina primaria en una amina secundaria. o bien una amina secundaria en una amina ter-
ciaria.
:NH3
amoníaco
--:+ R-NH1
amina primana
" ..
/
N-H - '-. .. N-R /
am ina primaria o secundaria amina secundana o terciaria
La técnica más generalizada es la ami nación reductora. capaz de añadir un grupo al-
quilo primario o secundario a una amina. En la acilación reducuva, vía amidas. sólo se pue-
de añadir un grupo alquilo primario y (de la misma fonna que en la arninación reductora.
vía iminas) se puede formar una amina con uno, dos o tres sustituyemes alquilo. Por últi-
mo, se verán algunas síntesis especializadas que están linútadas a la obtención de aminas
primarias.
19.19A Aminación reductiva
La aminación reductiva es el método más generalizado de síntesisde aminas. Primero se
forma un denvado de im ina o de oxima. utilizando una cetona o un ald~hído y, a comi-
nuación, se reduce la imina u ox.ima a amina. La amin:ición reducnva pennite obtener una
amina primana. secundaria o terciaria. dependiendo de si se pane de amoniaco, de una ami-
na primaria o de una :imina secundaria, respectivamente.
'-. ..
N-H
/
o
11
( l )R-C-R'
(2) reducc10n
H
'-. .. 1
N-C-R
/ 1
R'
Aminas p rim a rias Las aminas primarias se obtienen a partir de la condensación de
h1droxilamma (sin grupos alquilo) con una cetona o un aldehído. seguida de la reducción
1<
narnnp de meulo
(indicador)
19.19
Síntesis
de aminas
~::..~
r::~
(
(J
o
(J
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I,._! .
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878 Capítulo 19: Aminas
de la oxima. Se uliliza hidroxilamina. en lugar de amoniaco, ya que la mayoría de las
oximas son estables. compuestos fácilmente aislables. La oxima se reduce mediante
hidrogenación catalítica, o bien con hidruro de aluminio y litio, o con zinc y HCI.
o
11
R-C-R'
cetona o aldehído
H1N-OH
- -H-,-
N-OH
11
R-C-R'
oxima
reducción
Nilo
1 •
R-CH-R'
amina pnmana
Ejemplos
o
11
CH3CH2CH2 -C-CH3
2-pent:inooa
H1N-OH __ H_+_
N-OH
11
CH3CH2CH2 -C-CH3
2·pcntanooa oxima
H,
.....::...
Ni
N8,
1 .
CH3CH2CH2-C-CH3
2-pem:inamma
o N-OH NH,
©--1 -©--~-H H2N- OH ©--11 . (1) LiAIH. H'" C-H (2) H20 CH2
benzaldehído bcnzaldehído ollima bcnc1lamina
Aminas secundarias La condensación de una cetona o un aldehído con una amina
primaria da lugar a una imina N-sustituida (base de Schiff). La reducción de la imina da
lugar a una amina secundaria.
r:::ir
o
11
R-C-R'
cetooa o al.dehído
amina primaria
R· -NH2 __ H_+ __
N-R"
11
R-C-R'
imina N-susti ru1da
N-Ph
reducción
NHR"
1
R-CH-R'
:mllna secundaria
/ Ejemplo
o
11
CH3-C-CH3
Ph - NH2
tt+
11
CH3-C-CH3
(1) LIAIH,
(2)~
NHPh
1
CH3-CH-CH3
femlisopropi lamina
(75%)
acelOOa
Aminas terciarias La condensación de una cetona o un aldehído con una amina se-
cundaria da lugar a una sal de iminio. Las sales de iminio suelen ser inestables, por lo que
es difícil aislarlas. Un agente reductor en la solución reduce la sal de iminio a amina 1er-
ciaria. El agente reductor ha de ser capaz de reducir la sal de iminio, pero no tiene que re-
ducir al grupo carbonilo de la cetona o el aldehído. En esta reducción es muy adecuado el
uso del macetox1borohidruro de sodio (Na(CH3COO),B H o Na(AcO)JBH), ya que es
menos reactivo que e l borohidruro de sodio y no reduce al grupo carbonilo. Para estas re-
ducciones de sales de iminio, el triacetoxiborohidruro de sodio prácticamente ha sustitui-
do al reactivo que se utilizaba tradicionalmente, el c ianoborohidruro de sodio (NaBH3CN),
ya que es más tóxico y no es tan efectivo.
o amina :;ccundana [ R - N- R J R-N-R
11 R-NH-R 11 Na(CH3COO)]BH 1
r:::ir R'-C-R" H+ R'-C-R" CH3COOH R'-CH-R"
cctooa o aldehído sal de irnuuo amina terciaria
\....
1
l
19.19 Síntesis de aminas 879
Ejemplo
[
H
3
C CH1 "-+ / HJC, CH3 .... .. /
ó HNICH¡J:? --H-,.-
N
ó Na(CH1COO)¡Bll CH3COOH 6 (85%)
c1clohex:inooa sal de 1m1mo N ,N-dirnetilc1clohex1lamma
PROBLEMA RESUELTO 19.5
Explique cómo smteuzaría las sigu1en1CS aminas a parnr de las suscancias de partida que se m·
di can.
(a) N-ciclopeocilanilina a partir de arulina. (b) N-eulpirrolidina a parur de pirrolidioa.
SOLUCIÓN
(a) Para esta síntesis se requiere añadir un grupo ciclopentilo a la :inilina (primaria), para ob-
tener una amina secundaria. El compuesto carbomlo es la c1clopencanona.
H
Ph-~-H + o=(J
anilina ciclopentanona
H+
~ Ph-N=(J
H
~
Ni Ph-¿-0
(b) Para .:sta símesis se requiere añadir un grupo eulo a una amiaa secundaria. para obtener
una amina terciaria. El ace131dehído es el compuesto carbonílico. La ob!ención de una ami-
na terciaria por aminación reductiva requiere la fonnación de una sal de iminio, la cual se
reduce con Na(AcO):¡BH. '
' O ~ H ] C.. / H'" e• / Na(CH3C00)3BH N-H + CH,-C...._ +===t N-C...._
H CH,
pim>lidina :>ccfJlldehfdo
H
C .. I N- T-H
CH,
PROBLEMA 19.26
Explique cómo sintetizarla las siguientes aminas, a pamr de las sustancias in1c1ales que se indi-
can, por aminación reducliva.
(a) Bencilmetilamina a partir de benzaldehído.
:NH2 O
1 11
(b) Ph-CH2-CH-CH3 a partir de Ph-CH2-C-CH3
( :!: )-anfetamina 1-fenil-2-propanona
(e) N-bencilpiperidina a partir de p1peridina.
(d) N-ciclohexilanilina a partir de ciclohexanona.
(e) Ciclohellilamma a parnr de c1clohexanona.
O -O a partir de compuestos que no comcng:in más (r) N de cinco :ítomos de carbono.
19.198 Acilación-reducción
Otra forma de sintetizar aminas se realiza mediante la secuencia: acilación-reducción.
Igual que en la aminación reductiva. en la acilación-reducción se añade un grupo alquilo al
átomo de ni trógeno de la amina de panida. La acilac ión de la amina de partida mediante un
cloruro de ácido da lugar a una amida, que no tiene tendencia a poliacilarse (Sección 19. J 3) .
..
SUGERRNClA
PARA RESOLVER PROBLEMAS
La aminaclón reductiva es la
síntesis de amin~ más útil: allade
un grupo alquilo primario o
secundario a l nitrógeno.
Se utiliza un aldehído para
alladir un grupo primano y una
cetona para añadir un grupo
secundario.
H
1
Y-N-H
H'l:> = O
R .. /
Y-N=C
" R
[Na(Ac0),11. H pora ol>tencrl Lu\JH,
amm-'S ccrcumasJ
H H
1 1
Y-N-C-R .. 1
R
::unoniaco -- :unma pnmaria
'1DllD8 pnmuna -- amina .sccundana
.un.in.a sccundana - - amma terciana
"T- •. ,
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880 C.1pí1ulo 19: Armnas
r:¡¡=
Aminas pnmarias
o
La reducción <le la amida con h1druro <le aluminio y lilio (LiAIH4) da lugar a la amina co-
rrespon<liemc.
o
\1 at..11ac1ón
R-NH, + Cl-C-R' --. -
- pmdma
amina doruro de .íc1do 0 NaOH
o
.. 11
R-NH-C-R'
am1<Ja
reducción
(1) LiAIH,
\2)H~O
R-NH- CH2-R'
amina Jlqu1lada
La acilación-reducción tr.insforrna ..:! amoruaco en una amina primana. una amina pri-
maria en una amina secundana y una amina secundana en una amina terciaria. Estas
re:1cc1ones son ba:stante generales. con una restricción: el grupo alquilo que se añade siem-
pre es prirnano. ya que el carbono enlazado al nitrógeno se debe al grupo carbomlo <le la
amida. que se reduce a grupo meuleno ( -CH2 - ).
o
11 ..
r:¡¡=
11
R-C-Cl
cloruro de ácido
+ NH3
amoniaco
R-C-NH2
anuda pnmana
11) LIAIH4
\2) HoO
R-CH2-NH2
a.mina primaria
Ejemplo
CH3 O
1 11 ..
CH3-CH-CH2-C- Cl + NH3
cloruro. de 3-metilbutanoílo
Aminas secwUÚUÚJs
o
11
r:¡¡= R-C- Cl + R' -NH1
cloruro de ác1do amina pnmana
Ejemplo
o
11
CH3CH2CH2-C-Cl
cloruro de butaooilo
Anuna.s rerciarUJS
r:¡¡=
Ejemplo
o
11
R-C-Cl
cloruro de ácido
O~ / Cl
~e
+ ~
amlinu
R1NH
amma
secundan a
© + H-N(CH2CH3h
cloruro de diel1lanuna
benzoílo
CH3 O
1 11 . .
CH3-CH-CH2-C- NH1
(1) LiAIH4
(2) H20
3-meulbutanamida CH3
1 ..
CH3-CH-CH2-CH2-NH2
3-mcnl-butanamina
o
11 ..
--- R-C-NH-R'
(1 ) LiAlH.
('.?)H20
R- CH2-NH-R'
amida
N-~usutuida
amina
secundan a
CH,CH,CH,-~6
(ll LiAIH,
(2lH20
CH,CH,CH,-CH, 6
N-bunlaoilina N-fcnilbu1anam1da
o
11 ..
R-C-NR1
amida
N .N-disusmwda
(CH3CH'.?.l1N'- # O
¿
N JV-dicnlbt:nt.:umda
( 1) LIAIH.
12)H20
¡ l) L1AJH,
¡2) H10
R-CH2-NR1
amina terciana
(CH3CH.yzN'-
¿;
N JV-dieulb.!ncilamma
/
.,
'-
1
1
.l
PROBLEMA RESUELTO 19.6
E.xpli4ue cómo sinte1izaria N-eLil-pirrolidina a panir de pirrolidina. mediante acilación-.reducción.
SOLUCIÓN
En esta símesis se requiere añadir un grupo culo a la pirrolidina..para obtener una anuna tel'Clana.
El cloruro de ácido que se necesita en este caso será cloruro de .u:eulo (cloruro de et.ano1lo ). Ll
reducción de la :unida da lugar a N-e11lp1rrolidina.
o o
C.. # p1nuina c.. 11 (ll Lu\IH 1 N-H - CH3- C'- - N-C-CH1 \:!) H20
Cl
ptrrohdma cloruro de accl1lo
H
C .. I N- T- H
CH3
Compare esta s1mes1s con la del Problema resuello 19 .5(bl para observar cómo la amrnac1on re-
ducuva y la ac1lac1ón-reducc1ón pueden conduCU' al mismo resultado.
PROBLEMA 19.27
Explique cómo smtetizaria las siguientes :umnas a panir de las sustancias de panida que se indi-
can. mediante ac1lación-reducción.
(a) N-propilpiperidina a parur de piperidina. (b l N-bencilanilina a panir de anilina.
19.19C Síntesis limitada a aminas primarias
Las aminas pnmarias son la clase más común de la;; aminas y tambit!n se necesitan como
sustancias de partida para la síntesis de aminas secundanas y terciarias. Se han desarro-
llado muchos métodos para obtener aminas pnmarias, desde la simple alqu1lación del
amoniaco hasta sintesis complicadas en varios pasos. A continuación se ~ludiarán algu-
nas de las síntesis más comunes.
Alquilación d irecta y s íntesis de Gabriel La reacción SN2 de aminas con haluros
de alquilo es complicada. debido a la tendencia a la polialquilac1ón para dar lugar a una
mezcla de productos monoalquilados y polialquilados (Sección 19 .12). Sin embargo. las
aminas primarias simples se pueden sintetizar añadiendo un gran exceso de amoniaco a un
haluro o tos1lato que es un buen sustrato para una reacción SN2. Al haber un gran e:tccso
de amoniaco presente, la probabilidad de que una molécula de haluro alquile al amonia-
co es mucho mayor que la probabilidad de que la amina se polialquile.
r:¡¡= R-CH2-X + excesoNH3 -- R-CH2-NH2 + N~X
Ejemplo
19. 19 Síntesis de aminas 881
~l J~~~FN<"'l A
PARA RESOLVER PROBLEMAS
Al igual que en la aminacion
reductiva. la aolación-reduwón
•ñade un grupo alquilo • I
nitrogeno; sin embargo, es mas
restrictiva, ya que el grupo
insertado siempre es primario.
X-N-H
1
y
lRJ-a
o
.. 11
X-N-C-R
1
y
l LiAIH,
X- N-CH, -R
~ I -
grupo añadino. pnmano
a..,.,omaco - amina pnmaria
anu.oa primaria - amina secundaria
amma secundaria - amina terciana
CH3CH1CH2CH:?CH2-Br + e:1cesoNH3 ---> CH3CH2CH2CH:?CH2-NH1 + NH4Br
1-bromopentano 1-pemanamina
PR O BLEMA 19.28
E.xpli4ue cómo uuliuna la al4uilac1on directa del amoruaco para sintetizar 1-heplaoamina.
En 1887. Sicgmund Gabriel (en la Universidad de Berlín ) desarrolló la 4ue hoy se deno-
mina síntesis de a minas de Gabriel para obtener aminas pnmarias sm ;ieligro de sobre·
alquilación. Uulizó como precursor nicrogena<lo el anión ftalim1da10. que por su natur:ilt:za
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j
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~ 11 r.·1·
882 Capítulo 19: Aminas
sólo se ¡xxlía alquilar una vez. La ftalimida tiene un protón ácido N-H (pK, = 8.3) que
es abstraído por hidróxido de potasio para dar lugar al anión ftalimidaio.
~N-H l©Li--~' -~-J KOH ---+ H20 o
fl:llimida anión llalim1dato tsiabilizado por resonancia
El anión flalimidato es un nucleófilo fuene. que desplaza a un ión haluro o 1osilato
de un buen sustrato SN2· AJ calentar la N-alquil flalimida con hidrazina. 6ta desplaza a la
amina pnmaria y se forma la ftalhidrazida (muy estable).
(jj=" ©Qo R-x ~o ./ N:- :N-R haluro de alquilo (generalmente pnmarío)
o o
H2N- ~H2
calor
O H
©(( +
O H
R-NH2
anión ftalim1dalo N-alqu1l ftalimi<la ftalhulraz1da amina pnmana
Ejemplo
CH3
1
Br-CH2CH2CHCH3
bromuro de 1sopenn lo
~,, ..
o ~ fH3
~N-CH2CH2CHCH3
o
(anión fto.lirmdato)
N-1SOpenulftalimida
PROBLEMA 19.29
H1N-NH2
hid=Jna
.. fH3
H2N-CH2CH2CHCH3
osopennfamma (95%)
/
Explique cómo se podóa utilizar la síntesis de Gabriel para preparar las siguiemes aminas:
(a) bencilarnina (b) 1-hexanamina (e) ácido -y-aminobotírico
Reducción de azidas y nitrilos De la misma forma que en la síntesis de Gabriel se
utiliza el anión de la ftalimida para obtener una amina primaria, también se pueden utili-
zar otros nucleófilos. Se n~esita un buen nucleófilo que sólo pueda alquilarse una vez y
que se cransforme fácilmente en un grupo amino. Dos buenos nucleófilos para introducir
un átomo de rutrógeno son el ión azida y el ión cianuro. El ión azida introduce y genera,
después de su reducción, un grupo - NH2 • mientras que el 1ón cianuro da lugar a un
grupo -CH2-NH2.
Formación y reducción de azitJas El ión azida CN3) es un nucleófilo excelente que
desplaza grup<>S salientes de haluros de alquilo primanos y secundarios no impedidos, y
1osilatos. Los productos son alquil azidas (RN3), que no tienen tendencia a seguir reac-
cionando. Las azidas se reducen fácilmente a aminas primarias. utilizando LiAJH4 o por
hidrogenación calalítica. Las alquil azidas pueden ser explosivas, por lo que se reducen sin
purificarlas.
(jj=" R - X -r - + Na+ :t'{= N= t'{:
SN2
R- NH2
LlAIH• + - ·· - +
[R-N= N=N: <---+ R-N- N=N:¡ -o H7JPd
haluro o cos1lato
(debe ser pnmario
o secundario)
a2.1<la de sodio alquil azula amona
prunanll
1
1
f
!
k
1
1
l
1 \....
19.19 Símesisde;m;inas 883
E1emplos
~CHCH~N- • -~ 2 2~r · .. =N=!'!: @-cH2CH2-N=N ~: ( 1) LlAIH4
(2)H20 @-cH2CH2- NH2
1-brumo-2-feml...:tano 2-fenil...:ulazida
NaN 1 crBr - 0N3 (ll L1AIH4 (2) H20 0NH1
bromuro de c1clohex1lo c iclohex1lazida ciclohcxtlamma (54%)
El ión azida también reacciona con orros elcctrófilos. El ejemplo siguiente muestra
cómo un ión azida abre un epóxido (el produc10 se puede reducir a un aminoalcohol):
~OH "la" :Ñ=·-.-~ .. N-~:
H
epoxiciclohexano
r+~
~OH
H
NH2 a:H H2 , Pd ___. OH .
H
Formación y reducción de nitrilos De la misma fonna que el ión azida, el ión cianu-
ro \=C=N=) es un buen nucleófilo para las reacciones SN2. Desplx>..a a los grupos sa-
lientes de los haluros y tosilatos primarios y secundarios no impedidos. El producto es
un nitr i to (R-C==N). que no tiene tendencia a ~guir reaccionando. Los nitnlos se re-
ducen a a.minas primarias utilizando hidruro de litio y aluminio o por hidrogenación ca-
talítica.
(jj=" R-X + - :c=N: --+ R-C=:N:
n11rilo
LiAIH,
R-CH2-NH2
amina
(añadido un carbooo)
haluro o tosuaco
(ha Je ser primario o secundario)
Ejemplo
nC:=N:
CH3CH, rH2
(Br
1-bromoprop:¡no
CH3CH2CH2-C=N:
bu1anorumlo
o Hifcatalizador
(1 ) LiAIH4
(2) H~O
CH3CH2CH2-CH2-NH2
l · bucan:unina (70%)
Cuando se añade el grupo ciano (-C:= N) y se reduce. la amina resultante tiene
un átomo de carbono adicional; de hecho. este proceso de susurución-reducción de cianuro
es como añadir un grupo -CH2 -NH2. La síntesis siguiente consiste en la obtención
de 2-fenil-etilamina. la cual se ha llevado a cabo también a través de la azida:
@-cH2 'a; --+
~-:c=N:
@-cH2- CN:
H2
--+
Ni @-cHiCH:NH1
femlace1oru1rilo 2-fenil..:tilarmna
bromuro de benc1lo
En este caso se puede observar cómo la sustancia de panida tiene un átomo de carbono
menos. ya que mediante esta síntesis vía cianuro se añade un átomo de carbono y uno de
nitrógeno.
...
2-fenil-.:1ilamma (89%)
,......
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11
884 Capítulo 19: Aminas
STT~VRlfNf'l t\
PARA RESOLVER PROBLEMAS
Para transformar un haluro de
alquilo (o alcohol, via tos1lato) en
una amina, se forma la azida y se
reduce: para transformarlo en una
amina con un atomo de carbono
adicional, se forma el nitnlo y se
reduce. En cualquier caso, el grupo
alquilo ha de ser apropiado para
un desplazamiento SN2.
En la Sección 18.15 se vio que el ión cianuro se adiciona a las cetonas y aldehídos
para fonnar cianoh1drmas. La reduccióndel grupo -C == N de las cianohidrinas consti-
tuye un método de sintetizar ¡3-hidroxiaminas.
Crº - :c=:N: HCN ~OH \_} ~CN (ll LIAIH4 <~l H10•
OH
CfcH! NH2
c1clopentanona c1anohidnna de la
ciclopemanona
1-( aminomeul)...:1clopentanol
PROBLEMA 19.30
Explique cómo llevana a cabo las siguientes transfonnaciones 'iméticas:
(a) bromuro de benc1lo - benc1lamina
( b ) t-bromo-2-fe01le1ano - 3-feml-propanamrna
(c) ácido pencanoico-. 1-pemanamina
( d) .ic1do pentano1co - 1-hexanamina
(e) (R)-1-bromobutano - (S}-2-butanamina
m (R)-2-bromobuiano -> (S)-2-metil- l-bu1anamrna
(g) 2-hexanona ..... l-amino-2-metil-'2-hexanol
Reducción de nitrocompuestos Los grupos nitro aromáticos y alifáticos se reducen
fácilmente a grupos amino. La fonna más frecuente de llevarlo a cabo es por hidrogena-
ción catalítica o mediante reducción con un metal activo, en medio ácido.
Ejemplos
NOo
1 - Sn . H~O,
(iT'
H1/c:11aliz:idor
R-N~
o metal acuvo y H+
caiali1.ador = Ni. Pd. o Pt
me1al :icuvo = Fe, Zn. o Sn
R-NH2
©C
NOo -
CH3
o-rutrololueno
Ho.Ni
~
~NH,
~-
CH3
o-tolu1dina
(90%)
Hso- +NH
4 1 3
-oH
/
:NH?
1 -
CH3CH2CH2-CH-CH3
2-nitropeniano
CH3CH2CH1- CH- CH3 ---+ CH3CH1CH2- CH-CH3
2-:Jminopeniano (85%)
LI razón mas frecuente por la que se suelen reducir los compuestos aromáticos ni-
trndos es obtener anilinas ~ustituidas. Ll mayor parte de esta química se Jesarrolló en la
industria de colomntes. que utilizaba derivados de la anilina en reacciones de acoplamiento
azo (Sección 19.18) para obtener colorantes de anilina. La nitración de un :unllo aromáti-
co (por sustirución elect.rofílica aromáuca) da lugar a ¡.m compues to nitrado. que se redu-
ce a la amina aromática.
~Ar- H
HNÜ), H,SO,
Ar-NO;
reduce ion
Ar-NH;
Por ejemplo. la nitmc1ón seguida de reducción se utiliza en la síntesis de benzocaí-
na (anes tésico de uso tópico). que se muestra en la página siguiente. Se puede observar
cómo el grupo nitro es estable en las condiciones de las reacciones de oxidación y esteri-
ticación. El paso linal reduce el grupo nirro a la .lll1ina. relanvamente inestable (la cual no
aguantana las condiciones de oxidación).
1 . . . . .
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o
11
o
11
19.19 Síntesis de aminas
CH3
~
1
© HNO¡ H;so:-OILr.U.:lOll
N02
(!) KMnO,, - OH
12) w
ox1d:lC1on
~OH CH,CH~H.W
( vta.i. Sección 11.12)
«!Slenlicac1ón
~=,CH,
o
11
~OCH~H;
N02
PROBLEMA 19.31
N02
Zn. HCI
CH3CH,OH
reducción
o
11
~OCH,CH,
:NH2· HCI
benzoc:una · HCl
NQ,
Explique cómo ob1cndna las aminas Jromá1icas siguientes por niu-ación aromáuc:i. seguida de re-
ducción. Se puede utilizar benceno o tolueno como susmnc= aromaucas de ¡>'Jnida.
(a) andina (b ) p-bromoamlina
(e) m-bromoanilina (d) ácido m-arrunobenzoico
Reordenamiento o transposición de Hofmann de amidas En presencia de una base
fuerte, las amidas primarias reaccionan con cloro o bromo para dar lugar a aminas. con la
pérdida del átomo de carbono carbonílico. Esta reacción. denominada reordenamiento de
Hofmann. se uuliza para sintetizar alquil y :uil3J!1.lnas primarias.
O Reordenamienro de Hofmann
~
11 .. ..
R-C_.::_NH2 + X2 + 4 NaOH - R-NH2 + 2 NaX + N31C03 + 2 H20
amida primaria (X2 = Cl2 o Br2) amma
A pesar de que existen otros métodos para obtener ainmas primarias. la mayoría de ellos
se basan en desplazamientos SN2, que no tienen lugar con grupos alquilo tercianos. El
reordcnamiento de Hofmann puede dar lugar a aminas primarias con grupos alquilo pri-
marios. secundarios, o terciarios, o con arilaminas. Los siguientes ejemplos sugieren la
amplia variedad de aminas que son accesibles mediante el reordenamiento de Hofmann:
Ejemplos o
11 a,. -o H
CH3CH2CH2CH2CH2- C-NH2 - CH3CH2CH2CH2CH2-NH2 H10
hc.anamida l-penianammu (90%)
CH3 O CH3
@-{-~-NH2 ~ @-{-NH2 H20
CH3 CH3
2-me111-2-fcml-propanam1da ~-foml-2-propanamina
o
üiN--©-~-NH2 Sr •. "OH H;o 02N-@-NH2
p-n11robcnz:11111da p-nnroamlina
El mecanismo del reordenamiento de Hofmann es particulannente interesante ya
que en ¿¡ se fonnan algunos intermedios que no se han visto con amen oridad. El pnmer
paso i:ons!Sle en la susmución de uno de los átomos de hidrógeno del nitrógeno por un
halógeno. Este paso es posible ya que los protones N- H de la amida son ligeramente
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885
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886 Capílulo 19: Aminas
ácidos y una base fuene desprotona a una pequeña fracción de las moléculas Je amida. La
amida desprotonada (amida10) es un nucleófilo fuene y ataca al bromo para dar lugar a
N-bromo amida.
Desprotonación de la amida y ataque nucleofílico al bromo.
O f-oH
11 f7H
R-C-N:
' H [
·o· ~] Br-Br
11 .. 1 \...:;
R-C-N(H -. R-C=N(H
O Br
11 /
--+ R-C-N(
H
amida pnmaria .11111da desprotonada N-bromo .unula
Debido a la naturaleza electronegativa del bromo, la N-bromo amida se desprotona más fácilmeme que la amida prima-
ria original. La desprotonación de la N-bromo amida da lugar a otro anión estabilizado por resonancia. El átomo de bromo
de la N-bromo amida desprotonada es un grupo saliente potencial. Sin embargo. para que d bromuro se elimine, el grupo
alquilo (R - ) ha de emigrar hacia el nitrógeno. Éste es el paso del reordenamienco. dando lugar a un isocianato intermedio.
Segunda desprotonación y reordenamiento con pérdida de bromo.
O f-oH ~ .. _ J 11 f7H ~O ;_o:
R-C-N: R-C ..__.. R-C o
' " - l ~~ Br =N-Br '-..._N~r
N-bromo amida N-bromo :muda despro<onada
R-N=C=q: + Br-
isoc1anu10
Los isocianatos reaccionan rápidamente con agua para dar lugar a ácidos carbámicos.
H O .. r:.
R-N=C=O:-->
"-.:.,,OH
~
:o:-
•• 1
R-N=C-OH +---+
·o· J
·· - 11 ('"' R-('!~H-0-H 1 11 R-('!-C-OH +-OH
isocianato
ácrdo carlr.ímico
La descarboxilación del ácido carbámico da lugar a la amina y a dióxido de carbono.
/
o o
.. 11 ~ ,......-::-OH .• 11 '°"
R-NH-C-0-H ___.. R-Nvc-o- R-/-j=-H + O=C=O
~lTf;.F.R.F,N(:l A
PARA RESOLVER PROBU:MAS
El mecanismo de reordenam1ento
de Hofmann es largo y complicado,
pero se puede dividir en las
siguientes partes:
1. Desprotonación y bromac1on
par a dar lugar a la
N-bromoamida y, a continuación,
otra desprotonación.
2. Reordenamiento a 1socianato.
siendo el bromo el grupo
saliente.
3. Ataque del hidroxido al grupo
carbonilo del isocranato.
4. Descarbox1lación del ac1do
carbámico.
. :-::----H_cO-H
R-('!-H
PROBLEMA 19.32
--
R-NH2 +-OH
Proponga un mecarusmo para el siguiente reordenamiento de Hofmann. uuliz:ido para la sintesis
de fentermina. un inhibidor del apeuto.
o- TH3~ CH,-C-C - 1 -NH2
CH3
PROBLEMA 19.33
Br2.-0H
HiO
CH3
1 . 0-' CH~-y-NH2
- CH3
femennma
Cuando la (R)-2-meulbuUlllamida reacciona con bromo en una solución acuosa concentrada de
hidróxido de sodio. el producto e~ una amina opucameme activa. Represente la estructura del
producto y utilice sus conocimientos sobre mecao1smos de re:1cción para predecir su es1ere04ui-
(cononua) 1 mica.
~·
R~ e
""
l
*PROBLEMA 19.34
En el reordenam1ento de Currius se consigue la misma finalidad sintética que en el reordena-
mremo de Hofmann y el mecanismo es similar. Un cloruro de ácido re:icciona con el róo aztda para
dar lugar a una acil-azida. que sufre un reordcnamrento de Cunius cuando se calienta.
o
11
/e,
R CI
NoN3 - 11 e ~
·o·
R/ ~tf'-N:=N:
=oi J 1
,/~ +
R '-......:Nu"=N:
- H20 ---+ calor
acil azida
R-N=C=tj:
isoc1anato
H10
R-NH2
amina
(a) El reordenamiento de Curtius transcurre a lt:lvés de un mecanrsmo mucho m:ís cono 4ue e l
mecanismo de Hofmann. ¿QuO: paso(s) del reordenamrento de Hofmann se asemeja(n) al
reordenamiento de Cunius?
(b) El bromuro sirve como grupo salit:nre en el reordenamiento de Hofmann. ¿Cuál es el grupo
saliente en<!! reordenamiento de Cunius?
(e) Proponga un mecani>mo parala siguiente reacción:
CH30
O-?-~-N3
CH3
1Uf11Mfj~I Síntesis de aminas
l. Aminación reducriva (Sección 19.!9A)
(a) Aminas primarias
CH3 H,O O-' ~ C-NH2
calor j
CH3
:N-OH :NH2
o
1
R-C-R'
H2N-OH __ H_+ __ 11 R -C-R, reducción 1
R-CH-R'
cetona o aldehído
Ejemplo
Uº H1N-OH __ H_+_
ciclopentanona
(b) Aminas secundarias
o
oxima
UN ....... OH
ciclopenranona oxuna
H, -Ni
:N- R•
amina pnmana
o-NH2
ciclopentilamina
:NHR•
19.19 Síntesis de aminas 887
STTGF.~F,Nf'T A
PARA RESOLVER PROBLEMAS
(continuaaón)
El paso 2. paso del
reordenamrento, se puede
entender mejor si se lo compara
con el reordenamiento de Curtius
del Problema 19.34.
11
R-C-R'
c-etona o aldeh ido
a.mina pnmnna
R•-NH2
HT
11
R-C-R'
reducción 1
R-CH-R'
Ejemplo
o
11
CH3- C-CH3
acetona
Pl1-NH2
----¡¡:;-
"'
1mma N-susmu1da
N-Ph
11
CH3- C-CH3
(l) LiAUI,
(2) H10
amina secundana
NHP!t
1
CH3-CH-CH3
fenilisoprop1lamma
f •'
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J 1;
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888 Capílulo 19: Aminas
(e) Aminas terciarias
o
11
R'-C-R"
:unma :;ecundana
R-NH-R
+
R-N-R
11
R'-C-R"
cclona o aldclúdo
HT sal de lIDlfilO
Ejemplo
6
c1clohexanona
~
~
[
H3C CH3l '-..T/
N
ó
sal de imimo
2. Ac1laci6n-reducción de ammas (S<!cción 19.19B)
NalCH¡COOhBH
NalCH¡CC>O))BH
R-N-R
1
R'-CH-R"
3ffi.ioa terciana
H3C'-.. .. / CH3
6
N .N-dime11Jc1clol11:xilanuna
o o
.. 11
R-NH2 + R'-C-CI
amina cloruro de JCido
.1c1lacmn ___. 11 .. R'-C-NH-R
amida
(armna ac1lada)
reducción
( 1) LiAIH4
(2) H20
R'-CH2-NH-R
amina alquilada
~
Ejemplo
©JNH2
anilina
o
11
+ CH¡CH2CH2 -C-Cl
cloruro de bu11111oílo
pindina
-"----
o
H 11
~N-CCH,CH,CH3 l8J - -
N-fenilbutanamida
(\) LiAIH4
l2)Hz0
H
©JN-CH~H2CH2CH3
N-buutanilina (:?")
3. Alquilación del' amoniaco (Secc160 19.19C)
R-CH
2
-X + excesoNH¡ --+ R-CH2-NH2 + HX
©rCH2Br
Ejemplo
~
(exceso)
©r€H2NH2
bromuro de benc1lo benc1lamma
~. Sínles1s de Gabriel de ammas pnmanas (5':cctón t9.19C)
R-X
baluro de alquilo
o
~°'l:KT
o
JIUOO ftalim1da10 ~N-R
o
V-.ilquu fulim1da
H1NNH'?
calor
R-NH2
amina pnrnana
1
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L 9.19 S ímesis de antinas
5. ReducC1ón de azidas (Sección l9. l9C)
Ej emplo
.. + •• -
R-N=N=N:
alquilaz1da
()Br
LtAIH,
o H2/Pd
NaN¡
bromuro de c1clohex1lo
R-NH2
amina
primaria
0N3
ciclohexilazida
(l)L1AIH4
('.?) H10
0NH2
ciclohexilamrna
6. Reducción Je oi1rilos (S<!cción l 9. l 9C)
R-CEN:
nnnlo
Ejemplo
©"CH2-Br - :c:=N:
bromuro de bencilo
H:Jcatalizador o LiAIH..
©"CH:- CN:
fenilacetonimlo
R-CH2-NH2
muna primaria
H,
_.:....
Ni
©"CH2CH2NH2
tJ-feniletilamina
7. Reducción de nitrocompucstos (S.:cción l 9. l 9C)
Ej~mplo
R-N~
H:Jcaulizad<><
0 metal a<:llVO y tt+
eauliz:idor = Ni. Pd. o PI
metal activo = Fe. Zn. o Sn
~
R-NH2
rA-YN02 l8J Sn.H~O, ©rNH¡ ~ ©rNH2
niuobenccno anilina
8. Reordenam1en10 de Hofmann (Sección l 9. l 9C)
Ejemplo
o
11 ..
R-C-NH2 + X2 + 4 NaOH
amida primaria \X1 2 Cl2 o Bri}
o
11
CH3CH2CH2CH2CH2-C-NH2
hex:uiam1da
R -NH2 .,. 2 NaX + Na2C03 + 2 H20
amin:i
Cl1, -oH
H10
CH3CH2CH2CH2CH2-NH2
penunamrna
9. Susuiución nucleoft1ica aromática (Sección l 7. l '.?)
R-NH2 +Ar-X R-NH-Ar + HX
Ejemplo
(El anillo aromauco debena ser activado hacia un awque nucleofílico.)
CH3CH2-NH2 -
e1ilamma
02N~
FVN02
2.-kliniiroíluorobenceno
:.
ü,N
CH3CH2 -NH-0-NOi
N-<!1Ll-2A-dirutroandina .
889
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890 Capímlo l 9: Aminas
Glosario
del Capítulo 19
:....:.:..._::..• .....
o
JI
_,,. "•ff_ .,
Acilación Adición de un grupo acilo (R-C-), generalmeme reemplazando a un :ítomo de hi-
drógeno. La acilac1ón de una amina da lugar a una amida. (p. 859)
o
JI
R-NH2 + Cl-C-R'
amana cloruro de .K:1do
o
JI
R-NH-C-R' + HCI
amida
o
11
Acetilaci6n: acilacion mediante un grupo aceulo (CH3-C-¡ .
Acilación-reducción Método para sintetizar aminas que consiste en acilar el amoruaco o una ami-
na y. a continuación. reducir la amida. (p. 879)
o o
.. JI .. JI
R-NH2 + R' -C-Cl R-NH-C-R'
(!) LtAIH1
(2) H20
R-NH-CH2-R'
amina alquilada aroma cloruro de :leido amula
Acoplamiento diazo Utilización de una sal de diazoruo como electrófilo en una sustitución aromáuca
electrofüic:i. (p. 873)
Ar-N=N + H-©-Y Ar-N=N-©-Y + H+
ión diazonio (:w:uvado) azucompuesto
Amina Denvado del amoniaco. con uno o más grupos alquilo o arilo enlazados al :ítomo de nitró-
geno. (p. 836)
Una amina primaria (amina I") sólo tiene un grupo alquilo enlazado al nitrógeno.
Una amina secundaria (amina 2') tiene dos grupos alquilo enlazad.os al nitrógeno.
Una amina terciaria (amina 3°) tiene tres grupos alquilo enlazados al nitrógeno.
H
1
R-N-H
ammapnmana
H
1
R-N-R'
amina secundaria
R"
1
R-N-R'
amina tert:iaria /
Grupo amino Grupo -NH2• Si se alquila. se traru.forma en un grupo alquilamino. -NHR o
un grupo dialquilamino, - NR2 . (p . 838)
Ami nación reductiva Reducción de un derivado de oxima o irnina. obtenida a partir de una ceto-
na o un aldehído. Es uno de los métodos más comunes para la síntesis de aminas. (p. 877)
o
11
R-C-R'
cetona o aldehído
R"-NH2
~
N-R"
JI
R- C-R'
1mma N-~usmuida
n:duccióo
NHR"
1
R-CH-R'
amina secundaria
Alquilación exhaustiva Tratanuento de una amina con un exceso de un agente alquilante (con fre.
cuencia yoduro de meulo) para dar lugar a una sal de amomo cuaternario. (p. 858)
R-NH2
exccsoCH11 +
R-N(CH1)J r
metilactón e>iliausuva de una :umna primaria
Azida Compuesto que tiene un grupo azida. - N3. (p. 882)
[cH3CH2-tf-N=sN: ..._ CH3CH2-N=N=N:-j
etilaz1da
Catalizador de transferencia de fase Compuesto (como por ejemplo un haluro de amonio cua-
iemano) que es soluble en agua y en disolventes org:ímcos. y que ayuda a los reactivos a move=
enue la fase acuosa y la fase org:ín1ca. 1 p. 848)
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Constante de disociación básica (K¡J Medida de la basicidad de un compuesto, como por ejem-
plo una amina. definida como la constante de equilibno para la siguiente reacción. Al log1o. cam-
biado de signo. de Kb se le denomina pKh. (p. 843)
,,.H
R-N : + H-0-H
' H
Kh
<==='!
H
R-~:?:-H
1
H
+ - oH
Diuzoación de una amina Reacción de una amina primaria con ácido nitroso para dar lugar a una
sal de diazonio. (p. 868)
Eliminación de Cope Variación de la eliminación de Hofmann. donde un óxido de amina terciaria su-
fre una eliminación para obtener un alqueno. siendo el grupo saliente una llidrolilamma. (p. 865)
Eliminación de Hofmaon Elimmación de un hidróxido de amonio cuaternario. s iendo una amina
el grupo saliente. La eliminación de Hofmann generalmente da lugar al alqueno menos sustituido.
(p. 862)
r-
Ho- H H
h 1 caloc
R-C-C-H -
H H-0-H R...._ -c/
H,,.c- ' H :N(CH1h 1 r¡
H 'NICH3}¡
Hidroxil:unina Compuesto de fónnula H2NOH o. genéricamente. una amina en la que uno de los
tres suslituyentes enlazados al nitrógeno es un grupo hidroxilo. (p. 866)
R'
1
R-N-OH
inversión de nitrógeno (inversión piramidal) Inversión de configuración del átomo de nitrógeno
en ul que el par solitario se traslada desde una cara de la molécula a la oo-a. El estado de transición
es plano. con el par solitario en un orbital p. (p . 840)
N-nitrosoamina (nitrosamina) Amina con un grupo nitroso (-N=O) enlazado al átomo de ni-
lJÓgeno de la amfna. La re:teciónde las aminas secundarias con ácido nitroso da lugar a N-nicroso-
aminas secundarias. (p. 869)
Nitrilo Compuesto de fórmula R-C==N. Contiene el grupo ciano, -C==N. (p. 883)
Óxido de amina Amina que tiene un cuano enlace con un átomo de oxígeno. En el óxido de amina. el
átomo de mllÓgeno tiene una carga positiva y el :ítomo ele múgeno una carga negativa. (p. 866)
o-
1
R-N:!:..R•
1
R•
óxido de amina
R-NH3+ x-
sal de amonio
+
R
R-~!_R x-
i
R
sal de amomo cuaterna.no
Reacción de Sandmeyer Susurución del grupo -N==N en una sal de arenodiazonio. utilizando
una sal de cobre (!).generalmente cloruro. bromuro o cianuro de cobre (!). (p. 87 1)
C...X +
Ar-N=N -c1
(X = CI. Br, C=Nl
Ar-X+ N2 t
Reordenamiento de amidas de Hofmann (degradación de Hofmann) El tratamiento de una ami-
da primana con hidróxido de sodio. y bromo o doro da lugar a una umina primaria. (p. 885)
o
11
R-C-NH2 + X2 -'- 4 NaOH R-NH2 + 2 NaX + N32C03 + 2 H10
amid:I priman• (X2 = 0 2 o Br2) amina
Sal de amonio (sal de amina) Denvado de una amina en la que el átomo de nitrógeno uene cua-
tro enlaces y esm cargado positivameme. Cuando la amina es protonada por un :ícido se obuene
una sal de amonio. (p. 846) Una sal de amonio cuaternario tiene un átomo de mcrogeno enlazado
a cuatro ¡,>rupos alquilo o aJilo. (p. 837)
"'
Glosario del Capítulo 19 891
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1
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892 Capítulo 19: Aminas
.,.., -'"~·..,,....,..";;._::e· !..:..
Síntesis de Gabriel de aminas Síntesis de aminas primarias mediante la alquilación de la sal po-
tásica de la ftalimida. seguida del de:;plazamiento de la amina por h1drazina. (p. 881)
Sulfonamida Amida de un ácido sulfónico. Análogo nitrogenado de un éster sulfonato. (p. 86 1)
o
11
R-NH-S-R'
11
o
sulfonamida
o
R-NH-~-u--CH3
11~
o
p-1olucnsulfonam1da (toso lanuda)
C: P.auta~~se~~iale~ p~rélf~~s~l'7éi:-IOS: ?rahre~a~·a~1: capÍtul~ t!li-
l. Nombrar las ammas y representar las esuucruras a partir de sus nombres.
2. Interpretar tos espectras de fR. RMN y de masas de las anunas. y uulizar la información es-
pectral para de1ermonar tas esuucturas.
J. Explicar cómo varia la bas1cidad de las aminas con la hibndación y la aroma11c1dad.
4. Comparar las propiedades físicas de las aminas con las de sus sales.
5. Predecir los productos de las reacciones de las aminas con los s1gu1entes ttpos de com-
puestos. Proponer mecanismos donde sea preciso.
(a) Cetonas y aldehídos.
(b) Huluros de alquilo y tositatos.
(e) Cloruros de ácido.
(d) Cloruros de sulfonito.
(e) Ácido rntroso.
(I') Agentes oxidantes.
(g) Antanunas con etectrófilos.
6. Poner eiemplos de la uulización de las sales de arenodiazomo en las reacciones de acopla-
miento diazo. y en la síntesis de cloruros, bromuros. yoduros, fluoruros de arito y arenom-
lrilos.
7. Poner ejemplos de la uulizacióo y tos mecanismos de las eliminaciones de Hofmann y Cope.
y predecir los productos mayoritarios.
8. Utilizar los conocimientos sobre mecanismos de las reacciones de las aminas para propo-
ner mecanismos y productos de reacciones similares que oo se hayan vtsto con antenondad.
9. Explicar cómo sintetizaría aminas a partir de otras aminas. cetonas y aldehídos. cloruros de
ácido. rutrocompuestos. haluros de alquilo. nitnlos y amidas. /
10. Utilizar el análisis retrosmtético para proponer síntesis efectivas, en un solo paso y en va-
nos pasos. de compuestos en los que intervengan aminas como intennedios o productos. pro-
1egiendo la amona en forma de amida. en el caso de que sea necesano.
.. ~.~.t _,:"'-~· .~~ ·~.....-;.·, ~"k.:~·;..,.;,1',';: "?.
Problemas
L9.JS
19.36
Defina cada uno de los términos siguientes y ponga un ejemplo.
(a) acilación de una aroma (b) amina pnmaria
(d) amina terciaria (e) :muna heterocíclica aromática
(g) amina heterocíclicu aromática (h) sal de amoruo cua1emana
U> reacción de acoplamiento diazo (k ) meulación exhausliva
(m) sfntesis de Gabnel de una amina (n ) elimonacion Je Hofmann
(p ) N-nitrosoamma (q) ammacióo reductiva
(s) sulfonamida (t) azida
Para cada uno de los siguientes compuestos:
( 1) clasifique los grupos funcionales que comengan ni trógeno:
(2) nómbrelos.
(el amina secundaria
(I') óx.ido de amona terciana
(i) diazoación de una .imma
(1) sulfamidas
(o) reordenam1ento de Hofmann
(r ) re:icción de Sandmeyer
(uJ nitrilo
CH3
1
(a) CH3-C-CH,-NH,
1 - -
C~3
(bl CH-NH,
/ -
CH1
~N~
(e)~)
N
(d)o
N ¡-
/" CH3
CH3 CH3
1
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19.37
19.38
19.39
19.40
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\•) CH,~ CH,CH, (O Ph-N-CH,CH3 1 -
CH3
(g)©
~+
H
c1-
Problemas
./'... rCH~ctt3
(h) / y "-""
CH2CH3
Coloque las aminas de cada uno de los apanados siguientes por orden creciente de baJ,icidad.
H
0NH2 ©JN'© (a)©JNH!
H
©Jó O
/H
lb l N
H'- ~
(el NJ o/ H o/H (d) ©JNH2 ~NH2 JQf NH2
H3C ~N
¿Cuál de los compuestos siguientes se puede resolver en t:nuntiómeros?
(a) N...:ul-N-metilanilina
(e) o
Ñ ci-
/"
CH3 C H2CH3
(b ) 2-metilpipendina
(f) o
N c1·
/"
CH3 CH1CH3
(cJ 1-meulpipendina
(g) Cf'N'\
H
(d) l.12-1rimerilaziridina
(h l (f"N'\
CH3
Complete las siguientes reacciones ácido-base y prediga si están favorecidos los reactivos o los productos.,
(a) 13' + CH3COOH - (b) o + CH3CO?H l_ V) ác d · N ácido acenco N i o aceU€o H
piridina p1rrol
©
+
Q (e) +O - (d) ©JNH3CI .. +
c1 · N H
H H cloruro de amlinio p1rrolidina
cloruro de piridimo p1pendina
893
Prediga qué productos orgánicos se obtienen cuando las sigwentes arrudas se tratan con una solución acuosa alcalina de bromo.
o
11
o o
11 11
-CNH,
(a ) Ph - CH2CH2-C-NH2 (b) H2N-C-(CH2)4-C-NH2 cfo
~
(C) •
H
Prediga los productos de las siguientes reacciones:
(a) exceso de NH3 + Ph-CH2CH2CH2Br
CH3 (e)º/ +H2~--.
(e)CO ( 1 ) exceso de CH¡.! (2) Ag20
(3} caJor
OH (g) + NaN~ + HO
(i) CH3NH2 + 0CH2-~-Cl
:.
(l) NaN
(b ) 1-bromopentuno 12)~,
calor
(d ) producto del apartado (e) -
( t) exceso de CH,I
12\Ag.O
(f) producto del apartado (e) ------...
(3) calor
~NO.
(h)l8J -~
fj) producto del apanado (i) LtAJH,
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1ill1d
Capítulo 19: Am inas
NCH3
11 LlAJH.
(k) CH3-(CH:i)3-C-CH2CH3
(m) 2-buianona + dietilamina No(Cll,COOl,BH
(o) 3-mtroonilina (l l HCI. Na.NO,
(2) llV'(),
CN
i LiAIH4 (1) Ph-CH2-CH-CH3 ---+
(n ) 4-fluoropiridina N:iOCH..ctt,
(p) 2-butanona ll)KCN.HC:-1
(2) LlAlH.
Explique cómo se puede lr.UISformar la m-roluidina 1!11 los siguientes compuestos, uúlizando cualquier reacuvo que se:i necesario.
CH3~NH2 CH3~CEN CH3~CH2NH2 CH3~I Q (a) Q (b) Q (e) Q
m-tolmdina m-toluonirnlo m-yodorolueno
CH3~0H
(d) Q
H
CH¡)QJNH, 1 -o
{<)~.::.;,;?_,;,,,- 10 CJJ,~N
nr-<.TCSOI
A continuación se representa el especuo de masas de la ruc-butilamina. Uúlice un diagrama par:i indicar la ruprura que se
produce para obtener el pico base. Sugier.i por qué no i:s visible en este especuo ningún ión molecular.
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1 1 ,,11 J .11 11.I ' -010 ' '.!O ' 30 40 50 60 ' 70 80 90 100 ' 110 120 ' 130 140 150 160
Utilizando los reactivos que sean necesarios, explique cómo realizaría las siguientes síntesis:
A rAYNH-t-o
(a)LVJ - g ~NH (b)~ 2 o @-NH-~-@-CH3
o
(e) CN-H CN(CH3}i "'ºº d~ o-
(e) CN-CH3 _, CÑ~
CH3
<r>CN-ctt3 - CN~OH
CH3
CH3~COOH
(g) Q
o
11 / CH2CH3
CH3~C-N'Q CH2CH3
(repelente de mosquuos¡
: 1
1
1~
t
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~ ....
19.45
19.46
19.47
19.48
19..49
19.50
19.51
Problemas 895
Los siguk:ntes f:lrmacos se sintetizan a pantr de métodos que se han lratado en c:ste capítulo y c:n capítulos anteriores. Proponga
una síntesis para cada una de ellas, a partir de una sustancia de panida que no contenga más de seis álomos de c:ubono.
(a) La fenacetina se uriliza j unco con la aspirina y cafeína en los analgésicos.
(b) La metanfetamina se consideraba una sustancia segura como inhibidor del apetilO en las dietas de adelgazamiento.
pero ahora se sabe que puede causar adicción y destruir los te¡idos del cerebro.
(e) La dopamina es uno de los neurotransmisores del cerebro. Se cree que la enfermedad de Parkinson se debe a una
deficiencia de dopamina.
o
CH3CH20-@-NH-~-CH3
fenaceLina
~ NHCH3
~CH2-tH-CH3
HO
HO-©-CH2CH2NH2
metanfctamona dopamma
Proponga mecanismos par:i las siguientes reacciones:
0
0
(a) + (CHJhNH Na(A<-O)JBH
tt•
0N(CH3Ji ~ H,.Pt co !bl~o CN ~
H
Las dos síntesis de aminas más comunes son la reducción de anudas y la aminación reduciiva de compuestos carbonílicos.
Explique cómo se pueden utilizar estas técnicas par:i llevar a cabo las síntesis siguientes:
(a) :ic1do benzoico - benzilamina (b ) benzaldehído-+ benc1lamina
(e) pirrolidina _. N -elilpirrolidina (d) c1clohexanona-+ N-<:iclohexilpirrolidina.
(e) HOOC-(CH:i))-COOH-+ 1.5-pentanodiamina (cadaverina)
Hay varias síntesis de aminas adicionales que sólo permiten la obtención de aminas primarias. La reducción.de azidas y
niirocompuesros, y la síntesis de Gabriel dejan invariable la cadena h1<lrocarbonada del resto alquflico o anlico. La
formación y reducción de un nilrilo añade un átomo de carbono. y d reordenamiento de Hofmann c:l imina un átomo de
carbono. Explique cómo se pueden utilizar estas súuesis de aminas en las siguientes transfoonaciones:
(a) bromuro de alilo-+ alilamina (b) etilbenceno--+ p-etilanilina
(e) ácido 3-fenilheptanoico -+ 2-fenil-l-hexanamina (d) l-bromo-3-fenilheptano- 3-feml- 1-heptanamina
(e) l-bromo-3-fenilhepiano - 4-fenil-l-octanamina
(a) l..'.l guanidina (abajo) es una base casi tan fuerte como el ión hidróxnlo. Explique por qué la guanidina es una base
mÚcho más fuerte que la mayoría del resto de las aminas.
(b) Explique por qué la p-nitroanilina es una base mucho más débil (3 unidades de pKb más débil) 4uc la anilina.
•(e) Explique por qué ta N .N .2.6-tecrameiilanilina (debajo) es una base mucho más fuerte que la N .N-dimelilanitina.
NH
11
HiN-C-NH2
guanidina
H3C'- / CH¡ H¡C\. /CH3
N N tt,cúctt, ó
N.N.2.6-retr.unc:olamlina N.N.Jimetilan11ina
Utilizando rolueno y alcoholes que no contengan más de cuauo :Ílomos de carbono como sustancias orgánicas de panida.
explique cómo sintetizaría los siguiemes compuestos con buenos rendimien!Os:
(a) l-pentanamina (b) N-metil-1-butanamina (e) N-elil-N-propil-2-butanamina
(d) bencil-n-propilamina (et @-N=N-@-oH
Utilizando los reactivos 4ue sean necesanos, c:xplique cómo llevaría a cabo las siguientes s1mesis en vanos pasos:
CH3
1
Q
CH=CH2
(a) ©- ~
CH2C H2CH2CH3
(b) CN-
CH2CH3
(e) ©-@-Nei _, ©-@-cH2NH2
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896
19.52
19.53
*19.54
Capítulo 19: Aminas
El alc:i.loide cor1iína se ha aislado y purifi.cado a pamr de la cicuta. Su fónnula molecular es C8H17N. Cuando la coniína se trnta
con eweso de yoduro de metilo. seguido de óxido de plata. y se calienta. se obtiene el cnamiómero puro. de configuración \S),
de la N N-dimelil-7-octcno-l-amina. Proponga la c:sm1ctura de la coniína y expLique cómo se obtiene el producto de la reacción.
Se propone a un químico detenninar el contenido de un barril. corroído y con fugas, de un residuo abandonado. El barril
desprendía un fuene olor a pescado. El químico se colocó una máscan1 con filtro pam aproximarse al barril y recogió una
muestra, q ue llevó a su laboratorio para analizar.
El espectro de masas presentaba unión molecular a mi: = 101 y el fragrnen10 más abundame se encontraba a
mi: = 86. El "5pectro de IR no moslT:lba absorciones por encima de 3 000 cm - 1• la mayoria de las absorciones se
encontraban entre 2 800 y 3 000 cm- 1: no había absorciones encre 1 500 y 2 llOO cm - I. pero había una fuene absorción a
1200 cm-t. El espectro de RMN de protón presentaba un triple1c (1 = 7 Hz¡ a íl = 1.0 ppm y un cuanete (J = 7 Hz) a
5 = '2A ppm. con integrales de 17 y 11 unidades. respectivamente. .
(a) Diga qué ínfonnación estrucrural está contenida en cada espectro y proponga una "5tructura para el compuesto.
(b) Las regulaciones generales de la EPA3 prohíben el almacenamiento de residuos líquidos. por largos periodos de
tiempo. ya que tienden a corroer los contenedores, produciendo fugas. Proponga un método barato para transfonnar
estos residuos en una forma sólida. relativamente inodora.
(e) Sug1em cómo podría el químico eliminar d olor a pescado de su ropa.
El pirrol experimenta sustitución eJectrofílica aromáuca con más mpidez yue el benceno. y son suficientes reactivos y
comliciones suaves. Estas reacciones generalmente transcurren en la posición '.!en lugar de en la posición 3. tal como se
muestra en el siguiente ejemplo:
4 3
sÜ1
N1
1
H
pi.rrol
o o
11 11
+ CH3-C-O-C-CH3
anhídrido acéuco
~
4 3 ?i sG / CH3 + CH3-C-OH
N1 C
1 11
H O
2-meülpirrol
(a} Proponga un mecanismo para la acetilación del pírrol indicada amenonnente. Se puede partir de pirrol y de ión
acilio. CH3 -C :=o+. Se ha de procurar represen111r todas las estructuras de resonancia del intennedio.
(b) Explique por qué el pirro! reacciona con más rapidez que el benceno y por qué la susti1ucióo se produce
principalmente en la posición 2 en lugar de en la posición 3.
19 . .55 En la Sección 17.12 se explicaba cómo la susticución nucleofüica aromática puede dar lugar a aril-aminas. s1 hay un grupo
fuenemeote sustractor de electrones en posición orco o para respecto al lugar donde se produce la sustitución. Considere
el siguiente ejemplo:
~·~ F ~·~ NHCH3 '-CH1 NH, NaHco;
(a) Proponga un mecanismo para esta reacción.
(b) Ge.neralmcnte se piensa que el ión fluoruro es un grupo salieme pobre. Explique por qué en esta reacción se desplaza
el ión fluoruro como grupo saliente.
(e) ExpLique por qué esta reacción finaliza en el producto deseado. en lugar de reaccionar con otro dinitrofluorobenceno.
19.56 Los siguientes espectros para A y 8 corresponden a dos isómeros conslitucionales. El singulete RMN a S = 1. 16 del
espectro A desaparece cuando la muestrn se agita con D20. El singulete a 0.6 ppm del especlro B desaparece cuando se
agita con ~O. Proponga es1rucmras para estos isómeros e indique la correspondencia .:ntre las es1rucruras y los espectrOS .
Diga qué ruptura es la responsable pam la formación del pico base a miz = +4 del espectro de masas de A y del pico
promioen1e a 1rú: = 58 del e•-pectro de masas de B.
100
so· .
~ 60
~
~ 40
10
N 44
)1' = 73
OL....,U-._.JlllL...,..-wi....~-t-L~~..,.....~~~~~~~~~~-r-~..-'
tO ~O JO 40 SO 60 70 80 90 100 110 120 tJO 140 150 160
mi:.
3 Noca de los tr<UWctores: la EPA (E11virome111al Pro1ec11on Agenc,v) es la AgenL~a de Protección Medioambiental de EE.UU.
~-.. :~
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J
Problemas 897
4.5 14 15 16
'¡ 1 -80
---
oFEFb Ff I+ t· IV:l·-t FFFH ·1-+=I 1 1 1 !-+++++ 1- 1 1 -~ - 1
.J 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 800 1 600 1 .JOO 1200 1 t)(JO 800 600
número de onda (cm - 1)
200 180 160 140 120 11)() 80 60 .JO ~o o
10 9 s 7 6 4 2 o
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898 Capítulo 19: Ami nas
longuwl de onda (µ.m)
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 7 8 9 10 l t 12 13 14 IS 16
lOO~ , '"'W.: -.-1-:- t..,...f-· ... i-=-- "" :J'- , ......._ 1-. . /
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19.58
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~: -1-'-__¡..'--1-"~·:...!--lll-+-+-ll-,_--l-,_--l-, /.l-+-.-+-~4·-f-l--ff---t---t--f-:--+--'+--+,__-+,_-+~ll+-....... -..jiA--l--·11--1-~--_..jL..-~-~f--~_....¡..·.¡__/-_-::.:: 60~ N ~I
~ -L- 1...- L- . 1-¡--1- - 1-- 1-1---'-' -to-·t-":- - - - J...___ ~ 1- it- --i
40 ~- ~ r ~ .. ~. r·~ ... ~-~ ..... l... . -·i-- - ·-- ~i-.------t- i.. ~· ,_..¡..... 1--- -~---I~- -- -
~~ ' \
- A - l-- -1--1- · · .._. 1,._. L--. · .- - .1--l--~ · 1-1---. ---- ~-\-1~--j
~llffttttlf m-tttlltJ:t ¡~~-++!' ~'~- -~~-~-, ¡... 1•-+-k -1--j-I -J.-1 -+ -!--·!--+- +-+-1 ___._- -1----1-
lOOO 1400 1200 1000 l!OO 1800 1600 2500 600 4000 3500 3000
numero de onda (cm · I)
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5
l! (ppm)
7
1 1
'
1 '
'-
4 2 o
(Historia real.) Un consumidor de drogas respondió a un anuncio Je una revista sobre la «cultura de la droga,.. Este
anuncio había sido insenado en la citada revista como un señuelo por un informante ele la DEA
4
• Más tarde este
drogadicto se trasladó clesde Colorado a Maryland. donde compró l-fenil-2-propanona (P2P) al informante. La policía
esperó casi un mes a que este sospechoso sinteti7,ara con esta materia pnma algún producto ilegal. obtuvo una
auton zación de registro del juez y se presemó en la = a del sospechoso. Encontraron d reciptente de P2P cerrado. por lo
que aparentemente el sospechoso no era un buen químico y fue incapaz de seguir las instrucciones que el informador le
dio. También encontraron pipas y otros utensilios con residuos de manhuana y cocaína, una botella de c lorhidrato de
metilamina. algo de ácido muriático (HCI diluido), tiras de zinc. matraces y equipo adicional.
(a) Suponiendo que usted es consult:ldo por la policía. explique qué síntesis estaba preparando el sospechoso. como
causa probable para ser responsable de intentar la fabncac1ón de una sustancia controlada ilegal.
(b) Suponiendo que usted es un miembro del JUrJdo. ¿declararía culpable al acusado de intentar la fabricación de una
sustancia controlada'?
Un compuesto desconocido presenta un 1óo molecular débil a miz = 87 en el espectro de masas y el único pico grande se
encuentra a m/: = 30. A continuación se representa d espectro de [R. El espectro de RMN sólo presenta tres singuletes:
uno de área 9 a ¡¡ = 0.9 ppm. otro de área 2 a ll = 1.0 ppm y ouo de área 2 a /3 = 2.4 ppm. El singulete a /3 = 1.0 ppm
desaparece cuando se agita coo ~O. Detemnne la escructura del compuesto e indique la fragmentación favorable que da
lugar al ióo a miz = 30.
4 Nota th los traductores: la DEA (Drug Enforcemem Adn11mstrarion l es e l Departamento para la lucha contra la droga en EE.UU.
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Problemas 899
longnud de ond:l (µ.m)
2.5 3 3.5 4 4.5 s s.s 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
100b:f::ffi±HrEfH·' H~kfft:l±i±li±l±fuf\l+=-1 u_I ' -b4
20 1
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"'- !--+--+· ~ 1--H._¡;..., .. 1·-+-+ · t+- · -~ 1----l---+-
4 ()()() 3500 3000 2 500 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600
numero de onda (cm - I )
Un compues10 de fórmula C 11H1~2 presenta los espectros de !R. 1H-RMN y 13C-RMN que se representan a
continuación. El pico de RMN de protón a /3 = 2.0 ppm desaparece cuando se agita con ~O. Proponga una esrrucrura
para este compuesto e indique la corresponden<.'ia que hay entre la estructura y las absorciones observadas.
longitud de onda (µ.m)
3 3,5 4 4.5 5 55 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 '.!.S
1001:J -1-1-++1++-~+=t 1 1 1 1 1 1 1 1 - 1 " soWW&ttfi!M~-S!WRStml§ I '
fl-4-¡-...-tr-1 1 1 1--1-1.lc ~I \ 1 ¡in~
oEFFfH+Ff+WFm-f 1: ,. 1 1 E± 1 1 1 1!1 'I 1~ 1 1 1 1 V i 1
4 000 3 500 3 ()()() 2 500 2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600
número de onda (cm " 1)
200 .. 180 160 140 120 100 80 60 40 20 - -
(d) (d) i
(s)
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Ácidos carboxílicos H
20.1
Introducción
o
~
H-C-0-H
.ic1ilo fónn1co
20.2
Nomenclatura
de los ácidos
carboxílicos
900
e
11 _,., -l'IU
La combi.nación de un grupo carbonilo y un grupo hidroxilo en el mismo átomo de car-
bono se denomina grupo carboxilo. Los compuestos que contienen el grupo carboxilo
tienen carácter ácido y se denominan áciaos carboxílicos.
o
11
- C-0-H
grupo carboxilo
o
11
R-C-0-H
ácido carboxílico
R-COOH R-CO..H
estructuras condensadas
Los ácidos carboxílicos se clasifican de acuerdo con el sustituyeme enlazado al gru-
po carboxilo. Un ácido alifático úene un grupo alquilo enlazado al grupo carboxilo. mien-
tras que un ácido aromático iiene un grupo arilo. El ácido más simple es el úcído fónn1-
co, con un protón enlazado al grupo carbo;i;ilo. Los ácidos grasos son ácidos alifácicos de
cadena larga. que se obtienen por hidrólisis de las grasas y los aceites (Sección 20.6).
o
íl
CH,-CH~-C-O-H
ácido prop1óruco
(ácido ali fálico)
o
o-~-0~
:ícldo benzoico
(ácido arom:ÍLICO)
o
1
CH3(C~)16-C-O-H
:leido esteárico
(ácido graso 1
Un ácido carboJÚ!ico cede protones mediante la rupwra heterolítica del enlace 0-H
para dar lugar a un protón y a un íóñ carboXilafo. Los intervalos de acidez y los factores
que afectan a la acidez de los ácidos carboxilicos se estudiar.in en la Sección 20.4.
1 o
11 \i R-C-0-H
\\ ácido carboxílico
+ H20
::...,.-
20.2A Nombres comunes
+=±..
o
~ R-c-o-
1ón carbox1 la10
_-, "'.:-;..!'.
+ H¡O+
Hay varios ácidos carboxílicos que se conocen desde hace cientos de años: sus nombres
comunes reflejan sus fuenccs his tón cas. El úcido fórmico se extraía de las hormigas: for-
m1ca en l:uín. El ic1do acético se aislaba a partir del vinagre, denominado acenun («agrio" l
en laún. Al ácido propionico se le consideraba el primer ácido graso y >U nombre denva
del gnego pro1os pion {«pnmera grasa»). El ácido butírico se obtiene :i partir de la oxida-
ción del buliraldehído, d cual se encuentra en la mantequilla: bwyrum en lmín. Los :íc1dos
~
1
t
'-
1
1
L
l
'.?0.2 Nomenclatura de los ácidos carboxíÍicos 901
TABLA 20.1 Nombres y propiedades físicas de algunos ácidos carboxílicos
Nombre
Nomendatura IUPAC común Fórmula
meuinoico;a fómuco HCOOH ..
c!lUOOICO.a accuco CH3COOH
propanoico prop1oruco CH3CH}COOH
~-propcnoico' acnlico H1C=CH-COOH
bmanoico butínco CH3(CH2hCOOH
~-mcnlpropanoico isobuunco (CH3hCHCOOH
/rmr.s-2-bULcnoicoJ. crotómco CH3-CH=CH-COOH
pcn1ano1co valénco CH3( CH2)¡COOH
3-me1tlbutano1co isovalénco (CH3hCHCH,COOH
2.1-dimelilpropanoico p1valico (CH3);C-COOH
hexanoico capro1co CH3(CH2)4COOH
OCtanotCO capnlico CH3(CH2 )6COOH
decanoico cápnco CH¡(CH2)sCOOH
dodecanoico láunco CH3(CH2)rnCOOH
lclr'Jdecano1co m1ríst1co CH¡(CH2)12COOH
hexadecano1co palmíuco CH¡(CH2)1,COOH
octadecano1coesteárico CH¡(CH2)16COOH
(Z)-9-ociadecenoico' oleico CH¡(CH2hCH=CH(CH2hCOOH
(Z.Z)-9.12 octadeccno1co• linole1co CH3(CH2),CH=CHCH2CH=CH(CH2hCOOH
ciclohexanocarboxílico c-C;,J-1 11COOH
bt!nzoico benzoico C6H5-COOH
2-metilbenzo1co o-lólluco o-CH3C6H4COOH
3-metilbenzo1co m-1olu1co m-CH3\:Ji4COOH
4-metilbenzo1co p-1ólu1co p-CH3CJi.COOH
• El nombre de la 1UPAC ~ usa raram(;nle.
b El símbolo oo s1g.n'ÍftC3 que el compuesco es m.sctble con d agua en todas proporcio~.
e 1 = insoluble.
caproico. capn1ico y cáprico se encuentran en las secreciones de la piel de las cabras: ca-
per en latín. En la Tabla 20 . I están representados los nombres y las propiedades físicas de
algunos ácidos carboxJlicos.
En los nombres comunes. las posiciones de los sustituyentes se nombran utilizando
letras griegas. La primera letra se le asigna al átomo de carbono adyacente al carbono car-
bonílico. carbono a. En los nombre comunes. a veces se utiliza el prefijo iso- para los áci-
dos que acaban con la agrupación -CH(CH3)".
CI O
1 11
CH-CH-C-OH
/J J a
:ícido a-cloroprop1ómco
o
11 -c-c-c-c-c-c-oH
6 y /J a
NH., o
1 - 11
CH.,-CH..-CH.,-C-OH
y - /J - " -
ácido y-aminobu1inco
CH3 O
1 ~
CH -CH-CH.,-C-OH
Y l /J a -
ácido isovalérico
(:ic1do tl-meulbuurico)
20.28 Nomenclatura IUPAC
En la nomenclatura lUPAC de los ácidos carboxílicos se utiliza el nombre del alcano que
corresponde a la cadena continua de átomos de carbono más larga. Primero se dice lapa-
labra úc1do y se susmuye la tenmnación -o del alcano por -oico. Para asignar las posicio-
nes a los susmuyentes. la cadena se numera comenzando por el átomo de carbono
"
pf pe Solubilidad
(º C) (ºC) (g /1 00 g HzO)
lOI oo (1111:.c1ble)
17 118 oob
-21 141 00
14 14t 00
-6 163 00
- 46 155 23
71 185 8.6
-34 186 3.7
-29 177
35 164 :!.5
- 4 :!06 1.0
t6 240 0.7
31 269 0.2
44 1"
54
63
72
16
-5
31 233 O.!
l22 249 0.3
106 259 0.1
112 263 0.1
180 275 0.03
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• u
902 Capítulo 20: Ácidos carboxi1icos
carboxílico. Para nombrar el compuesto. el grupo carboxilo tiene prioridad sobre cual-
quiem de los grupos fu ncionales que se han esrudiado en los capítulos anteriores.
o
11
-c-c-c-c-c-c-oH
6 5 ~ 3
o o
11
H-C-OH
11
CH1 -C-OH
Q~
CH -CH-C-OH
J J 2 1
nomend31ura IUPAC: ácido me1ano1co
nombre común: ácido fórmico
ácido etanoico
ácido acéuco
ácido 2-<:iclohextlpropanoico
ácido a-ciclohcxilpropió111co
Ph O
1 ~ fi ?i
CH..-CH..-CH..-C-OH
4 - J - 2 - 1
CH -CH,-CH-Cli,-C-OH
5 3 4·3 2·1
nomenclatura IUP AC: :ic1do 4-.rnunobu1ano1co
nombre comun: :ic1do y-am1nobutírico
:ic1do 3-femlpemanoico
:!culo /J-femlvalérico
o o
b 11
CH3CCH-C-OH
4 J 1 1
CH~CH~CH3
ácido J-oxo-2-propilbutanoico
ácido a-acetilvalérico
CH3 O
1 ~
CH -CH-CH,-C-OH
~ l 3 2 - 1
ácido 3-metilbu1ano1co
ácido isovalérico
Los ácidos insatur..tdos se nombr.m con la palabrn ácido seguida del nombre del co-
rrespondiente alqueno. añadiéndole la tenmnación -ico. La cadena de c:ubonos se numern
comenzado por el átomo de carbono carboxílico, y e l doble enlace se localiza mediante el
número más bajo que corresponda a uno de los dos carbonos. Se utilizan los términos es-
tereoquímicos Z y E de la misma fonna que se hace con otros alquenos. A los cicloalcanos
con sustituyenies -COOH gener.tlmente se les denomina ácidos cicloalcano-carboxí/icos.
CH3-CHo H 6 5,- /
C=C
/ 4 1'-
H3C CH, -COOH
2 .. 1
Ph H " / JC=C / !"
H COOH
l
).'.:"CH,
U-CH1
"
nomenclatura lUPAC: ácido (E)-l-metil-3-hcxeno1co
nuevo nombre lUPAC: :ictdo (E)-l-me1ilhc.-3-eno1co
ácido (E)-3-feml-2-propeno1co
ácido (E)-3-fenilprop-2-cnoico
(ácido cinámico)
ácido J.3-dimculc1clohcx:mocarboxílico
Los ácidos aromáticos de la fom1a Ar-COOH se nombran como derivados del áci-
do benzoico, Ph-COOl'L Igual que en otrOS compuestos aromáticos. también se utilizan
los prefijos orro-, mera- y para- para indicar las posiciones de los sustituyentes adiciona-
les. Si en e l anillo aromático hay más de dos sustituyentes, se utilizan números. Muchos
ácidos aromáticos tienen nombres históricos que no tienen relación con sus estructuras.
O'COOH JOJCOOH
~
rATCOOH
~OH
rATCOOH
H
3
CJV 00"
ácido benzoico ácido ¡raminobenzoico ácido o-hidrox1bcnzoico
(ácido salicílico)
ácido p-metilbe .
(ácido , nzoo~o
p-tolu1co)
20.2C Nomenclatura de los á cidos dicarboxílicos
ácido a-naftoico
Nombres comunes de los ácidos dica rboxílicos Un ácido dicarbmulico (también
denominado diácido) es un compuesto con dos grupos car¡;;;xilo. Los nombres comunes
de los ácidos dicarboxfücos simples se utilizan con mas "frecuencia que los nombres
..
\...
20.2 Nomenclatum de los ácidos carboxílicos
TABLA 20.2 No~br~s y pr:_~ie9ades fís~a~ de los ácidos dicarboxílícos
Nomenclatura pf
IUPAC Nombre comú n Fónnula (ºC)
cianodiooco oxálico HOOC-COOH 189
propanodiooco malónico HOOCCH2COOH 136
butanodiooco succímco HOOC(CH2JiCOOH 185
pentanodio1co glutárico HOOC(CH1)JCOOH 98
hexanodio1co adípico HOOC(CH2),COOH 151
heptanodiooco pi mélico HOOC(CH2}$COOH 106
(Z}-2-butenodioico maleico cis-HOOCCH = CHCOOH 130.5
(E}-2-butenodioico fum:ínco trans-HOOCCH=CHCOOH 302
benccno-1.2-dicarboxílico ftálico l.2-C6H4(C00Hh 231
benceno-! J -dicarboxílico isoMlico 1.3-C;,H,(COOH)i 348
benceno-1.4-dicarbox.ílico 1ereMlico 1.4-C¡,H,(COOHh 300 sublima
sistemáticos, como por ejemplo los ácidos: oxálico. malónico. succínico. glutárico, adípico
y pimélico. En la Tabla 20.2 se incluyen los nombres y propiedades físicas de algunos áci-
dos dicarboxílicos.
Para los nombres comunes de los ácidos carboxfücos sustituidos se utilizan letraS grie-
gas, comenzando a partir del átomo de c:ubono adyacente al grupo carbonilo que está más
próximo a los susrituyentes.
o & o
11 1 11
O CH Ph O
11 1
3
1 11
Solubilidad
(g/100 g H20)
14
74
8
64
2
5
79
0.7
0.7
0.002
HO-C-Ctti-CH-CHz-Ctti-C-OH
a /J
HO-C-CH-CH-CH1-C-OH
a /J
ácido ,6-bromoodípico ácido a-rrn:til-,6-fenilglutárico
~ compuestos benccnoides con dos grupos carbonilo se denominan ácidos ftá li-
cos. El ácicfO]íálico propiamente dicho es el isómero orro. Al isómero mera se le deno-
mina ácido isoftálico y al isómero para se le denomina ácido tereftálico.
rATCOOH
~COOH
ácido o-ftálico
ácido ftálico
HOOC'O'COOH
:leido m-f!:ilico
ácido isoflálico
HOOCJOJCOOH
:k1do ¡>-ft:ilico
ácido tcreftál ico
Nomendatura IUPAC d e los ácidos d icarboxílicos En el caso de los.ácidos di-
carboxílicos alifát icos el sufijo que se añade es -dioico al nombre del alcano correspon-
diente. En las cadenas abiertas, el nombre del alcano que se elige como cadena principal
es el de la cadena continua más larga que contiene los dos grupos carboxfüco. La cadena
se numera comenzando por el átomo de carbono carboxfüco que está más próximo a los
sustiruyentes; estos números se utilizan para dar las posiciones de los sustituyentes.
o & o
11 1 11
HO-C-CHi-CH- CH¡-CH2-C-OH
1 : J .. ' 6
ácido 3-bromohcltllll0dio1co
"'
O CH3 Ph O
11 1 1 o
HO-C-CH-CH-CH¡-C - OH
1 : J " j
ácido 2-mctil-3-fcnalpenumodioico
903
r-
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904 Capítulo 20: Ácidos carboxílicos
_._,,~,,: .
20.3
Estructura y·
propiedades
físicas de los
ácidos
carboxílicos
Para nombrar los ácidos dicarbox1licos cíclicos se trata a los grupos .:arbo¡¡ilo corno
si fuesen sustimyenies Lle la estructura c1clica.
Q
OH
H
1
J
H , COOH 5COOH
.i<:1do (E)- l .J-c1clopcnt.anodic:irbox!lico J~,do l .3·benccnodicarbox!lico
PROBLEMA 20.1
Represenie las esttucrur.is de los <igu1en1csac1dos carboxílicos:
(a ) ácido a-me11lbuunco U>l ácido 2-bromobuianoico
(e) ácido -l-J.mmopenmno1co (d) ácido (ZJ-4-feoil-~-bu1enoico
(e) acido lf)-2-metilc1clohexanocarboxílico !O .ic1do 23-dimeulfumánco
(g) ácido m-clorobeo:r..o1co (h ) ácido 3-menlftalico
(i ) a~,do tJ-=moadípico Cj) ácido 3-clorohepmnodioico
PROBLEMA 20.2
Nombre los s1guien1es ácidos carboxílicos (en d caso de que <;ea posible, diga el nombre común
y el s1s1emáticol.
1 CH,CH3 QCCOOH
tal ~COOH (b) YCOOH (e)
N02 CH¡
N02
0COOH ªCOOH ,· f:COOH (d ) (e) (O
COOH HOOC CI H1C COOH
Estructura del grupo carboxilo A continuación se representa la estructura más es-
table del ácido fórmico. La molécula es prácticamente plana. El átomo de carbono carbo-
nílico tiene hibridación sp
1
, con ángulos de enlace prácLicameme trigonales. El enlace
O-H 1arnbién se l!ncuentra en esle plano. eclipsado con el enlace C=O.
o 125°
124º( 11¡ 106º
,.,.c,~H
H Jií• O
:ingulos de enlace
1 o 1.32Á
1.23,... /
uo Á -.....ll 1:.97 A
\;e, YH
H O
longitudes de enlace
Es sorprendente que la conformación eclipsada seá la más estable. Parece ser que uno
de los pares de electrones no companidos del átomo de oxígeno del grupo hidroxilo está
deslocalizado en el sisiema electrofilico p1 del grupo carbonilo. Para representar esta des-
localización se pueden dibujar las siguientes formas de resonancia:
'O'
11
C H
H/ \:("
mayontano
-
:ó:
1,
/ C" ,.......H
H .Q.
bast.an1e nunoritano
-
:ó:
1
e
/ ~+,.......H
H Q.
minorita.no
1
" r
·\_
i ~
~~
.:...i
'.10.3 Estructura y propiedades físicas de los ácidos carbox .Í icos
V Puntos de ebullición Los puntos de ebullición de los ácidos carboxílicos son más al-
tos que los de los alcoholes. cetonas o aldehídos de masas moleculares similares; por
ejemplo, el ácido acético (M = 60) tiene un punto de ebullición de l l8ºC, el !-propano!
(M = 60) de 97°C y el propionaldehído (M = 58) de 49ºC.
o
11
o
CH3-C-OH CH3-CH2-CH2- 0 H
ácido acc1ico. pe = 11 Sº C 1-propanol. pe = 97ºC
11
CH3-CH2-C-H
propionaldehído. pe = ~9ºC
~un~ de ebullición de los ácidos carboxílicos..sean.más altos se debe a que
se forma un dímero, con enlace de hidrógeno, estable. El dímero comiene un anillo de
ocho miembros con dos enlaces de hidrógeno.
O· · ·H-0
~ " R-C C-R " ~ 0-H·· ·O
dímero del ácido con enlaces de hidrógeno
Puntos de fusión En la Tabla 20.l aparecen los puntos de fusión de algunos ácidos
carboxílicos. Los ácidos que contienen más de ocho átomos de carbono generalmente
son sólidos, a menos que contengan dobles enlaces. La presencia de dobles enlaces (es-
pecialmente los enlaces de configuración Z) en una cadena larga impide la formación de
retículos cnstalinos compactos, lo que hace que el punto de fusión sea más bajo; por
ejemplo, el ácido esteárico (ácido octadecanoico) y el ácido linoleico (ácido (22)-9,12-
octadecadienoico) tienen 18 átomos de carbono, pero el ácido esteárico funde a 70ºC y
el ácido linoleicO'a -5°C.
o
11
CH3 - (CH:J16 -C-OH
ácido es1eánco. pf = 70"C
H" /H H" /H O
C=C C=C ll
/ " / " CH3(CH¡), CH2 (CH2).¡-C-OH
ácido linoleico, pf = - 5ºC
Los puntos de fusión de los ácidos dicarboxílicos (Tabla 20.'.!) son relativamente al-
tos. Con dos grupos carboxilo por molécula, las fuerzas de enlace de hidrógeno son par-
ticularmente fuertes en los di:ícidos: se requiere una temperarnra alta para romper el reií-
culo de los enlaces de hidrógeno del cristal y fundir el diácido.
J Solubilida des Los ácidos carboltfücos forman enlaces de hidrógeno con el agua: los
ácido~ carboxílicos de masa molecular pequeña (hasta cuatro átomos de carbono) son m1s-
c1bles en agua. A medida que la longitud de la cadena del hidrocarburo aumenta. la solu-
bilidad en agua disminuye. de forma que los ácidos con más de 1 O átomos de carbono son
insolubles en agua En las Tablas 20. 1 y 20.1 aparecen las solubilidades en agua de algu-
nos :ícidos carboxilicos sencillos y di:ícidos.
Los ácidos carboxílicos son muy so lubles en los alcoholes. ya que forman enlaces
de hi~rógeno con ellos. Además. los alcoholes son menos polares que el agua. por lo que
los ácidos de cadena más larga son más solubles en los alcoholes que en agua. La mayo-
ría de los ac1dos carbuxílicos son bastante solubles en disolventes relauvarnente no pola-
res. como el cloroformo. ya que el ácido continúa existiendo en su forma dimérica en el
disolvente no polar. es decir. los enlaces de hidrógeno del dímero cíclico siguen ex1slien-
do cuando el ácido -se disuelve en un disolvente no polar.
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905
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906 Capítulo 20: Ácidos carboxílicos
20.4
Acidez de los
ácidos
carboxílicos
SlTf;lf.QFNf'l A
~ . ::··
20.4A Medida de la acidez
Un ácido carboxilico se puede disociar en agua para dar lugar a un protón y a un ión car-
boxilato. A la constante de equilibrio de esta reacción. K,, se le denomina constante de di-
sociación .icida. El pK, es el logaritmo cambiado de signo de la K,. Para indicar la acidez
relativa de los distintos ácidos generalmente se uuliza d pK
3
(Tabla 20.3).
o
11
o
11
PARA RESOLVER PROBLEMAS
En una solución acuosa, un ácido
se disociara si el pH es mayor (mas
básico) que el pK, del áetdo y se
encontrará prácticamente sin
disociar si el pH es inferior (más
ácido) al pK. del aetdo.
R-C-0-H + H~O
K,
..,:::±.. R-c-o- + H¡O+
[R-CO~][H¡O+]
[R-C02H]
pK, = - log10 K,
En los ácidos carboxilicos simples. los valores de pKª están alrededor de 5 (K = I0-5).
Por ejemplo, el pK3 del ácido acético es de 4.74 (K3 = 1.8 X I0-
5). A pesar de que los ácidos
carboxílicos no son tan fuenes como la mayoría de los ácidos minerales, son mucho más áci-
dos que los grupos funcionales ya estudiados. Por ejemplo. los alcoholes tienen valores de pK
1
comprendidos entre 16 y 18. El ácido acético (pK, = 4.74) es aproximadamente !011 veces
más ácido que el alcohol con mayor carácter ácido; de hecho. el ácido acético concentrado
produce quemaduras característic;as de los ácidos cuando se pone en contacto con la piel.
Tanto la disociación de un ácido como la de un alcohol implica la ruptura del o:nla-
ce 0-H. pero l~iación de un ácido carboxílico da lugar a unión carboxilato con
Ja carga m:gativa estabilizada por resonancia y repanida por igual entre los dos átomos de
, .
TABLA 20.3 Valores de· Ka y pi(, de ácidos carboxilicos y dicarboxílicos
.... u ...... __ ~·--·· ~· ..,_ - - ...... l ... ·- --4~~·
Fórmula Nombre Valores
·~""::'-.,_:--:-• .. ~
~ .. .=:.:·~.~ ~~. -- -:~~:--1
Ácidos carboxilicos simples
K,(a 25ºC) pK,
HCOOH ácido metano1co 1.n X 10-4 3.75
CH3COOH ácido ctanoico l.76 X I0-5 4.74
CH3CH1COOH ácido propano1co 1.34 X I0-5 4.87
CH3(CH2hCOOH ácido butanoico 1.54 X I0-5 4.82
CH3(CH2)JCOOH :íc1do pen1.ano1co 1.52 X 10-5 4.81
CH 3( CH2).COOH :íc1do hcxano1co 1.31 X I0-5 4.88
CH3(CH2)6COOH ácido OCtanolCO 1.28 X IO-; 4.89
CH1( CH2)sCOOH :leido decanoico 1.43 X I0-5 4.84
C~5COOH ácido benzoico 6.46 X 10-5 4.19
p-CH3C6H.COOH ácido p-1óluico 4.33 X 10-5 4.36
p-CIC6H,COOH 'ácido p-elorobenceno 1.04 X 10-4 3.98
p-N~C~4COOH ácido p-n11robcnzo1co 3.93 X 10-4 3.4t
Áetdos dicarboxilicos
Ka1 pK.1 K.i pK.i
HOOC-COOH oxálico 5.4 X l0-2 1.27 5.2 X 10-5 4.28
HOOCCH1COOH rnalónico 1.4 X 10-3 2.85 2.0 X 10-6 5.70
HOOC(CH2hCOOH succmico 6.4 X l0-5 4.19 2.3 X 10-6 5.64
HOOC(CH1)JCOOH glmáricu 4.5 X l0-5 4.35 3.8 X 10-6 5.42
HOOC( CH2 ) 4COOH adípico 3.7 X l0-5 4.43 3.9 X I0-6 5.4t
cis-HOOCCH =CHCOOH rnalcico 1.0 X 10-? 2.00 5.5 X 10-7 6.26
trans-HOOCCH = CHCOOH fumárico 9.6 X IO_, 3.02 4.l X I0-5 4.39
1.2-c,,H,(COOH)i ftilico l.l X IO-J 2.96 4.0 X 10-6 5.40
1.3-C;¡H.(COOH )i 1.SOlt:llico 2.4 X 10-i 3.62 2.5 X I0-5 4.60
1.4-C,,ff,(COOH)i lcreftilico 2.9 X 10-4 3.54 3.5X IO-S 4.46
T
¡
!\...
20.4 Acidez de los ácidos carboxílicos 907
:::::::=.:::: .::_--: ~;:...::_:_:__,:--_-:-.:._-::==--:: .. =. ... :_::..::=.:._ .:---=:::...::.::=--~--..:.:-=:::=- -:__::.::.._~- _::.:.:..__::::_...::_::_-:..,,~--=-
R-Q-H + H
1
Q:
alcohol
-- R-Q! pK•: 16 + H30+ !K,: 10-10>
alcóxido
J ·o·
11 .. .•
R-C-Q-H + H.zO: --ácido [ Q: ·0:-1 ,f' / . R-C +---+ R-C + H3Q+ \t- ~9: pK,:5 (K,: 10-5)
carbox 1 la10
R-o- + Hp+
t R-OH ~H20 ! /-.ol-
'" ~ R-C + H o+ ~ - \ ~ 1 3
g R-COOH + H?O csubilizoc1ón Üi-
u - del
carbox1laro
.._ Figura 20.1
~ Los ácidos carboxílicos tienen mayor carácter ácido que los alcoholes debido a que los iones
carboxilato son más estables que los iones alcóxido.
.QXígeno. comparada con el oxígeno.del ión alcóxido (Figura 20.J). La deslocaJización de
la carga hace que el ión carboxilato sea más estable que el ión alcóxido, por lo tanto, la
disociación de un ácido carboxílico a ión carboxilato es menos endoténnica que la diso-
ciación de un alcohol a ión alcóxido.
El ión carbo'xilato se puede visualizar como un hibrido de resonancia (Figura 20.1) o
como un sistema conjugado de tres orbitales p que contienen cuatro electrones. El átomo de
carbono y los dos átomos de oxígeno tienen hibridación s,J y cada uno de eUos tiene un or-
bital p sin hibriclar. El solapamiento de estos tres orbitales p da lugar a un orbital molecular
1T de tres centros. Hay la mitad de enlace 1T entre el átomo de carbono y cada uno de los áto-
mos de oxígeno. y la mitad de carga negativa en cada átomo de oxígeno (Figura 20.2).
En la Tabla 20.3 se dan los valores de pK. de varios ácidos dicarboxílicos y de áci-
dos carboxilicos sencillos. Los diácidos tienen dos constantes de disociación: K.
1
para la
primer.i disociación y K.:i. para la segunda disociación. que da lugar a un dianión. El segundo
o o o o o o
J 1 K,1 1 1 K., U 1 e, ,,..e H,o· + / e, ,,..e, 2 tt,o• + /e, ,,..e
HO/ CH; "oH -o CH._; OH -o CH; "o-
ácido malónico ,,. - ' " ~ •A ' Kal =(..,."IV - anión K., = 2.0 X 10-•
-------------- - ·-·--~-------- -------- - --
1
o:?-
CH3·- C/
'ºt-
H
----=:.=:·=-=::--=--:::::=....--========----:::::-:--: ::-------- --- _., _______ ___ _
11
diaruón
~ Figura 20.2
Esuucrura del ión aceuuo. Cada
enlace e-o tiene un orden de
enlace de ! ( un enlace <T y la
mitad de u-n enlace 1T ) . Cada
átomo de oxigeno llene la mnad
de ta carga negativa.
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908 Capítulo 20: Ácidos c:irboxílicos
grupo carbo.iúlico siempre Liene menos car:ícter ácido 4ue .:1 primero (Ku << K,1), ya que
se necesita una energía adicional para obtener una segunda carga negativa próxima a la
primera. por lo que habrá una repulsion entre ambas.
V 20.48 Efectos de los sustituyent~ en la acidez
H O
1 ~
Un sus tituyente que estabilice al ión carboxila10 cargado negativamente hace que -1e incre-
rneniFTa disociación. lo que da lugar a un ácido más fuerte. Lo~ átomos electronegativos
íncremenum la fuerza de un ácido de la forma mencionada anteriormente. Este efecto rn-
ducuvo.puede ser bastante gr.mde si hay varios grupos sustrJctores de electrones en el áto-
mo de carbono ex. Por ejemplo. e l :icido cloroacético (ClCH~-COOH) tiene un pK, de
2.86. lo que indica que es más fuerte que el ácido acético (pK, = -04); el ácido didoroa-
cénco (CloCH -COOH) aún es más fuerte, con un pK, de l.26; el ácido tricloroacético
(Cl3C-COOH) tiene un pKn de 0.64. comparable a la fuerza de algunos ácidos minerJles.
La magnitud del efecto de los sustimyentcs depende de su distancia al grupo carbo-
nilo. Los sus tinryentes en los átomos de carbono a son los más efectivos para incremen-
tar la fuena de los iícidos. Cuanto más distantes estén los susmuyentes. los efectos sobre
la addez más disminuidn. por lo que los efeccos inductivos decrecen rápidamente al au-
mentar Ta distancia.
H O H O c'1 o '
1 11 1 11
H-C-C-0-H (cl:.-c-c-o-H
1
@\-c-c-o-H
. f' ~
Cl""--C - C-0-Hj
@ 1 H H ,¿¡
:leido acético
pK, = 4.74
ácido c loroacéuco
pK, = 2.86
:leido dicloroacé\ico
pK, = 1.26
ácido mcloroacético
pK, = 0.64
1 ·;: ócid!>S:~E#& ~
r ca
't 11
----, -,
o r 11 o Cl O 1 íl Cl
CH
2
-CH2-CH2-C-OH CH3-CH-CH.¡-C-OH CH3-CH2 -CH-C-OH
ácido +dorobut:1110ico ácido 3-clorobutan0ico
pK, = 4.05
ácido 2-clorobutanoico -'
pK, = 4.52 pK, = :!.86
Los ácidos benzoicos sustituidos muestran tendencias s imilares respecto a la acidez;
es decir, los grupos sustractores de electrones incrementan la fuerza de los ácidos y los gru-
pos donantes de electrones la disminuyen. Estos efectos son más fuertes en e l caso de sus-
tituyentes en posición orco y para. En los ejemplOS que se representan a continuación. se pue-
de observar cómo un sustituyente nitro (sustractor de electrones) incrementa la fuerza del
ácido. miencr.is que un sustituyente mctoxilo (donante de electrones) disminuye la fuerza del
ác.;do. El grupo nitro tiene un mayor efecto en la posición orto y para que en la posición meta.
AH 6:" rC" ~H
y # UN01 y
OCH3 N02
p-metOXI
pK, = 4.46
.ícido benzoico
4.19
m·niLro
J.47
p-mtro
3.41
COOH
&N~
o-mlrO
2.16
1 jciúos_of.4-MS ~
En la Tabla 20.4 se ~numeran los valores de K, y pK, de algunos ácidos carboxíli-
cos sustitmdos. mostrando cómo los grupos sustrJctores de electrones mcrementan la fuer-
za de un ácido.
T
1
20.5 Sales de óicidos carboxílicos 909
TABLA 20.4 Valores de K. y pK. de ácidos
carboxílicos sustituidos
Ácido K. pK,
F1CCOOH 5.9 X 10-I 0.:!3 tic1dos Cl3CCOOH 2.3 X I0- 1 0.64 más fuenes CL.CHCOOH 5.5 X 10- 1 1.26
O.N-CH.COOH 2. 1 X 10-l 1.68
NCCH.CCX)H J.4 X IO-l '.!..16
FCH,COOH 2.6 X IO-l 2.59
c1cH..cooH 1.4 X IQ-l 2.86
CH,CH1CHCICOOH 1.4 X IO-J 2.86
BrCH,COOH l.J X 10-• 2.90
ICH.,COOH 6.7 X 10-• 3.18
I~' Hc;ScCH.COOH 4.8 X 10- • 3.32
CI 130CH2COOH 2.9 X io-• 3.54
HOCH..COOH 1.5 X 10-• 3.83
CH1CHCJC~COOH 8.9 X 10-> 4.05
C6H5CH2COOH 4.9 X 10-s 4.31
CH.~CHCH.COOH 4.5 X 10- s 4.35
c 1cH,CH1CH;cooH 3.0 X 10-> 4.52
CH1COOH 1.8 X 10-> 4.74
CH1CH1CH2COOH 1.5 X 10-s 4.82
CH3CH2COOH 1.3 X io-> 4.87
PROBLEMA 20.3
Coloque los compuestos de cada apartado por orden crecicme de acidez.
(a) CH3CH 2COOH CH3CHBrCOOH CH3CBr;zCOOH
(b ) CH3CH2CH2CHBrCOOH CH3CH2CHBrCH
2
COOH
(e) CH3f HCQOH CH3?8CCX)H CH3CH,COOH
CH3CHBrCH1CH~COOH
CH1CHCOOH
1 N02 Cl C=:N
_z·_._
Una base fuerte puede desprotoaar completamente a un ácido carboxílico. Los productos
que se obtienen son el ión carboxilato , el callón procedente de la base y agua. La combi-
nación de un ión carboxilato y un catión es una sal de un ácido carboxílico.
o o
11 11 @==> R-C-0-H + M +-oH ~ R-c-o- •M + H.p
ácido carboxilico base fuene sal del ácido agua
Por ejemplo. el hidróxido de sodio desprocona al ácido acético para formar acetato
de sodio, sal ~ódica del ácido acético.
o
11
C H¡ - C-0-H + Na • -oH
ac1do acéuco hidroxido de sodio
~
o
ll
C H -c-o-+Na + H..O
3 -
aceta«> de sodio
Como los ácidos mmerales son más fuertes que los ácidos carboxílicos. la adición
de un jCiOofü1ñeraJ vuelve a transformar la sal del ácido carbo.iúlico en el :ic1do carboxí-
~original.
..
-- ---- -~ --
la absomon de muchos fárma-
cos qoe se administran oralmen-
te y que contienen grupos acidos
carboxilicos depende de sus va-
lores de pK.; por ejemplo. la as-
pirina, que es un ácido. se absor-
be fiicilmente .,n el estómago. en
el que hay un medio aodo, y
pasa rápidamente a traves de las
membranas a la sangre.
COOH 6-º-L.
aspirina
20.5
Sales de ácidos
carboxílicos
)
,_:,,,.":;
0
o
(;
e
6
~ ......
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r 1 11 1 l ll\ ll:
910 Capítulo 20: Ácidos carboxílicos
nomenclatura IUPAC:
nombre común:
nomenclatura IUPAC.
nombre común:
, ..
J (ir
Ejemplo
o
11
R-c-o-+M
sal de ácido
+ H~ ~
o
11
R-C-0-H
ácido regenerado
o o
+ M+
11 11
~-c-o-+Na + w c1- ~ CH1-c-o-H + Na+ c1-
acelllto de sodio ácido acético
Las sales de los ácidos carboxJ!icos tienen propiedades muy di fe rentes a las de los
ácidos. incluyendo su ma)'.or solubilidad en agua.Y que son menos oloro~. Como los :íci-
dos y sus sales son fácilmente interconvertibles, las sales se utilizan como derivados muy
útiles de los ácidos carboxfücos.
Nomenclatura de las sales de los ácidos carboxílicos Las sales de los ácidos car-
boxílicos se nombran añadiendo al nombre del ión carboxila10 (que resulta de sustituir la
terminación -ico del ácido por -ato), el nombre del catión. Los ejemplos anteriores indi-
can qrn:-e1 hidróxido de sodio reacciona con el ácido acético y se obtiene acetato de so-
dio. Los siguientes ejemplos muestran la formación y la nomenclatura de otras sales:
o o
11
CH1Cli.iC~CH1-C-OH
ácido pcnlllllOICO
+ LiOH
h1dróx1do de liuo -- ll C~CH2Cli.iCH.i-C-o- +Li pcnllllloato de liuo
v itfernto de liúo ;leido valérico
o
11
CH1CH2CH.i-C-0H
ácido bulllllOICO
ácido buúrico
+ =NHi
amoniaco --
o
11
CH3C~C~-c-o- +NH,
bulllnoato de amomo
butirato de .unoo10
Propiedades de las sales de ácido De la misma forma que las sales de las aminas
(Sección 19.7), las sales de los ácidos carbo.xílicos son sólidas y prácticamente inodoras.
Generalmente funden a temperaturas altas y con frecuencia se descomponen antes de al-
canzar el punto de fusión. Las sales carboxilato de los iones alcalinos (L¡+, Na+. ~ y del
ión amonio ~ ~ generalmente son solubles en agua pero relativamente insolubles en
disolventes org:ínicos no polares. El jabón, sal de sodio de :ícidos grasos de cadena larga,
es un ejemplo característico de sales de los :íddos carbo.xílicos (Capítulo 25). Las sales de
¡¡¡ mayoría de los otros iones metálicos son insolubles en agua; por ejemplo. cuañOo se uti-
liza jabón en agua "dura» (agua que contiene iones calcio, magnesio o hierro), los carbo-
xilatos insolubles precipitan, dando lugar a un material insoluble espumoso denominado
«espuma de agua dura»;
o o
11 11
2 Cli,(C~) 16-C-O- +Na + Ca2+ ___. [CH3(C~) 10-C-OJiCa ¡ + 2 Na•
Jabón «espuma de agua dura>t
( La formación de la sal se puede ucilizar para idémtificar y purificar ácidos. Los áci-
dos carboxfücos se pueden desprotonar con una base débil como el hidrogenocarbonato
de sodio. dando lugar a la sal sódica del ácido. dióxido de carbono y agua. Si se tiene un
compuesco desconocido que es insoluble ~n agua, pero se disuelve en una disolución de
hidrogenocarbonato de sodio liberando burbujas de dióxido de carbono. es muy probable
"!Ue se trate de un ácido carboxílico.
\¡
o
11
R-C-0- H
msolublc en agua
+ NaHC03 ~
o
11
R-c- o -+Na
soluble en agua
+ ~o + C02 i
~
1~· 20.5 Sales de ácidos carboxíÍicos 911
----·-- - --- ... ---- .. __ _
fase
etérea
rase
acuosa
o
11
(1) decanlllJ' la fase acuosa
(2) adición de NaOH J1lwdo \ RCC~r
(o NaHCOJ) a la fase orgánica
o
11
--·-- --··------
( 1) separ:ir la fose e1é=
(2\ adición Je HCI (ac.)
(J) adición de HQ (ac.)
R-C-OH
NaOH (ac.l. R-c-o-Na+ HQ(ac.l
- ·- ·- ----- -----------
o
11
R-C-OH
soluble en éter. pero no en H10 soluble en H20. pero no en éter soluble en éler. pero no en HiO
mezcla agit:1r con
(ácido + impurezasl éter/a¡¡ua
.A. Figura 20.3
ácido e
impurezas
orgánicas
impurezas
inorgánicas
ag11ar con
-oH y H20
impurezas
Las propiedades de solubilidad de los ácidos y sus sales se pueden utilizar para separar impure= que no se3Jl ácidas. Un ácido
carboxílico es más soluble en la fase orgánica, pero sus sales son más solubles en fase acuosa. Las extracciones ácido-base pueden
mover el icido de la fase etérea a la fase acuosa y retomarlo a la fase etérea, separando de esta forma las impure-tas.
Algunos métodos de purificación utilizan las diferentes solubilidades de los ácidos y
de sus sales. Las jmpurezas que no son ácidas (o débilmente ácidas) se pueden separ.ir de
un ácido carboxílico mediante extracciones ácido-base (Figura 20.3). Primero se disuelve
el ácido en un disolvente orgánico, como por ejemplo éter. y se agita con agua. El ácido per-
manece en la fase orgánica mientras que las impurezas solubles en agua se ir.in a la fase acuo-
sa. A continuación el ácido se extrae con una solución acuosa de hidrogenocarbonato de so-
dio, formando una sal que es soluble en la fase acuosa. Las impurezas que no son :ícidas (y
las débilmente ácidas como los fenoles) permanecen en la fase ecérea. Se separan las fases
por decantación y la acidificación de la fase acuosa hace que se regenere el ácido, que es
insoluble en agua. por lo que se disuelve en el ~ter. La separación de la fase etérea por de-
cantación, seguida de la evaporación del éter, permite obtener el ácido purificado.
PROBLEMA 20.4
Suponga que ha simeiizado ácido heplanoico a panir de l-heptanol. El produc10 está contaminado
con dicromaro de sodio, ácido sulfúrico, 1-heptanol y posiblemente heptanal. Explique cómo puri-
ficaría el ácido heptanoico mcdi3Jlte ex1.r.1Cciones ácido-base. Represeme de fonna gráfica. como en
la Figura 20.3. la fonna de separar las impurezas, Uldicando las fases en las que se encuemran.
PROBLEMA 20.S
Los fenoles son menos ácidos que los icidos carbox.ilicos. con valores de pK, del orden de 1 O. Los
fenoles se pueden desproconar (y por tanto son solubles) en soluciones de hidróxjdo de sodio pero
no en soluciones de hidrogenocarbonato de sodio. Explique. medi3Jlte d procewmiemo de ex-
tr:lcción. cómo aislarla los tres componcnces de una mezcla fonnada por p-;.-resol (p-metilfenol},
eiclobexanona y :ícido benzoico.
PROBLEMA 20.6
En la mudación de un alcohol primario a aldehído lllmb1én se suele oillenet" una cierta proporción del
correspondiente ácido carboxílico. Suponga que ha utilizado PCC para ox.idar 1 -pentanol a pcntanal.
(a) Explique cómo punficarfa el pentanal medi3I11e una excracc1ón ácido-base.
..
El timerosal se ha utilizado como
antJséptico tópico durante mu·
chos anos. Sus e fectos antimi-
crobianos son debidos en gran
parte a la toxicidad del átomo de
merrurio que ert.á enlazado y es-
tabilizado por e l grupo tiol del
ácido orto-men:aptobenzoico. El
grupo carboxilato de sodio se
utiliza para incrementar la solu-
bilidad de este. compuesto mer-
curiado en agua. El timerosa l
también se utiliza como con.ser·
vante en algunas soluciones de
lentes de contacto. La sensibili-
dad al timerosal y la preocupa-
ción por la exposición cronica al
mercurio ha fomentado e l de-
sarrollo de antisépticos y solu-
ciones de lentes de contacto que
no contienen timerosal.
COONa
&SHgCH,cH,
time rosal
¡
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11 ~ I
i•
'¡: ·~ ;f
¡ , ·:,
I• .1.;
912 Capítulo 20: Ácidos c:irboxílicos
20.6
Fuentes
comerciales
de los ácidos
carboxílicos
fbl ¿Que impureZ'1.. de las que se esper.in obtener. nu se puede separar median1e una extracción
:ícido-base? ¿Cómo elimmaría esta impureza?
El ácido ah fálico comercial más importante es el ácido act!tico. El vinagre es una solución
acuosa al 5% de ácido acético: se utiliza para cocinar y como agente conservante en ali-
mentos preparados como las conservas en vinagre . .:1 ketchup y salsas de ensalada. El vi-
nagre se obuene mediante la fermentación de azúc:ires y almidones. Un intermedio de
esta fermentación es d jlcohol etílico. Cuando las bebidas alcohólicas fermentadas. como
el vino y la sidra. se exponen al aire. el alcohol se oltida a ácido acético. obteniéndose el
«vinagre de vino» y el «vinagre de manzana», respectivamente.
fermentación
o
11
azuca= y almidones CH3-CH~-OH
alcohol ~tílico
fennemac1ón
º2
CH3-C-OH
vinagreEl ácido acético también es un producto químico industrial. Se utiliza como disol-
vente. como sustancia de panida en síntesis y como catalizador en una gmn vanedad de
reacciones: gran pane del ácido acético industrial se obtiene a partir del etileno. el cual me-
diante oxidación caialític:i se transforma en acetaldehido que, a su vez. se transforma en
ácido acético mediante otm oxidación catalítica.
o
H.....,_ /H
,.,.c=C'-
º1 11
CH¡-C'-H º1
o
11
CH
3
-C-0-H
H H Pd~CuCl1 (caulizador)
accu10 Je cobalto
(catalizador)
e ti le no acetaldehído ácido acético
Las polillas, moscas y otros in-
sectos con frecuencia utilizan
ácidos grasos y derivados como
feromonas para atraer a SU5 pa-
rejas. Hay gran interés en el de-
sarrollo y la producción de estos
compuestos como medida de
control de las plagas de estos in-
sectos.
.,.. Figura 20.4
La hidrólisis de una grasa o Je un
aceite da lugar a una mezcla Je
sales de :ic1dos grasos de cadena
!:irga. Las grasas arumales
contienen principalmenle ácidos
grasos saruraJos. mienlraS que la
mayoría de los aceites vegetales
son poliinsacurados.
El metano! también se utiliza para la símesis industrial de ácido acético. La reac-
ción se produce haciendo reaccionar el metano! con monóxido de carbono. utilizando ro-
dio corno catalizador y altas presiones, por lo que esta reacción no es apropiada para la s ín-
tesis en el laboratorio.
CH30H + CO
metano!
Rh. catalizador
calor. p<CS1on
CH3COOH
ácido acéttco
La Figura 20.4 muestra la obtención de ácidos alifáticos de cadena larga a partir de
la hidrólisis de grasas y aceites. Esta reacción se tratará en el Capítulo 25. Los ácidos gra-
sos que se encuentran en las grasas y en los aceites generalmente son ácidos de cadena lar-
ga con un número de átomos de carbono par comprendido entre C6 y C 18• Mediante la hi-
drólisis de la grasa animal se oblienen principalmente ácidos grasos saturados, mientras
que si se parte de aceites vegetales se obtienen grandes cantidades de ácidos grasos insa-
tur.idos. con uno o más dobles enlaces olefínicos.
Algunos ácidos carboxilicos aromáticos también son comercialmente importantes.
El ácido benzoico se utiliza en medicamemos, conservantes de los alimentos y como
o
11
CH,-0-C__/V\/\NV\
1 - ~
CH - O-C _J\/\/\j\/\
1 ~
CH~ -o-e __/V\/\NV\
grasa o aceite
··-·-----· ------ ----~- --------~ --- ·--· ,_ ··-
"OH/~0
h1drólis1s
I H1-0H
CH-OH
1
CH2 -0H
glicerol
o
11
-o-e __fVV\NV\
o
11 -o-e _J\/\/\/\/\
o
11 -o-e __fVV\NV\
>!31es de ácidos grasos
(jabón)
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20.7 fupectro~opta de los á.:1dos carboxílicos 913
sustancia de partida en la síntesis industnal de gran canudad de productos. El ácido ben-
zoico se puede obtener por ox idación del 1olueno con permanganato de potasio. ácido n1-
trico y otros oxidantes fuertes.
(JCH
3
HNO, (JCOOH
1olueno ac1tlo bc:nwico
Dos diácidos comerciales importantes son el ácido adípico (ácido hexanodioico) y
el ácido ftálico ( 1,2-bencenodicarboxílicoJ. El ácido adípico se uáliza en la manufactura
del Nylon 6,6 y el ácido ftálico en la obtención de poliéstercs 1. En la síntesis indusaial del
ácido adípico se utiliza benceno como sustancia de partida. El benceno se hidrogena a ci-
clohexano. cuya oxidación (uulizando como catalizador cobalto/ácido acético) da lugar a
ácido adípico. El ácido ftálico se obnene mediante la oxidación directa de l naftaleno o del
1>-xileno utilizando un catalizador de pcntoxido de vanadio.
o H'.?.Ni o º: C COOH alta presión CO(OCOCHy 3• CH3COOH COOH
heneeno c1clohex:mo ácido adípico
OCCH¡ roo OCCOOH º:· vps o calor CH3 COOH
o-u le no naftaleno ácido ftálico
:.• "'-
20.7A Espectroscopia infrarroja
La característica ¡nás importante del espectro infrarrojo de un ácido carboxílico es la ban-
da mtensa de absorción del ~po carbonilo. En un ácido saturado. esta vibración se pro-
duce alrededor de l 71 O cm - que. con frecuencia. es amplia debido al enlace de hidróge-
no en el que está implicado el grupo carborulo. En los ácidos conjugados, la frecuencia de
1ensión del grupo carbonilo disminuye hasta aproximadamente 1690 cm-1•
~_........17l0 cm 1 "- ~---1690 cm ·1
R-C-0-H C=C-C-0-H
""' 2 500. 3 500 cm_, ./ I ""'2 5()(). 3 500 cm - 1
La vibración de tensión 0-H de un ácido carboxflico absorbe en una banda amplia
entre 2500-3 500 cm-1• Este intervalo de frecuencia es menor que las frecuencias de ten-
sión del grupo hidroxilo del agua y de los alcoholes. cuyos grupos 0-H absorben en una
banda centrada alrededor de 3 300 cm- 1. En el espectro de un ácido carboiu1ico. la banda
ancha del grupo hidroxilo aparece justo por encima de la región de tensión C-H. Este so-
lnparruemo de absorciones da a la región de 3000 cm-1 una apariencia caracterísnca de-
bido a la anchura del pico correspondiente a la tensión 0-H. superpuesto con los picos
puntiagudos debidos a la tensión C-H.
En la Figura 20.5 se representa el espectro de IR del ácido 2-metilpropenoico (ácido
metacrílico). Si se compara este espectro con el del ácido hexanoico (Figura 12.12. p. 507).
se puede observar el desplazamiento en la posición de las absorcmnes del grupo carboni-
lo y que el ácido conjugado, insaturado. presenta una absorción de tensión C=C bastan-
te fut:rte alrededor de 1 630 cm-1, justo a la derecha de la absorción del grupo carbonilo.
1
Nota de los 1raáu1:1ores: d JC1do ltalico .:s precursor de plasuficanle> de gr.in comumo como el ft:1-
ln10 de dibuulo. de tliocttlo o de b1s('.!-eul-hex1lo). pero no hab1rualmeme de poliéslercs. En cambio el
:ic1do lereft:ilico es el precursor de poliésteres y poliam1das de gr.in aplicación en la elabor:ic1ón de fi-
bras para la mduslfla 1cx1u como. por eiemplo. d Tcrgal~. o de plás1icos para envases de bebidas como
el PET. poti(1ercital:uo de euleno).
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El escorpión Je ~cola de láugo"
ex.pulsa acido ac¿u.:o pulvenzado
para repeler a los depredadores.
Se está estudiando la transfor-
mación microbiana del tolueno
a acido adípico, como proceso
alternativo al ácido adípico. Si el
proceso fuese económicamente
factible, se produciría menos im-
pacto medioambiental que me-
diante la síntesis qu1m1ca a par·
tir del benceno.
20.7
Espectroscopía
de los ácidos
carboxílicos
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914 Capítulo 20: Ácidos carboxilicos
-· -· --· -- ~ .. _ - -~ --------··-- ------ - ... ___ .. H ____ ---··- ·~---·------· ..... __ --- - -· ----------
longuud de onda (µm)
2.5 3.5 4 4.5 5 5.5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16
100, J_. •'-• - ~:-·71-•TT'¡......,...7-'H-- .. l--L- -+--1-i--,,¡...-¡ --+- --1------
80 ··+-I- ·p., ,_-:' ... 1-""-'\L~'-:- :. _, L - '" . - .
¡.,. .. h- .. ¡~ ~:.. ' 1-t- .;..¡..! - ~ ..... ~ • '- '· .. r R f---iC i=-1 /-_ r .. -.,...--- ._ _ __L_..._...L.L......
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6() '°" H ' . ) r ··- ·- . ~ - ..,- • ~ ll
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- r ~ .. ·+ ~ ··- ·-~ ....... ~. 1- ... ~ ..... ..__ ___ _ ._ J.._ ~I 40 f- • ,, ...._ - "'i.-1-- 1- 'I
. .. --· -· \· ~· . " L -
1--
1.-C ~ 1- ~ - r/ - - t- -j
~ ! ~·-- ·n·'-····~-i-}-··-- CH1 O "- 111 . . -
20 _+- _ ' j 11 • IU - ..._. -rl-t/-f--~--J-•
' . CH~-c-c OH ~ -- 16lo- ,_ __ , - - ---+--1-----
0 !+~ - -.. ~- -- . - ' -· . TJ i T~_:t=t:· - " l 6~L1-1--
4000 3500 3000 2500 2000 1800 1600 14001200 1000
número de onda (cm - 1)
4 Figura 20.5
Espectro de !R del :í<:ido 2-metilpropenoico.
800 600
--.. ·-·-· - ·- ---· ---·-------~· ··-----· ___ .. ______ --·----------·-----·_ ... _________ _ ---·---------- - -----~- ---- ·--
PROBLEMA 20.7
A continuación se represen1:1 el espectro de IR del ácido r E)-2-octcnoico. Indique las caractcrísricas espectrales que permitan decir que
se !rala de un ácido carboXJ1ico, y que se trma de un ácido insarurndo y conjugado.
longnud de ond3 (µm)
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
100
1. 111 h"k+++fff+H=tt=l I TI::l±f--F~t-+=t='.1 1 '!=t=-h"'9
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20 t-1-
or
4000 3500
·lr-li-lt+-+~~h-+r 1: 1. 1 . 1 trt'-1+-m 1 11 1 '-f.--+.- 1
3000
11i4it"N+-:..¡._;;¡.;._.¡:.:.,..~ ~ J J, 1 •I • 1------1
2500 2 000 1 800 1 600 1 400 1200 1 OOo
numero de onda (cm- 1)
20.78 Espectroscopia de RMN
800 600
Los protones de tos ácidos carbox.ílicos son los más desapantallados de todos los que se
han visto hasta ahora, Jbsorbiendo entre 10 y 13 ppm. Dependiendo del disolvente y de la
concentración, los picos correspondientes a los protones ácidos pueden ser puntiagudos o
anchos, pero s iempre aparecen s in desdoblar debido al intercambio r.ípido que tiene lugar
entre los protones ácidos de las diferentes moléculas.
H O
1 ~
-C-C-0-H
1 '\ .S= 10-13 ppm
H" 1>=2.0-2.5 ppm
'I
t
1
1
1
1
'-
20.7 Espectroscopia de los ácidos carboxílicos 915
-------
'.?()() 180 160 140 120 100 80 60 40 ?Q
11 1 1 1 11
1 o ' 1
/
11
HO-C-C~2-C~2-Ct:!!_ ' I~ ........ ........ ~
Desviación: 2.0 ppm
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1 ¡ ............... --.,
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10 9 8 6 4
ll(ppm)
.A. Figura 20.6
Espectro de RMN de protón del ácido bu1:1no1co.
Los protones de los átomos de carbono en a absorben entre 2.0 y 2.5 ppm. aproxi-
madamente en la misma posición que los protones de un átomo de carbono en alfa de una
cetona o un aldenído. En la Figura 20.6 se representa el espectro de RMN de protón del
ácido butanoico.
O sextupletc (solapamiento, cuadruplete de 1riplet.es)
11 /
H-O-C-CHz-CH,-CH
I / \- \3
o= l 1.2 c5='.?.4 c5= 1.6 .5= l.O
smgulete triplcte tnplctc
Los desplazamientos químicos de RMN de los carbonos de los ácidos carboxOicos
son parecidos a los de las cetonas y los aldehídos. El átomo de carbono carbonílico absorbe
alrededor de 180 ppm y el átomo de carbono en a absorbe entre 30 y 40 ppm. Los des-
plazamientos químicos de los átomos de carbono del ácido hexanoico son los s iguientes:
o
11
HO- C-CH,-CU -CH..-CH,-cu
1 1 - 1 " l 1 - 1 . 1 '"')
18 1 34 25 31 22 14 (ppml
PROBLEMA 20.8
(al Determine la estructura del ácido carboxílico cuyo espectro de RMN de protón se represen-
ta en la págma siguiente.
(b) Represente el espectro de RMN que cree que correspondería al aldehído cuya ox.idación da-
ría lugar a este ácido carboxílico.
(e) Indique dos diferencias carncteristicas entre los espectros del aldehído y del :ícido .
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916 Capítulo 20: Ácidos carboxílicos
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..f.-Desv1ación: 2.1
10 9 8
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1 1 i
1
6 4 ' - o
lllppm)
20.7C Espectroscopía de ultravioleta
Los ácidos carboitílicos saturados presentan una transición débil 1t-.. 7t* que absorbe en-
tre '.!00 y 215 nm. E.sta absorción corresponde a'la transición débil c:ntre 270 y 300 nm que
se observa rambién c:n el espectro de las cetonas y los aldehídos. La absorción molar es muy
petjueña (entre 30 y 100) y con frecuencia pasa desapercibida.
Los ácidos conjugados presentan absorciones mucho más fuertes. Un doble .:nlace
C =C conjugado con el grupo carbox.ilo se retleja en el espectro con una Arna.. también
alrededor de 200 nm. pero con una absorción molar aproximadamente de 10 000. Un se-
gundo doble enlace conjugado hace que el valor de Amax aumente aproximadamente has-
ta 250 nm. como se puede ver en los siguientes ejemplos:
o
11
CH:=CH-C-OH
o
11
CH3-CH=CH-CH=CH-C-OH
20.70 Espectrometria de masas
A ..... = 200 nm e= 10000
A...., = 254 nm ' e = 25 000
El pico del ión molecular de un ácido carboxílico generalmente es pequeño, ya que los áci-
dos carboitilicos poseen modos de fragmentación muy favorables. La fragmentación más
frecuente se produce por la pérdida de la molécula de un alqueno (reordeoamiento de
Mclafferty, estudiado en la Sección 18.50). Otra fragmenración frecuente es la pérdida
de un radical alquilo para dar lugar a un catión estabilizado por resonancia con la carga po-
sitiva de~localizada sobre el sistema alílico y dos átomos de oxígeno. ·
'~
[Rtt-~-I l ~ i 1 '-oHJ
perdida de un ;;rupo alquilo
l . H /l l /H J \/ ?i__; tr- · HOJ-;c, e - 1- 11 /C~;_,,C- e HO C "- /\
/ "
reordenam1en10 de McLlfferty (mi: c:s par)
r
HO+
11 '- ,.,..e,
R· + /c=c, OH +--+
HO HO ] 1 1 e· e
'c=c/ 'oH --. 'c=c/ ~ÓH
/ '- / '-
c:111ón c:s1abilizado por resonancia
(m/: es impar)
1
j
!
t
~
20.7 Espectroscopia de los ácidos c:irboxílicos 917
I(~ ~
801 - - --·
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_, CH3CH~CH~CH2CCJOH 1
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~ 40
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10 lO
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30 -1() 50 60 70
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1
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IW 130
1
140
1
150 1 160
m/:
l l l l
H . .
H 1 ,,--H H...,__ ,.....CH3 '- o e
O_/ \_C-CH3 --. 1 + il
11 l e e
HO,.....c...,__~CH2 HO/ ""'-cH:! H/ " H
neutro.
miz = 60 llO se observa
[ ]
+ o .
1 11
CH3CH2 t:~2 - CH2 - C-OH CH3CH2· +
neutro.
no~observa
HO
l
H C
" c=c,,-- + "oH
H/ '-H
mi:= 73
· - -~::7-.~ =--- ~-... ~.:::::=::..::..-:::::-.: ... - - :-:-= --=-· -:.-: - ~==---.:=.. .:::.--·-- ·------- -
En la Figura 20.7 se representa el espectro de masas del ácido pentanoico. El pico
base a mi: = 60 corresponde al fragmento obtenido por la pérdida de propeno. vía reor-
denarniento de McLafferty. El pico fuerte a mi: = 73 corresponde a la pérdida de un ra-
dical etilo con rcordenamiento para dar lugar a un catión estabilizado por resonancia.
PROBLEMA 20.9
Represente las cuatro fonnas de resonancia Jel fragmento a núz = 73 del espectro de masas del
:ícido pemanoico. "·.
PROBLEMA 20.10
....
;._ti:
-=-,,. ..,.
Escnba las ecuaciones para expLicar la fonnación de los picos prominentes a mfr = 74 y
mi: = 87 del espectro de masas del :ic1do 2-meulpemano1co.
100
74
80
,.
g 60
;
"' " ..s 40
"
CH3CH0CH,CHCOOH . - 1
CH3
20 87
01 hl 1 11 111 1 ' 1
10 ' 20 ' 30 ' 40
1
50
1
60 ' 70 ' 80 ' 90 ' 100 1 1 IO' 120 130 ' 140' 150 ' 160
m/:
:.
_... Figura 20.7
El espectro de masas del ácido
pemanou;o prcseim1 un pico.
correspondienle al ión molecular.
débil. un pico base debido al
reordcnamiemo de Mcl:iffeny y
mro pico fuene debido a la
pérllida de un radical e1tlo.
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918 Capítulo 20: Ácidos carboidlicos
11 Q 20.8 . -'ti~
Smtes1s ~
de los ácidos
carboxílicos
---
20.SA Revisión de síntesis previas
Hasta ahora. se ban visto tres mécodos de obcener ácidos carboxílicos: ( l) oxidación de al-
coholes y aldehídos. (2) ruprura oxidaliva de alquenos y alquinos. y (3) oxidación fuerte
de las cadenas laterales de alquilbencenos.
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r::F
-t 1. Los alcoholes primarios y aldehídos se suelen oxidar a ácidos con ácido crómico
(H2Cr04, formado por la reacción de Na2Cr20¡ con Hz.$04). Ocasionalmente se uti-
liza el permanganato de potasio, pero los rendimiemos suelen ser más bajos (Sec-
ciones 1 J.2B y 18.:W).
o o
H.zCr04 H2Cr04
r::F R-CH.-OH
alcohol pnrnano
(oKMn04 )
11
R-C-H
aldehído
(oKMn04)
11
R-C-OH
:íclllo carboxt1ico
i/
Ejemplo
Ph-CH:-CH2-Cii:?-OH
3-femlpropanol
NnFr20 7• !i.zS04
o
11
Ph-CH:-CH2-C-OH
ácu.lo 3-fenilpropanoico
2. El pennanganato de po1as10 diluido y frío reacciona con los alquenos para dar lugar a
glicoles. Las soluciones de pennanganato concentrado y caliente oxidan poscenonneme
a los glicoles. rompiendo el enlace carbono-carbono central. Dependiendo de la susú-
rución del doble enlace original. se pueden obtener ceionas o ácidos (Sección 8.ISA).
R ......_ ,..... R'
C=C
KMn04 conc.
t
R R' J H-?-?-R· ---+ R-COOH + R' / o=c,R. H/ 'R"
alqueno
Ejttmplos
Ph......_ ,..... H
C=C
H/ 'CH
2
-CH3
o
ciclohexeno
HO OH
gJicol (no aislado)
KMn04 cooc.
KMnO,conc.
ácido ce tona
Ph-COOH + CH3-CH2 -COOH
CCOOH COOH
acido adípico
En el caso de los alquinos, se pueden obcener ácidos carboxílicos por la ruprura
del niple enlace mediante ozonólisis o por oxidación vigorosa con permanganato
de potasio (Sección 9.10).
R-C==C-R'
::tlquino
K..'vfnO, conc.
o( I) 0 3
(:?)Hzº
[R-~-~-R,J
(no a1Slado)
---+ R-COOH T HOOC-R'
ácidos c:uboxílicos
Ejemplo
(1) o
CHf H2CH2-C=C-Ph (2) ~o CH3C~CH:-COOH + Pb-COOH
~- Las cadenas laterales de los alqumiencenos se oxidan a derivados del ácido benzm-
co por tr.uamienlo con permanganato de potasio caliente o ácido crómico calieale.
Como en esca oxidación se requieren condiciones severas de reacción. sólo es únl para
obcener derivados del ácido benzoico con grupos funcionales no oxidables. Pueden
estar presemes grupos funcionales resiscemes a la oxidación como: -Cl. -NO:!,
- SÜJH y -COOH (Sección 17.14Al.
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20.8 Síntesis de los ácidos carboxílicos 919
(ff> w .,.1.,;1,
z
::tlquilbenceno
NnFr20,, H~O,. calor
o KMn04 • H.zO. c::tlor
(Z ha de ser res1s1en1e a la oxidación)
Ejemplo
TH3
O'COOH
z
un :leido benzoico
rATCH-CH3
Cl~
p-<; loro-1soproprlbenceno
N11iCr20 7, HzSO,
calor
OMCOOH
:íc1dop 1 -e orobenzoico
20.SB Carboxilación de reactivos de Grígnard
Ya se ha visto cómo los reactivos de Grignard accúan como nucleófilos fuertes. adicionándose
a los grupos carbonilo de las ceconas y aldehídos (Sección 10.9). De fonna similar, los reacti-
vos de Grignard se adicionan al dióxido de carbono para dar lugar a las sales magnésicas de los
ácidos carbox.ílicos. La adición de ácido diluido protona escas sales magnésicas y se obtienen
los correspondientes 1cidos carboxílicos. Ésce es un mé!odo útil, ya que cransfonna un grupo
funcional haluro en un grupo funcional ácido carbox.ílico, con un ácomo de carbono adicional.
(ff=' R-:-X
(haluro de
::tlqut.lo o de arilo)
Mg -éter R~MgX
~e.Ce:
R-Mg'x . .
··0·
11 ..
R-C-Q=- • MgX v
Ejemplo
ª Br
bromoc1clohexano
~
éter
ª MgBr
o
11 +
··o-
lf' - 11 .. R-C-OH
~gBr
v~C,C"'O a c-o- MgBr ~ ªCOOH
ácido ciclohex:moc-arboxílico
20.SC Formación e hid rólisis de nitrílos
Otra fonna de 1.rar15formar un ha Juro de alquilo (o losilaco) en ácido carbox.ílico con un áco-
mo de carbono adicional consiste ~n desplazar el haluro con cianuro de sodio. El produc-
to es un nitrilo con un átomo de carbono adicional. La hidrólisis ácida o básica del nitri-
lo da lugar a un ácido carboxílico. Este proceso transcurre a través de un mecanismo que
se tratará ·en el Capítulo 2 1. Esce método escá limitado a los baluros y tosilatos que son
buenos eleccrófilos SN2: generalmente primarios y no impedidos.
V (ff=' R-CH2-X
NaCN
~
:x..-erona
R-CHi-C=N: -tA t
o
v R-CH.-C::::N:
H+, H.zO 1 T
R-CHi-C-OH + NH 4 o -oH. H.zO
. ,.
~~
~
Muchas proteínas responsables
de la coagulación de la sangre
están carboxiladas en localiza-
ciones especificas para producir
una proteína modificada que li-
gue al calcio. el cual es esencial
para el proceso de coagulación.
En ausencia de esta carboxila·
dón. la coagulación de la sangre
no se produce.
SU~RRFNC'lA,
PARA RESOLVER PROBLEMAS
La oxidación de los alcoholes no
cambia el número de átomos de
carbono. Las rupturas oxidativas de
los alquenos y alqu1nos disminuyen
el número de átomos de carbono
(excepto en los compuestos
cklicos). La carboxilación de los
reactivos de Grignard, y la
lormacion e hidrolisis de nitrilos
aumenta en uno el numero de
átomos de carbono.
L:
l
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• • • 1
920 C.ipítulo 20: Ácidos carboxílicos
Ejemplo
UCH1-Br
bromuro JI! benc1lo
NaCN -3Ccfona
UCH:-C=N
fenilacctoounlo
PROBLEMA 20.11
UCH1-C=N
fenilacetonurilo
H+.~o
o
11
rArCH:-C-OH
tVJ + NH;
ácido fenilacct1co
Explique cómo sintetizarla los siguiemes ácidos carboxilicos. a panir de las sustancias imciales
que se indican.
(a) +-octino - :ícido t>umno1co
(cJ bromobenceno - ácido fenilacéuco
(e) p-xileno - addo tereftálico
(b) 1rans-ciclodeceno -. ácido decanodioico
(dl 2-butanol-. ácido 2-metilbotanoico
( 1) yoduro de ali~o - acido 3-butenoico
ljJ:fl'mU'NI Síntesis de los ácidos carboxllicos
l. Oxidación de alcoholes primarios y aldehídos (S..cciones l l.2B y 18.20)
R-C~-OH
alcohol pnm:uio
HiCrO,
o KMnO,
o
11
R-C - H
aldehído
2. Oxidación con rupcura de alquenos y alquinos (Secciones 8.1 SA y 9 .1 O)
R R'
KM nO • e-une.
HiCrO,
o K..\oln04
o
~
R-C-OH
ácido carboxílico
"' / C=C
/ "' R-COOH
R'
/
+ O=C
H R"
aJqueno
R-C=C-R'
alquioo
l<.J\olnO, conc.
o(!) 03
(2JHiO
3. Oxidación de alquilbencenos (Sección 17.14A)
ácido
"' R"
ce tona
R-COOH + HOOC-R'
ácidos carboxt1icos
g-R(olq,;io)
z
N31Cr107 • fiiSO,
"KMn04 , ~o
~COOH
alquilbcnceno
(Z ha de ser resis1eote J la oxidación)
4. Carboxilación de reactivos de Gngnard (Sección ~0.86)
R-X Mg
haluro de :lquilo éter R-MgX O=C=O
o arilo
z
un :icido benzoico
o
1 H+
R-c-o- ' MgX
o
1
R-C-OH
ácido
w
1 1
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"-
~0.9 Reaccione:; de lo:. ácidos c:i.rboxtlicos y sus derivados. Susc11ución nucleofílica en el grupo ·acilo
Ejemplo
C H -CH-CH
) 1 3
C~Br
bromuro de isobutilo
Mg -t!ter (1) co, CH1-TH-CH1 (2) H+" CH-CH-CH
) 1 )
CH:MgBr
5. Formación e hidrólisis de nitrilos (Sección :!0.8C)
Ejemplo
R-CH.-X NaCN ---.
ace1ona
UCH1-Br
bromuro de benc1lo
R-CH1-C:=N:
( l ) NaCN. acetona
('.!) H+. HiO
H+. H20
u-OH. H10
C~-COOH
ácido 1sovalénco
o
11
R-CH.-C-OH
o
uctt,-!-oH
ácido fcmlacéúco
6. Reacción del haloformo (lr.lnsfomia las meulcetona$ en ácidos y yodoformo: Cap1rulo 22)
Ejemplo
o
~
R-C-CH¡
o
~
-oH
X= CI. Br. I
11
Ph-C-CH1
(l)~. -oH
(2)W
acetofenona
o
11
R-c-o- + HCX,
o
ll
Ph-C-OH
ácido benzoico
7. Síntesis vía ~tcres del ácido malómco (forma ácido acécico sustituido; Capirulo 22)
COOEt COOEt
l (l)Na+ -ocH2~ 1 (l)-OH
o
m Cl-f..i (2) R-X R-CH (2) H+. calor R-C~-C-OH 1 1
COOEt COOEt
Ejemplo (
' COOEt COOE1 o 1 (1) Na+ -ocHiCH
3 1 (ll -oH 1 CJ-f..i
\2) C~CH2CHiCHi-Br n-Bu-CH (2) H+.calor n-Bu-C~-C-OH 1 1
COOEt COOE1 ácido bexano1co
Las cetonas. los aldehídos y los ácidos carboxílicos contienen el grupo carbonilo. a pesar
de que las reacciones de los ácidos son bastante diferentes de las de las cetonasy los
aldehídos. Las ceconas y los aldehídos generalmente reaccionan mediante adiciúo nu-
cleofílica al grupo carbonilo. pt:ro los ácidos c:irboxtlicos (y sus derivados) lo suelen
hacer por sustitución nucleufili~ en el grupo acilo. donde un nucleó filo reemplaza a
otro en el áiomo de carbono carboxílico.
./ Susmuc1ón 11ucleojllica 11n el grupo acilo
"o·
ff
R-C-X -'- Nuc:
-=====
!·
"o"
~
R-C-Nuc + :x-
20.9
Reacciones
de los ácidos
carboxílicos
y sus derivados .
Sustitución
nucleofílica
en el grupo acilo
921
.)
j
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J
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922 Capítulo 20: Ácidos carbox.flicos
o o o o o o
11 ~ u 11 11 11 j R-C-OH R-C-X R-C-0-C-R R-C-0-R' R-C-NHi
ácido carboxilico haluro de acilo anhídndo éster amula
Paso I: adición
de hidróxido.
·o)
11 c. ..
R-C-OR'
C,9~·
éster+-oH
+=
Los derivados de los ácidos difieren en la naturaleza del «grupo saliente» enlazado
al carbono carbox.11ico: -OH en el ácido, -CI en el cloruro de ácido, -OR' en el éster
y -NH2 (o una amina) en la :unida. La sustitución nucleofilica en d grupo acilo es el mé-
todo más frecuente de interconvertir estos derivados. Los mecanismos de esias sustitu-
ciones dependen de si la reacción tiene lugar en medio :leido o en medio básico.
En medio básicq, se puede adicionar un nucleófilo fuerte al grupo carboni lo par.i dar lu-
"ªr a un mtermedi~rico. De este intermedio se dimina el grupo saliente. La hidrólisis de
~n éster a ácido, catalizada por uña base. es un ejemplo de este mecanismo. En el Capítulo 21
(«Derivados de los ácidos carbox.ílicos») se pondrán más ejemplos, ya que la sustirución nu-
cleofílica en el grupo acilo es un método muy frecuente par.i intcrconvertir derivados de ácidos.
Paso 2: eliminación
de alcóx.ido.
'º5 1 ..
R-C-OR'
1 \.¿ • •
:QH
intermedio 1etraédnco
+=
Paso 3: transferencia de protones.
·o·
// ..
R-C :o-R' \ ..
:g~H"')
ácido + alcóiudo
'\
~
·o-
// ..
R-C H-0-R' " .. .p:-
carboiul:uo +alcohol
En condiciones ácidas.. el grupo carbonilo se protona, aumentando su electrofilia y
activándose para una sustitución nucleoffiica en el grupo acilo. El ataque por un nucleó-
filo (débil) da lugar a un intermedio tetraédnco. En muchos casos, el grupo saliente se
transforma antes de liberarse, ya que g~ralmente se desprende como una molécula neu-
tra. A continuación se estudiará un ejemplo muy útil de sustitución nucleofílica en el gru-
po acilo, catalizada por un ácido: la csterificación de Fischer.
~~...rr..r.r.c.;a.~~,,...;.~ ,. ..... ,_.¡¡_..-• .¿ ...... ·u·.:..r·--•.,.~ '~~ .. ~-~~~~Aklt!..~<-1'*"·~,.......~· .._..,,. i~A~""".:-"1l11
20.10
Condensación
de los ácidos con
los alcoholes:
la esterificación
de Fischer
La esterificación de Fischer convierte los ácidos carbox.ílicos y los alcoholes en éste-
res por sustitución nucleoíílica en d grupo acilo, catalizada por un ácido. En la reacción glo-
bal el grupo-OH de la función carbox.ilica es reemplazado por el grupo-GR' del alcohol.
e:¡¡='
Ejemplos
o
o
11
R-C-OH +
ácido
R'-OH
alcohol
HT
~
o
11
R-C-0-R' +
éster
Hi O
1
CH3-C-OH + CH3CH, ·-OH
~so.
K"I = 3.38
o
~
CH1 -C-O-CH2CH3 + H!O
o:::
~ddo flálico
oxccso CH30H. tt+
rArCOOCH3
~COOCH3
fialato de t.lirneulo
El mecanismo de la esterificación de Fischer (página siguiente) es una sustitución
nucleofíllca en el grupo acilo catalizada por un ácido. El grupo carbonilo de un ácido
carboxílico no es lo suficientemente elecrrofílico para ser atacado por un alcohol. El
..,.,
20.10 Condensación de los ácidos con los alcoholes: la csterificación de FiS<:her 923
catalizador ácido protona el grupo carbonilo y lo activa frente a un ataque nucleofílico. La
pc!rdida de un protón da lugar al hidrato de un éster.
La pérdida de agua del hidrato del éster tr..inscurre por el mismo mecanismo que la
pérdida de agua del rudrato de una cetona (Sección 18.14). La protonación de cualquiera
de los dos grupos rudroxilo del hidrato lo tr.msforma en un buen grupo saliente, el agua.
Tras la liberación del agua se forma un catión estabilizado por resonancia. La pérdida de
un protón (procedente del segundo grupo hidroxilo) da lugar al éster.
El mecanismo de la esterificación de Fischer puede parecer largo y complicado al
principio. pero se puede simplificar dividiéndolo en dos partes: ( 1) adición del alcohol al
grupo carbonilo catalizada por un ácido y (2) deshidratación catalizada por un ácido. Si
se es capaz de aprender estas dos panes del mecartismo tal como se indican, también se
sabrá escribir el mecanismo completo sin tener que memorizarlo.
( 1) Adición del alcohol al grupo carbonilo catalizada por un ácido.
f\~: \1 "J
a;r.A e
6'•'1º
=>lt
'(j·~ ·o
IP ..
[
.+/H l :6-H :6-H
•
~ .. H+
R-C-OH <=== R-C-OH ;=:t } ..
R'-6-H
1 ..
R-C-OH
1 ..
H-d-R' 1 l.._. ..
1 .. +
+:== R-C-OH
1 ..
+ ROH2
:OR'
R'-6-H hidrato del éster
Deshidratación cata~da por un ácido.
:6-H
1 .,..----H+
R-C-0-H ;=:t
I · ..
:gR'
(Ó-H .
1 .. ,,.... H
R-C-0,.. ;=:t
1 \..::'...""'-H
:OR'
tt\(,
o'·~oµ
[
+Ó-H~ r_, ..
R-C + H2Q:
":oR'
""'º' + +:== R -c., + H30
:OR'
éster pro1onado éster
;.l~~
- PROBLEMA 20.12
SU~F.RF.NCT A
El Mecanismo Clave para la esterificacióo de Fischer. que se ha representado anterionnente.
omite algunas fonnus de resonancia imponantes de los intennedios 4uc se representan entre
corchetes. Complete el mecanismo representando todas las fonnas de resonancia de estos
dos intennet.lios
(b) Proponga un mecanismo para la reacción del :leido acético con etanol, c:ualiiad:I por un áci-
do, para dar lugar a acetato de etilo.
PROBLEMA 20.13
La mayor parte de los mecanismos de estenficac16n de FISCher son idénticos al mecanismo de la
fonnación de aceta.les. La diferencia se encuen1ra en el último paso. donde un carbocatión pier-
de un protón para formar el éster. Escriba los mecanismos para las reacciones siguientes. Expli-
que por qué el paso final de la esterificación (pérdida de protón) no se produce en la fonnación
del aceta! e indique qué es lo que ocurre en esce último caso.
o CH10 OCH3
11 W,CH30 H \/
Ph-C-H Ph-C-H + ~o
aldehido :iccl:ll
o o
1 H'.CH¡OH 1
Ph-C-OH Ph-C-OCH3 ... ~o
:lc•do éster
•
PARA RESOLVER PROBLEMAS
El mecanismo de la esteriflcació n
de Fischer es un buen ejemplo de
la sustitución nucleofílica en el
grupo acilo catalizada por un
ácido. Este mecanismo es fácil de
entender.
--1. '•
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1
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924 Capítulo 20: Ácidos carboxílicos
SUGERENCl 4.
PARA RESOLVER PROBLEMAS
En las reacciones en equilibrio, se
han de buscar caminos para
utilizar exceso de uno de los
reactivos o bien eliminar alguno
de los productos según se vayan
formando. ¿Es posible utilizar uno
de los reactivos como disolvente?
¿Se puede destilar un producto o
eliminar agua?
PR OBLEM.A 20.14
Un ácido carbox1lico llene dos átomos de oxígeno, cada uno de ellos con dos pares de dectrones
no cnlazames.
(a) Represente las estructuras de resonancia de un ácido carboxílico que está protonado en el
átomo de oxigeno del grupo hidroxilo.
(b) Compare las esm1cturas de resonancia con las obtenidas previamente para un ácido protona-
do en el Jtomo de oxigeno del grupo carbomlo.
(e) Explique por 4ué el :ítomo de oxigeno del grupo carbonilo de un Jc1do carboxílico es mi~ ba-
sico que el del grupo ludrox1lo.
La estenlicactón de Fischer es Uf\ equilibri;}: las constames de eqmlibno de las es-
terificaciones no son muy elevadas. Por ejempi&."st se mezcla 1 mol de :icido acet1co con
1 mol de .:canol. la mezcla en equilibrio conciene 0.65 moles de aceca10 de eulo y de agua.
y 0.35 moles de ácido acético y de e1anol. Las es1enficaciones en las que pantc1pan alco-
holes secundarios y terc1anos tienen constan1es de equtlibno incluso más pequeñas.Mezcla en equilibrio
o
11
CH3-C-OH
0.35 moles
+ CH3CHpH
0.35 moles
K"I :3.38
o
11
CH3-C-OCH'.!CH3 + H'.!O
0.65 moles 0.65 moles
La es1erificación se desplaza hacia la derecha cuando se utiliza exceso de uno de los
reactivos o se elimina alguno de los productos. Por ejemplo, en la obtención de acetato de
etilo se suele utilizar exceso de etanol para obtener la máxima cantidad de éster posible.
Como forma alternativa. se puede eliminar agua. bien por destilación. o añadiendo un
agente deshidratante como sulfato de magnesio o tamices moleculares (cristales de zeoli-
cas deshidr.itadas que absorben agua).
Debido al inconveniente que presenta la esterificación de Fischer de que la esterifi-
cación sea completa, en las símesis de ésteres que se realizan en el laboratorio se suele uti-
lizar la reacción de un cloruro de ácido con un alcohol: sin embargo. en la industria se
prefiere la esterificación de Fischer. donde se obtienen buenos rendimit:ntos de productos
y se evita la carestía que supone la lr.insfonnación del ácido en cloruro de ácido.
PROBLEMA 20.15
Expli4ue cómo se podría uulizar la esterificación de Fischer pam obtener los siguientes ésteres
(en cada caso. sugiera un m¿todo para que la reacción se pueda completar):
(a) salicilato de metilo (b) fonniato de metilo (pe = 32ºC) (e) benzoato de etilo
PROBLEMA 20.16
El mecanismo de la estenficac1ón de Fischer fue discutido hai;ta 1938. a1'io en ljUe lrving Robens
y Harold Un:y de la Universidad de Columbia (EE.UU.) uulizaron isótopos par.i marcar el Jto-
mo de oxígeno del alcohol.
Se añadió una can11dad de ácido sulfúnco catalhica a una mezcla formada por 1 mol de áci-
do acético y 1 mol de metanol <1ue contenía el isótopo 180 del oxigeno. Al cabo de poco tiempo
se neum1lizó el .ic1do para parar la reacción y se separaron .Jos componentes.
o
u ~
CH1-C-O-H + CH,-0-H
H..SO, -
o
• CH1-C-O-CH1 H..O
(al Proponga un mecamsmo para esta reacctón.
lb) Siguiendo al átomo 180 a cravés del mecanismo. indique dónde se enconcrJrá en los pro-
ductos.
(e) El 1sótop<> 180 no .:s .-~dioacuvo. Sugu!ra cómo podrfa detenninar experimentalmente la c:ui-
nclad de tso en los componentes separados de la mezcla.
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~0.11 Síntesis y aplicaciones de los cloruros de ácido 925
PR O BLEMA RESUELTO 20.1
El ortofonnimo de etilo se h1droliza fácilmente en ácido diluido para dar lugar a ácido fómuco y tres e4uivalentes de etanol. Proponga
un mecamsmo para la h1drólis1s del ortoform1a10 de etilo.
SOLUCIÓN
OCHoCH3
1 -
H-C-OCHoCH
1 - 3
OCH1CH1
ortofonmato de eulo
H• --H10 o 11 ,,,..c..__ .,. 3 CH3CH,OH H OH -
.ic1do fórmico etanol
El onofonn1ato de eulo -.e :iwmeJa a un aceta! con un grupo alcóx1do extra. por lo que l!l>le mecanismo debería ser similar al de la hi-
drolis1s de un aceta! ISe<:c1ón 18. l l\). Hay dos grupos comunes emre <:>tas dos funciones org:ímcas. La pro1onac1ón dt: uno de estos
oxígenos pennlle que el etanol se elimine. dando un cauón estabilizado por resonancia. El Jtaque por el agua forma un intermedio
que se asemeja a un bem1acetal con un grupo alcóxido extra.
=OEt ,,.--
1 .( H+
H-C-OEt <==2
1 ..
=QEt
:ÓEt [ er·· .. =QEt _..........,. 1 +/H +,,;OEt 1110: 1 +f>H H10:
H-C-0 ~ H-C H-C-0
J 1_ .. ..__Et ':oEt 1 .. ..__H
:QEt .. :QEt
:Qfa
1 ..
H-C-OH
1 .•
:OEt
La protonación y ~rdida de un segundo grupo etoxilo da lugar a un imennedio que es un éster protonado.
Et H
:6~
1 .. 11+
(t/ r .. y ..
H-C-OH F:% H-C-OH ~ [H-C~~ Hri): ........ t==t H-C-0-Et 1 ..
:OEt.
1 ••
:QEt
QEt
éster protonado fonniato de etilo
La hidrólisis 'de~fonmato de eulo sigue d camino inverso a la esterificac1ón de Fischer. Resuelva esta pane que falta del ejercicio.
I
PROBLEM A 20.17
(a ) En la solución del Problema resuelto 20.1 faltan algunas formas de resonancia importantes de los intermedios que se representan
entre corchetes. Complete este mecamsmo representando todas las fonnas de resonancia de estos intermedios. ¿Estas formas de
resonancia son útiles para poder explicar por qué esta reacción se produce en condiciones muy suaves (agua con una pequeña c-.m-
tidad de ic1do)?
(b) Acabe la solución parad Problema resuelto 20.1. propomendo un mec:mismo para la htdrólisis del fonniato de etilo cataliz3da por
un ácido. El principio de reversibilidad microscópica sugiere que el mecamsmo de estenficación de Fiscber puede indicar un ca-
mino a seguir. ya que esta hidrólisis es inversa a la esterificación de Fischer.
Los iones haluro son excelentes grupos salientes en la sustitución nucleofílica del grupo aci-
lo. por esta razón, los haluros de acilo son intermedios paniculannente úules en la obtención
de derivados de ácido. En particular. los cloruros de ácido (cloruros de acilo) se obtienen fá-
cilmente y generalmente se utilizan com;;;_na forma activada de un ácido carboxfüco. Tan-
to el átomo de oxígeno del grupo carbonilo como el de cloro sustraen densidad electrómca
al átomo Je carbono del grupo acilo. lo que hace que sea fuenemente electrofílico. Los clo-
ruros de ácido reaccionan con una gran variedad de nucleófilos. generalmente a u-avés de un
mecanismo de adición-eliminación de susurución nucleofílica del grupo acilo.
o
tR
C '- ,
R/ ""c1
.. º ..
~)
R-C-CI
Nuc)
cloruro de :íc1do (cloruro Je :ic1loJ cloruro de ácido
:.
~ 'ºj j R-?~CI Nuc ;:::::::!
in1enncdio tctr:iédnco
20.11
Sínt esis
y aplicaciones
de los cloruros
de ácido
·o"
1
R-C-Nuc -'- c1-
deri vado de .ic ido
)
)
"-"!:.~º
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'T.71
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HI j 1·1
1
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¡' '
'¡ •
1 '
1
1
926
b
Capítulo 20: Ácidos carboxílicos
Los mejores reactivos para transformar ácidos carboxflicos en cloruros de ácido son
el cloruro de tionilo (SOCl1) y el cloruro de oxalilo (COCI)z, ya que forman subproduc-
tos gaseosos que no contaminan el producto. El cloruro de oxalilo es particulannence fá-
cil de utilizar ya que tiene un punto de ebullición de 62ºC. por lo que el exceso se separa
fácilmente de la mezcla de reacción, por evaporación.
~ ~
o
11
R-C-OH
Ejemplos O
11
o
1
CJ-S-Cl
o o
1 1
oCJ-C-C-CI
o
CH3(C~).¡...._ _.....(C~)7-C-OH ,.....c=c...._
1
Cl-S-CJ
H H cloruro Je uomlo
ácido oleico
o
11
R-C-Cl
o
11
CH3(CH;ih...._ C_.....(Clfi).¡-C-CI + SO.f + HCJt
C= -H/ 'H
o
O'CH,-CH,-!-oH
ácido 3-fcnil . propano1co
cloruro de olcilo
(95%)
o o
1 1
CJ-C-C-CJ
cloruro de oxalilo
o
1
O'CH2 -Ctti-C-CI + HCJt + COf + C02f
cloruro de 3-ferulpropaooilo
(95%)
Los mecanismos de estas reacciones comienzan como la etapa inicial de la reacción
de un alcohol con el cloruro de rionilo. En el caso del ácido carboxílico, cualquier átomo
de oxígeno del grupo c'!fboxilo puede atacar al azufre del SOC12, remplazando al cloruro
por un mecanismo de adición-<!liminación. y dando lugar a un anhídrido mixto del ácido
clorosulfínico. altamente reactivo.
'O' H CI ·o· H Cl
n 1 1 . 11 1 + 1 ..
R-C-0: S=O: - R-c-o-s-o:
.. '---"' 1 \.] .. 1 ..
CI CI
(2-
·o· H Cl
11 1 ~C1 r_._
R-C-0-S-O:
.. 1 ..
Cl
·o· H ·o· ·o· ·o- + HCI
11 0 ~ 11 .. n
- R-c-gLs-c1 - R-C-Q-S-Cl
:inhídndo clorosulfímco
·.
r ,.
f· ...
20. 11 Síntesis y aplicaciones de los cloruros de ácido
Este anhídrido reactivo experimenta una sustitución nucleofüica en el grupo acilo por
un tón cloruro y se obtiene e l cloruro de ácido.
·o· ·o·
11] .. 11
R-C-0-S-CJ
CIJ ..
*PRO BLEMA 20.18
:6) ·o-
1 .. íl
R-C- 0-S- CI 1 \J \....;
CI
·o·
íl
R-C...._ + S02 + CJ-
Cl
Proponga un mecanismo para la reacción del ácido benzoico con cloruro de oxalilo. Este meca-
nismo comienza como la reacción del cloruro de tionilo. para dar lugar a un anhídndo mix10. al-
tamente reaclivo. La suslitucíón nucleoti1ica del grupoacilo por d 1ón cloruro da lugar a un in-
lermedio 1e1r.1édrico que elimina un grupo saliente, el cual se fragmenta para dar lugar a dióxido
de carbono, monóxido de c:irbono e ión cloruro.
Los cloruros de ácido reaccionan con los alcoholes para formar ésteres a través de una
sustitución nucleofílica del grupo acilo por el mecanismo de adición-eliminación, ya estudiado
en la página anterior. El ata4ue del alcohol al grupo carbonilo clectrofflico da lugar a un in-
termedio tetmédrico. La pérdida del cloruro seguida de desprotonac1ón da lugar al éster.
'REAtCf 0(\) t 5
Cot-.l
AlC.OHOLE'S
ll .. 1 ~ 'º) [ :ÜJ j ·0· ·'c:j'
R- C-CI + R'-OH ~ R-C-CI --> - e""' r-. + Cl~ --+
R 'ó=l.H~
1 ..
" )• 1 '-.;::;
~ ~- R'-OLH
R- C-Q-R' + HCI
C\' .. R'
.........
'( ..( d _.,
Esta reacción/proporciona un método diciente en dos pasos para transformar un áci-
do carboxilico en un ésr.er. El ácido se tr:insfonna en cloruro de ácido, que reacciona con
un alcohol para 9btener el éster.
o o o
\" @=' 11 R-C-OH
ácido
(COCl)z
o SOCl.i
11
R-C-CI R'-0-H
alcohol
íl
R-C-0-R'
cloruro de ácido éster
Ejemplo
o o o ~
Ph-C-OH
ácido benzoico
SOCL, 11
---.:... Pb-C-CI
cloruro de benzouo
CH3CH.i-OH
CWlOI
íl
Ph-C-0-CH.CH
- 3
benzoa10 de cnlo
El amoniaco y las aminas reaccionan con los cloruros de ácido para obtener amidas.
también a través del mecanismo de adición-eliminación de la sustitución nucleoffiica del
grupo acilo. Un ácido carbo.xílico se transforma en una amida. previa formación delco-
rrespondiente cloruro de ácido, el cual reacciona con una amina para dar lugar a la ami-
da. Con frecuencia se añade una base como pindina o NaOH para prevenir que el HCI li-
berado en la reacción protone a la amina.
o
@='
11
R-C-CI + R'-N~ --+
cloruro de :íc1do amina
Ejemplo
o
11 ..
CH1-C-Cl + C~-NH'1 NaOH
cloruro de Jcenlo meufanuna
•
o
11 V R-C-NH-R' + HCI
amida
o H
il 1
CH - C- N-CH + NaCI + ~o ] •• J
N-menlacetamida
éster
+ HCI
..- HCI
v'
927
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1
l li
1
~
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r •
928 Capílulo 20: Ácidos carboxílicos
20.12
Esterificación
con diazometano
Con frecuencia se suele uulizar di;>.
zometano para esterificar com~
puestos altamente polares (debido
a la presencia de grupos carboxi-
lo), para su análisis mediante es-
pectrometlia de masas. Por ejem-
plo, en el ensayo de cocaina en la
orina se podrla tratar la muestra
'°" diazometano para transfor-
mar la benzoile<gonina, metabo-
lito mayoritario de la cocalna en la
orina, en su éster mettlko, mucho
mas volátil, por lo que facilita su
analisis mediante EM.
PROBLEMA 20.19
Proponga mecanismos para las susU1uciom::. nuclcoUlic:is del grupo acilo en la obtención de ben-
zoaco de ecilo y N-metilacecamida. como se muescrJ en la página antenor.
PROBLEMA 20.20
Exph4ue cómo unlizarfa un cloruro de acido como mcermedio pam smceuzar:
(a) N-femlbenz:unida (PhCONHPh) J pantr del ácido benzoico y anilina.
ibl Propionaco de fenilo iCH3CH1C00Ph) a panir de ácido propióruco y timol.
Los ácidos carboxfücos ~ 1.r.rnsforman en sus és1eres meulicos añadiendo una solución ete-
rea de diazome1ano. El único subproducto es el ni1rógeno gaseo~o y. además. cualquier ex-
ceso de diazometano también se evapora. La purificación del éster normalmente sólo implica
la evaporación del disolvenre. En muchos casos los rendimienlos son casi cuanutauvos.
r;r
o
~
R-C-OH
ácido
Ejemplo
ÓCOOH
+ CH1N1
diazometano
CH.,N,
~
--+
o
11
R-C-0-CH
3
escer me1ílico
ÓCOOCH3
+
ocido c1clobutanocarbox.ílico ciclobutanocarbox1la10 de mea lo 1100%)
N,f
N2j
El diazomelano es un gas amarillo tóxico y explosivo soluble en é1er. y bastante segu-
ro en soluciones etéreas. La reacción del diazometano con ácidos carboxílicos probablemente
implique la transferencia de un protón ácido, dando lugar a una sal de metildiazonio. Esta sal
de diazonio es un buen agente rnetilante. con rutrógeno gaseoso como grupo saliente.
Paso I: transferencia de pro1ón.l C + .. J H2 =N=N:
"o· 1
íl .. +
R-C-Q...) H -,CH2-N==N: --+
"o·
11 ..
R-C-Q:- + CH3-N==N:
sal de mctildiazomo
Paso 2: ataque nucleoffiico al grupo metilo.
"O"
íl .. +
"ci'
11 ..
R-c-q::::____..cH3~=N: --+ R-C-Q-CH3 + :N=N:
20.13
Condensación
de ácidos con
aminas: síntesis
directa de amidas
Como el diazometano es peligroso en grandes cantidades. no se suele u1ilizar en la
industria o en reacciones de laboratorio a gran escala; sin embargo. los rendimientos en és-
1eres melílicos son muy buenos, por lo que el diazometano se un liza con frecuencia para
es1enticaciones. en pequeña escala. de ácidos carbox.ilicos cos1osos y delicados.
Las amidas 5e pueden sinterizar directameme a panir de ácidos carboxnicos, a pesar de que
en el procedimie mo vía cloruro de ácido se uulizan condiciones más suaves y, con fre-
cuencia. se obtienen mejores rendimien1os. La reacción inicial de un J.cido carbowico
con una amina es la formación de una sal de arnorúo. El ión carboxilato es un elecrrofilo
pobre y el ión amoruo no es nucleofilico, por lo que la reacción cesa en este pumo. Si se
calienta la sal por encima de 1 OO°C, se libera vapor de agu¡¡ y se forma una .umda. Esta
smtesis directa es un proceso industrial 1mponan1e. ya que evita la carestía y la peligrosi-
dad de los reacuvos que se necesitan para obtener el cloruro de .ícido.
~ p
l
L
j·
• f,
f
t
t
J
i
~ •' ,,
~
w·
[
r:·
-l
20.14 Reducción de los :íc1dos carboxi1icos
o
11
o
11 •
o
11 .. r;r R-C-OH + R'-NH.
ácido amU1:1
--.==+ R-c-o- H3N-R'
carbox1fa10 de Jmonío
color - R-C-NH-R ' + H,O j
amida
Ejemplo o
• 1
~COOH ~coo- HJNCH,CH, ~C-NHCH2CH3
+ CH3CH1NH2
--+ - . calor
--+ + H,Q
ac1du benzoico e111:Jmma benlOalo de c11lamon10 N-<!11lbenz:11111da
PROBLEMA 20.21
Expli4ue cómo s1111euzaría los s1gu1en1es compuestos:
r 1) A panir de cloruro de benzoilo y otros reacuvos que sean necesarios.
(2 ) A pantr de :íc1do benzoico y otros reacuvos que sean necesanos.
o o
1 1
fA(C-N!CH1¡, fA(C-0-CH(CH,>,
lal ~ (b) g lcl
o
fA{Cli,-O- 1 Y! C - CH1
N .N~11oec1lbc1rzamKl3
bc=>alo lle -·lo :ICCl;UO de bcncilo
El h.idruro de aluminio y litio (LiAJH4 o HAL) reduce los ácidos carboxflicos a alcoholes
pñmarios. El aldehído es un iniermedío en esta reducción. pero no se puede aislar. ya que
~ reduce con m:ís facilidad que el ácido original.
-/
~
o
11
R-C-OH
ácido
Ejemplo
o
Q-cH,-!-oH
ácido fenilacéuco
(1) LiAIH,
(2) H3QT
( 1) LIAIH,
m ttp·
R-C~-OH
alcohol pnmario
~CH~-CH20H
~75%)
2-fcníletanol
El hidruro de aluminio y lilio es una base fuene. el primer paso es la despro1onación
del ácido. Se desprende hidrógeno y se obliene una sal de litio.
o íl H o
11
20.14 v·
Reducción
efe los ácidos
carboxílicos
R-C-0-H~L·• 1 _, ' H-AJ=-H
1
H
- H, 1 + R-c-o- • Li + AJHl
Para el resto del mecanismo hay varios c:uninos posibles. Un camino probable es que se
adicione AIH3 al grupo carbonilo del carboltil:uo de liuo.
\ 1.'1¡ "Q'\ H H 11../ " / R -C-----...... Al
':o: Li+ "1
.. H
..
:o-AJH,
1 -
--+ R-C-H
1
:o: Li+
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930
'l..
Capítulo 20: Ácidos carboxílicos
La eliminación da lugar a un aldehído, que se reduce rápidamente a alcóiüdo de lirio .
1=0-AlH,
'-1 -
R-C-H ---+
H
R-C~i 11) H-AF-H
H
1
--+ R-C-H + AIH
"c:j'
. íl
(6,-Li' ··º·· 1
aldehído H
1 J
:Q:- u-
'\
'· i
alcóxido de li110
En d segundo pa.so se añade agua. protonando el J..!cóxido a alcohol primario.
R-CH2-o-u+ + H20 - R-CH2-0H + L10H
El borano también reduce los ácidos carbo)(ílicos a alcoholes primarios. El borano
(complejado con THF; véase Sección8.7) reacciona con el grupo carboxilo más rápido que
eón c ualquier otro gm po carbonílico. La selectividad sue le ser elevada. como se indica en
el ejemplo siguiente, donde un ácido carboxtlico es reducido mientras que la acetona no
se ve afectada (el LiAJH4 también reduciría a la cetona).
o o
''-O~ H3C-C~C-OH BH3·Tiff (o B1H.y
o
H3C-~-O-CH10H
(80%)
Reducción a aldehídos La reducción de los ácidos c:-.irbo)(ílicos a aldehídos es difí-
cil. ya que los aldehídos son más reactivos que los ácidos carbo)(Hicos con la mayoría de
agentes reductores. Casi tocios los reactivos que reducen los ácidos a aldehídos también re-
ducen los aldehídos a alcoholes primarios. Se necesita un derivado de ácido que sea más
reactivo que el aldehído que, como se puede suponer, será el cloruro de ácido.
El hidruro de rri(terc-butoxi)aluminio y li tio, LiAl[OC(CH3)JhH. es un agente re-
ductor más débil que el hidruro de aluminio y li tio. Este hidruro reduce a los cloruros de
ácido porque están fuertemente activados respecto a la adición nuc leofílica de un ión hi-
druro. En estas condiciones. e l aldehído se reduce más lentamente y se puede aislar con
facilidad.
(jf¡=' R-C- Cl + LiAJ(O-R)3H ~
'?J+Li
R-C-Cl + Al(O-R) ---+
1 \.:_ J
o
~
R-C-H + LiCI
Ejemplo
cloruro
de ácido
o
H aldehído
~
CH-CH-C-OH
J 1
SOCL,
~
o
~
CH-CH-C-Cl
l 1
WAl[OCCCHJ)JJJH
o
11
CH-CH-C- H
l 1
CH3
ácido ISObuúnco
CH3
cloruro de isobuunlo
PROBLEMA 20.22
CH1
isobuuraldehído
Explique cómo sintetizaría los siguienres compue:.tos a pamr de los acidos carboxílicos apropia·
dos o denvados de ácidos.
(a) ~C~CHpH (b) ~CH~CHO 0~"-r-CH,OH
(C) \_j -
1
~
i
1 .
i
~· _¡
~O.IS Alquilación de los ácidos carboxílicos para obtener ce1Ónas 931
Un mélodo general para obtener cetonas se realiza a pamr de la reacción de un ácido
carboxílico.cpn dos equivalentes de un reactivo organolítico. Esta reacción se estudió en la
Sección l8. 9
o
11
o
~ (ir R-C-0-H (1) 2R'-L1
c2i ~o R-C-R' + R'-H
Ejemplo
UCOOH
:ic1do benzoico
( 1) 2 CH3CH:!-Li
(2) H10
o
11
uC-CH~CHJ
prop1ofenona
El primer equivalente del reactivo organolítico desprotona al ácido. El segundo equi-
valente se añade al grupo carbonilo para dar lugar a un d ianión estable. La hidrólisis del
dfanión (añadiendo agua) da lugar al hidra10 de una cetona. Como la eerona se forma en
un paso de hidrólisis separado (en lugar de formarse en la presencia del reactivo organo-
lítico), no se observa polialquilación.
o
11
y R-C-OH
:leido carboxílico
'f- ( (trv..
' ..
2R'-Ll
PROBLEMA 20.23
OLi
1
R-C-OLi
1
R'
di anión
OH
H3o+ 1
~ R-C-OH ~
1
R'
hidrato de ce1ona
Proponga un mecanismo para la transfonnación del dianión a la cetona. en condiciones ácidas sua-
ves.
PROBLEMA 20.24
Explique cómo se podrían sintetizar las siguientes cetonas a pamr de los ácidos que se indican .
utilizando los reoctivos que sean nec~os.
(a) Propiofenona a partir de :leido propiónico (se puede hacer de dos fonnas, mediante la :ilqui-
loción del ácido y por acilación de Friedel-Crafts).
(b ) Cic!ohexil metiJ cetona a partir de ácido ciclohexanocarboxílico.
ljl:f.1'1J'íRll Reacciones de los ácidos carboxílicos
Tipos generales de reacciones
o
11 R-c-o-
o
desprownación
20.15
.:!:
Alquilación de los
ácidos
carboxílicos para
obtener cetonas
o
11
R-C-R' + ~o
ceiona
ºF R-!-OH~ 11 R- C-Y
R-CH2 - 0H
R- Y + C02
sustitución nucleofíliC3 del grupo acilo
reducción
descarboxuacióo
..
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932 Capítulo 20: Ácidos carboXJlicos
l. Fonnac1ón de sal (Sección W.5)
Ejemplo
o
11
R-C-OH _._ M+ - oH
ac1do
o
11
base fuene
2 CH3CH1-C-OH -r Ca<OH)~
acido prop10111co
-='
--+
o
11
R-c-o- ~M + HlO
;aj
o
íl
CCH¡CH1-c-o-)1Ca1 •
pmpionato de calcio
2. Conversión a cloruros de ácido (Sección 20.11)
o
11
R-C-OH
jc1do
o
11
+ Cl-S-Cl
cloruro de uon1lo
--+
o
11
R-C-Cl + sol i + HCI i
cloruro de JC1do
Ejemplo O o
11
CH3-C~-CH1-C-OH + soc~
ácido buuino1co cloruro de uonilo
11
c~-c~-c~-c-a
cloruro de butano1lo
3. Conversión a ésien:s (Secciones '.!0.10. 20.11 y 20.12)
Ejemplo
o
~
R-C-OH + R'-OH
ácido alcohol
o
11
R-C-Cl + R'-OH
cloruro de ácido alcohol
o
íl
R-C-OH + C~N1
ácido diazomeUlllO
o
11
o
tt+ 11
=:== R-C-0-R' + 1-1.zO
ester
o
11
--+ R-C-0-R' + HCI t
éster
o
íl
--+ R-C-O-CH1 + N2 j
és1er metílico
o
orC'OH tt• + CH3-CH1-0H ~
11
íA(c,
~ OC~CH1 -r 1-1.zO
:íc1do benzoico eianol benzoa10 de etilo
-1. Conversión a amidas (Secciones 20.11 y :!0.13)
o o
íl
R-C-OH + R'-~-=' R-!-o- H N:_R' ~
l
o
~
R-C-NH-R' -r H
0
0
:leido amma
o
1 NaOH
R-C-Cl + R'-~ --
cloruro de :lc"do amma
""l
o
11
arn1w
R-C-NH-R' + NaCJ + ~o
:umda
1
· i
l
¡
¡
Glosano del Capitulo :!O
Ejemplo
o o
11
CH3-C-OH + CH3-NH-CH3
ácu.Jo acético dimetilamina
calor - 11 CH3- C-NCCH3)1 + ~O
N.N-<Jimeciloce1:un1da
5. Conversión a Jnhídridos (Sección 21.5)
o o
11
o o
11 ~
Ejemplu
11
R-C-CI + HO-C-R'
cloruro de :ic1do :íc1do
---+ R-C-0- C-R' + HCI
anhidndo de jc1úo
o o
11
o o
11
CH3-C-CI
cloruro de aceulo
+ HO-C-Ph
ácido h<:11201co
---+
íl 11
CH3-C-0-C-Ph + HCI
anhidndo mixto
(anh1dndo acéuco benzoico)
6. Reduccion a alcoholes primanos (Secciones 10.11 y 20.14)
o
11
R-C-OH
.icido
7. Reducción a aldehídos (Secciones 18.11y20.14)
o
( 1) LiAJH4
(2\ ~o+
(o B~·THF)
LlAl[0C(CH:YJJ1H
R-CH2-0H
alcohol pnrnano
o
11
R-C-0
cloruro de ácido
hidruro de in(1tn:·bu1oxi)alum1n10 y liuo
11
R-C-H
8. Alquilación para fonnar cetonas (Secciones 18.9 y 20.15)
o
11 R-c-o- +u
carbox1lato de liuo
(1) R'-Ll
J.lquilliuo
(2) Hiº
aldehído
o
11
R-C-R'
cetonn
9. Halogenación de cadenas la1erales (reacció n de Hell-Volhard-Zelinslcy; Sección 22.4)
Br O
1 11
Br O o
R-CH2-~-0H BrfPBr1 R-CH-C-Br H..O 1 11 ......:....... R-CH-C-OH + HBr
bromuro de a-bromo acilo a·bromoácido
Ácido c:irboxílico Cualquier compuesto que contenga el grupo carboxílico. -COOH. (p . 900)
Un ácido aliíático uene un grupo alquilo enlazado al grupo carboitílico.
Un :icido aromatico tiene un grupo anlo enlazado al grupo carboJ1ílico.
Un :ícido dic::irbo:ólk-o (cliácidoJ úene dos grupos carbollilicos.
/\cido graso Ácido carlxmlico lineal de cadena larga. Algunos ácidos grasos esuin saturados. m1en-
1r.is que otros estan msaturados. (pp. 900 y 9 1 :!)
Ácidos ftálkos Ácidos bencenodic:irbollílicos. El .ic1do ftálico propiamente dicho es el isómero urro.
El isómero meta es el <ÍC1do isoftálico y el isómero para es el ácido tereftálico. (p. 903)
Anhídrido Compuesto fonnado por dos moléculas de ácido. con pérdida de una molécula de agua .
Los anlrídndos mutos provienen de dos ácidos diferemes. (p. 922)
o
11
o o
11 11
o o
Glosario
del Capítulo 20
:! CH3-C-OH ,...:::L
:ic1do JCCllCO
CH3-C-O-C- CH3 -r H20
anh1dndo aceuco
11 !I
Ph-C-0- C - CH
3
antudmlo acetico benzoico
:\
----~·--
933
)
CJ
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i!lt ¡
934 Capítulo 20: Ácidos c:ui>oxílicos
• Carboxilación Reacción en la que se fonna un compuesto (generalmente un ácido carboxílico)
por la adición de C°'z a un intennedio. La adición de C02 a un reactivo de Grignard es un i:jemplo
de carboxilación. (p. 9 19)
Cloruro de ácido (cloruro de acilo) Derivado de icido acuvado en el que el grupo hidroxilo del
ácido está susatuido por un átomo de cloro. (p. 925)
Esterific-.ición de Fischer Reacción. catalizada por un ácido. de un ácido carboxílico con un alcohol
paradar lugar a un ¿ster. (p. 922)
o
11
R-C-0-H + R'-OH
ácido alcohol
w
<===!
o
11
R-C-0-R' + H20
éster
• G rupo carboxílico Grupo funcional -COOH de un :ícido carboxílico. (p. 900)
o Ión carboxilato Anión fonnado a panir de la despro1onac1ón de un ácido carboxílico. (p. 900)
Sal de un ácido carboxílico Compuesto 1ónico 4ue contiene i:I anión de.~protonado de un :ícido car-
boxílico. denominado ión ,·arborilato: R-coo-. Una sal de ácido se fonna por la reacción de un
:ícido con una base. (p. 909)
Sus titución nucleol'ílica del grupo acilo Reacción en la que un nucleófilo susntuye un grupo sa-
liente en d i tomo de carbono carboru1ico. La sustitución nucleofílica del grupo acilo generalmen-
te se produce a rravés del siguu:me mecamsmo de adición-eliminación. (p. 921)
.. (j'
)
! N •. -
R-C~ <==
'?J
R-C-X
1 \..,;
Nuc
-
"o·
11
R-C-Nuc -'- :x-
mecanismo de adic16n-eliminación úe la suslllución auclcofílica del grupo ado
Tamices moleculares Zeolitas cristalinas deshidratadas con un iamaño de poro definido para que
puedan penetrar las moléculas de menor iamaño que los poros. Con frecuencia se utilizan para ab-
sorber el agua de los disolventes de las reacciones. (p. 924)
1 Pautas esenciales para resolver los problemas. del Capítulo 20
l. Nombrar los ácidos carbox.t1icos y representar las es1rucruras a partir de los nombres.
2. Explicar cómo varía la acidez de los ácidos con respecto a sus sustiruyentes.
3. Contrastar las propiedades físicas de los :leidos carboiúl.icos con las de sus sales.
4. Interpretar los espectros de IR. UV. RMN y de masas de los ácidos carboxílicos. y utilizar
la infonnación espectr.il para detenninar las estructuras.
5. Explicar cómo sintetizaría los ácidos carboxílicos a partir de la oxidación de alcoholes y al-
dehídos, carboiülación de reactivos de Grignard. hidrólisis de rutrilos y oxidación de ai-
quilbencenos.
6. Explicar cómo se transfonnan los ácidos en ésteres y amidas utilizando cloruros de ácido
como intennedios. Proponer mecanismos para estas sust1tuc1ones nucleofílicas del grupo
acilo. '
7. Escribir el mecarusmo de la estenlicación de Fischer e indicar cómo se puede desplazar el
equilibrio hacia los productos o hacia los reacuvos.
S. Predecir los productos de las reacciones de ácidos carboxílicos con los siguientes reactivos
y escribir los rnecam.rnos cuando sea apropiado:
(a) diazometano (b ) aminas, seguido de calentamiento
(c) hidruro de aluminio y litio (d ) i:xceso de reacuvos de alqu11litto
........ ~-,.:7.;i,"'-:.... :.r-..:_, •. ~ .. .-.;:s-.: _ ri,,;:r,,,,,..._Jt---::.,..: ..:.co;.$r--.,-,;; .... ~-:..o~~..:;:.~ .. ~- .:... .;....- ~J;.4::..v~-v:.:-.... ~..x~.:_.:.;_-:: :;:::;-¡ -;!-~~~ .. ~.- .r
Problemas
20.25 Detina cada uno de los siguientes 1énnmos y ponga un c¡emplo.
(a) .ic1clo carboxüico (bl ión carboxila10
(e) carboxilación de un reacuvo de Grignard (d) constante de disociación ácida
20.26
20.27
20.28
20.29
20.30
Problemas
(e) éster (0 estenficactón de Fischer
(g) icido gr.iso
(i) ácido dicarboxílico
(k) cloruro de :leido
(h) sustitución nucleofilica del grupo acilo
U) sal de un ácido carboxílico
Nombre. según las reglas de la lUPAC. los siguientes compuestos:
(a) PhCH2CH2COOH (bl CH3CH2CH(CH3)C02H
(d ) HOOCCH2C H(CH3)CH1C02H (e ) CH3CH2CH(CH3)COONa
ª
C H1
(g)
COOH
b
NO, COOH
(h)
~N N02
Diga los nombres comunes de los siguientes compuestos:
(a ) PhCH2CH2COOH (b ) CH3CH2CH(CH3)C02H
(d) HOOCCH2 CH(CH3)CH2C02H (e) (CH3}zCHCH2COONa
(g) OCCOOH
Br
coo-
(h) J Mg2+
coo-
Represente las estructuras de los siguientes compuestos:
(e} CH3CH(CH3)CHBrCOOH
(1) (CH3)iC=CHCOOH
(e) (CH3nCHCHBrCOOH
(0 CH3CH(NH2)CH2COOH
(a) ácido eianoico (b) ácido ftálico (c) fonniato de magnesio
(dl ácido maiónico (e) ácido cloroacético (0 cloruro de acetilo
(g) undecanoato de zinc (amifúngico para los ~pies de atletaJt) (h ) benzoato de sodio (conservante alimenticio)
(1) fluoroacetato de sodio (Compuesto 1080, conuovertido veneno utilizado para matar coyotes)
De cada uno de los siguientes pares de compuestos. ¿cuál es la base más fuerte?
(a) CH3coo- o OCH2COO- (b) acealuro de sodio o acetato de sodio
(e) acetato de sodio o etóXido de sodio
Diga los productos (en el caso de que se foirnen) de las siguientes reacciones ácido-base:
(a) ácido acético+ amoniaco (b) ácido ftálico +exceso de NaOH
(e) ácido p-tóluico + trifluoroacetato de powio (d) ácido a-bromopropiónico + propionato de sodio
(e) :leido benzoico+ fenóxido de sodio
20.31 Coloque los siguientes isómeros por orden creciente de punto de ebullición. razonándolo.
20..32
20.33
20.34
Q
OH
3-hidroxuetrahidrofurano
o
1
CH3-C- OCH1CH1
acetato de etilo
o
1
CH1CH1C14-C-OH
ácido butlrico
Coloque los compuestos de cada uno de los apartados siguientes por orden creciente de acidez.
(a ) Fenol. etanol. ácido acético. (b ) Ácido p-1oluensulfónico, ácido acético. ácido cloroacético.
(c) Ácido benzoico, :leido o-ruuobenzoico. :íddo m-nitrobenzoico.
(d) Ácido buiírico, ácido a-bromobutírico. ácido ,8-bromobuúrico.
¿Qué conclusiones se pueden deducir a partir de los valores de pK. que se indican para los siguientes compueslos?
CH2COOH
1
N02 1.68
CH2COOH
1 ?46
CN -·
CH2COOH
1
CI 2.86
Sabiendo que la estructura del ácido ascórbico (vitamina C) es:
(a ) ¡,El ácido ascórbico es un ácido carbox.t1ico'I
H~Oyo
HOCH2 H
HO OH
ácido ascórbico
Clt,COOH
1 -
H 4.74
CH,,COOH
1 -
OH 3.83
(b ) Compare la fuerza de la acidez del :leido ascórbico (pK. = 4.71) con la del ácido acético.
(c) Prediga qué protón del ácido ascórbico es el más :íctdo.
(d ) Represente la fonna en que el :íc1do ascórb1co está presente en el organismo (solución acuosa. pH = 7.4).
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935
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936
20.JS
20.36~ .
20.37
20.38
20.39
Capítulo 20: Ácidos c:irboxílicos
Prediga los productos. en el c:iso de que se fom1en, de las siguientes reacciones:
(a) ó)COOH ( l l LiAIHJ 12) Hp+ !b) 0-CH~Br (1) NaDI (2) H3Q•
le)~
COOH
(el o-CH10H
(g) 0-CHpH
(1) SOCI '.!
(2) AJCl3
N~Cr~07 • H'.!so,
KMnO" , H20
(templado. conc. )
(d) -1-octino
KMnOj , H,o
(templado. conc. )
Ph
1
(f) CH3CH1-CH-COOH
(h) OC))
(i) e>ª' q)
c-o
1
CH3C~ H
( l) Mg. ¿ier
(2) co,
(3) H3o+
rArCOOH
(j) ~
CH3
2-bulanol. H+
o
11
{k) HOCH,CH,CH,- C-OH
H+
--> (éster cíclico)
~
KMno,.~o
(caliente. conc. )
Explique cómo /levaría a cabo. con eficac ia. las siguientes síntesis (se puede utilizar cualquier reactivo que sea necesario):
(a) E-l-bromo-2-bmeno- ácido E-3-pentenoico (dos fonnas) (b) 3-hexeno-> ácido propanoico
(e) 2-butenaJ-+ ácido 2-butenoico (d) ácido hexanoico-+ hcxanal
o
JI
(e) CH
3
(CH,)
3
COOH ---+ CH3(CH,),-C-OCH3 (dos formas)
~COOH ~CH,OH
(f) \_} ---+ LJ -
ác;ido valérico vnlerato de: metilo
rArCH1COOH rAí'CH2CONHCH,
(g) v -+ g CI CXCI (h) 1 -+
(COOH COOH
Explique cómo llevaría a cabu las extracciones. utilizando un embudo de decantación. para separar una mezcla de los
siguientes compuestos:
(a) :ícid.o benzoico (b) fenal (e) alcohol bencílico (d) anilina
Cuando se esterifica el ácido (S)-láctico puro con el racémico 2-biuanol. se obtiene lactato de 2-butilo, con la siguiente estrucrura:
OH OH OH O CH3
1 1 tt+ 1 JI 1
CH,-CH-COOH + CH,-CH-CH1CH, +:==t CH,-CH--C-0-CH-CH,CH,
ácido l:ícuco 2-bu1anol lacia10 de 2-buulo
la) Represente las estructuras tridimensionales de los dos estereoisómeros que se forman. especificando la configuración
en cada átomo de carbono asimétrico. El uso de los modelos moleculares será de gran utilidad.
(bl Determine la relación entre los dos esiereoisómeros que se han representado.
Explique cómollevaría a cabo las siguientes síntesis en múlriples pasos:
(a) Ph- CH 2-CH2 - 0 H - Ph -CH2-CH2-COOH r'Y'CH,, (l<CH1 r'Y'CH.
(b) V -----+ V COOH (e) V ~
0CH1COOH
"'W'' -> W COOH
o o
-
0
COOH
(e) -+
ÍI oxo
T
¡
í
k
1
~
~
'Í
~
•20 . .¡o
20AI
Problemas 937
A continuación se representan los espec1ros de IR. RMN y de masas de un compuesto organico.
(a) Considere cada espec1ro individualmente y diga qué carJcterísticas Je la molécula se deducen a partir lle él.
1 b) Proponga una estructura para e l compuesto. e indique la relación que. hay encre la esrrucrura y los dmos espectrales.
*(e) Explique por qué en d e~-pectro de RMN de pro1ón hay una señal imponante que no aparece.
lOO,-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-,---,
152
80
"' ·~ 60
'9
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20•·--
0 1 JI ¡t 11 11 1 ! I 111 1 (a 11 1
10 20 30 .jQ 50 60 70 ' 30 90
1
100 ' 110 120 130' 140' 150' 160
mi:
longnud de onda ( µm)
2.5 3
100
FUt~f.Ftill-~-l.-~~-4-
5 5.5 ~
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3.5 .¡ 4.5
l.-~-14.¡_¡:::.~-
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4000 , 3500 3000 2500
200 180 160 140
13C-RMN
1
tH-RMN
' . r
1
¡
'
!
.._ l
'
10 -9 7
2000 1 800 1600
núm~ro de onda (cm -I¡
120 100
1
;
' 1
6
'.
j
S (ppm)
1 -1()() 1200
80 60
CDCl3 1
/ 1
1
4 '
1---
1000
.¡Q
V
.
-
En presencia de irazas de ácido, el ácido 6-hidroxivalérico forma un éster cíc!ico (lactona).
HO-CH2CH2CH2CH2-COOH
ácido .5-hidroxivaléricu
(a) Represente la esltUcrura de la lactona. denominada 0-valerolacrona.
(b¡ Proponga un mecanismo para la fonnación de '5-valerolacrona.
:,
800 600
20 - · o
DMSO~
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: l ' l liw
938 Capítulo 20: Ácidos carboxtlicos
20.-'2
*20.43
*20.44
20.45
Un cloruro de ácido reacciona con un alcohol para fonnar un éster.
o
11
R-C-CI + R'-OH ->
o
11
R-C-0-R' + HCI
Un cloruro de ácido tambit!n re:icc1ona con una molécula de ácido carboxílico. El producto es un mhídrido de ácido.
o o o o
11 11 u 11
R-C-CI + R'-C-OH -> R-C-0-C-R' + HCI
anh1dndo de ác1úo
Proponga un mec:inismo para la reacción del cloruro de benzoilo (PhCOCI) con ácido acetico e indiyue la estructura del
anh1dndo 4ue se fonna.
Un esrudiante smtet1zó el Compuesto l. represeniado a continuación. Para punficar e l ccmpuesto, lo extra JO con una base
acuosa y. a conunuación. acidificó la solución para protonar el ácido y as1 poder volver a extraerlo en éter. Cuando
evaporó el éter. encontró que el producto se había trmsfommdo completamente en d Compuesto 2.
OJ:~ O\
~CH3 -> ~CH3
CH2C~H OH
Compuesto l Compuesto 2
(a) ¿Qué grupo funcional fonna pane del anillo del Compuesto I?, ¿y del Compuesto 2?
(b) ¿Cuántos átomos de carbono hay en el Compuesto 1 '!.¿y en el Compuesto 2? ¿Qué ha p:isado con el resto de átomos
de carbono?
(e) ¿Cuándo se produio Ja reacción. cuando el esrudiante añadió la base o cuando añadió el ácido?
(d) Proponga un mecanismo para la transfonnación del Compuesto l en el Compuesto 2.
L:i acidez relativa de los ácidos carboxílicos (y, por deducción. las es1abitidades de sus iones carboxilato) se han utilizado
para comparar las propiedades de los sustituyentes donadores de electrones y sustractores de electrones. Estos estudios
son particularmente útiles a la hora de distinguir entre los efectos de resonancia e inductivos en las estabilidades de
compuestos e iones. Ejemplos:
(a) El grupo fenilo es un orro. para-director mediano en la susttrución electroffiica aromática. El grupo fenilo. ¿es
donante o sustractor de electrones en la SEA'!
(b) El pK, del :icido fenilacético es de 4.3 1, lo que indica que el ácido fenilacético es un ácido más fuerte que el ácido
acético. El grupo fenilo, ¿es donante o sustractor de electrones en la ionización del ácido fenilacético? ¿Cómo se
podría explicar esta aparente contr.1dicción?
(e) El ácido 4-metoxibenzoico es un ácido más débil que el ácido benzoico, pero el ácido metoxiacético es un ácido más
fuerte que el ácido acético. Explique esta aparente contradicción.
(d) Los grupos metilo generalmente son donantes de electrones, el ácido propanoico es un ácido más débil que el ácido
acético. El ácido 2,6-dimetilbenzoico es un ácido más fuerte que el ácido benzoico. mientraS que el 2.IH!imetilfenol
es un ácido más débil yue el fenal. Explique el por 4ué de estos resu ltados expenmentales contradictorios.
(Historia real.) El responsable de un almacén de productos químicos orgánicos estaba prepar.10do muestras problema para
un experimento de •Cetonas y Aldehídos,.. Añadió dos gotas de las suslancias desconocidas en dos tubos de ensayo y los
dejó durante varios días hasta que los pudiera necesitar. Sin embargo. una de las muestr.IS desconocidas fue mal
interprelada por los esrudiantes. Esta muestra fue tomada de una botella etiquetada como « Heptaldehído•. El responsable
del almacén realizó un espectro de IR del líquido de la boiella y encontró un pico agudo de 1eosión, correspondiente a un
grupo carbonilo de alrededor de 1 7 10 cm-t y otro pequeño de entre 27 10 y 2810 cm- 1•
Los esrudiantes hicieron la observación de que sus espectros no presentaban picos a '.! 71 O o 2 81 O cm -I. pero
presentaba un pico de absorción ancho centrado de alrededor de 3 000 cm- 1 y un pico correspondiente al grupo carbonita
de alrededor de l 715 cm-1• Además. sus muestr.is eran solubles en una disolución acuosa di luida de hidróx1do de sodio.
(a) ldenufique el compm:s10 que hay en la bo1t:!la y el de los tubos de ensayo. ·
(b) Expliyue las discrepancias entre los resultados del espectro que realizó el responsable del almacén y el que realizaron
los esrudiantes.
(e) Sugiera cómo se podría evitar en el futuro esta conJusión.
-1~1 ¡r 2s10 ~
3ooocm-1 1710cm-1 3000 cm-1 1 715 cm- 1
especiro del responsable del almacén espectr0 de los esrudiames
•20.46
20.47
Problemas 939
El f:ímtaco antidepresivo 1ranilc1promma es una amina pnmana con el grupo amino en un aniUo de ciclopropano. Explique cómo
rransformaria el ácido (E}-cin:írnico en tran1lc1promina. (Sugerencw: el grupo ciclopropilo es un sustrato SN2 pobre, al igual que
los grupos terciarios. Considere las reacciones en las que se puedan obtener aminas pnmanas con grupos alquilo tereiarios.)
~COOH
--> <éf."~
cicJdo { ék:manuco lrantk:1p.-c>mma
El siguiente especlro de RMN corresponde a compuestos de fórmulas CA) C.Jliw~. (8) C
4
H
6
0
1
y (C) C~10~. respectivamente. Proponga sus estructuras e indique su relación con las absoreiooes observadas.
~ 5
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o
Derivadosde los ácidos
carboxílicos
JI NH
PhOCH~C L s CH3
O~ ~:(CH3
~ COOH
::;;s ..... ~.'..Q.
21.1
Introducción
estructura condensada:
940
enZJma
acetilado
inactivo
Los derivados de los ácidos carboxílicos son compuestos con grupos funcionales que se
pueden transfomiar en ácidos carboxílicos mediante una hidrólisis ácida o básica. Los de-
rivados más importantes son los ésteres. las amidas y los nitrilos. Los haluros de ácido y
los anhídridos también están incluidos en este grupo. a pesar de que se suele pensar en
ellos como en fomias activadas de los ácidos. en lugar· de en compuestos completamen-
te diferentes.
o o o o o
11 ~ 11 11 ~
R-C-X R-C-0-C-R R-C-0-R' R-C-NH~ R-C=N
haluro de :íc1do anhídrido éster amida nimio
RCOX (RCO)p RC0:1R' RCONH1 RC.'I
Muchos de los avances en química orgánica se deben a la utilización de derivados
de los ácidos carboxílicos. Las proteínas están enlazadas mediante grupos funcionales
amida y se han obtenido amidas sintéticas que emulan las propiedades de las proteínas. Por
ejemplo. el Nylon que se utiliza para elaborar fibras textiles es una poliamida sintética si-
milar a la proteína de la tela de araña. Todos los antibióticos del tipo de la penicilina y la
cefalosporina son amidas con propiedades ant1microbianas mejoradas con respecto a los
antibióticos naturales inicialmente descubienos.
Igual que las amidas. los ésteres también se encuentran en la naturaleza y se obtie-
nen en la industria química. Las grasas animales y los aceites vegetales son mezclas de és-
teres, lo mismo que las ceras, como la cera de abeja y el esperma de ballena Las plantas
suelen sintetizar ésteres que dan olor y sabor a sus frutos y flores. Además de la obtención
de ésteres sintéticos como saborizantes, esencias y lubricantes, también se obtienen po-
liésteres sintéticos como la fibra de Dracon® que se utiliza en la indusuia textil o la pelí-
cula de poliéster del tipo Mylar® que se utiliza en la fabricación de las cintas de magne-
tófono.
A contmuación se representan algunos ejemplos de ésteres y amidas naturales. El ace-
tato de isoamilo es el responsable del olor característico de los plátanos. y el acetato de ge-
raoilo se encuentra en el aceite de rosas, geranios y ot:r.Ís muchas llores. La N _ V-dietil-mera-
toluamida (DEE14) es uno de los mejores repelentes de insectos que se conocen. La
penicilina G es uno de los antibióticos que revolucionaron la medicina moderna.
~
o
11
Q-C-CH3
aceta10 de isoamilo
(acc11e de plátano¡
o
!I
~O-C-CH3
acetato de ger.imlo
(aceue de geramo)
21.2 Escructura y nomenclarura de los derivados de ácido 941
o o
11 11
H3C"'rATC"-g N(CH2CH3h PhCH2-C-NH'¡----,----S)<CH3
)-NI CH3
O COOH
,V,N.Jtelll-111era-toluam1da penicilina G
21.2A Ést eres)de ácidos carboxílicos
,.,.~
21.2
Estructura
.r~
Los ésteres srrn derivados de los ácidos carboxfücos en los que se ha sustituido el grupo
hidroxilo (-OH) por un grupo alcóx.ido (-OR). Un éster es una combinación de un áci-
do carboxílico y un alcohol, con la pérdida de una molécula de agua. Ya se ha visto que
los ésteres se pueden fomiar mediante la esterificación de Fischer de un 5c1do con uo al-
cohol (Sección 20. I O).
y nomenclatura
de los derivados
de ácido
o
11
R-C-OH + R'-OH
ácido alcohol
tt+ ==
o
11
R-C-0-R' + H
1
0
és1er
Para nombrar los ésteres se utilizan dos palabras que reflejan su estructura com-
puesta. La primera palabra deriva del grupo carbo:Cilato del ácido carboxílico y la segun-
da palabra. del grupo alq111/o del alcohol. En la nomenclatura de la IUPAC estos dos nom-
bres derivan de las nombres del grupo alquilo y carbox.ilato según la fUPAC, mientras que
el nombre común deriva de los nombres comunes de cada uno de ellos. A continuación se
nombran distintos ésteres:
o
11
CH3C~-OH
nomenclatur.i IUPAC; ~Lan"I
+ HO-C-CH3
acido etanoico
ácido acétJco
H' .. ==
o
11
CH3CH~-0-C-CH3 +
nombre común:
nomenclatura IUPAC:
nombre común:
nomcndatur.i IUPAC:
oombre común:
etanoa10 de culo
m.:01101 .ttln.;0 aceuuo de etilo
o o
íl
(CH¡)1CH-O-C-H Q-o-!-Q
o
CH3-0-~-C~-o
melanoa10 de 1-mctileulo
fonn1a10 de 1sopropilo
O CH3
~ 1
benzoato de femlo
benzoato de femJo
2·fen1ie1anuato de meulo
fcmlacetalO de melllo
Ph-CH2-0-C-CH-CH3
o
CH3-o-!-O 0-o-!-H
2·meulpropanoato de bcnc1lo
1sobuUra10 de benc1lo
c1clopcntanocarboK1la10 de me11lo
ciclopcmnnocarbox.Llato Je menlo
mcianoalo de ciclohexilo
fomuato de c1clohe.xilo
Lactonas A Jos ésteres cíclicos se les denomina lactonas. Una lactona se forma a par-
lir de un h1droxiácido de cadena abierta en el que el grupo hidroxilo reacciona con el gru-
po 5cido para formar un éster.
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H.
942 Capítulo 21: Derivados de los ácidos c:irboxílicos
[
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....... ~,N-R'
R 1
R'
o
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H....._c __ C-OH
H/ a
1 0-H H....._ /J I
H_......c....._é
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H H
tt+
<=='
o
!
H-.....C--C\
H......-
tt ....._I ;°
H_......c....._c
/\
H H
+ H20
nomenc!aturo !UPAC: :íc1do +l11droxibutano1co
no mbre común: ácido r-hidroxibuunco
lactona del ácido +h1drox1butano1co
')'-bu11rolactona
En la nomenclatura de la IUPAC se añade al término lacrona e l nombre del ácido a
partir del cual se forma. En los nombres comunes de las lac1onas. usados con más fre-
cuencia. se susticuye la terminación -ico del hidroxiácido por -olacrona. indicando me-
dian1e una letrn griega e l á1omo de carbono al que iba enlazado el grupo hidro¡¡ilo con el
que se cierra el anillo. Los susrituyentes se nombr.m de la misma forma que los del ácido
del que derivan.
d: s
o
H3C~
/J o
1
CH3
nomenclaturo !UPAC:
nombre común:
lactona del tic1do 3-h1drox1butano1co
8-valerolactona
lactona úel ácido + h1droxi-'.?-metilpen1ano1cu
a-meul-y-valerolactona
...........
21-28 Amidas
Una amida se forma a partir de un ácido carboxílico y amoniaco o una amina. Un ácido
reacciona con una amina para formar un carboxilato de amonio. Cuando se calienta es!a
sal por encima de lOOºC. se obtiene la amina y se libera agua en forma de vapor.
o
íl ..
R-C-OH + ~N-R' ---+
o
íl +
R-c-o- H3N-R'
ácido aimna sal
o
! ~
R-c-o- H)N-R'
sal
o
calor 11 ..
---> R-C-NH-R' + ~O j
amida
La estructura de las amidas sencillas presenta un par de electrones no enlazantes en
el á1omo de ni1rógeno; sin embargo. al contr.uio que las aminas, las amidas son bases muy
débiles. por lo q ue al grupo amida se le suele considerar neulio. Se requiere un ácido fuer-
te concen1rado para promnar a una amida. La pro1onación se produce en el álomo de oxí-
geno del grupo carbonilo en lugar de hacerlo en el nitrógeno. La débil basicidad se puede
explicar representando la amida como un híbrido de resonancia de la estructura conven-
cional y una estructura con un doble enlace entre el carbono y e l nitrógeno.
. xf-·l
R'
+-+
··/H l :Q
R/b'f-R
R'
[
+ ,.....H
:Q
./L~-··
R'
H+
acJCIO conccnrrado
base muy débil protonac16n en el oxígeno
Mediante esia represemación de la resonancia se puede predecir que el á1omo de ni-
uógeno de la amida tiene esll'Uctura plana debido a la hibridación sp~. lo que pennile la
11
1
j
!
l
J
21.2 &tructura y nomenclatura de los derivados de ácido 943
formación de un enlace pi con e l á1omo de carbono del grupo carbonilo. Por ejemplo, La
formamida tiene una estructura plana igual que un alqueno. El enlace C-N tiene el ca-
r:ícter de doble enlace parcial. con una barrera rotacional de 18 kcaJ/mol (75 kJ/mol).
·0·-
n 111°
,.....c~~_,,.H
H 121°\!i'J1 19°
H
..........
formarn1da
:Q:-
1
H,.....c, ~ ,..... H
N
1
H
A las amidas de fórmula R-CO-NH2/se las denomina amidas primarias ya que
sólo tienen un álomo de carbono enlazado al rnuógeno del grupo amida. A las amidas con
un grupo alquilo en el nirrógeno <R-CO-NHR') se lasdenomina ámidas secundarias
o amidas N-sustituidas. A las amidas con dos grupos alquilo enlazados al nitrógeno de la
amida (R-CO-NHR2') se las denomina a midas terciarias o amidas N ,N-disustituidas.
O H
11 1
R-C-N-H
amida primaria
O H
~ 1
R-C-N-R'
amida secundana
(:unida N-susutu1da)
O R'
11 1
R-C-N-R'
amida 1erc1aria
(amida N.N-sustituida)
Para nombrar una amida primaria, se añade al nombre de la cadena carbonada la 1er-
minación -amida. En el caso de las amidas secundarias y terciarias, antes de nombrar la
amida se nombran los radicales que suslituyen a los hidrógenos enlazados al nitrógeno
indicando su posición con la le1ra N-.
o o
Muchos de los a nestésicos loca-
les son amidas. La lidocaina, pro-
totipo de este tipo de drogas, es
la que se utiliza mas.
CH3 O
ÓCNH!CH,NE<,
CH3
lidocaína
O CH,CH3 ~
CH3-C-NH-C~CH3
nomenclatura !UPAC: N-etiletanamida
1
H-C-N(CH3h
N.N-dimet1lmetanaR1Jda
N_.V-dimenlformamida
1 1 -
(Cli¡)2CH-C-N-CH3
N-eiil-N,2-dimetilprop-dnamida
N-etil-N-me11Jisobutirom1da
nombre comun: N-acetamida
Cuando las amidas derivan de ácidos que se nombran como ácidos cicloalcanocar-
boxilicos, se nombran utilizando el sufijo -carboxamida. Algunas amidas, como la aceta-
nilida. tienen nombres his1óricos que todavía se utilizan.
o
0-!-~
ciclopenlllnocarbox:unida
o
íl
[>-c-N(CH:i)2
N ,N-dimenlciclopropanocarboxanuda
O H
~ 1
C-NlQJ H
3
C/
acetanilida O
Lactamas A las amidas cíclicas se las denomina lactamas. Las lactamas se forman a
partir de aminoácidos. por reacción intramolecular del grupo amino con el grupo carbo-
;u1ico para dar lugar al grupo amida. Las laciamas se nombran igual que las lactonas. aña-
diendo el 1énnino lacrama al final del nombre dado por la IUPAC al ácido del que deri-
van. Los nombres comunes de las laciamas se forman cambiando la termianción -ico del
aminoácido por -olacrama .
nomenclatura IUPAC:
nombre eomun:
o
11
H2N-C~ -CH2-CH:?-C-OH
ácido 4-am1nobu1ano1co
ácido y-aminobutírico
..
calor -
o
H'- !
H-C.-C\
1 N-H +
H-C / / ....... e
H / \
H H
lactama del .ic1do 4-armnobutano1co
y-butirolactama
~
11
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944 Capículo 21: Derivados de los ácidos c:irboxtlicos
áº
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0-H CH30 ~N-H
CH3
lactama Je! ;u.:u.lo 6-.unmohe:tano1co lacrama Jel JCtdo 4-J.mt110-1-menlp!Ol:l.no1co
e<aprolact:una tr-lllCUl-y-valerolactama
nomc:nclatur.i IUPAC: lactama d<I JCtdo 3·Jm1nopropano1co
nombre comun: /3·propiolac1ama
21 .2c Nitrilos
Los nitrilos contienen el grupo ciano. -C=== N.A pesar de 4ue los nitrilos no conuenen
el grupo carbonilo de los ácidos carboxílicos. se clasifican como derivados de ácidos, ya
que se hidrolizan para dar lugar a ácidos carboxílicos y se pueden sintetizar por deshidra-
tación de las amidas.
Hidrólisis para formar un úculo
o o
H10 11
H.,O il
R-C:=N H+ o -oH
R-C-Nl~ -¡t+- R-C-OH
01lrilo :umda pñrnana ácido
Síniesis a partir de u11 ácido
o o
11 NH3 11
POCl3 R-C==N
R-C-OH ---- R-C-NH1 --c:ilor ruuilo
ácido anuda pnmana
Tanto el átomo de carbono como el de nitrógeno del grupo etano úenen hibridación
sp y el ángulo de enlace R-C:= N es de 180" (line:il). La estruccura de un mtnlo es si-
milar a la de un alquino terminal, excepto en que e l átomo de nitrógeno del nimio tiene
un par de e lectrones solitario en Jugar del hidrógeno acerilénico del alquino. En la Figura
21 . 1 se comparan las estructuras del acetoni trilo y del propino.
A pesar de que en los nitrilos hay un par de e lectrones solitario en el nitrógeno. el
niui lo no es muy básico. Los nitrilos suelen tener un pKb de alrededor de 24. por lo que
se necesita una solución de ácido fuerte concentrado para protonarlos. Esra falta de basi-
cidad se puede explicar observando que el par de electrones reside en el orbital hiOrido sp.
con un 50% de carácter s. Este orbital está próiümo al núcleo y los electrones están fuer-
temente enlazados. y se ceden o comparten con dificulrad.
Para nombrar un n1lrilo se añade al nombre de la cadena carbonada la terminación
-nimio (tamo en el caso de la nomenclatura de la IUPAC como en el del nombre común).
CH1-C=='N
Br
1
CH1-CH-C~-C===N
OCH1
1
CH1-CH-C~C~C~-C:=N
nomcncla1um lUPAC. eianoni1nlo 3-bromobutanontm lo
13-bromobuuroniuilo
5-mc:1ox1hexanommlo
ll-metoxicaprommlo
nombre común: :icciomtnlo
.,.. Figura 2 1.1
Compamc1ón de las estructuras
electrónicas del 3Cetonurilo y del
propino (melilacetileno). En los
dos compuestos. los átomos que
forman los extremos del triple
enlace uenen hibridación sp y los
ángulos de enl:ice son de 180". En
lugar del alomo de hidrogeno
acetilémco. el nitnlo tiene un par
solitano de electrones en d
orbital sp del nittógeno.
:_:_-=-.-:::.===:....-===-==-------··
acc1001mlo
H
propino
- --=--·--:-~=-- ·.--:::::::
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1
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lt .........
~l.:! Estructum y nomenclatum de los derivados de :icido
El el caso de los ácidos cicloalcanocarboxílicos. los correspondientes nitnlos se nom-
bran utilizando d sufijo ·carhonurrlo. El grupo-C= N también se puede nombrar como
sucimyeme. en cuyo caso se denomina grupo ciano.
CN
[>--cN s • JI ! , CH -CH, -CH-CH...-COOH
} - -
c1clopropanoc:irbon1mlo .ícido J~ianopemano1co
-
21.20 Haluros de ácido
Los haluros de acido. también denominados haluros de ac ilo. son denvudos acrivados que
se uti lizan en la síntesis de compuest0s acilados como los ~steres. las amidas y los acil-
bencenos (en la acilación de Friedel-Crafs). Los haluros de acilo más frecuentes son los
cloruros de acilo (cloruros de ácido) por lo que genemlmente se uttlizarán cloruros de áci-
do como ejemplos.
o
íl-
R-C- halógeno
haluro <le ácido
(haluro de acilo)
o
~+
R-C-CI
cloruro de ácido
(cloruro Je :lcilo)
o
ll+-
R-C-Br
bromuro de a<:tdo
(bromuro Je acilo)
El átomo de halógeno de un haluro de acilo sustrae inductivamente densidad elec-
Lrónica del átomo de carbono del grupo carbonilo. aumenrando su naturaleza electrofílica
y haciendo a los haluros de acilo particularmente reactivos respecto a la sustitución nu-
cleofílica del grupo acilo. El ión haluro tambitfo actúa como un buen grupo saliente.
·o)
R 111+- ..
-C-CJ:
Nuc:_J ' ..
=6)
1 ..
R-C, CJ:
1 -..:·
Nuc
Q:
;
R-C'-
Nuc
:CI:
grupo saliente
Un haluro de ácido se nombra sustituyendo la palabra ácido por el nombre del ha-
luro y el sufijo -ico por -ilo. Cuando los ácidos se nombran como ácidos alcanocarboxíli-
cos. los cloruros de ácido se nombran añadiendo a la cadena carbonada la terminación
-carbomlo.
o
o
11
CH1-C-F
o
lt
CH,-~-C-CI 0-11 C-CJ Br O 1 11 CH3-CH-CH2-C-Br
lluoruro de 0U1n01lo
lluoruro de acculo
cloruro de propanoilo
cloruro de propionilo
21 .2E Anhídridos de ácido
bromuro de 3-bromobuwnmlo
bromuro de {:1-bromobuunlo
cloruro de ctclopentanocarbonilo
La palabra anhídrido significa «sin agua». Un anhídrido de ácido se obtiene a partir de
dos moléculas de á.:ido por la pérdida de una molécula de agua. La adición de agua a un
anhídrido regt:ner.i. dos moléculas del ácido carboxfüco.
o
~
R-C-OH +
o
11
HO-C-R
dos moléculas de ácido
~
o o
11 11
R -C- 0-C-R + H20
anhtdndo de :leido agua
De la misma forma que los haluros de icido. los anhídridos son derivados activados
de los ácidos carl>oxt1icos. a pesar de que los anhídridos no son tan reactivos como los ha-
luros de ácido. En un cloruro de ácido. el átomo de cloro acriva el grupo carbonilo y ac-
túa como grupo salieme. En un anhídrido. el grupo carl>oxilato realiza estas dos funciones:
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946 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carboxilicos
"o') o
1 .. íl 'º5 o 1 •• 11 "o·
R-C~
o
..11
R-C-O-C-R +:=t R-C-0-C-R
I~
--+
' Nuc
-=0-C-R
Nuc:J ..
o o
11 11
Nuc carbox1la10
grupo saliente
La mitad de una unidad de anhídrido de :ícido se pierde como grupo saliente. Si el
:ícido es caro, no se suele utilizar el anhídrido como fonna activada para obtener un deri-
vado. sino que e l cloruro de ácido es una alternativa más eficaz. ya que el cloruro es el gru-
po saliente. Los anhídridos principalmente se utilizan cuando son baratos y fácilmente
asequibles. Los que se utilizan con más frecuencia son los anhídridos acético, ft:ílico. suc-
cínico y maleico. Los di:ícidos generalmente fonnan anhídridos cíclicos. espccialmence
cuando se obtienen anillos de cinco o seis miembros.
Para nombrar los anhídridos se sustituye la palabra ácido por anhídrido, tanto en la
nomenclarura de la IUPAC (se utiliza con poca frecuencia) como en los nombres comu-
nes. En los siguientes ejemplos se dan los nombres de algunos de los anhídridos más fre-
cuentes:
o o
11 ~
CH3-C-O-C-CH3 CF3-C-O-C-CF3 ~o ~o
(Ac,0. abrcvmdo)
anhídrido ctanoico
anhídrido acético
(A1FA. abreviado)
anh1drido triíluoroetnnmco
anhíclndo tníluoroacécico
o
anhídrido 1.2-bencenodicarboxílico
anhídrido ítálico
o
anhídrido (Z)-but-2-enodimco
anhíclndo malcico
A los anhídridos que están fonnados por dos ácidos diferentes se les denomina an·
hídridos mixtos y se nombran utilizando los nombres de los ácidos individuales.
o o
11 11
CH3-C-0-C-H
nomenclacuralUPAC: anhídrido ~tanoico me1anoico
nombre común: anhídrido :icético fórmico
o o
11 11
c~c~-c-o-c-cFJ
anhídrido tntluor~tanoico propanoico
anhídrido 1riíluoroacé1ico propiómco
21.2F Nomenclatura de compuestos multifuncionales
Después de estudiar diferentes grupos funcionales. se ha de saber qué grupo funcional de
un compuesto multifuncional es el «principal» y qué grupos se nombrarán como sustilu-
yemes. Para elegir el grupo principal. que dará lugar al nombre de la cadena, se utilizan
las prioridades siguientes, establecidas por la IUPAC:
ácido >éster> amida > mrrilo > aldehído> cetona > alcohol > amina > alqueno > alquino
En la Tabla 21. l se resumen estas prioridades, junto con los sufijos que se utilizan
para los grupos principales y los prefijos que se utilizan para los sustituyences. En los si-
guientes ejemplos se ponen de manifiesto estas prioridades:
o
11
vC-OCH2CH1
CN
<>-<:iaoobenzoaw de culo
o
11
CX
C-NH2 •
C-H
11
o
2-forrmlc1clohexanoc:uboxarn11Ja
OH
1
CH3-CH2-CH-C==N
2-ludroxibutanonitnlo
~
~
1
1
F.
'
l
21.3 Propiedades físicas de los derivados de :ícidos carboxílicos
TABLA 21.1 Resumen de !,a_ n~~encla~ur~-~e los grupos funciona~es
Grupo funcional Nombre como grupo principal Nombre como sustituyente
Grupos principales en orden de prioridad decreciente
.ícidos carboxílicos
é!)lCrcs
amida.•
nnrolos
aldchidos
ce1onas
alcoholes
aminas
alquenos
alqumos
alc:inos
éteres
baluros
ácido .-QICO
-OatO
-arn1d:l
-notnlo
-al
-<>na
-<>I
·amma
..:no
·tnO
·ano
carboxi2
alcox1corbonilo'
ami do~
e rano
forrnilo
oxo
hidro xi
aromo
aJqucnilo
alqumilo
alquilo
aleo xi
halo
ª DeDOla que su uuJizac1on no es frecuente.
PROBLEMA 21.1
Nombre los siguiemcs derivados de ácidos carboxílicos. diciendo. si es posible, el nombre común
y el de la lUPAC:
(a) PhCOOCH2CH(CH3)i (b) PhOCHO
{e) PhCH(CH3)COOCH3 (d) PhNHCOCH2CH(CH3)i
(e) CH3CONHCH2Ph (f) CH3CH(OH)CH2CN
(g) (CH3)?CHCH2COBr (h) CI2CHCOCI
(i) {CH3)?CHCOOCHO o
Q (j) 0-o-~-0 (k) (1) PbCONH-0
o
Jiº OH ()°º" (m ) (n) ªCN {o) o H CN
o y= (q) ó-CH, o (p) (r ) 0-!-CH . l
(Sutftrtncia: nórnbrelo como Br C~CH3
un dcnvado de la p1pcn<lina.)
( 1 ..
~~,8Wa0C"'Aiñl•C~Z\""·~~~~:;;.;i~t;f::;?¡_v.~"t.~.$L.·~ .....::.~~~ • .._
21.3A Puntos de ebullición y de fusión
En la Figura 21.2 se representa un gráfico de los puntos de ebullición de los derivados de
ácidos simples frente a sus masas moleculares. Para poder compararlos, también se in-
cluyen los de los n-alcanos. Se puede observar que los ésteres y los cloruros de :ícido tie-
nen puntos de ebullición parecidos a los de los alcanos lineales de masa molecular seme-
jante. Estos derivados de ácido contienen grupos carbonilo muy polarizados, pero la
polaridad del grupo carbonilo no influye mucho en los puntos de ebuUición (Sección 18.4).
Los ácidos carboxilicos están fuertemente unidos mediante enlaces de hidrógeno.
fonnando dímeros. en fase líquida. por lo que los puncos de ebullición son altos. Los
•
21.3
Propiedades
físicas de los
derivados de
ácidos
carboxílicos
947
..... ~ . .,
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948 Capítulo'.! 1: Derivados de los ácidos carboxílicos
--·- .. -- - ----- - ~ -- -------·-- --------·--·=·: =-- ==--~:_: _··: .. _:.:.=::::::=-... .::--::::::--.::::.:..:.-_ ~:_
Ejemplos
I M = 55-60)
o
11
CH3-C-NH1
o
11
CH3-C-OH
CH3CH2CHpH
CH3CJ-1'.!-C=N
o
11
H-C-OCH3
CH3CH2CH2CH3
A. Figura 21.2
300
pe:(º(')
'200
..,..,..,
t
.a ., "T ~ ... 118 '§ nunlos
..o
97 u alcoholes " . '":j pnmanos
97
o
e
5. o
3'.!
o
-100
w 60 100
masa molecular
cloruros
de :íc1do
140 180
Repn:sentae1ón de los puntos de ebuUic1ón de los derivados de ácido freme a sus masas
mole<:ularcs. Se incluyen los alcoholes y los alcanos lineales como referencia para la comparación.
::::::::..==--=-~--=--==---=- .:::::..:== "':"'- --=--==-=--=-:.::_:::·.::..:.:_-.:_~...;::_"'::::::::.~::--.::::.::::.. ·-=-===--::.....:.:...::=.::=:._---:::::= ..::..~==~
nioilos también tienen puntos de ebullición más allos que los éstere~ y cloruros de ácido
de masas moleculares s imilares, y esto se debe a una fuerte asociación dipolar entre los gru-
pos ciano de moléc ulas vc:cinas.
R-C"""O···H-0 ....._ 'c-
O-H· ··o""" R
dimero de ácido cari>oxi1ico
'5++- 6-
R-C==N:
;;-: N==C~R
-,.
asoc1ac1ón dipolar de nunlos
Las amidas. sorprendentemente. tienen puntos de ebullición y de fusión altos com-
parados con orros compuestos de masas moleculares similares. En la Figura 11 .3 sé puede
apreciar los fuertes enlaces de hidrógeno que presentan las amidas primarias y secunda-
nas. La representación por resonancia mueslr.i una carga negaiiva parcial en el oicígeno y
una carga positiva parcial en el rurrógeno. El nirrógeno cargado posiovamente polarua e l
enlace N-H. haciendo que el hidrógeno sea fuenememe electrofílico. Los pares solita-
rios del oxígeno cargado negativamente son muy efectivos a la horJ de fo rmar enlaces de
hidrógeno con los hidrógenos del grupo polanzado N-H.
Las amidas terciarias carecen de enlaces N-H. por lo que no pueden panicipar en
enlaces de hidrógeno (a pesar de que Jceptan bien los enlaces de hidrógeno); tamb1t:n
lic:nen puntos de e bullición altos. próximos a los de los :ícidos carboJU1icos de masas
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1
1
i
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r.
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B
~
.~
21.3 Propiedades físicas de los derivados de ácidos carbox"ílicos 949
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C=N
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H
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.,.N
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C=N R
I \
R H
enlace de hidrógeno
R
1
R' C
\ ... ?- .......
/ N +--O-
R'
R'
-o-...,. Ñ/
'e""" " R'
1
R
atrJCc1ón 1ncem1olecular
-- -·- -------=--=-. . ..:_-::;-...:....-..;. :::_
moleculares simi.lares. La Figura 2 1.3 mues tra cómo las moléculas de las amidas se atraen
fuenememe entre sí. lo que ayuda a c:stabilizar la fase líquida. La vaponzación rompe esta
disposición. por lo que la temperatura de ebullición es muy alta.
Los fuertes enlaces de hidrógeno entre las moléculas de las amidas primarias y se-
cundarias también dan lugar a puntos de fusión altos. Por c:jemplo. la N-melilacetamida (se-
cundaria. con un enlace N-H) tiene un punto ée fusión de 28ºC. 89º más alto que c:l
punto de fusión (-6lºC) de su isómero dimetilformarnida(terciaria. sin enlaces N-H).
Las amidas primarias tienen dos enlaces N-H para partic ipar en enlaces de hidrógeno,
lo que hace que: por ejemplo, la propionamida tenga un punto de fusión de 79ºC. unos 50"
más alto que su isómero N-metilacetamida. secundaria.
o
11 _......CH3
H-C-N
' CH
3
dimeulformam1da
pf = -6lºC
21.38 Solubilidad
o
11 _...... H
C-N CH3- ' CH3
N-meulacetam1da
pf = '.!8ºC
o
11 _......H
CH3CH2-C-N,
propion:urnda
pf = 79ºC
H
Los derivados de ácido (ésteres, cloruros de ácido. anhídridos, nitrilo y amidas) son
solubles en los disolve ntes orgánicos más utilizados como alcoholes. éteres, alcanos clo-
rados e hidrocarburos aromáticos: s in embargo. los cloruros de ácido y los anhídridos no
se pueden uolizar con disolventes nuclcofílicos con d agua y los alcoholes. ya que reac-
cionan con ellos. Muchos de los ésteres, amidas y mtrilos de masa molecular pequeña w n
relativamente solubles en agua (Tabla 21.2) debido a que su polaridad es alta y a que fo r-
man .:nlaces de hidrógeno con e l agua
Los ésteres, las amidas terciarias y los natrilos se utilizan frecuentemente como di-
solventes en las reaccion.:s orgánicas ya que proporcionan un medio de reacción polar s in
grupos 0-H o N-H que puedan donar protones o actuar como nucleó filos. El acetato
de .:tilo es un disolvente moderadamente polar con un punto de ebullición de 77ºC, lo que
hace que sea fácil de separar por evaporación de una mezcla de reacción. El acetomtrilo.
la dimetilformamida (DMF) y la N.N-dimetilacetamida (DMA) son disolventes muy po-
lares que solvatan a los iones de forma parecida al agua. pero no tienen la reacuvidad de
los grupos 0-H o N-H. Estos tres disolventes son miscibles con d agua y con fre-
cuencia se utilizan mezclados con ella. como disolventes.
t.
~ Figura 21.3
La rt:prescntac1on de las fonn:i:i
resonantes de una amida Jusufic:i
su fuene naturaleza polar. Los
enlaces de hiurógeno y las
atracciones di polares c:stab1lizan
la fase líquu:la. por lo que los
puntos de ebullic1ón son más
altos.
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950 Capí1ulo 21: Derivados de los ácidos carboxilicos
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TABLA 21.2 Ésteres, amidas y nitrilos-que se utilizan comúnmente como disolventes
en reacciones orgánicas _
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Compuesto Nombre pf (ºQ
pe(ºQ Solubilidad en agua
o
11
CH
3
- C-OCH.,CH1 acetato de eulo
-83 n 10%
o
u dimeulformamida H-C-N<CH,¡2 -61 153
mtSC1ble
(DMF)
o
11 N,N-dimeulacctamida CH,-C-N(CH,)1
-:!O 165 miscible
\DMA)
CH3-C=N
ace1on11rilo -45 82 miscible
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21 .4A Espectroscopia infrarroja 21.4
Espectroscopía
~de los derivados
de ácidos
carboxílicos
Los diferentes tipos de grupos carbonilo tienen absorciones fuertes características a dife-
rentes posiciones en el espectro de infrarrojo. Como consecuencia, la espectroscopia in-
frarroja con frecuencia es el mejor método para detectar y diferenciar estos derivados de
ácidos carboitílicos. En la Tabla 21.3 se resumen las absorciones de IR características de
estos grupos funcionales. De la misma forma que en e l Capítulo 12. se utilizará la absor-
ción a 1 710 cm-1 de cetonas, aldehídos y ácidos carboxílicos simples como estándar para
realizar las comparaciones. En los Apéndices 2A y 2B aparece una tabla más completa de
las frecuencias de IR características.
Ésteres Los grupos carbonilo de los és teres absorben a frecuencias relativamente altas,
alrededor de l 735 cm -I. Excepto en el caso de las cetonas cíclicas tensionadas, pocos
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TABLA 21.3 Absorciones de tensión_ IR características de deri'~ádos dé ácidos,,_ . ,~~- _;::-~,.,;;~ '• ~ -~ • . :>::~ • ~; ''.:· ~"S
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Grupo funcional
Frecuencia Comentarios
ce tona
:ícido
éster
:unida
cloruro de :ícido
anhídndo de ;leido
nimio
-
o
1--------c-o. 1710 cm·•
R-C-R
c¡_---c-o. 1710 cm-•
R-C-OH O-H. 2500-3500 cm- 1
o 1--------c-o. 1735 cm-•
R-c-o-R'
o e-o. 1640-1680 cm· •
R-C-N-R' N-H. 3 200-3500 cm-•
H
o
R-! -a e-o. 1800 cm 1
o o
R-!-o- C-R e-o. 1800 Y 1750cm·•
R-C9!1N CE!N. 2200 cm·•
más ba¡a si es conjugada, más alta si hay 1cnsión
más baja si es con¡ugado
ancha. por encuna de la tensión C-H
más ba¡a si es conjugado. más alta si hay tensión
dos picoopara R-CO-NH,,
un pico para R-CO-NHR'
frecuencia muy alta
dos picos
JUSIO por encima de 2200 cm-•
¡
2 1.4 Especrroscopía de lo~ derivados de ácidos carboXJlicos 951
·-- -------·-· --------· ·-· -- -·---... ----· ------ -- - ---- -- - ·------------------------
longitud de ond• ( µm)
2.5 3.5 .¡ .u 5 5.5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16
100~ 1·;++t·l1WJ!-++·1i·~L. ...
80
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20 tensión 11
" ··--¡-·-· lt , ':"--·-- r ;'.;;"'" C~i------ CH3(CH!J6C-OCH2CH3~
~ - -t-:--t-·· ·-
4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 800 1 600 1 400 1 '.?00 1 000 800 600
número de onda (cm- 1)
longuud de onda (µ.m)
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
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0
11~ 1· 1 11 ·:1 ... ·· 11 cns1on
4000 3500 3000 2500 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600
número de ond• (cm - l)
.A Figura 21.4
EspectroS infrarrojos óe (a) octanoato de etilo y (b) benzo:uo de metilo. La frecuencia de tensión del grupo carbonilo de los
ésteres sencillos se encuentra alrededor de 1 735 cm-1 y las de los ésteres conjugados entre 1 710 y 1 725 cm-1.
grupos funcionales carbonílicos absorben en esta región. Los ésteres también presentan una
absorción de tensión del enlace sencillo C-0 enrre l 000 y 1200 cm- 1, pero hay otras
moléculas que también absorben en esta región. Esta región no se considera útil par.i iden-
tificar la presencia de un éster. pero en casos incienos se puede tener en cuenta.
La conjugación disminuye la frecuencia del grupo carbonilo de un éster. Los éste-
res conjugados absorben entre 1710 y l 725 cm- 1. y se pueden confundir fácilmente con
las cetonas simples. La presencia en esta región de una absorción fuene de grupo carbo-
nilo y de una absorción del grupoC=C conjugado entre l 620 y 1640 sugiere un éster
conjugado. Se pueden comparar los espectros del octanoato de etilo y del benzoato de me-
LiJo de la Figura 21.4 para ver estaS cliíerencias.
PROBLEMA 21.2
¿Qué carac1eríslicas del espectro del bcnzoato de mettlo descartan la existencia de un grupo fun-
cional aldelúdo o ácido carboxílico para una absorción a 1 723 cm-1?
PROBLEMA 21.3
Diga las frecuencias de las absorciones de tensión del enlace sencillo C-0 en los espectros de
lR del octanoato de eulo y del benzoato de metilo.
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952 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carboxílicos
intermedio ernre un enlace
senc11lo y uno doble
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~ 1
c ~ e
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N N
1 1
e:
Amidas Las amidas sencillas uenen unas frecuencias de tensión del grupo carbonilo
mucho menores que las de otros derivados de ácidos carboxílicos. absorbiendo entre 1 640
y 1680 cm-1 (normalmente como un doblete). Esta absorción de baja frecuencia está de
acuerdo con las formas resonantes de Ja amida. El enlace C=O del grupo carbomlo de la
amida es algo menor que un doble enlace. Como no es tan fuene como el enlace C=O
de una cetona sencilla o un ácido carboiúlico. el grupo C=O de Ja amida liene una fre-
cuencia de tensión menor.
Las amidas primanas y secundarias lienen enlaces N-H que dan lugar a absorcio-
nes de tensión en el infrarrojo en la región de 3 200 a 3 500 cm -t. Estas absorciones se en-
cuencran en la misma región que la absorción del grupo 0-H de un .1.lcohol. pero las ab-
sorciones N-H de la amida generalmente son más agudas. En las amidas pn marias
(R-CO-NH:V hay dos enlaces N-H, por lo que hay dos picos puntiagudos en la re-
gión de 3'200 a 3500 cm- 1. Las amidas secundarias (R-CO-NHR') sólo tienen un en-
lace N-H por Jo que sólo se observa un pico en la región del es~ctro correspondiente al
N-H. Las amidas tercianas (R-CO-NR;') no lienen enlaces N-H. por lo que no pre-
sentan absorciones N-H. En la Figura 12.13a (p. 510) se representa el espectro infrarrojo
de Ja butiramida. Entre 1630 y 1660 cm- 1 se puede observar la absorción de tensión fuer-
te debida al_frllpo carbonilo y dos absorciones de tensión debidas al enlace N-H a 3 350
y 3180 cm .
Lactonas y lactamas Las lactonas no tensionadas (ésteres cíclicos) y las lactamas
(amidas cíclicas) absorben a las frecuencias características de los ésteres y las amidas: sin
embargo. la tensión de anillo incrementa Ja frecuencia de absorción del grupo carbonilo.
Se ha de recordar que las cetonas cíclicas de anillos de cinco miembros o menos presen-
tan un incremento similar en la frecuencia de tensión del grupo carbonilo (Sección 18.5A).
La Figura 21.5 muestra el t:fecto de Ja tensión de anillo en las frecuencias de tensión del
grupo C=O de las lactonas y lactamas.
¿ etº d-H d-H o W-H
8-valerolactona
1735 cm-t
sin tensión
y-butirolactona
1770 cm-t
f:l-propiolactona
l llOO cm-t
&-valerolactama
1670cm-t
tensión moderada altamente tensionada sin tensión
-y-butirolactama
l700cm-t
f:l-propiol:ictama
1745 cm-t
tensión moderada altamente tensionada
• Figura 21.S
La tensión ele anillo en una lactooa o lactama awnenta la frecuencia de tensión del grupo carbonilo.
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STJ('!F"QFNf'l A
PARA RESOLVER PROBLEMAS
Las absorciones representadas en
la Tabla 21.3 con frecuencia son la
meior información espectroscopoca
disponible para determinar el
grupo funcional en un derivado de
ácido desconocido.
Nitrilos Los nitrilos presentan una absorción de tensión C== N característica alrededor
de 2200 cm- ten el espectro de infrarrojo. Esta tensión se puede distinguir de la tensión
e= e de un alquino de dos fonnas: los nicrilos generalmente absorben a frecuencias li-
geramente supenores a 2200 cm-t (a la izquierda de 2200 cm-1) . mientras que los alquinos
suelen absorber a frecuencias ligeramente inferiores a 2 200 cm- 1• Por otra parte. las ab-
sorciones de los nicrilos generalmente son más fuenes porque el tnple enlace C== N es más
polar que el triple enlace C= C del alquino.
En la Figura 12.14 (p. 51 l) se representa el espectro del butironicrilo. Se puede ob-
servar la absorción de tensión fuene del triple enlace a "2 249 cm- 1• El espectro de IR del
hexanomtnlo (Compuesto 3. p. 516) presenta una tensión e== Na 2 246 cm- 1•
Haluros de ácido y anhídridos Los haluros de ácido y los anhídridos no se suelen
aislar como compuestos desconocidos. pero es común utilizarlos como reactivos e inter-
medios. La espectroscopia infrarroja puede confirmar que un ácido se ha transformado en
un cloruro de ácido o en un anhídndo. La vibración de tensión del grupo carborulo de un
cloruro de ácido se produce a frecuencia alta. de alrededor de 1 800 cm -t.
Los anhídridos presentan dos absorciones de tensión del grupo carbonilo. una alrededor
de 1 800 cm- 1 y otra alrededor de l 750 cm-1• En la Figura 21.6 se representa el espectro
del anhídndo proptóntco. con absorciones del grupo carbonilo a 1818 y l 751 cm-1•
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l
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'.! 1 A Espectroscopia de los den vados de ácidos carboxi'.licos
longnud de unda (µ.m)
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0 r::E c::rr : ..t r .IT ~ .L.I 1-¡--.!I.l H ,_ :...i-1-·- -; -.-- - · -1
4000 3500 3000 '.!500 2000 1~00 1600 1-lOO 1200 1000
numero de onda (cm - 1)
•Figura 21.6
Espectro de mfr.irrojo del anhídndo proptóruco: presenra Jb,orc1ones de tensión C=O J 1 818 y
1751 cm- t.
wo
- 1----
000
953
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PROBLEMA 21.4
Los especiros de IR que se representan a continuac1ón pueden corresponder a un ácido carboxílico. un éster. una amida. un nunlo. un
cloruro de ácido o un anhídrido Je :icido. Detemune el grupo funcional que sugiere cada espectro y diga <!n qué frecuencias específi-
cas se ha bas;ido para tomar la dec~1ón.
longitud Je onda (µ.m)
2.5 3 3.5 4 4.5° 5 5.5 6 7 8 9 10 11 1'.! 13 14 15 16
'
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L.__ : ! ~: ~ ... _ .. -- --- f--V
20
~1-l-1--1--l-J;-l. ..!..LLJ...1 ... W:.+.+-4--1--1-111- 1 1 · 1 1 I' k . ..L..r:J:l
o =-+ ..1....1 ¡....[....l....l....l-1-1-l....l....i. 1.--l- - L . ___.l.__._ ---
4000 3500 3000 2500 '.! 000 1 i!OO 1 600
numero de onda (cm - I)
loogi1ud de onda (J.Lm)
1 400 1200 1000 800 600
2.5 3 3.5 ~ .u 5 5.5 6 7 g 9 10 11 12 13 t4 15 16
IOO\;:::;::¡:;:¡::¡...,:;::¡::::¡::¡::¡::¡::¡_:¡::_~c::::¡_:.~1-,...:;::¡::;:¡:;:::;;=:¡:::::¡:::l.~·-::¡~::;4~=::¡.:_-¡,_::-~-==i-~-::::i>--:::l-==:r:::/::¡=::s:;;;¡~:::-:J,=::=:::=;,:.::'.:::=::~
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J
~()()() 3500 JOOO 2500
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954 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carboxilicos
longitud de onó:I (µ.m)
S S.5 6 8 9 10 11 12 IJ 14 15 16 __.
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40,:! ->-1-'-' 1:-..,_¡...,~ 1-¡0:: ,;_,..._,.;._ I· '--'- ("!._L..._·\-- i=--\ ·1 , 1
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1
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--·---!-----<
ol:-f-+..J-J-l-1-l....l,...¡_l....l:...1.-1-1--1....¡....~ -
2500
-~-'l-¡_..¡.._+ +-1 I I IJI --~+--+--
2000 1800 1600 1400 1200 1000
numero de onda (cm - 1¡
800 600 4000 3500 3000
21.48 Espectroscopía de RMN
La espectroscopía de RMN de los derivados de ácido es complementaria a la espectros-
copía de IR En la mayoría de los casos, e l espectro de IR proporciona infonnación sobre
los grupos funcionales, mientras que la especrroscopía de RMN proporciona información
de los grupos alquilo. En muchos casos. la combinación de los espectros de IR y RMN pro-
porciona suficiente infonnación para determinar la estructurn.
RMN de protón Los desplazamientos químicos de los protones de los denvados de
ácido son parecidos a los de los protones similares de las cetonas, aldehídos, alcoholes y
aminas (Figura 2 1.7). Por ejemplo, los protones en posición alfa respecto a un grupo car-
b<milo absorben entre 2.0 y 2.5 ppm, tanto si el grupo carbonilo penenece a una cetooa.
como a un aldehído, ácido, éster o una amida. Los protones del grupo alcóxido de un és·
ter o del grupo alquilamino de una amida N-susti tuida presentan absorciones similares a
las de los espectros del alcohol o amina de los que derivan.
Los protones N-H de una amida pueden ser anchos, apareciendo entre 5 y 8 ppm,
dependiendo de la concentración y del disolvente. En la Figura 13.37 (p. 573) se represema
el espectro de RMN de una amida con una absorción N-H ancha. El protón del grupo
formilo correspondiente a un fonniato o a una fonnamida se asemeja al protón de uo al-
dehído, pero está ligeramente más apantallado y aparece alrededor de 8 ppm. En un nitri·
Jo, los protones en el átomo de carbono en a absorben alrededor de 2.5 ppm, de forma si·
milar a los protones en a de un grupo carbonilo.
¡¡ = 2.0-2.5 o
11
R-C~-c-~.
protones en alfa
o
11
H-C-R
o
11
R- C- 0 - CH,-
" éster ¡¡ = 4
o
11
R- C-0-R
O l:f-5-8 ppm, variable, :m"ha
11 1
R-C-N-CH,-
" amida ¡¡ = 3
o
11
11> Figura 21.7
H-C-NR1 R-CH~-C:=N :
o= 9-10 ¡¡ = 8 ¡¡ = 8 o= 2.5 Absorciones c:1t:1Cteósucas de
derivados de ácido en el espectro
de RMN de pro1ón.
aldehído fomuato fonnam1da nimio
--- ·-- ---------··----- ·-----·--- --------------· - .·- .
~r-
,.
~
•
1
J
l
f.
i
f
t
~
.
~
t.
"'
t:
~
21.4 Espectroscopia de los derivados de ácidos carboxiucos 955
------··---
200 180 160
11
t
'
' '
'
' /
;
1 :
10 9 8
.Á Figura 21.8
140
_/
,/[/
7
120 100 80
º~ ;aS> '--
C- N
® ' @ f..._
-6 -5
li(ppm)
'
4
60 40 ,.O o .
1 1
¡....
' ' 1
' j --- 1 -
'
1
1 '
'
- 2 -o
Los espectros de RMN de pro1ón y de carbono de la N .N-<limetilfonnamida mucslran dos s inguletes diferenciados de los
metilos debido a la rotación impedida alrededor del enlace amida En los dos espectros el grupo metilo transoide c:sL:í a" campo
más bajo que el grupo metilo cisoide.
El espectro de RMN de la N,N-dimetilformamida (Figura 21.8) presenta una señal
del protón fonnilo (H-C=O) de alrededor de 8 ppm. Los dos grupos metilo se presen-
tan como dos singuletes (no como un doblete debido a un desdoblamiento espín-espín) pró-
ximos a 2.9 y 3.0 ppm. Los dos singuletes se deben a la rotación impedida al.rededor del
enlace amida. Los grupos metilo en posición cisoide y en posición transoide se intercon-
vierten leniamente en la escala de tiempo de RMN.
RMN de carbono Los átomos de carbono del grupo carbonilo de los derivados de áci-
do se presentan a desplazamientos entre 170 y 180 ppm, ligeramente más apantallados
que los carbonos de los grupos carbonilo de las cetonas y los aldehídos. Los átomos de car-
bono en a absorben entre 30 y 40 ppm. Los átomos de carbono con hibridac ión sp3 enla-
zados al oxígeno en los ésteres absorben entre 60 y 80 ppm. y los que están enlazados al
nitrógeno en las amidas absorben entre 40 y 60 ppm. El átomo de carbono del grupo cia-
no de un nitrilo absorbe alrededor de 120 ppm.
o o
~ 1 11 1 1
R-C-0- C-
/ /1
R-C- N- C-/ .. /1 R- C=:N: /
- 170 ppm - 60 ppm - 170 ppm - 50ppm - 120 ppm
En la Figura 21.8 iambién se muestra ~ I espectro de RMN de carbono de la N N..<Ji-
rnetilformamida (DMF). Se puede observar el :ítomo de carbono carbonílico a 162 ppm.
y los dos carbonos cisoide y transoide a 3 1 ppm y 36 pprn. respectivamente.
:.
O\. / CH3-c....,1de. 6•2.9
/C~N,
H CH3- trans0ide. o=J.O
r u
i
11•·
956 CJp1tulo 21: Denvados de los ácidos carboxfücos
PROBLEMA 21.S
Detemune la escruccura del compuesco desconocido al que corresponden los espectros de IR y RMN. Explique la correspondencia que
hay entre los datos qu" proporcionan los espectros y la <:slruccum. (a) C3H5NO (h) C5H80~
200 180 160 -- 140 t10 100 RO 60 .¡() 20 o
1
1 1
'
1 1
!
1
1 1
1 1 1 1
,_] ~
" -- - lOHz H ( 3 ) C1H5NO: --:- +---+ V _.,.. - ?
·'! 1 -,
1 / i ~! ', ¡ :,
! .;
1 '_,_ -
' ~
,
_h
'--
&•o_4 &•6.J O:-*tt.23•b. I 4'- 6.0 3•j.9&•5.I &•:>.7
tO 9 6 4 - -
6(ppm)
longitud de ond• (µm i
1.5 3 3.5 .¡ 4.5 S S.5 6 . _ IOOffif-R o:WFh +=l ' =4 ' 7 g 9 10 11 12 13 14 15 16 ~+t+Ff .. 1-l+t=~ rhf- -F+++++·===l--+-1
ilO
60
+ - . .J.-J--.1-J-...J2l=i::+!=f=:+=+=1+-¡\-f-fl-t~H-**1
·• -+--
1--\--i---t
~·+--·..-!
~t-r+-t-+-1--Wl-.)J-/--l-H-AJ..+-!.-+-l
olH:++t+fFfr=f-lJF-=r+H· "
4000 3500 3000 2~
200 180 ·-- 160 140
(s)
1
1 blC5Hs~ ¡
1
10 -9
1 1 1 1 lt--+t"l-1-- H+*4=m=-tt~%i
1
1--~v.
2000 1800 1600
número de ond:l (cm- 1)
1.IOO
120 100 80
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..
1.
4
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IV·-+ + l-IH l- t-t---~-
f-·· f-+-1--l--t---+---
1200 1000 800 600
60 40 20 o
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1
, , .A,
~¿ .... "'.~
'.! 1.5 lmcrconversión entre Jos derivados de ácidos mediantesusuiución nucleoftlica en el gru¡xi acilo
957
longitud de ooda Cµm)
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
IOObttiJ+"ffki"f .. H~Ftt +-+~1=+:++l-L ...j.. ,.,~.p..p._F
so .. -l ~. i -:= ..... ~. rr 1 :. + -\ - --::¡.. -·.,. - r--r- .:..+--=tnFI ¡ ,,_ \+-- t-1-
T 1 1· .. .. . H-1 .... 1- - - . -r- - + ~1..1 '
- A f-- 1 / r · -rr·~-11c-+--u 1-V • .... . .,. H· .. ' . (b) C,H~O, , , 11 .
60 - • ' .. - • • . ,...._ - - - - ti·- 1 + l-
.. : . ---¡.... -- . -·- 1- . - ·+-!'· -1- ·-~ ·hl- - ..
- • • ' -· +- ....
~
''" T .. - - ... ~ _ , __ . 1-1-'--'·•+- ·· •->-· .11 ' 1 1
40 • . . " ,. - • ~ - ,___ -,---+--+---
~ - -!-+ - - J - - :..,... -- '-¡- ·f-+- >-, ~ ... T
• L . _" ¡- •. ·--1- .•.•. _,_ .•. ,....,__ •• -!.-.;:_ 1 1 20 1 1 ,,_ - ·¡-¡-
.1()00 3500 3000 2~ 2000 1800 1600 l .IOO 1 "()() 1000
numt:ro de omlo (Lm - I)
·-!-·· - .... ... ·-· .. - -+--· ... - . :- •->- '- ..... ¡-+ .. +·- .. -· .. i
ol +++ _¡. H-f-1-+ - · i--¡t--~......,.. 1 .1
1
~ -~--~1-........,r-
Presentación Los derivados de ácido reaccionan con una gran variedad de reactivos nu-
c leoñ1icos ramo en condiciones ácidas como básicas. La mayoría de estas reacciones son
sustituciones nucleofilicas en el grupo acilo, con mecanismos de reacción similares. En
cada caso, el reactivo nucleofílico se adiciona al grupo carbonilo para dar lugar a un in-
termedio tetraédnco. que elimma el grupo saliente para regenernr el grupo carbonilo. A lra-
vés de este proceso de adición-eliminación, el reactivo nucleofilico sustiruye al grupo sa-
liente. En la próii:ima sección se darán varios ejemplos de estas reacciones, primero en
condiciones básicas y. a continuaéión. en condiciones ácidas. En cada caso, se observarán
similitudes con otras reacciones que siguen el mismo proceso de adic ión-elimin:ición.
Las sustituciones nucleofílicas en el grupo acilo también se conocen como reaccio-
nes de transferencia del grupo acilo, ya que transfieren el grupo acilo desde el grupo sa-
liente al nucleóñlo que se añade. A continuación se representa.. de forma generalizada. el
mecanismo de adición-eliminac.ión para la sustitución aucleofílica en el grupo acilo en
condiciones básicas.
800 600
. ~"
21.5
lnterconversión
entre los
derivados de
ácidos mediante
sustitución
nucleofílica en el
grupo acilo
•l•.-.
Paso J: adición del nucleófilo. Paso 2: eliminación del grupo saliente.
•"o"•
Nuc :- + ~~
~
··o"·
~
/ e" +
y :-
" y \_y
e ~ ~ 'º) J R-?~y Nuc R Nuc
umquc nucleofil ico intermedio tetr:iednco pruduclo• grupo saliente
Dependiendo de la naturaleza de Nuc:- y de Y:-. se puede pensar ea Ja 1r.insformación
de un derivado de ácido en otro. Las reacciones 4ue se producen generalmente suelen trans-
formar un derivado de ácido más reactivo en otro menos reactivo. Para poder predecir estas
reacciones se requiere el conocimiento de la reactividad relaova de los denvados de ácido.
21.SA Reactividad de los derivados de ácido
Los diferentes derivados de ácido varían en su reacuv1dad respecto a la sustitución nu-
cleofílica en el grupo acilo. Por ejemplo. el agua bidroliza el cloruro de acetilo y es una
reacción eitoténnica violenta. mientras que la acetam1da es estable .:n agua caliente. Li
acetamida sólo se ludroliza en una solución acuosa fuenemente .ícida o básica, hirviéndola
durante varias horas.
"'
~TT~~R~Nf'"l ~
PARA RESOLVER PROBU:MAS
El mecanismo anterior se suele
aplicar a la mayona de las
reacciones de este capitulo.
··~: .. ·
·-·-
··::;'.'
• .. -:.,,
)
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r
958 ·r
1 i !
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:!li. 1 1
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1
.. ··-··
Capítulo '.!l : Denvados de los ácidos carboxllicos
o
11
CH3-C-CI
o
11
CH3-C-N~
+ li:?O
+ Na+-ott
(muy r:ípidn\
~O. hirviendo
(lenta)
o
11
CHJ-C-OH
o
11
CHJ-c-o- ' Na
+ HCl
+ NH1
La reactividad de los derivados de ácido respecto al ataque nucleofílico depende de
su .:structura y de la naturaleza del nucleófilo atacante. En general. la reactividad sigue l!I
orden siguiente:
Real'11v1dud
más re::icuvo
. .,.
4·
,_~
cloruro
de 3cido
anhídrido
é.stl!r
amida
Derivado
o
11
R-C-CI
o o
11 11
R-C-0-C-R
o
11
R-C-0-R'
o
11
R-C-NH2
o
u
menos reacuvo carboxilato R-C-0-
Grupo saliente Bas1culad
c1-
o
11
-o-c-R
-o-R'
-NH
2
menos básico
r.íi.
más básico
1 1
Este orden de reactividad se debe a tres factores. ¡n primer lugar a la diferente electrofi-
lia del carbono carbonílico. En segundo lugar a la diferente basicidad de los grupos sa-
lientes; las bases fuertes no son buenos grupos salientes y la reactividad de los derivados
disminuye a medida que los grupos salientes son más básicos. En tercer lugar, la estabili-
zación por resonancia también influye en la reactividad de los denvados de ácidO; por
ejem¡Jlo, en las amidas, la estabilización por resonancia se pierde cuando son atacadas
por un nucleófilo.
~
.. º ..
~ ..
R-C-NHz ..........
:6:- J
l +
R-C=N~
estabilización por resonancia
:Q:-
Nuc=- 1 .•
R-C-NH,
1 -
Nuc
no hay estabilización por resonancia
En los ésteres hay poca estabilización por resonancia.
~
.. º.
11 ..
R-C-Q-R' <--+
:6:- J
1 +
R-C=Q-R'
:o:
Nue: - 1 -
R-C-0-~
1 -
Noc
estab1lizac1ón por resonancia débil no hay estabtlizac16n por resonancia
La estabilización por resonancia de un anhídrido es como la de un éster. pero la es-
tabilización es compartida entre dos grupos carbonilo. Cada grupo carbonilo participa de
menor estabilización que en el caso del grupo carbonilo de un éster.
~ -'o" -'ci' 'º'- -'o" J :6:- -'O' 11 .. 11 1 + 11 Nue ,- 1 .. ~ R-C-O-C-R <--+ R-C=O-C-R R-C-O-C-R .. . . .• 1 ••
estabilización por resonancia débil. comparuda Nuc
En los cloruros de ácido. hay poca estabilización por resonancia y son bastante reactivos.
.... 1":"
t
1
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r
¡
l.
1
'
1
l
2 1.5 Jmerconversión emre los derivados de ácidos mediante sustirución nucleoffiica en el grupo 0actlo
959
------·-· - ---··-··- -· -·
lmerconvers1011es de derivados de ácido
cloruro
de ácido
o
11
R-C-C!
)> f\i.~l \: L f'lúv ~
í:J\c 1U~ BL~O"'--.
o o
11 JI
R-C-0-C-R
• ~\)l\(llE IJN t"CCIJ til
Tu ~o \.( ¡,,.\ t.
;; .>.
J.c:...
~ ~
anhídrido
l
;2>.UJ..a
o
11
R-C-OR"
éscer
o
·¡ o JI carixm at R-C-0-
\,
SOC12
~ Figu ra 21.9
Los d<!rivados de ácido más
reactivos se transfonnan
fácilmente en denvados menos
reactivos. Una reacción con un
perfil tle energía descendente
desde:
o o
N H
R-c-w hasta R-C-Z
generalmente requiere ro H-Z
como nucleótilo para la
sustitución nucleoft1ica en c:l
_ - -- - - grupo acilo.
En general. se pueden realizar fácilmente sustituciones nucleofílicas en el grupo aci-
lo que transformen derivados más reactivos en derivados menos reactivos. Por lo tanto. un
cloruro de ácido se transforma fácilmente en anhídrido, ¿seer o amida. Un anhídrido se
transforma fácilmente en un éster o en una amida: Un éster se transforma fácilmente en
una amida, pero una amida sólo se puede hidrolizar al ácido o al ión carboxilato (en con-
diciones básicas fuertes). La Figura 21.9 resume gráficamente estas conversiones. Se pue-
de observar cómo el cloruro de tionilo (SOCii) transforma un ácido en su derivado más
reactivo, el cloruro de ácido (Sección 20.l l).
Los cloruros de ácido son los derivados de ácido más reactivos, por lo que se trans-
forman fácilmente en cualquiera del resto de los derivados de ácido. Los cloruros de áci-
do reaccionan con los ácidos carboxílicos (o sus sales. carboxilatos) para fonnar anhídri-
dos. Cualquier áto mo de oxígeno del ácido puede atacar al grupo carbonilo fuertemente
electrotilico del cloruro de ácido para formar un intermedio Lctraédrico que pierde un ión
cloruro y un protón para dar lugar al anhídrido.
Paso /: adición
del nucleófilo.
··o" o '.)
11 . . 11
Paso 2: eliminación
del grupo saliente.
'?5 -'o"
11SUGERENCIA
PARA RESOLVER PROBLEMAS
Todos los mecanismos de esta
sewón son variaciones del
mecanismo de adición-<!liminación
de la sustitución nudeofil ka en el
grupo acilo. Es necesario saber
representar cualquiera de estos
mecanismos sin necesidad de
memorizarlos.
Paso 3: pérdida
de un protón.
y· ~ R-C-C! + HO-C-R'
~·
~ R-C-Cl -> iv R-C CI \ +==% 1 R-C-0-C-R'
cloruro tle ácido
Ejemplo
o
11
CHJ(C~)5-C-Cl
cloruro de heptanoilo
ácido o• o
/··" ~
H C-R'
intermedio letraétlnco
o
" + C~(C~)5-C-OH -ácido heptanmco
"'
s;º~ ~º
H_ C-R'
anhídrido
+ H-CI
o o
íl il
CH3(C~)5-C-O-C-(C~)5CH3
anlútlndo hcp1ano1co
!'--~~ .. .· .··
"
r.·.· r
¡1 '
¡
1
1·: ¡
1
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1 '
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1 .
1
t l
1 1
~ u
lf
°'J
960 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carboxílicos
Paso I: adición
del nucleólilo.
.. ()'
)
11 ..
R-C-CI + R'-OH ..._____.. ..
doruro de ~cido alcohol
Ejemplo
Los cloruros de ácido reaccionan rápidamente con los alcoholes para obtener éste-
res. siendo las reacciones muy exotérmicas. Se ha de tener cuidado y mantener la tempe-
rarura baja, para evaar la deshidratación del alcohol.
+==!
Paso:?: eliminación
del grupo saliente.
=Oj
1
R-C-CI
1 '-..:;.
·o ...
R'/ '-H
--+
iniennedio 1e1111¿dnco
o
11
Paso 3: pérdida de un protón.
.. ci.
// c1-R-c T ~·)
\. H~ : O:;y
1
R'
--->
o
.. ci .
~ ..
R-C-Q-R'
ei.ler
+ HCI
(Yc'-c1 +
OH
1
CH3-CH-CH3 --+
íl
~c......._
\_) OCH(CH3h + HCl
cloruro de 2-propanol c1clopentanocarix><1ia10
ciclopenL111oc:irbonilo de 2-propilo
Paso I: adición
del nucleófilo.
·"O· )
11:_;;,. ~
R-C~ 2~-H
cloruro de ácido amrna
Ejemplo
o
Los cloruros de ácido reaccionan r.ípidamente con el amoniaco y las aminas para
obtener amidas. El HCl generado en esta reacción puede protonar a la amina inicial, por
lo que se necesita un exceso de amina (dos equivalentes como mínimo). De forma alter-
nariva. se puede añadir una base. como pindina o NaOH. a la amina par.1. neutralizar el HCl
y evitar tener que utilizar un gran exceso de amina.
~
Paso 2: eliminación
del grupo saliente.
'º5
1 ..
R-C-Cl=
l+\Y
R~N-H
intennedio tctrnédrico
--+
Paso 3: pérdida de un protón.
·"O·
R-c""" .......__
R~N-H' - 'V ..
R~NH
--+
.. º ..
R-c<""
"NR' . 4
+ R~ÑH2+c1-
La reacción de un cloruro de ácido con • .unomaco da lugar a una amida primaria: con una
amina primana. esta reacción da lugar .l una amida secundaria y con una amina ~ecunda
ria. a una amida terciana.
11 o-CH3-(CH2>.-C- CI + NH2 - o CH3-(C8i)4-!-NH-o + HCI
clo ruro de hcxanoolo c1clohe.ulamma
\anuna primanal
N...;1clohcxuhexanamida
(amida secundana¡
Los anhídridos de ácido no son lfill reactivos como los cloruros de ácido. pero se
consideran acuvados respecto a la susurución nucleofílica en el grupo Jc1lo. La reacción
con un alcohol da lugar a un ester. Se puede observar cómo una de las dos subunidades de
Jcido del anhídndo se elimma como grupo salienie.
-r
l
- ~
21.5 '"""'""""" "~ 1~ ''"""'""" "'"°' """lrn<o <~tiwoWo ""'''º"""" <1 gro,.; rilo l :,_
@!tffii§i.!.!.llJ,il!.4;5a.. e
Paso l: adición del nucleófilo.
.. ci" o )
11 ~ ..
R-C-0-C-R + R'-OH
~-
~
mhídndo alcohol
Ejemplo
ªOH
o o
11 ll
T CH3-C-O-C-CH3
ciclopentanol anhodrido acclico
Paso 2: eliminación
del grupo saliente.
=Oj O
1 11
R-C-0-C-R --+
l l..,
o-
R' / ......... H
1nh!m1edio letrnednco
o
11
Paso 3: pérdida de un pro
·o-
R-~
1
R'/Q~ H
o
íl
-o-c-R
o
~ R-C-0-R' T
11
R-C-OH
éster
o
11
--+ a0-C-CH3 + AcOH
acetato de c1clopenulo ::íc1do acético
Los anhídridos reaccionan nípidamente con el amoniaco y con las aminas. La reac-
ción de un anhídrido con amoniaco da lugar a una amida primaria: con una amina prima-
na, da lugar a una amida secundaria y con una an;iina secundaria. a una amida terciana.
Paso l. adición del nucleófilo.
·"O· o
11) 11
R-C-0-C-R + R~NH
~-
F=t
unhídndo Jmina
Ejemplo
o o
11 11
Paso 2: eliminación
del grupo saliente.
'?5 ~
R-C-O-C-R ¡v
+N-H
R'/ " R'
inrennedio 1e1raédnco
~
-
o
11
Paso 3: pérdida de un protón.
.. ci. o
1 11
R-C -o-c-R
1 í
+N"'1 H
R'/ "R'
o
R-C-NR2 +
~
R-C- OH
amida
o
orNH1 + CH3-C-O-C-CH3 -
11
orNH-C-CH1
+ AcOH
milina aahídr.do aceuco acetamlida
Los ésteres se transforman en amidas haciéndolos reaccionar. mediante calenta-
miento con amoniaco o con una amina. Esta reacción se conoce como amonólisis, «lisis
(ruprura) por una amma». Los t!steres no son tan reactivos como los cloruros de ácido y
los anhídridos. por lo que con frecuencia se requiere que el calentamio:nto sea prolongado . ..
.ic1do acéuco
)
.....
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11
962 Capírulo 2J: Derivados de los ácidos carboxilicos
Si en la amonól isis se uciliza amoniaco, se obtienen amidas primarias. Con las aminas pn-
marias se obtienen amidas secundarias y con las aminas secundarias se obciencn (lema-
mente) amidas terciarias. En cada caso, el grupo acilo del éster se cransfiere desde d áto-
mo de oxígeno del alcohol al átomo de nitrógeno de la amina.
Paso 1: adición del nucleófilo. Paso:?: diminación
del grupo saliente.
Paso J: pérdida de un protón.
"o"
11) "o"
R-C-0-R' + R"-NH,
~· -
~
'?5
R-C-0-R' ¡ v ~
11
R-C -o-R'
Ejemplo
o
íl
amma pnmana
(o NH¡)
-N-H
R"/ "-H
mtermedio tetraetlnco
1 (
+N'I H
R"/ "-H
o
11
--<> R-C-NHR" + R'-OH
H O
1 11
H-C-O-CH2CH3 + 0NH2 ----> rYN-C-H ~ + CH3CH2-0H
fom11a10 de etilo c1clohcxilamina
PROBLEMA 21.6
N-ciclohexilfonnam1da
(90%)
(a) Proponga un mecanismo para la reacción del alcohol bencílico con cloruro de acetilo para ob-
tener acetato de bencilo.
(b) Proponga un mecanismo para la reacción del ácido benzoico con cloruro de acetilo para ob-
tener anhídrido acético benzoico.
(e} Proponga un segundo mecanismo para la reacción del ácido benzoico con cloruro de acetilo
para obtener anhídndo acético benzoico. En esta ocasión. haga que el orro oxígeno del áci-
do benzoico acrúe de nucleófilo para awcar al grupo carbonilo del cloruro de acetilo. Como
las tr.msferenc1as de protones entre estos :ítomos de oxígeno son nip1dns. expenmentalmen-
te es difícil diferenciar enm: es1os dos mecanismos.
(d) Proponga un mecanismo para la reacción de la anilina con anhídrido acético para ob1ener
acetanilida.
(e) Proponga un mecanismo para la reacción de la anilina con acelato de etilo para obtener ace-
tanilida. 0Cuál es el grupo ~aliente en el mecanismo que hu propuesto? ¿Sería un grupo sa-
liente adecuado para una reacción SN2?
21.SB Grupos salientes en sustituciones nucleofílicas en el grupo acilo
Sorprende la pérdida de un ión alcóx.ido como grupo saliente en el segundo paso de la
conversión de un éster a una amida.
'ºj
1 ..
R-C-O-R'
1\J·
/ N"- H
R" H
mtermed10 1e1raednco
·0·
1
~ R-C +
1
+N-H
/ " R" H
-=O-R'
aJcóxido
(base fuenel
'l
¡
1
t' ¡l
~.
f
21.5 Interconversión entre los derivados de ácidos mediante sustitución nucleofílica en el grupo acilo
963
--- --- ·~ - - ·· --··-- ~-----·---·--· --==--=--=
S¡..¡2
HO: [ cl;n\lacc conlol grupo me1óx1do es<:! ca." roto
.• H....._ .;.... 1 6- ,,..... H ~C-OCH - HO .. -C - -OCH3 -+ HO-C -ocH. H"Í 3 I \ \'H '"'.l
H H H H
estado de trans1cu)n
Sus111uc1ón en el grupo acilo el grupo · ocH
3
"'despn:nde
o
11)
R-C-OCH3
I
:NH3
--+- 0
_ en un paso exo1érm1c'b
e 11 - ocH3
R-C-OCH +:::::= R-C -+
1""' 3 '-+NH
3 +NH
3
estado de transición
o~
li 5-
R-C--·OCH
1 ~- ·3 el enlace
•NHJ ---....__ .e~ el metóllido
conuenza a romperse
o
11 HOCH3
R-C
'- NH
2
Al estudiar las reacciones de suscitución alquílica y eliminación (SNJ. SN2, El , E2), se vio
que las bases fuertes como los hidróx.idos y alcóx.idos son grupos salientes pobres para estas
reacciones. En la Figura 21. l O se compara el mecanismo de adición-eliminación del grupo
acilo con el mecanismo SN2. Las diferencias en los mecanismos explican por qué las bases
fuertes pueden servir como grupos salientes en la sustitución en el grupo acilo, incluso
aunque no s irvan en la sus titución del grupo alqu1Jo.
El mecanismo de la reacción SN2 en un solo paso no es fuertemente endoténnico o
exoténnico. El enlace con el grupo saliente prácticamente se rompe en el estado de cran-
sición, por lo que la velocidad de reacción depende de la naturaleza del grupo saliente. Si
e l grupo salienle es pobre, como un alcóxido, la reacción es bastante lenta.
En Ja sustitución en e l grupo acilo , el grupo salieme se desprende en el segundo
paso. Este segundo paso es altamente exoténnico y según el postulado de Hammond (Sec-
ción 4.14) el estado de transición se asemeja a los reactivos: iruermedio letraédrico. En este
estado de cransición, el enlace con el grupo saliente comienza a romperse. La energía del
estado de transición (y por lanto la velocidad de reacción) prácticamente no depende de
la naturaleza del grupo saliente.
La sustitución nucleoffi.ica en el grupo acilo es el primer ejemplo que se ha pro-
puesto de una reacción con bases fuertes como grupos salientes. De este tipo de reaccio-
nes se verán más ejemplos. En general. una base fuene puede servir como grupo saliente
si se desprende en un paso altamente exoténníco, nonnalmente cuando un intermedio
inestable, cargado negacivamente, se ttansforma en una molécula estable.
PROBLEMA 21.7
¿Cuáles de las siguientes reacciones tendrían lugar nipidarneme en condiciones suaves?
o o
n u
(a) CH,-C-NH., + NaO ~ CH
1
-C- Cl + NaNH.,
"'
~Figura 21.10
Comparación de reacciones SN2 y
adición-eliminación del grupo
acilo con el me1óxido como grupo
salieme. En la reacc1011 SN2
concertada. el grupo metóxido se
desprende en un paso ligeramente
endotérmico y el enlace con el
metóxido práctiC.llllente se rompe
en el estado de ~ición. En la
susucución en el grupo acilo, el
grupo metóx ido se desprende en
un segundo paso exotérmico con
un estado de transición seme1ame
a los reactivos: el enlace al grupo
metóxido comienza a romperse en
~l estado de transición.
SUGF.RF.NCT A
PARA RESOLVER PROBLEMAS
Una base fuerte puede servir como
grupo saliente si se desprende en
un paso altamente exotérmico.
transformando generalmente un
intermedio inestable cargado
negativamente en una molécula
l!stable.
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964 Cjp1rulo 21: Derivados de los :leidos carboxilicos
""' -.;:-.,~~--~r.:...A.~4.=. ~
21.6
Sustitución
nucleofílica en el
grupo acilo
catalizada por
ácidos
.. º~
11 .. '\
R-C-QH + W
JCUV:ICIÓO del C-0
o
u
{bl Ph-C-0 .,. CH,NH2 -o
u
te¡ tCH,J,CH-C-NH, + CH,OH
o o
1 11
o
u
Ph-C-NHCH3 + HCI
o
" ---> CCH1),CH-C -OCH, + NH1
o o
td) C'H1CH,-C-Cl + CH,-C-OH
n n
---. CH,c11.,-c-o-c-c11, + HCt
o o
n íl
(<) CH,-C-0-C-CH, T CH,NH, - o 11 CH,-C-NHCH1 - CH,COOH
PROBLEMA 21.8
Explique como sinteuzana los s1guientl!S l!Steres a pan1r de los cloruros de acilo y los alcoholes
adecuados:
(al propoonato de calo
(el benzoato de benc1lo
PROBLEMA 21.9
( b J 3-mctilhexanoato de fenilo
(d) c1clohexanocarboxilato de c1clopropilo
Explique cómo smtetozaría las s1guiemes amidas a panir de los cloruros de acilo y las aminas
adecuadas:
(a) N .N..Jimcto.lacetamida
(e) c1clohexano carboxamida
PROBLEMA 21.10
(b) acetaniUda (PhNHCOCH3)
o
(d) Q-!-{)
(a) Explique cómo sintetizaría: (i) acetato de bencilo, (ii) N .N..Jietilacetamida. a partir de anhí-
drido acético. y e l alcohol o la anúna adecuados.
(b ) Proponga un mecanismo para cada una de las sintesis del apanado (a).
PROBLEMA 21.11
Proponga un mecanismo para la reacción del acetato de bencilo con metilamina. Señale el nu-
cleófilo y el grupo saliente. y represente el estado de uansición en el que el grupo saliente se des-
prende.
....::.· .Jl; ~~-" n .r ·J· ~ --... ....-..:rl.o;. . .-...;::; ·a· · .. _ - -->ii..,,ioéC' ..... -e:t~ ~ ~ ..._
En cada una de las sustituciones que se han tr.i.tado en la Sección 21.5, un nucleófilo ata-
ca al grupo carbonilo para dar lugar a un imermedio tetraédrico. Sin embargo, al_gunos
aucleófilos son demasiado débiles para atacar a un grupo carbonilo no activado. Por ejem-
p lo. un alcohol ataca al grupo carbonilo de un cloruro de ácido. pero no ataca a un :ícido.
Sin embargo, si un ácido fuene protona al grupo carbonilo del :ícido carbox.ílico, el gru-
po carbomlo se activa respecto al ataque por el alcohol. dando lugar a una esterificación
de Fischer (Sección 20.10\.
~ [
:OLH J q ..
R-C-0-H
l ..
H-0-R'
.uaque 11ucleoiílico
+==
:O-H
1 •.
R-C-0-H
1 .•
H-QLR'
inlennedio tetrnednco
vanos paso..
(S=:1ón 20.10)
R- C'-""'6:
.......
:g-R'
és1cr
+ Hp+
El mecanismo es similar para la transester ificaciún de un éster catalizada por un áci-
do. en la que un grupo alcoxilo se sustituye por olro. Cuando un éster se trata con un
alcohol diferente en presencia de un catalizador :íc1do. los dos grupos alcohol se pueden
r
r
~
i
21.6 Sustitución nucleofílica en el grupo acilo catafü:ada por :í~1dos
intercambiar. Se produce un equilibrio q ue puede estar desplazado hacia el éster que se
desee obtener utilizando un gran exceso del alcohol deseado o eliminando el o tro alcohol.
La t.rJ.nsesterificación también se p roduce en condiciones básicas. catalizada por una
pequeña cantidad de ión alcóxido. De la misma forma que ames, un gran l!xceso del alcohol
deseado ayuda a consegutr una buena transformación.
o/
o
T ransesterificación
o
11
(jj= R-C-0-R'
Ejemplo
+ R"-OH
Cgr.m ~XC"l>O)
H+ o OR"
o
11
R-C-0-R" + R'-OH
~11
~C-0-CH1CH3 + CH3-0H
H+ o ·oc11
3
o
@-~-0-CH, + CH3C~-OH
benzoato de et1 lo (gr.inex=J
ESTRATEGIAS PARA RESOLVER PROBLEMAS
Propuestas de mecanismos de reacción
benzoa10 de meulo
En lugar de indicar 5implemenre los mecanismos para la iransesterificación catalizada por un áci-
do o una base, se considerará cómo .resolver estos mecanismos como s1 fuera un problema.
Transesterificación catalizada por una base-
Primero se considerará la r:ransesterificación catalizada por una base del benzoato de etilo con
metanol. Éste es un ejemplo clásico de susri1ución nucleofílica en el grupo acilo por el mecanismo
de adición-eliminación. El 1ón metóxido es suficientemente nucleofílico para atacar al grupo
carbonilo del éster. El ión eróxido acrúa como grupo saliente en un segundo paso fuenemente e:m-
lérmico.
.. º ..
o'.>
rQrC\OCH1CH3
CH1Q '-
'?5
orcr-·· , -QCH2CH3 QCH, ~
·0·
o
íAfc'-6cH V .. l ..=..
-,QCH
1
CH
3 ataque nucleofílico in1ermedio lctrneürico
Intente proponer un mecanismo catalizado por una base en el Problema 21.12.
PROBLEMA 21.12
Cuando se calienta +h1droxibutir:lto de enlo en presencia de un catalizador básico (acetato de
sodio). uno de los productos que se obuene es una lactona. Proponga un mecanismo para la for-
mación de esta laciona.
Transesterificación catalizada por un ácido
El mecanismo de la reacción catalizada por un :ícido es sunilar al anterior. pero es más compli-
cado ya que se tr:msficre un protón adicional. Se utilizará el procedimiento por pasos para pro-
poner un mecanismo para la siguiente reacción. en la que e l metanol reemplaza al etanol:
o
11
~C....._ H+ V OCH1CH3 + CHpH ~
/' .~ ~ ~)S;; r/ -~
o
11 rnrc,
lV OCH1 + CH3CH10H
965
.)
)
)
)
~-:)
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t
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¡., 1,
966 Capítulo 21:Derivados de los ácidos carboxfücos
SUGFR.RNCTA
PARA RESOLVER PROBLEMAS
La sustitución nucleofilica en el
grupo acilo catalizada por un
ácido generalmente difiere de la
reacción catalizada por una base
principalmente de dos formas:
(1) Se ha de protonar el grupo
carbonilo para activarlo
respecto a un ataque por un
nucleófilo débil.
(2) Generalmente los grupos
salientes están protonados y, a
continuación, se desprenden
como moléculas neutras.
l. Se han de tener en cuenta los esqueletos carbonados de los reactivos y productos, e iden-
tificar qué átomos de carbono de los productos se derivan de los átomos de carbono de
los reactivos.
En este caso. un grupo etoxilo es reemplazado por un grupo metoxilo.
2. Se ha de mir:ir si alguno de los reactivos es lo suficientemente electroffiico para que reac-
cione sin ser activado. En caso contrario, se ha de pensar en cómo se puede transíormar
uno de los reactivos en un electrófilo íuerte por protonación de un átomo básico (Lewis).
El grupo c;irbonilo del éster no es lo suficientemente electroffiico para reaccionar con el me-
tano!. La pro!onación lo transforma en un electrófilo fuene (paso 3).
3. Se ha de pensar en cómo un átomo nucleolilico de otro reactivo puede atacar al electrólilo
íuerte p:ir.1 formar el enlace que se necesita en el producto.
El mecano! tiene un átomo de oxigeno nucleofílico que puede atac;ir al grupo carbonilo acu-
vado para form;ir el nuevo enlace C-0 que se necesita en el producto.
I~
~ " ocH,eH H+
~ .J =::t
acuvac1ón del C=O
.. / H ·o..-
. 1 + .....:H o:..i~ ore/ .. -..... ......_ CH1 OeH2eH1 CH3QH
m1ermedio letraéd . neo
+/H
(~~
OCH2eH3 ==-::::? ore....._ CH3QH a1aque nucleofíl ico
(estabilizado por rc>onancia)
.. / H :o..-
1 ..
fA(e / QCH3
~ ' OCH2eH1 + + eH30H2
4. Se ha de pensar cómo se puede transformar el producto del ataque nucleoffiico en el
producto final o reactivarlo para que forme otro enlace, el cual se necesite en el producto.
Se trata de romper enlaces, no de fonnarlos. Se ha de elimin;ir el grupo etoxilo (0CH
2
CH
3
) .
El mecanismo más frecuente para la pérdida de un grupo en condiciones ácidas es protonar-
lo (para que sea un buen grupo saliente) y, a continuación, eliminarlo. De hecho, la pérdida
del grupo etoxilo tiene un mecanismo inverso al que se ha expuesto anteriormeo1e para in-
senar un grupo metoxilo.
La protonación predispone al grupo etox.ilo a su eliminación como etanol. Después de eli-
minarse. el producto es una versión protonada del producto final.
•• .....- H
:Q
1 OCH1 e,.,. .
rAT ':gctt2CH1
~ ~w
~
• • .....-H
·o
C t/OCH3
rAT '00+
~ H/ ' CH,CH3
~
+ .....-H
:Q
1
OJC'OCH1
>k
H CH2CH1
5. Se han de representar todos los pasos del mecanismo, utilizando ílecha.s curvadas para
indicar el movimiento de los electrones.
Este resumen lo ha de hacer el estudiante, lo que le ayudará a .revisar el mecanismo.
PROBLEMA 21.13
Complete el mecanismo para la transestenficación anterior catalizada por un ácido. representando
iodos los pasos individuales. Represente las formas de resonancia de cada uno de los interme-
dios estabilizados por resonancia.
2 1.6 Sustitución nucleofíl ica en .:l grupo ac ilo catalizada por ~cidos
PROBLEMA 21.14
Proponga un mecanismo parJ la s iguiente tr.lnsestenficación de apenura de <1mllo (ut ilice como
modelo el mecanismo del Problema 21.13).
o o a + CH30H
Cata/izada por una base
H+
===
o
HO~OCH3
Paso J: adición del nucleófilo . Paso 2: eliminación del grupo saliente.
·a· H)
rAfC\....._~H3
vi -,gR
~
Cata/izada por un ácido
y.>
rAfT~QcH3
vi :QR
iniennedio letraédrico
~
·a·
u r(JC'QR
-.Oc ... H3
Primera pane: adición del nucleófilo catalizadá por un ácido.
Paso J: protonación Paso 2: ataque por
del carbonilo-. el nucleófilo.
Paso 3: desprotonación.
y~ [ :OJH l C H+ U r(J ' ocH, = o:~~OCH, = :Q-H 1 orT- OCH3 OT-H 1'-' )
R ..
RgH
~
Segunda pane: elirrunación del grupo saliente catalizada por un ácido.
Paso J: protonación
del grupo saliente.
Paso 2: eliminación
del grupo saliente.
Paso 3: desprotonación.
:Q-H
1 rAfT- octt3
vi :gR
:OH c ·OH ·o::) 'O'
967
1 .:----.H' I _ ... / H · 11 CH OH 11
c-ocH3 F=! c ...,..o....._ ~ c ~ c, ...
.. .. [ Hp ..
r(J b. .. r(J b. .. CH, r(J 'oR r(J OR H H,oH,
Algunas reacciones que pueden producirse como sustituciones nucleofílicas básicas
en el grupo acilo transcurren mucho mejor con un catalizador ácido. Por ejemplo, la as-
pirina se obtiene a partir de ácido salicílico y anhídrido acético. Cuando se mezclan estos
reactivos, la reacción es lenta, sin embargo, s i se añade una pequeña cantidad de ác ido
sulfúrico. esta reacción se acelera y se completa en uno o dos minutos.
""
t
,.
'
'I .. ti '
¡
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il
1
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l·ll' ¡· ! '
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1: 'H
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i 1 J
1r
968 Capítulo 21 : Derivados de los ácidos carboxílicos
21.7
O(~OH
11
o
:íc1do sahc1lico
Hidrólisis de los
derivados de
ácidos
carboxílicos
+
o o
11 11
CH3-C-O-C-CH3
anhídndo acético
PROBLEMA 21.15
H,SO,
~
rnp1da
o
~
rATO-C-CH3
~C-OH
~
o
aspirina
(ac1do acetilsalicílico)
+ CH3COOH
Proponga un mecanismo para la reacción. catalizada por un ácido. del :ícido s:ilic1lico con anhí-
drido ac¿tico.
" Todos !os derivados de los ácidos se hidrolizan para dar lugar a ácidos carboxílicos. En la
mayoóa de los casos. la hidróljsis se proouce tanto en condiciones ácidas como básicas.
La hidrólisis de un derivado de ácido varía\desde los haluros de acilo. muy reactivos, has-
ta las amidas, relativamente inertes.
21 .7A Hidrólisis de haluros de ácido y anhídridos
Los haluros de ácido y los anhídridos son tan reactivos que se hidrolizan en condiciones
neuiras. La hidrólisis de un haluro de ácido o de un anhídrido generalmente es una reac-
ción colateral no deseada que se produce si en el medio de reacción hay humedad. La hi-
drólisis se puede evitar almacenando los haluros de ácido y los anhídridos en recipientes
secos y bajo atmósfera de nitrógeno seco. y utjlizando disolventes y reactivos anhidros.
"Üj
11 .. '?5 Q: 11
R-C (-c1
·0·
11 ..
../
r::JfT' R -c .... -c1 + H~º) --+ R-C\.9
1
--+
\1)-H -- R-C-O-H + HQ
Paso 1: adición
del nucleófilo.
·a· '.) 1 ..
+QH2 ·o
.. °"H
21.78 Hidrólisis de ésteres
La hidrólisis de un éster catalizada por un ácido es el proceso inverso del equilibrio de es-
terificación de Fischer. La adjción de exceso de agua desplaza el equilibrio hacia la for-
mación de ácido y alcohol.
La hidrólisis de los ésteres, denominada saponificació n. evita el equilibrio de la es-
terificación de Fischer. El ión hidróxido ataca al grupo carbonilo para formar un interme-
dio tetraédrico. La elimtnación del ión alcóxido da lugar al ácido y una transferencia rá-
pida de protones da lugar al ión carboxilato y al alcohol. Esta transferencia de protones es
muy exotérmica y hace que se complete la saponificación. Para desprotonac t:I ácido se ne-
cesita un mol de base.
Paso 2: el.iminación
del grupo saliente.
'º)
1 ..
Paso 3: transferencia de protones.
fl
R-C-0-R' + :O-H
~··
P... R-C-O-R' <==+
1 '--··
"';o= ..
R-C ,..... r:O-R'
°'!9..!...H .. - ,,,,;b: .. R-C H-0-R' '!g: ..
:g-H
éster ácido
m1crm<:dio tclrnednco
alcóx1do c:irbox1law alcohol
!
!
" ..
~
21.7 Hidrólisis de los denvados de ácidos carboxílico~
Ejemplo
o
11
o
11 CH3C~-C-O-C~CH3 + Na• -oH
propiona10 de etilo
--+ CH3C~-c-o- -Na + CH3C~-OH
prop1onato de sodio
El término saponificación (del latín. saponis. «jabón») significa «hacer jabón». El
jabón se obtiene a partir de la hidrólisis básica de las grasas. que son ésteres de ácidos
carboxílicos de cadena larga (ácidos grasos) con glicerol. Cuando el hidróxido de sodio
hidroliza una grasa. la sal de sodio de los ácidos grasos de cadenalarga que se obtiene es
lo que se denomina Jabón. En el Capítulo 25 se c:studiarán detalladamente los jabones y
los dett:rgentes.
o
elanol
11
CH2-0- CV\/V\/V\l\J\
1 ?i
r-0-H
o
11
-1- Na+ -o-cV\j\/\/\/\/\/\
o
11 CH-O-CV\J'v\/\/\ + 3 NaOH
1 ?i
--+ rO-H + Na+ -o- cV\/\/\/\/\
o
CH2-0-C~
g= (tnester del glicerol)
CH2-0-H +
11
Na+ -o- cV\j\/\/\/\/\j\
glicerol jabón (salr• •l~ 1c1dos grnsos)
PROBLEMA 21.16
Suponga que se uene acetato de (R)-2-buulo puro. en el que uno de los oxígenos ha sido ~mar
cado" con ~I isótopo 180. según se indica a cominuación:
9 CH,CH3 u 18 / -
CH3-C-o-c .... H
~CH3
(a) Represente un mecanismo parn la ludrólisis de este compuesto en condiciones básicas. Pre-
diga cuál de los productos contendrá el isótopo 180 y s1 el 2-butanol que se obtiene será (R).
(S) o racémico.
(b) Repita el apartado (a) en el caso de que la hidrólisis del compuesto esté cataJiz:ida por un
ácido.
(e) Explique cómo comprobaría expenmentalmente dónde se encuentra el lSOlOpo 180 en los
productos (el 180 no es radioactivo) .
PROBLEMA 21.17
(a) Explique por qué se habla de la hidrólisis ácida de un ester como cara/is1s acula. pero de la
hidrólisis básica como promovida por una base.
(b ) En la producción del jabón ~•empre se utiliz:i una base para h1drolizar las grasas y nunca un
ácido. Sugiera dos razones por las que se prefiere la h1drólis1s bastea.
PROBLEMA 21.18 O
Proponga un mec:tnismo para la htdrólists. promovida por una base. de la -y-buurolac1ona: 6
0
..
969
\ ,;;
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C'
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1
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¡ ~ 1
l
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fJlp
\
'!u
1
~ u ;
i j
970 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carboxílicos
21.7C Hidrólisis de amidas
Las amidas se hidrolizan a ácidos carboxfücos tanto en condiciones ácidas como básicas.
Las amidas son los derivados de ácido más estables; para su tUdrÓlisis se requieren con-
diciones más fuenes que para la hidrólisis de un éster. Normalmente, en !a hidrólisis se uti-
liza HCl 6 M o una disolución acuosa de NaOH al 40%.
Hidrólisis básica
(ir
Ejemplo
o
11
R-C-NHR'
o
+ Na• -oH
11
fA{C-N(CH2CH3)i
~ + NaOH
N .N-dielilbenzamtda
IL,O
~
IL,O
~
o
11
R-c-o- +Na -r R'N8:?
íA{coo- Na+
~ + {CH3CH2)iNH
bcnzoa10 de sodio diculamma
Hidrólisis ácida
(jj='
o
11
R-C-Nl-IR'
Ejemplo 0
11
+ H3Q+
fA{CHz-C-NHCH3
~ + IizS04
N-melil-2-fenilacctam1da
--+
!tiº
o
11
R-C-OH + R'NH3
-
o
orCH,-!-oH
ácido ferulacélico
+
+ CH3NH3 HSO.¡
sulfato
de metilamonio
El mecanismo de hidrólisis básica (representado a continuación para una amida pri-
maria) es similar al de la hidrólisis de un éster. El hidróxido ataca al carbonilo para for-
mar un intermedio tetraédrico. La eliminación de un ión amiduro da lugar al ácido carbo-
xílico, que se desprotona con rapidez para formar la sal del ácido y amoniaco.
Paso l: adición
del nucleófiJo.
Paso 2: eliminación Paso 3: transfe.rencia de protones.
del grupo saliente.
.. º)
11 .. ••
R-C~~ ... / QH
·.
;:=::?
=O~
1 ..
R-C-NH,
1 l) -
OH
mtennedio 1elraédrico
+=:t R- ;"O· .. c..._,~ J-=NH
·0-H z
->
·"Q·
-C..? =NH1
R ':o:-
En condiciones ácidas, el mecanismo de la hidrólisis de una amida es similar a la hi-
drólisis de un éster catalizada por un ácido. La protonación del grupo carboailo lo activa
respecto al ataque nucleofflico del agua para obtener un intermedio tetraédrico. La proto-
nación del grupo amino permit.e que se elimine como una amina.
:1 ,,
21. 7 Hidrólisis de los derivados de ácidos carboJU1icos 971
Primera parre: adición del 11uc/eófi/o (agua) cata/izada por un ác:ida.
.. º.~
11 ..
+
c_O-H
11 ..
=0-H
1 ..
=0-H
1 .• R-C-NH2 + W +:==t R-C-NH, +:==t
f!.iO=_/ -
R-C-NH, <==t
1 - .•
R-C-NH, + H Q+
1 - J
protonación
del carbo111lo
adición
del nucleólilo
:Q+ H,Q·
/ "-" "2'-' J
H H__./
pcrdicla de un protón
Segunda parte: elimi11ació11 del grupo saliente cata/i:ada por 1111 ácido.
:Q-H
l.~
R-C-NH, + W
1 -
:9-H
protonación
del grupo saliente
+:==t
=O-H
C1 +
R-C-NH +:==t 1 G)
:O-H
adición del grupo saliente
+
R-C.,jO:;-H\
':o- =NH1
.. H
desprmonac1ón
--+
=0-H
; O"· NH+
R-C':o-H 4
PROBLEMA 21.19
Cvo..11.do uuro ·Q. "G\:>..l pc'L, - ~ '
Represente las fonnas resonantes más importantes para los dos cationes. esiabiliz;idos por reso-
nancia, del mecanismo de la lúdrólisis de una amida catalizada por un ácido.
PROBLEMA 21.20
Proponga un mecanismo par.i la hidróUsis de la N ,N-dimetilacetamida:
(a) en condicionés básicas (b) en condiciones ácidas
PROBLEMA 21.21
En el equilibrio de la hidrólisis de amidas, tanto en con<liciones ácidas como básicas, eslán favo-
recidos los productos. Utilice el mecanismo de la N.N-dimetilacetamida para in<licar que los pa-
sos son lo suficiemememe exoténnicos para que la reacción se complete.
21.70 Hidrólisis de nitrilos
Los nitrilos se hidrolizan a amidas y posteriormente a ácidos carboxílicos, calentándolos
con una disolución acuos¡¡ ácida o básica. Si ·1as condiciones son suaves, el nitrilo sólo se
hidroliza a amida. Condiciones <le reacción más fuertes pueden hidrolizarlo hasta ácido car-
boxílico.
Hidrólisis básica
o
-oH -oH
o
11
J°"'-do t: s f ) ,. ..m po
)\/.' '1 >.1' ~
(jj=' R-C=N: + 8:?0
ni1nlo
---+
!tiº
11
R-C-Nliz
amida primaria
---+
~o R-c-o- + =NHJ
ión carboxilato
Ejemplo o
~ uC-NH2
!;!
rA-fC==N:
y) NaOH fl::O/EtOH, 50"C ~
nieotinon11nlo mcolin31lllda
..
~
1
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972 Capítulo 21: Derivados de los icidos carboxílicos
Hidrólisís ácida
@=' R-C=N:
nilnlo
Ejemplo
tt+
------>
H20
o
11
R-C-NH2
amida pnmaria
Ph-CH.-C=N:
fenilacetonunlo
ft:SO J• calor
~O!EtOH
H+
------>
H20
o
11
R-C-OH ...-
.íc1do carboxílicu
o
11
Ph-C~-C-OH
áctdo fenrlaceuco
NH;-
El mecanismo de la hidrólis is básica comienza por el atuque del ión hidróxido al
carbono elt!crrofüico del grupo ciano. La protonac1ón da lugar al tautómero inestable de
la amida. Ll eliminación de un protón del oxígeno y la reprotonación del nitrógeno da lu-
gar a la amida. La posterior hidrólisis de la amida a la sal (carboxilato) sigue el mismo me-
canismo. promovido por una base. que el que se ha tratado con antenoridad.
Aiaque del i611 hidróxido y repro1011ac16n
f-=Q-H
R-C=N:
nimlµ
~
:Q-H
R
1 .. ....--.. 0·
-C=N::- , H-Q-H
:Q-11
1 .•
R-C=N-H + -,Q-H
tautómcro: enol de la amida
Elim111ac1ó11 y desplazamiemo de un protón (rautomerizac1611)
:Q::¡H~ ..
1 .. · :o-H
R-C=N-H ..
latllómcro: enol
21.8
Reducción
de los derivados
de ácidos
[
:o=- o ~ (' ..
1 .. 11 .. - H-0-H
R-C=N-H <--> R-C-~-H ..
.. º.
11 ..
R-C-NH2 + · :g-H
enolato de una amida amida
PROBLEMA 21.22
Proponga un mecanismo para la hiclrólis1s básica del benzomtnlo a ión benzoaio y amoniaco.
PROBLEMA 21.23
El mecanismo para la hidrólisis ácida de un nil.ri.lo se asemeja a la hidrúlisis básica. excepto en
4ue el nimio pnmero se pro1ona.
0
ac11vándose IeSJ><!Clo al a1a4ue de un nucleófilo Jébil tagua). En
condiciones ácidas. la transferencia de pro1ón (tautomeria) implica la pro1onación t.lel nurogeno
seguida de la despro1onac1ón del oxígeno. Proponga un mecanismo para la hidrolisis. catalizat.la
por un :íc1do. del benzommlo a benzam1da.
Los ácidos carboxílicos y sus denvados se pueden reducir a alcoholes. aldehídos y ami-
nas. Como son relativameme difíciles de reducir. los derivados de ácido gencralmeme re-
quieren un agente reductor fuerte como el hidruro de aluminio y litio (LiAIH4).
21.SA Reducción a alcoholes
El h1druro de :ilummio y litio reduce los ácidos. cloruros de ácido y ésteres :i alcohole~ pn-
inarios (la reducción de los ac1dos se esrudio en la Sección :?0.14 ).
l"
1
1
t-
i
~,, ,, .. ¡.;;. ..........
:? 1.8 Reducción delos denvados de ácidos 973
o
L1AIH 1 H,o•
@=
11
R-C-0-R' R-CH,p- +Li + R'-o- • Li R-CHpH + R'-OH
¿sler
CR-l-c1)
cloruro <.le Jcido
alcóxido primario
Ejemplo
o
11
alcohol pn mano
V CH2-C- OCH2CH3
( 1) LiAIH,
(2l tt,o•
VCH2-CH20H
+ CH3CH20H
~-ferulacc1a10 de eulo 2-fenilclallol
Tamo los ¿steres como los cloruros de ácido reaccionan mediante un mecanismo de adi-
ción-eliminación para dar lugar a un aldehído. que rápidameme se reduce a un alcóxido.
En un segundo paso. se añade ácido diluido para protonar el alcóxido.
Paso 1: adición del nucleófilo (hidruro). Paso 2: eliminación del alcóxido.
.. O' H 'ºj +Ll ~'.) 1
R-C-0-R' + H-AF-H Li• . '- - .. ' º/ 1
--+
1 ..
R-C-0-R'
1 1..,2·
--+
..º.
R-c' + Li • ·:o-R
" H ..
ester~ H H
intermedio tctraWrico aldehído
Paso J: adición de un segundo ion hidruro.
.. . H 'º'- •u :OH
¡¡,o• R-C?'~ 1 "H + HT .. -~ ,-HLi• --+ 1 R-C-H --- 1 R-C-H 1
aldehído H
H
sal
PROBLEMA 21.24
Proponga un mecanismo paro la redu..:c1ón del cloruro de ocianoílo con ludruro de aluminio y
liuo.
21.88 Reducción a aldehídos
Los doruros de ácido son más reactivos que otros derivados de ácido y se reducen a al-
dehídos utilizando agentes reduciores suaves como el hidruro de tri(1erc-bu1oxi)aluminio
y liuo. En las Secciones 18.11 y :?0.14 se estudió esta reducción.
o
" (jj=> R-C-CI
:.
Li11-BuOJ3AIH
éleT
o
~
R-C-H
1
H
alcohol
pnmario
alcóxrdo
.... _ ...
;-~-..
•:.:.·
•"'"-
e
o
()
o
)
~
r!i.~:
f'"" ¡¡
1111
1
\:
11
'H
' ~ ,,,
974 Capítulo 21 : Derivados de los ácidos cartJxílicos
Ejemplo
o
íl
CH¡(C~)6-C-Cl
cloruro de ocranoílo
21.SC Reducción a aminas
Ll(t-Bu0)3AIH
I
o
11
CH¡(CH1) 6-C-H
0<.'l:lnal
El hidruro de aluminio y lilio reduce a las amidas 'f nilrilos a aminas,. proporcionando una
de las mejores rutas siméticas de aminas (Secciones 19.19B y l9. l9C). Las amidas pri-
marias y los nilnlos se reducen a aminas primarias. Las amidas secundarias se reducen a
aminas secundarias y las amidas terciarias .1 aminas terciarias.
o
1 (1) L1AIH,
(ji R-C-Nlli (2)~0 R-CH2- NH1
amida primaria amina primaria
o
amidas ( ~ (t) LiAIH4
(ji R-C-NHR' (2) ~0 R-C~-NHR'
amida secundana amina secundaria
o
11 (1) LiAIH,
(ji R-C-NR; (2) ~0 R-C~-NR;
amida terciaria amina terciaria
Ejemplo
o
11
CH¡-C-NH- Ph
(1) LiAIH4
(2) 8i0
CH¡-C~-NH-Ph
acetanilida N~olamlina
H2/Pt
H H
1 /
Nitrilos (ji R-C==N: o (l) LiAIH4 • (2) H20
R-C-N:
1 "
Ejemplo
o-CH2-C=N:
PROBLEMA 21.25
(1) LlAIH
4
(2)~0
H H
o-CI-Li-CI-Li-NH2
Diga qué productos se obtienen a partir de la reducción con hidruro de alummio y litio (seguida
de hidrólisis) de los sigu1cnces compuestos:
(a) buuromtnlo (b) t'V-c1clohcxilacetam1da (e) e'<:aprolactama
H
/""'N/
(d) 1 '1
º~o
(e) Q
N
CH
/ '-. / CH~CH
l e
1
1
o
1n(p
CN
/1
l
~· t
f,
!
1
21.9 Reacciones de los derivados de ácidos con reacrivos organometálicos 975
~~~~~~·~"::"".:'~·.~~;· . .._..~~~ . .... ,t.t.~..JAZF~--.;,~
Ésteres y cloruros de ácido Los reacúvos de Grignard y organometál icos se adicio- 21. 9
nan dos veces sucesivas a los cloruros de ácido y .!steres para generar alcóxidos (Sección
10.90). La protonación de los alcóxidos da lugar a alcoholes.
(ji
o
11
R-C-OR' 2 R"MgX
éster
Ejemplos
o
n
Ph-C-OEt
éster
o
n
H-C-OEt
forrnialo
o
1
(o 2 R"Li)
+ 2 PhMgBr
+ 2 C4H9Li
CH1CH2-C-Cl + 2 PhMgBr
cloruro de ácido ,
OMgX
1
R-C-R"
1
R" +
H,0+ -
R' OMgX
alcóxido
--+
--+
--+
OMgBr
1
Ph-C-Ph
1
Pb
OLi
1
H-C-C H.¡
1 4
c.tt.i
OMgBr
1
CHCJ.1-C- Ph
J " l 1
Ph
OH
1
R-C-R"
1
R"
alcohol tcrciano
H1o+ -
H1o+ -
H.¡O+ -
El mecanismo implica la sustitución nucleofílica en el átomo de carbono del grupo
acilo. El ataque del reacúvo organometálico de tipo carbaniónico, seguido de la elimina-
ción del aJcóxido (de un éster) o cloruro (de un cloruro de ácido), da lu,gar a una cetona.
A la cetona se adiciona un segundo equivalente del reacúvo organometálico para dar lu-
gar aJ aJcóxido. La hidrólisis da lugar a alcoholes terciarios, a no ser que el éster de pani-
da sea un formiato (R = H), lo que daría lugar a un alcohol secundario. En cada caso, dos
de los grupos o radicales del producto son iguales y derivan del reactivo organometálico.
-ki. ~ 1, .1. J. t' . l 1 : .. ~J .....
Reacciones de los
derivados de
ácidos con
reactivos
organometálicos
OH
1
Ph-C-Ph
1
Ph
alcohol terciario
OH
1
H-C-C H.
1 4 ~
C,H.¡
alcohol secundano
OH
1
CH c1-1 -C-Ph
J .'l 1
Ph
alcohol terciano
Paso I : adición del reactivo
de Grignard.
Paso 2: eliminación
del aJcóxido.
Paso 3: adición de otra molécula
del reactivo de Grignard.
··o-
11J r s·
R-C-OR' + R"-MgX --+
~
éster reactivo de Grignard
fl
'ºJ •MgX
1 .•
R-C-OR' --+
I~
R"
intermedio tetrnédrico
·a·
R-C""°' .. / '- + R" ~MgX
ce tona
--+
:Q:- +MgX
1
R-C- R"
1
R"
alcóxido
I'
11 l ..
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1:
¡,·
1
1
1
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1
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iJt lH
ª' ~~:
976 Capítulo 21: Derivados de Jos :ícidos carboxílicos
a- 6-
R'~g-X
Nitrilos Un reactivo de Grignard u organometálico ataca al grupo ciano que es dectro-
fílíi;o para dar lugar a la sal de una im ina. La hidrólisis ácida de la sal (en un segundo paso)
da lugar a la imina. que más larde se hidroliza acetona (Sección 18.10).
R~ / MgX H,0~ R~ /H H10 + R'
R-C=N= - / C=N .. - R/C=N .. - =::c=O:: u
Ejemplo
Ph-C"""N'
benzornrnlo
STJC.V~FN('lA
PARA RESOLVER PROBLEMAS
Los reactivos de Grignard se
ad icionan a los ésteres y a los
cloruros de ácido para dar lugar a
alcohó)eo terciarios. con un grupo
o radical denvado del éster o del
cloruro de acido y dos grupos
idénticos que provienen del
reactivo de Grignard. Los esteres
del aodo fórmico dan lugar a
alcoholes secundarios, con un
h1drogeno (gemina! a l OH)
procedente del éster y dos grupos
idénticos procedentes del reactivo
de Grignard.
R R
saJ Je muna 1mina ce tona
Ph, /Mgl Hp+ Ph
+ CH, Mgl --> / C=N .. 'c=O: CH: . CHJ
yoduro sal mag.nes1ca :ice1olenona
Je me:u1magncs10
PROBLEMA 21.26
Rcprescme un mecanismo para la ludrólisis :ícida de la sal magnésica de la imma amerior para
dar aceiofenona.
PROBLEMA 21.27
Represeme un mecamsmo para la reacción del cloruro de propanoílo con dos moles de bromuro
de fenilmagnes10.
PROBLEMA 21.28
Explique como adic1onarfa un reactivo de Grignard a un ésier o a un rumio para smletizar:
(a¡ 4-feml-4-heptanol
(b t +.heptanol
(et 2-penl3n0na
,..,....~ ;•;;. !:~·"""~~"'!;;-~ _. '.M ..1!11 ~v·~'llb.V" _. --~~·?;&~dMM;,,_b_ -..-;; ... •••• ........ -·· ,
21.10
Resumen de la
química de los
cloruros de ácido
'
Una vez que se han tratado las reacciones y los mecanismos característ.icos de todos los
derivados de ácido más frecuentes, se revisará la síntesis y las reacciunes de cada tipo de
compuesto. Además. en estas secciones se estudiarán reacciones que pertenecen a una cla-
se específica de derivados <le ácido.
Síntesis de cloruros de á cidc':, Los cloruros de ácido (cloruros de acilo) se sintetizan
a partir de los ácidos carboxílicos correspondientes, utilizando una amplia variedad de
reactivos. Los reactivos más usados son el cloruro de tionilo (SOCl'?) y el cloruro de oxalilo
(COCl}i, ya que los subproductos que forman son gases que se liber.in fácilmente del me-
dio de reacción (Sección 21. J l ). ·
@='
o
11
R-C-OH
SOCL,
o(COC!l:?
o
11
R - C-CI + S02 f + HCl j
Reacciones de lo s cloruros de ácido Los cloruros de á(.;do reaccionan r:ípidamen1e
con agua y con otros nucleofilos. por Jo que no se encuencr.m en la naruraleza. Como son
los mas reacuvos de los derivados de los ácidos carboxfücos, se transforman fácilmente en
orros derivados de ácido. Con frecuern:1a. la mejor ruta sintética para obtener un .:sier. an-
hí<lndo o arruda. suele incluir la utilización de un cloruro de acilo como intermedio.
..,..1
r,
¡;
t
~
~,
~· E :.' t;
""' ("·
..' .·
~·
l.
1
1
--.
o
11
R-C-CI
H20
R'OH
R'NH,,
o
11
R-C-OH
:ic1do
o
11
R-C-OR'
~ler
o
11
21. l O Resumen de la química de los cloruros de ácido
+ HCl (Sección 21.7 A)
+ HCl (Secciones 20. l J y 21.5)
cloruro de :ic1do
(cloruro de Jc1h>1 R-C -NHR' + HCl (Secciones 20. l 1 y 21.5)
amida
o o
11 11
R-C-O-C-R' + HCI (Sección 21.5)
R'COOH
:mhidndo
Los reactivos de Grignarcl y organometálicos se adicionan dos veces sucesivas a los
cloruros de ácido para dar lugar a alcoholes terciarios (después de la hidrólisis). Los dial-
quilcupratos de litio se adicionan una sola vez a las cetonas. El hidruro de aluminio y li-
tio adiciona dos equivalentes de hidruro a los cloruros de ácido, reduciéndolos hasta al-
coholes primarios (después de la hidrólisis). Los cloruros de ácido reaccionan con un
agente reductor más débil, como el hidruro de ui-(terc-butoxi)aluminio y lirio para dar lu-
gar a aldehídos.
OH
1 • (1) 2 R' MgX
R-C-R
(2)~0
1
(Secciones l 0.9 y 21 .9)
.......... 1 R'
alcohol 1erciario
o o
1 ' fC¡CuL1 R-C- R 11 R-C-CI (Sección 18.11)
cloruro de ácido cctona
(1) Lu\UI,
R-CH20H
(cloruro de ac1lo1
(2) ~tiº
alcohol primario
(Secciones 10.11 y 21.8A)
o
L1(1-Bu0)3AIH 11
R-C-H (Secciones 18.1 l y 21 .88 )
aldehído
Acilación de Friedel-Crafts de anillos a romático s En presencia de cloruro de alu-
minio, los haluros de ácido acilan benceno, halobencenos y derivados del benceno acti-
vados. La acilac1ón de Friedel-Crafts se estudió detalladamente en la Sección 17. l l.
o
i
(jj=' R-C-CI + o
z
(Z = H. halógeno o UD
grupo acuvante)
;:.
AICJ3
---+
z
o
~11 ){di C -R
acilbenceno
977
)
)
)
)
.J
)
")
~')7J
:~~~
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1l
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1
1: 1
~ 1
' - 1
1
t' 1
~ i . ~! :¡
978 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carboxi1icos
Ejemplo
o
CH3-ctt2-!-c1 + cttp-0
cloruro de prop1onilo an1sol
PROBLEMA 21.29
~
o
CHp-0-!-CH2CH3
p-mc1ox1prop1ofenona
(producto mayoniano)
Represente un mecanismo para la acilación del aniso! con cloruro de propionilo. Recuerde que
la acilación de Friedel-Cr.ifts implica a un ión acilio como el electrófilo en la suscituc1ón elec-
trofilica arománca.
PROBLEMA 21.30
Explique cómo se podría utilizar la acílación de Friedcl-Crafts para s101e11zar los siguientes com-
puesms:
(a) acc101"enona (b) benzofenona (e) n-butilbenceno
~~;.....~~~i.~:...s:.;. ... .-• ~-,..·~~~ ......... -~--.!li'o~~~·~~~i":,.'fClol"'~~"'<'-'"'~..-..-
21. 11 De la misma forma que los cloruros de ácido. los anhídridos son derivados de ácido acti-
vados y con frecuencia se utilizan para los mismos tipos de acilaciones. Los anhídridos no
son tan reactivos como los cloruros de ácido, por lo que ocasionalmente se encuentran en
la naruraleza. Por ejemplo, la cantaridina es un ingredil!nte tóxico de la «Cantárida», que
se utiliza como vesicante (produce quemaduras) para destruir las verrugas de la piel.
Resumen
de la química de
los anhídridos
tleá~
~o
CH30
cantaridina
Como los anhídridos no son tan reactivos como los cloruros de ácido, suelen ser más
selectivos en sus reacciones. Los anhídridos se suelen utilizar cuando el cloruro de ácido
correspondiente es demasiado reactivo, no existe o es más caro que el anhídndo.
Anhídrido acético El anhídrido acético es el anhídrido, derivado de ácido carboidli-
co, más importante, el ácido acético. Aproximadamente se producen unos dos millones de
toneladas al año de anhídrido acético. Se suele utilizar principalmente en la síntesis de
plásticos, fibras y fármacos (ver la síntesis de la aspirina en la P- 968). El anhídrido acé-
tico está formado por la unión de dos moléculas de ácido acético con la pérdida de una mo-
lécula de agua. La síncesis industnal más frecuente del ácido acético consiste en la deshi-
dratación del ácido acético para obtener cetena.
o
~
CH3-C-OH
:icidoacét1co
7SO"C
(EtO):iP=O
<==
H
" /C=C=O + H20
H
ccceoa
Esta deshidratación es altamente endotérmica (MI = + 35 kcal/mol = + 147 kJ/mol)
y al obtenerse dos moléculas a partir de una. el aumento de entropía es considerable. Por
lo tamo, a una temperatura suficientemente alta (generalmente 7500), el equilibrio está
desplazado hacia los productos. Para aumentar la velocidad de reacción. se añade fosfato
de trietilo como catalizador.
La cetena (gas a temperatura ambiente) se recoge en ácido acético. con el que reac-
ciona rápida y cuantitativamente. y se obtiene anhídrido acético. Esta forma de obtener el
anhídrido acético a gran escala es muy barata, lo que liace que el anhídrido acético sea un
agente acilante conveniente y barato.
o
1
CH3-C-OH +
ácido 3CCuco
H
°"c=C=O
H/
ce tena
o o
1 1
---+ CH3-C-O-C-CH3
anhídrido acético
Síntesis general de anhídridos Otros anhídridos se obtienen por métodos menos
especializados. El método mas generalizado para obtener anhídrido consiste en hacer
reaccionar un cloruro de ácido con un ácido carboxílico o con un carboxilato.
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1
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1
............
21.11 Resumen de la química de los anhídridos de :leido 979
o
i
(ir' R-C-CI
cloruro de :ictdo
Ejemplos
o
11
CH,-C-CI +
cloruro de aceulo
o
a
o
+
8
0-C-R'
carboxilato
(o ácido)
o
u
HO-C-Ph
ácido benzoico
o
n
o
pmdina
--'----->
o o
~ j
R-C-0-C-R' +
anhídndo de :ic1do
o o
n o
CH3-C-O-C-Ph +
anhídrido .iceuco benzoico
o o
n ~
c1-
H
1 + ÓJcc
cloruro
de pindin10
CH1-C-CI + H-c-o- •Na CH3-C-O-C-H + NaCI
cloruro de ace1ilo fonniato de sodio anhídrido .icético fórrmco
Algunos anhídridos cíclicos se obtienen calentando el correspondiente diácido. Para
acelerar la reacción, ocasionalmente se añade un agente deshidratante. como el cloruro de
aceulo o el anhídrido acético. Como los anhídridos cíclicos de cinco y seis miembros son
bastante estables, el equilibrio está desplazado hacia los productos cíclicos.
/oH
~OH
o
~~
o
ácido ft:SJico
+
o
~
CH3CCI
ácido succinico
calor
--+
~
~
o
anhídrido ftálico
c$ +
o
anhídrido succínico
+ H20
(vapor de agua)
o
~
CH3COH + HCI
Reacciones de los anhídridos Los anhídridos experimentan muchas de las reaccio-
nes que expenmentan los cloruros de ácido. De la misma forma que los cloruros de áci-
do, los anhídridos se transforman fácilmente en derivados de ácido menos reactivos.
o
íl
,,.._.- ----!!'"l'!I
"' 1\
Las cantáridas segregan
canr.aridina, un ageme vcsificance
fuene. Si se aplasta una cantárida
encre los dedos se producen
quemaduras en la piel. Cuando
los caballos comen heno que
contiene c:mcáridas. coo
frecuencia mueren de
gastroenteritis y de insuficiencia
renal debido al envenam1eato que
produce la canr.aridina.
H,O
R-C-OH + R-COOH (Sección 2l.7A)
ácido
o o
~
o
11 11 11
R-C-0-C-R R-C-OR'
anh1drido éster
+ R-COOH (Sección 21.5)
o
R'~ 11
R-C-NHR' + R-COOH (Sección 21.5)
anuda
Al igual que los cloruros de ácido. los anhídridos participan en la acilación de Frie-
del-Crafts. El catalizador puede ser cloruro de aluminio, :ícido poli fosfórico (APF) u otros
ácidos. Los anhídridos cíclicos como agentes acilantes de Friedel-Crafts pueden propor-
cionar una funcionalidad adicional en las cadenas laterales del producto aromático acilado.
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1 .. 11 ~
980 C.ipítulo 21: Denvados de Jos ac1do~ carbox.ílicos
o o
~ 11 11
(jj ZXdj + R-C-O-C-R
lZ = H. halógeno o un gntpo •c11van1e)
Ejemplo
o
o + Qo
o
benceno anh1dndo >UCCln!CO
AlCl1
tu ouu c:.11alill1Uur
.ícodol D-
0
11
z C-R
ac1Jbenceno
o
AIC11 ~COOH --?
:icoúo 4-oxo-4-fcmlbutano1co
En la rnayoña de las reacciones de los anhídridos se pierde una de las dos moléculas
de ácido como grupo saliente. Si se necesitara activar un ácido. para transformarloen un
anhídndo. sólo Ja mitad de los grupos ácido reaccionañan. La transformación de un actdo
en cloruro de ácido es más fácil. y permite que todos los grupos ácido reaccionen. En la ma-
yoría de los casos . .:s más fácil y más eficiente obtener y utilizar cloruros de ácido en Jugar
de anhídridos. sin embargo hay tres casos para los que es prefenble utilizar anhídndos:
1. Utilización de anhídrido acético. El anhídrido acético es barato y fácil de usar. y 'le
emplea en la acetilación de los alcoholes (para obtener acetatos) y de las aminas
(pam obtener acetarnidas). ya que suele dar mejores rendimientos que si se utiliza-
ra cloruro de acetilo.
2. Unli:ación de anhídrido act!nco fórmico. El cloruro de formilo (cloruro del ácido fór-
mico) no se puede utilizar en Ja formilación ya 4ue raptdamente se descomporn: :1 CO
y HCl. El anhídrido acético fónnico, obtenido a panir de forroiato de sodio y cloru-
ro de acetilo. reacciona principalmente a través del grupo formilo. La falta de un
grupo alquilo voluminoso, donante de electrones, hace que el grupo formilo esté
menos impedido y sea más electrofílico 4ue e l grupo acetilo. Los alcoholes y las
aminas se formilan con el anhídrido acético fórmico. y se obtienen formiatos y for-
mamidas respectivamente.
o o o
y íl íl
CH1-C-O-C-H + R - OH -- H-C-0-R + CH3COOH
~ornas) formiato
cuvo 1
~
o o o
11 11 11
CH
3
-C- O-C-H + R~NH2 -- H - C-NH-R + CH1COOH
fonnam1úa
3 Utili:ación de anhídridos cu:licos para obcener compuestos difimciona/es. Con fre-
cuencia es necesano transfom1ar un grupo ácido de un diác1do en un éster o una
amida. Esta transfonnac:ón .e lleva a cabo fácilmente uulizando un anhídndo cíclico.
Cuando un alcohol o una amina reaccionan con un anhídrido cíclico, sólo uno
de Jos grupos carbomlo del anhidrido se transfonna en un éster o amida. el otro gru-
po se liber.1 como ión carboxilato obteniéndose un denvado difuncionalizado.
d
o
o
~O-CH2CHJ
~OH
o
CH1CH~-OH + --+
anludndo glutanco monot:ul .:ster ld<>-' funciones: ácido y éster)
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21.12 Resumen de la quimica de Jos ésteres 981
PROBLEMA 21.31
(a) Diga <1ué productos se obtendran cuando el anhídrido acéuco fónn1co reaccione wn: (i) ani-
lina y (ii) alcohol bencílico.
(b) Proponga mec:mismos para cst:c; reacciones .
PROBLEMA 21.32
Expli4ue como uttlizana anhídndos para smtcnzar los siguientes compuestos. En cada caso. ex-
pli4uo: por 4ue es preferible unlizar un .mhídmlo en Jugar de uulizar un cloruro de ácido.
(al fonmato de n-octilo ( b ) acetato de n-octilo
(e) monoamida del ácido fl:ílico (d) éster monometílico del :ícido 'uccmico
Los ésteres son los derivados de :ícido más frecuentes. Se encuentran en los aceites esen-
ciales de la.5 plantas. dando lugar a los aromas afrutados que se asocian a sus flores y fru-
tos maduros. Por ejemplo. el olor de tos plátanos maduros se debe principalmente al ace-
ta!O de isoamilo: el aceite de gaulteria contiene salicilato de mettlo, 4ue también se utiliza
como medicamento; el aceite de lavanda y de clavo dulce contiene pequeñas cantidades
de cumarina. que actúa como fijador. haciendo duraderos sus olores; t:I esperma de balle-
na connene un alto porcentaje de una cera (palrnitato de cetilo) 4ue parece estar implica-
da en la regulación de la flotabilidad de estos cetáceos en el agua y posiblemente contri-
buye a la formación de una cámara de resonancia en el intenor del cuerpo de estos animales.
lo 4ue focilitaría su comunicación mediante sonidos debajo del agua.
o
21.12
Resumen
!__":."
de la química
de los ésteres
~O-~-CH3
11
rATC-OCH3
~OH
~
~ºÁº
?-(CH2¡t5CH3
-""C-(CH,)t4CH3
o~ -
.icem10 de isoa1rulo
(acetato de isopepuJo¡
salicila10 úe metilo
3ceue de gaulteria
cumanna palm1m10 de ceulo
(esperma de ballena)
Los ésteres son muy utilizados e n la industria como disolventes. El acetato de elilo
es un buen disolvente de una amplia variedad de compuestos. Su toxicidad es baja com-
par.ida con otros disolventes. El acetato de etilo también se encuentra en los productos de
limpieza. abrillantadores. pegamentos y difusores (sprays). El butirato de etilo y el buti-
rato de butilo se utilizaron ampliamente como disolventes en las pinturas. incluyendo la
me?..cla butínca (bu1irato dope) que se pulverizaba sobre los tejidos de las cubiertas de las
alas de los antiguos aviones para hacerlas más tersas y resistentes. Los poliésteres (Capí-
tulo 26) se encuentran entre los polímeros más comunes; así. se utilizan para fabricar te-
jidos ( Drncon~). películas (cintas de vídeo) y plásticos sólidos (envases para bebidas).
Síntesis de ésteres Los ésteres generalmente se obtienen mediante la esterificación de
Fischer de un ácido con un alcoho l o mediante Ja reacción de un cloruro de ácido (o
anhídrido) con un alcohol. Los ésteres metílicos se pueden obtener haciendo reaccionar
el ácido con diazometano. El grupo alcohol de un éster se puede intercambiar mediante
transesterificación. la cual puede ser catalizada por un ácido o por una base.
o o
11 H~ 11
R-C-OH + R'-OH ~ R-C-OR' + ~o
JC1do alcohol esLer
o o
11 11
R-C-Cl + R' - OH ~ R-C- OR' + HCI
cloruro Je JC1do alcohol ester
o o o
n J _!!_:_.
;¡
R-C-0- C-R + R'-OH R-C - OR' + RCOOH
anh1dndo >kohol ester
..
La cumarina es un anticoagu-
lante que enlentece la coagula·
ción de la sangre, produciendo
hemorragias. Su aroma es simi-
lar al de la vainilla. pot lo que a
vecl!S se encuentra como adul·
terante en el saborizante de va1·
nilla importado. La ingestion de
esta sustancia puede ser peli-
grosa.
(Sección :!O. IO)
(S.:cc1ón 20. l I)
(Sección 21.5)
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982 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carboxílicos
o
11
R-C-OR"
éster
o
~
R-C-OH
:leído
+
+
o
H+ o - OR'
R' -OH
olcobol
C~N2 -
diaz.ometano
o
íl
R-C-OR'
éster
o
+
11
R-C-OCH3 +
éster mculico
R"OH (Sección 21.6)
Nd (Sección 20.12)
Reacciones d e los ésteres Los ésteres son mucho más estables que los cloruros de
ácido y los anhídridos. Por ejemplo, la mayoría de los ésteres no reaccionan con el agua en
condiciones neutras. sin embargo. se hidrolizan en condiciones ácidas o bá~icas, y una ami-
na puede desplazar al grupo a.koxilo para formar una amida. El hidruro de aluminio y litio
reduce a los ésteres hasta alcoholes primarios, y los reactivos de Grignard y organome!áli-
cos se adicionan dos veces sucesivas para dar lugar a alcoholes (después de hidrolizarse).
o
H.,O íl
--=------.
H+ o-OH R-C-OH + R'OH (Sección 21.7T3)
ácido
o
R'OH ~
H+ o -oR•
R-C-OR"
éster
+ R'OH (Sección 2 L6)
~
o
1 ' ~ R-C-OR R-C-NHR" + R'OH (Sección 21.5)
éster amida
(1) LiAlH4
R-CH20H c2i ~o
alcohol pnmario
+ R'OH (Secciones 10.11 y 21.SA)
OH
(1) 2 R'"MgX 1
c2i ~o
R-C-R"
1
+ R'OH (Secciones 10.90 y 21.9)
R"
aJc.obol terci:uio
Formación de lacto nas Las lactonas más simples que contienen anillos de cinco y seis
miembros suelen ser más estables que los hidroxiácidos precursores de cadena abierta. Es-
1.as lactonas se forman espománeameme en condiciones ácidas (vía esterificación de F'1SCher) .
COH COOH
27%
H+
<-- QO ,_ H10
73%
Las lactonas que energéticameme están más favorecidas se pueden sintetizar despla-
zando el equilibrio hacia los productos_ Por ejemplo. la Íat."lona de diez nuembros del ácido
9-hidroxinonanoico se forma en una solución diluida en benceno en presencia de una pequeña
cantidad de ácido p-toluensulfónico. La reacción se consigue completar por destilación del
azeótropo benceno/agua, para eliminar el agua y desplazar el equilibno hacia la derecha.
~OH
~COOH
ácido9-hidrox111on:mo1co
H+ -beoceno c:=to
laclOlla Jet ácido 9-rudroxmooanoico
(95~)
+ H20
(se elimina)
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21.12 Resumen de la química de los ésteres
Las lactonas son frecuentes entre los productos naturales. Por ejemplo. el ácido
L-ascórbico (vitamina C) es necesario en la dieta humana para evitar la enfermedad del te-
jido conectivo conocida como escorbuto. En soluciones :ícidas, el :ícido ascórbico es una
mezcla en equilibrio de las formas cíclica y acíclica. pero predomina la forma cíclica. La
eritromicina es un miembro del grupo de los antibióticos macrólidos (Jactonas de anillos
grandes), que se aísla del medio de cultivo de Streptomices erythraeus, e inhibe la sínte-
sis de las proteínas de las bacterias, por lo que impide su crecimiento y desarrollo. La eri-
tromicina es efectiva contra una amplia variedad de enfermedades. incluyendo las produ-
cidas por estafilococos, estreptococos, clamidia y la enfermedad del legionario.
COOH
1
C-OH
11
C-OH
H-+-OH
HOTH
CH20H
w
-="
H / CHpH
HO,. •. " e o o
HH~
ácido L-ascórbico (vil:llnma C)
PROBLEMA 21.33
eritromicina
Proponga un mecanismo para la formación de la lacrona del ácido 9-hidroxinonanoico, repre-
sentada anteriormeme.
PROBLE M A 21.34
Sugiera qué reacúvo es el más apropiado para cada síntesis y expliqué por qué.
o
1
(a) ~OH - aO-C-CHi
~C()OH ~COOH
(b) ªOH -~OH
~cooH ~J-OCH'
CH,
(e) mCOOH
PROBLEMA 21.35
CH, -+me-oca,
1
o
o
ln<lique cómo sintcú:zaría cada uno de los siguientes compuestos. a pamr de un éster que no con-
tenga más de ocho átomos de carbono. Se puede uuUzar cualquier otro reacúvo que sea necesario.
(a) Ph3C-OH
(d) Ph2CHOH
(g) PbCH2COOCH(CH 3}?
(b) (PhCHmCHOH
(e) PhCH20H
(hl Ph~-9cc1-4CH,h
OH
(e) PhCONHCH1CH'.l
(r) PhCOOH
Poliésteres Probablemente muchos de los tejidos que uolizarnos cada uno de nosotros
están hechos de algún tipo de poliéster. El poliéster de algunos tejidos probablemente sea Da-
cron* y seguramente el h.ilo con el que está cosida la ropa sea de Dacron*. Para fabricar los
disquetes de los computadores se suele utilizar Mylar*, al igual que en la fabricación de las
cintas de vídeo. Algunos de los componentes electrónicos de los computadores probablemente
están aislados (para evitar descargas eléctricas) con un recubrimiento o pelícu.la de la resi-
na de poliéster Glyptal®. Las bmellas de plástico para las bebidas sin al.cohol se suelen fa-
bricar con resina de poli-(tereftalato de etileno). conocido con el nombre comercial de PET.
Todos estos plásticos esencialmente son el mismo polímero, compues10 por ácido te-
reftálico (ácido p-ftálico) esterificado con etilenglicol. Este poliéster se obtiene mediante
lit
O-azúcar
983
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984 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carboxfücos
la transesterilicación del tereftalato de dimetilo con etilenglicol. catalizado por una base,
a una temperatura de 150ºC. A esta temperatura, el met:rnol se elimina .:n forma gaseosa.
lo que hac.: que la reacción se complete. En el Capítulo 26 se estudiarán los poliésteres y
los polímeros más detalladamente.
o o
CH10-!-Q--!-ocH3 + HO-CH,CH,-OH
eulenglicol
color. pérdida de CH30H
NaOCH3
tercftalato de dimeulo
º ºI º ºl ----!-Q--!10-c~c111-o-!-Q--!10-ci-i1CH!-o----
"°1i-t1ercr1a1:uo <le eulenol o PET. t:lmb1én denomina<lo polié>ter Dacron• o película Myl~
21.13
Resumen de la
química de las
amidas
Síntesis de amidas Las amidas son los derivados de ácido menos reactivos, por lo
que se pueden obtener a partir de los demás derivados de ácido. En el laboratorio, las ami-
das generalmente se sintetizan a pamr de un cloruro de ácido (o anhídrido) con una ami-
n;. La síntesis industrial más frecuente consiste en calentar un ácido con una amina y pro-
moviendo la condensación. con la eliminación de agua. Los ésteres reaccionan con las
aminas y el amoniaco para formar amidas. La hidrólisis parcial de los mtrilos l:l1Tlb1én da
lugar a la formación de amidas.
o o
11 calor 11
R-C-OH + R'-Nll~ - R-C-NHR' + ~o (Sección 20.13)
ácido amina amida
o o
11 11 +
R-C-CI + 2 R;NH --+ R-C-NR; + R;N~ c1- (Secciones 20.11 y 21.5)
cloruro de ácido amina amida
o o o
11
. 11 11
R-C-O-C-R + R~NH ---+ R-C-NR; + RCOOH (Sección 21.5)
anhídrido
o
11
R-C-OR"
éster
R-C=N
nnnlo
amina amida
o
11 '
+ R'-NH~ - R- C-NHR' .,.. R"OH (Sect.:ión 21.5)
.,..
amina anuda
o
iro -oH 11
~o R-C-NH~ anuda primana (Sección 21.70)
Reacciones de las amidas Como las amidas son los derivados de ácido más estables,
no se 1r.1nsforman fácilmente en otros derivados mediante sustitución nucleofílica en el gru-
po acilo. Desde el punto de vista sintético, su reacción más importante es la reducción a
aminas. que es uno de los mejores métodos de síntesis de aminas. El reordenamiento de
Hofmann (Sección 19.19C) también transforma las amidas en aminas. con la pérdida de
un átomo de carbono. Las amidas también se h1droüzan por la acción de ácidos o bases
fuertes. De la misma forma que los minios se pueden h1droljzar .1 amidas, las amidas se
pueden deshidratar a nitnlos.
~
o
!I
R-C-NHR'
amida
o
11 ~o
R-C-OH + R'NH. wo -oH
áci<lo
(ll LIAIH,
R-CH.NHR'
!'.?) H20 a mm a
Br, , -oH
{reacc1~ de Hofmannl R-NH2 . +
amUJa pnmana
POCl3
(o PzOsJ
R-C=N
mtrilo
c~-
21.13 Resumen de la qmm1ca de las amidas
(Sección 2 l .7C)
(Secciones 19.198 y 21.8C)
(Sección 19.19C. p. 885)
(Sección 21.70)
Deshidratación de amidas a nitrilos Los agentes deshidratantes fuertes pueden eli-
minar agua de las amidas primaria.~ para fonílar nirrilos. La deshidratación de las amidas
es uno de los métodos más frecu.:ntes de síntesis de nitrilos. El pentóxido de fósforo (PlOs)
es el reac11vo que se suele utilizar par.i realizar esta deshidr:uac1ón. aunque el oxicloruro
de fósforo (POCl3) a veces da lugar a mejores rendimientos.
o
u ..
~ R-C-~
am"la pnmana
Ej emplo
CH3C!ii O
POCl3
to P205)
R-C=N:
notrilo
CH3CH,
1 11 ..
CH3CH2CH2C~ -CH-C-NH2 ~
1 -
CH3CH1CH2CH2-CH-C=s N:
2-e11lhei<anom1nlo (90%) 2-eulhei<anami<la
Formación de lactamas Las lactarnas de cinco miembros (y-lactamasJ y de seis miem-
bros (8-lactamas) se suelen obtener calentando o añadiendo un agente deshidratante a los
y-aminoácidos o 5-aminoáctdos correspondientes. Las lactamas que contienen anillos de
menor o mayor número de carbonos no se suelen obtener en estas condiciones.
C NHº
calor a --+ + H20 COOH o
JC1do y-atrun0bu1ínco y-buurolact:lma
~H. calor Ct ~CO~H --> + H20 o
:ícido <'5-amonovalénco c)-valerolactama
Reactividad biológica de las tJ-lactamas Las IJ-lactamas son amidas con una
reac11v1dad musual. son capaces de .1c1Jar una ampüa variedad de nucleófilos. La tensión
de un anillo de cuatro miembros parece ser la responsable de la react1vidad de las 13-lac-
tamas. Cuando una ¡3-lactama .ic1la a un nucleófilo. el .millo se abre y se libera Ja tensión
de anillo .
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986 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carbox.ílicos
H H
1 1
H H H H ~ ~
9
Nuc=-
H-C-C-H ~
l. 1
H-C-C-H
l. 1
1 1
H-C-C-H
/ \ H-0
1 1
H-C-C-H
/ \ -
/N·-c~.
H .. Co·
~prop1olactama
O H
/N:,__; C-Nuc
H J-¡
'º'./
H-~:- C-Nuc <.; .. i
. .o ..
=NH, C-Nuc
- 11
..o ..
El anillo de ,8-lactama se encuentra en tres clases imponantes de antibiólicos. iodos
ellos aislados a partir de hongos. Las pe11icz/inas son anillos de 13-lactamas fusionados a
un anillo de cinco miembros que contiene un átomode azufre. Las cefalospori11as 1ienen
un anillo de ,13-lactama fusionado a un anillo insa1urado de seis miembros que contiene un
átomo de azufre. Los carbapenemos tienen un anillo de 13-lactama fusionado a un anillo
insaturado de cinco miembros con un átomo de azufre enlazado al anillo. Las estructuras
de la penicilina V, cefalexina, y del imipenemo ilustran estas tres clases de antibióticos.
O H
PhOCH,-C-Nll l 1 ! =/<CH
j-ik CH
3
O COOH
Ph- CH-!-h---rísl
~H, o)-N'f"CH,
OH
1 NH
CH3CHH 1
IÍ SCH.CH..N-C-H N - -¡
O H
pcn1ctlin.a V
penicilu'Ul
Las bacterias resistentes inacti-
van los antibióticos de 11-lacta-
ma por hidrólisis del anillo de
lactarna. El Augmentine• es un
medicamento compuesto por un
antibiótico Jl-lactáníco y por una
sustancia 1 que bloquea el enzi-
ma bacteriano responsable de la
hidróí!Sis de la /1-laclama. la com-
binación permite al antibiótico
alcanzar intacta la pared celular
de la bacteria.
,... Figura 21.11
Los antibióticos Je ,8-lactámicos
actúan acilando e mactivando uno
de los enzimas que se necesitan
para construir la pared celular de
la bactena.
ccfalexin• t Kellex")
ceíalosponna
COOH COOH
un1pcocmo !Pnmuut"l
carbopcnemo
Estos antibióticos de ,8-lactámicos aparentemente funcionan interfiriendo en la sín-
tesis de las paredes celulares de las bacterias. La Figura 21. l l muestra cómo el grupo car-
bonilo de la ,8-lactama acila a un grupo hidroxilo (procedente de un residuo proteico de
serina) en uno de los enzimas que están implicadas en la fonnación de la pared celular. El
enzima acilado es inactivo para la síntesis de la proteína de la pared celular. Este paso de
acilación es inusual ya que transforma una amida en un éster, una reacción que sería en-
doténnica. con un perfil creciente (en un diagrama de Ja energía versus la coordenada de
reacción). Sin embargo, en la ,8-lactama, la tensión del anillo de cuatro miembros activa
lo suficiente a la función amida para acilar a un alcohol y dar lugar a un éster en un paso
exoiénnico.
o
11 NH s CH3 PhOCH2C- ::T-í-x
=ftN\~J
¿
8
---. ->
o
11
H,,C-NH
PhOC _ Ls CH
3
o=< ~~CH3
O 1 OOH H C
enzima
inactivo ....
acilado
-~=----- ----.. --... ------:-:...::=_ ___ _
PROBLEMA 21.36
Explique cómo Uevaría a cabo las siguientes siniesis. Se pueden utilizar los reactivos que sean ne-
cesarios.
(a) ácido benzoico - benc!ldimeularnina
(b) pirrolidina - N-metilpirrolidina
1
Nota de los traductores: la sustancia a la 4ue se hace referencia es el :leido clavu.láruco. inhib1dor de
las ,8-lactarnnsas bactenanas.
1
f t'
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\
• a'.
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" · I'¡ ~~- J
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i
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•· ... . ·~
~
~
~
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21.14 Resumen de la química de los niÍrilos
PROBLEMA 21.37
A los nitritos se los considera derivados de ácidos carboxílicos ya que se suelen prepar.ir a partir
de los ácidos mediante la deshidratación de sus amidas pnmanas. Explique cómo transformaría
los siguientes ácidos carboxílicos en ninilos.
(a) ácido bulirico - butironurilo (b) ácido benzoico-> benzonilrilo
(e) ác1Jo ciclopentanocarboxilico-+ ciclopentan0carbonitnlo
Poliamidas: Nylon El descubrimiento del Nylon en 1938 hizo posible la obtención de
una amplia variedad de fibras resistentes. tejidos y plásticos que siguen utilizándose en la
actualidad. La fonna más frecuente de Nylon se denomina Nylon 6,6 ya que se fonna a
partir de un diácido de 6 átomos de carbono y una diamína de 6 átomos de carbono. El
Nylon 6.6 se obtiene mezclando ácido adípico y 1,6-hexanodiamina (nombre común. he-
xametilendiamina) dando lugar a la «sal de Nylon» que, a continuación, se calienta para
eliminar agua y fonnar los enlaces amida. El producto fundido es extrudido en filamen-
tos continuos y estirado para alinear las cadenas de polúneros. La combinación de este ali-
neamiento de las cadenas poliméricas y los fuertes enlaces de hidrógeno de las amicfas
entre las cadenas hace que las fibras de Nylon sean muy resistentes. En el Capítulo 26 se
estudiará la química del Nylon más detalladamente.
Producción de tilarnentos
continuos de Nylon.
o o o o
~ 11
-o-c-(cliz).-c-o-
• +
H3N-(CH2)6-NH3
11 11
HO-C-(C~)4-C-OH + H2N-(CH2) 6 - NH2 -ácido adípico hexametilendiamina
«sal de Nylon•
~or. -H20
º º 1 º ºl
---1-(CH2)4-!tNH-(CHi)6-NH-!-(CH2)4-!±NH-(CH2
)
6
-NH---
poli{hexarnetilen adiparnida). denominada Nylon 6.6
987
-~ ~~ ,s;7M:!.(r~Cf:IDl~-.::.t.-~~~
A pesar de que los nitrilos no tienen grupo acilo, se los considera derivados de ácido ya
que se hidrolizan a ácidos carboxtlicos. Los nitrilos frecuentemente se obtienen a panir de
ácidos carboxílicos (con el mismo número de carbonos) mediante la transformación a ami-
das primarias seguida de deshidratación. También se obtienen a partir de haluros de alquilo
primarios y tosilatos (añadiendo un carbono) mediante la sustitución aucleofílica con ión
cianuro. Los cianuros de arilo se pueden obtener a partir de la reacción de Sandmeyer de
una sal de arildiazonio con cianuro de cobre (I). Los a-hidrox.initrilos (cianohidrinas) se
obtienen mediante la reacción de cetonas y aldehídos con HCN.
o
B POCl3 R-C-NH2 ---amida pnmaria
R-X ( 1°) ~
haluro de alquilo
+
~ Ar-N-=N
sal de diazonio
o
~ HCN R-C-R'
~
ce1ona o aldehído
ir.
R-C=N
nimio
R-C==N
nnrilo
Ar-C==N
aril nitrilo
HO C==N
\/
R-C-R'
cianoltidnna
+ Na+ X-
+ N~t
(Sección '.21. 13)
(Sección 6.9)
(Sección 19.18)
(Sección l8.15)
21 .14
Resumen de la
química de los
nitrilos
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lJ., il j
988 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carboxílicos
R-Ca=N
mtnlo
La presencia de nitritos en la
atmósfera de otros planetas es
significativa. ya que podrían ser
precursores de las moléculas bio-
lógicas; por ejemplo. los nitritos
pueden dar lugar a aminoacidos
(Se<ción 24.50), unidades fun-
damentales de las proteinas.
21 .15
Tioésteres
Reacciones de los nitritos Los nicrilos experimeman hidrólisis ácida o básica dando
lugar a amidas. 4ue posrerionnente se pueden h1drolizar a ácidos carboxfücos. La reducción
de un nitrilo por hidruro de aluminio y lino da lugar a una amina primaria. y la reacción con
un re:iclivo de Gri!,'Ilard da lugar a una imina. que se h1droliza par.i fonnar una ce1ona.
o o
1 H..0 1
R-C-NH~ W ,; -OH R-C-OH
H10 -H+o - OH
•mKl:i
(l ) l.JAIH,
(2) HzO
R' :MgX
R-GL,NH,
amma
,,...MgX
N
1
R-C-R'
sal Je 1mm3
PROBLEMA 21.38
H3o+
JC100
o
1
R-C-R'
CClona
Explique cómo llevaría a cabo las sigu1emes mmsfomiac10ncs:
(a) ácido fomlacético ...... feni lacetomlri lo
(b) .ícido femlacél1co ...... 3-fenilpropionnrilo
(c) p-cloronnrobenceno-+ p-clorobenzon1rnlo
PROBLEMA 21.39
(Sección 2L7Dl
(S.cc1oncs 19.19C y 21.8Cl
CSecc1oncs 18.10 y 21.IJ)
Explique cómo llevaría a cabo las siguientes tr.insfommciones uulizando como intermedio un m-
lrilo. Se pueden uulizar los reacnvos que sean necesarios.
(:a) 1-hexanol - 1-beptanamma
(b) ciclohexanocarboxamida - ciclohexil etil cemna
(e) 1-octanol-+ 2-<lecanona
La mayoría de los ésteres se fom1an a partir de ácidos carboxílicos y alcoholes. Los tioés-
teres están formados por un ácido carboxílico y un tiol. A los Lioésteres también se les de-
nomina és1eres 1ioi2 par.i enfatizar el hecho de que son derivados de los tioles.
o o
i 1
R-C-OH + R'-OH +== R-C-0-R' + H.,O
:leido .llcohol CSLCr
o o
D u R-C-OH + R'-SH ~ R-C-S-R' + H.,O
:icido 1101 LioCster
Los Lioésteres son más reactivos respecto a la sustitución nudeofflica en el grupo aci-
lo que los ésteres nonnales. pero menos re:ict.ivos que los cloruros de ácido y los anh1dridos.
Si se incluyen los tioésteres en el orden de reactiviclad. se obuene la sigwenie secuencia:
Reacuvulnd rela1il'ao
~
R-C-CI >
cloruro Je ácido
o o
~ R
R-C-0-C-R >
anhídndo
o
" R-C-S-R' uoester >
o
11
R-C-0-R'
C!SlCf
o
11
> R-C-NH,
amida
La mayor reacnvidad de los uoésteres se debt: princ1palmeme a dos facrores. Primero.
la estabilización por resonancia de un tioéster es menor que la de un tister. En un noéster.
~Nora tk los tr<uhu:rores: existen dos upos de monouoéstercs. dependiendo de s1 es el oxígeno carbomlico o
el oxigeno alcoxílico el que ha sido :.ustiruado por :u.ufre. Así. la IVPAC Jiferencia es"1s Jos estructuras en la
forma que se c¡emplifica a con1muac1ón: el UO<:Sler CH~---( C=Sl -OEr se denommacia como t:Unot10a10
Je 0-.:alo. maenrra:. que el uoes1er CH3- (C=0) -S-Et se nombraría como cllln0f.1oato de S-.:ulo.
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'" e-o ilster ~ solapamíemo e-o íuene
¡¡ .. 1 +
R-C-0-R' ..._ R-C=O-R'
uoéster r" solapam1emo
C-S C-SJc:bil
t\ '1\
~:;
11 .. 1 •
'.! 1.15 1Íoésteres 989
"4 Figura 21.12
[
·o· =o=- J
.. J ..
solapam1emo más fuene
[
·o· =O:- J
R-C-~-R' +---+ R-C=~-R'
solapamiento más débil J El solapam1emo en Ja resonancia de un uO.:Srer no es tan efecuvo
como en un ester.
en la segunda forma de resonancia hay un solapamiento .:mre un orbital 2p del carbono y
un orbiral Jp del azufre (Figura 21.12). Estos orbitales son de tamaños diferentes y están
localizados a distintas distancias del núcleo. Este solapamienro es débil y relarivamente
poco .:fecuvo, haciendo que d .:nlace C-S de un cioéster sea más débi l que el enlace
e-o de un éster.
.. La segunda diferencia radica en los grupos salienres: un ~nión sulfuro de alquilo
C=?.-R) es un grupo saliente mejor que un anión alcóx1do ( =Q-R) ya que.:! sulfuro
es menos básico que un akóxido y el átomo de azufre. más voluminoso. tiene la carga ne-
gativa repanida en un volumen superior. El azufre también es más polarizable que el oxí-
geno, lo que incrementa su capacidad de formar enlaces en el momenco de desprenderse
e l anión sulfuro de alquilo (Sección 6.1 LA).
Los seres vivos necesitan reactivos acilantes, pero los haluros de ácido y los anhídridos
son demasiado reactivos para una acilación selectiva. Además. se hidrolizarian en el medio
acuoso en el que se encuentran los seres vivos. Los lioésteres no son tan susceptibles a la hi-
drólisis. por lo que son unos buenos reactivos acilanies. Por c:sta razón, los Lioésteres son los
agentes acilan1es más frecuentes en los seres vivos. En muchas acilaciones bioquírrlicas hay
transferencia de grupos acilo de los uoésteres del coenzima A (CoA). En la Figura 21. 13 se
representa la éstructura del aceril-coenzima A. jumo con el mecanismo de la transferencia
del grupo acetilo a un nucleófilo. El aceLil-CoA es el re:ictivo acilante, estable en agua. de los
seres vivos, equivalente al cloruro de aceulo (o anhídrido acético) en la síntesis orgánica.
~-- - -·---- -- ..... -.::::-..:..:.:::; ____ -·:., .. :-~_.::: ..:__..::_..:::.::.::-~-==:...- :.:.:.::=-
+NH3
o
11
CH3-C-S-
N:rN 1 '> H O H O CH o- o- l.,N N
111 111 1
3
1 1 ~
tioéster
éH,CH, N-C-CH, CH, N-C-CH-C-CH,-O-P-O-P-0-CH, O
-- -- 1 1 - 11 11 .
·o·
11'.> .. ~
CH3-C-S CoA + Nuc:-
~ --
.iccul coenz1ma A
4 Figura 21.13
H H OH CH3 O O H • H
cocnc1ma A (CoA)
'ºj
'·-~ CH3-C~S CoA --+ 1 .•
Nuc
intermedio 1e1r.tédrico
O OH
1
O=P-o-
1
OH
ti·
,f'
CH3-c'\. +
'luc
=~~
producto acllado
El coenzima A (CoA) es un llol cuyos t1oésteres acnían como reacuvos bioquímicos de transferencia del grupo acilo.
El acetil-CoA transfiere un grupo aceálo n un nuc!eólilo. JCtuando el coenzima A como grupo saheme.
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990 Capítulo 21: Den vados de los ácidos carboxl1icos
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21.16
Ésteres y amidas
del ácido
carbónico
El ácido carbónico (H2C03) se forma cuando el dióxido de carbono se disuelve en agua.
A pesar de que el ácido carbonico está constamemente en equilibrio con el dióxido de car-
bono y el agua, tiene varios derivados estables importances. Los carbonatos de dialquilo
son diésteres del ácido carbónico. con dos grupos alcoxilo ~usmuyendo a los grupos hi-
droxilo del ácido carbónico. Las ureas son diam1das del ácido carbónico. con dos átomos
de nitrógeno c:nlazados al grupo carbonilo. La urea no sustituida. denominada simplemen-
te urea. es la sustancia excre tada por los mamíferos que se produce en el metabolismo del
exceso de proteínas. Los carbamatos (uretanos) son los ésteres relativamente e~tables del
ácido carbámico (muy inestable), que es formalmente la monoamida del ácido carbónico.
o
O=C=O + H20 ~ [H-o-!-o-H]
o
íl
R-O-C-O-R
carbonato {éster)
o
11
R-NH-C-NH-R
urea susti1uida
o
11
R-NH-C-0-R
carbamato o ureUno
ácido c:ubóoico (inesiable)
o o
11
CH3CH2-0-C-O-CH2CH3
carbonato <le dietilo 0-0-~-0-CH CH 2 3
o
11
H2N-C-NH2
urca
[~N-!-oJ
ácido carbámico
(inestable)
o
u
~N-C-OEt
carbarruuo de etilo
carbonato de ciclohexilo y etilo
o
íl
(CH3)iN-C-N(CH:¡)2
tetrameulurea
o
"-o C!l,-rcoo
N-metilc:irbamato de 1-naftilo
(insecticida Sevin~)
La mayoría de estos derivados se s intetizan por sustirución nucleofílica en el grupo
acilo del fosgeno, que es e l dicloruro del ácido carbónico.
o
~
Cl-C-Cl + 2 CH3CH2- 0H
fosgeno
o
---
o
i
~CHz-O-C-0-CH1CH3 + 2 HCl
carbonato de dielilo
11
Cl-C-Cl
CH3C~OH íl
Cl-C-O~CH3
ºNfii
o
0-N- !-OCH,CH 1 - 3
o
~
o
H
N-ciclohexil carbamato e.le etilo
C!-C-Cl + 2 (CH3)2NH
11
(CH3)2N-C-N(CH3)2 + 2 HCI
letrameulurea
Otra forma de obtener uretanos es el tratamiento de un alcohol o un fenol con un
isocianato. que es formalmente un anhídrido del ácido carbámico. A pesar de que el
ácido carb:ímico es inestable. el uretano es estable. Ésta es la forma de obtener d insecti-
cida Sevin®.
~,
,,
~
f
~
l ¡
~
_i
2 1.16 Ésteres y amidas del ácido carbÓnico 991
R-N=C=O
isocianaio
+ H20 [R-NH- i-OHJ
:leido c:irbamico - R-NH2 amina
o
+ C02
(jj=' R-N=C=O
isociamuo
+ HO-R'
alcohol
~
R-NH-C-0-R'
carbamato
(ureiano)
Ejemplo
CH3-N=C=O
1soc.:1ana10 de metilo fu +
1-oaftol
-->
o
11 CH,-tcOO
insecticida Sevmlll
PROBLEMA 21.40
Proponga un mecanismo para la reacción del isociunato de melilo con 1-naftol para obtener el in-
secticida Sevin~.
PROBLEMA 21.41
Para cada uno de los siguientes compuestos heterocíclicos:
(i) Explique qué tipo de ácido está presenie.
(ü) Diga qué compucsios se obtendrán a partir de una hidrólisis comple1a.
(iü) ¿Alguno de los anillos es aromático? Explfquelo.
(a) (X)-o
o
A.
(d) HN NH w
PROBLEMA 21.42
(b) <.Jº
H
(e) lYOH
(e) ( ) -o
o
ANH en ºw
La biosíntesis de las bases puimidínicas del ADN se produce vía N-<:arbamoilas¡rdlt:lto. que se for-
ma de la siguiente manera:
? ~
ft,N-C-0 - P- o - + ¿_
fosfato de c:ubamoilo
H
1 H.,N-c- coo-
1
CH,COOH
3Spaltal0
enzima - O H H.N- !-N-t -coo-- 1 1
H CH.,COOll
N-<:arl>amoílaspartaJo
El N-carbamoOaspanato se cicla por acción de un enzima, dando lugar a dihidrooromto, que se
deshidrogeoa a oromto, un precursor directo de las bases pirimidfnicas (las estructuras de las ba-
ses pinmidínu:as se representan en la Sección 23.2]).
?
HO-C
HJll ' ca.
- , 1 .
0,,,.c,N,...cttcoo-
enzima
(-fiiO)
1
11
N<urbamoílaspan.110
o
1
e
HN/ 'CH,
1 1
o,c, N,...cHCOO"
1
H
dih1drooroo110
NAD+
enzima --C- HzJ
o
1
e
Hl( ' r
o,,,.c,N,...c'coo-
1
H
OfOOllO
(a) ¿Que clase de compuesto es el fosfato de carbamoílo? ¿Reaccionaría es1e compues10 con una
amina para fonnar una amida'!
(b) ¿Quti tipo de anuda es el N-carbamoilasparta10?"
El desarrollo del Sevin"" y de los
insecticidas análogos se debió a
los estudios sobre el alcaloide fi.
sostigmina, que tiene una subu-
nidad de carbamato de metilo.
Estos estudios tambien condu-
jeron al desarrollo de potentes
gases nerviosos (gases de gue-
rral como el Sarin"".
H3C\ ,P
N-C
/ \
H O
fisostigmina
(CH3)2CHO"\.
CH3-P=O
/
F
Sann~
71
'1
..
'1
1
1
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~ l 1
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·¡¡ ·,
'lí'
r\1
lt 11
i i 1 :
'¡ '
i
992 Capítulo 21: Derivado> de los ácidos carboxílicos
Ames del desarrollo de las ruedas
de poliure1ano. duras y
resisienies. los patines de ruedas
se hacían con ruedas de acero.
que se par:iban en seco cuando se
tropezaba con algiin guijarro o
fisura del pavimento. Los patines
de línea existen gracias a la
Lecnologia de los p lásticos. 1an10
en lo referente a las ruedas como
al plása c.o ABS que se uüüza par:i
la pane supenor. El casco eslá
hecho de policarbooato Lexan3 .
(el ¿Qué clase de reacción cicla el N-carbamo1laspartato a dihidroorma10?
(d ) ¿El orotalo es aromático? Represente la escrucrura de la pinmidina. ¿Por qué al ormato se le
denomina «base p1rimidínica»? (Sugerencia: considere los 1au1ómeros.)
Policarbonatos y poliuretanos Li química de los derivados del ácido carbónico es
m uy imponame ya q ue hay dos grandes clases de polímeros que conuenen uniones de .:s-
tos grupos funcionales: los policarborzatos y los poliuretanvs. Los policarbonatos son po-
límeros .:nlazados mediante la unión carbonato y los poliurctanos mediante la unión car-
bamato. El policarbonato Lexan® es un polímero de gran res1s1enc1a m.:cinica q ue ~e
utiliza en la fabricación de las ventanas b lindadas am ibalas y .:n los cascos para automo-
vil istas y deport istas. El d io! que se ut iliza para la obtención de Lexan® es un fe no l deno-
minado bisfenol A. in1c m1edio frecuente en la síntesis de poliés1eres y poliuretanos.
o CH3
11
c1-c-c1 H0-0-~-0-0H
CH3 Q7
-!-+-o-~:,0-º-~}-º-0-f,o-º-
+
fosgeno
basfenol A
poi íc:irl>onato l..exan@
El poliuretano se obtiene cuando un d io l reaccion a con un diisocianato, q ue es un
compuesto con dos grupos isocianato. U no de los poliuretanos más frecuentes se obtiene
mediante la reacción de etilenglicol con diisocianato de tvlileno3.
O=C=N'rAY'N=C=O V + HO- CH2CH:?-OH eulenglicol CH3
diisoc1aruuo de 1olileno /
o ºi o ºt HH Hll ~H H ll ----Cc--N'rAY'N-C O-CH,CH,-0-C-N'rAY'N.-C O-CH,CH,-0-0 -· V -·
· CH3 CH3 n
->-;<:.•
Glosario
del Capítulo 21
poliuretano
""" ..: ....... e:
Ácido c:ir bónico Ácido dicarboXJ1ico de un carbono. HO-C=O(OH). El ácido carbónico siem-
pre eslá en equilibno con el dióxuJo de carbono y agua: sin embargo. •US és1eres y amidas son es-
1ables. (p. 990)
Amid a Derivado de ácido en el 4ue d grupo hidroxilo del ácido se ha sustituido por un átomo de
mcrogeno. y sus hidrógenos o grupos Jlquuo a los que va enlmdo. Una armda se forma a panir de
un ácido carboxílico y una anuna. (p. 942)
o
11
R-C-NH,
amida primaria
O H
11 1
R-C-N-R'
31mda ~ndana
(amida N-•11>t1ru1da1
O R'
11 1
R-C-N-R'
amula terciana
( anml~ N.N-<lis11>U1u1da)
3 Vota de los traductores: mdus1nalmen1e -;e unlizan dos díisoc1ana1os de lolilcno para obtener poliure-
lanOS: d diboc1anam de '.!.+.tohlcno y el diisocianam de '.!.D-1otílcno. coooc1dos como'.!.+-TDI y !.D-TDL
re:;pecuvamencc:.
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Amonólis is de un .!ster Ruptura de un éster con amo niaco (o una amina) para dar lugar a una ami-
da y a un Jlcohol. (p. 961)
Anhídrido (anhídrido de ácido carboxilico) Derivado de ácido ac11vado 4ue"' forma a panir de dos
moléculas de .leido con la pérdida de una molécula de agua. Un anh1drido mixto es un anhídrido
den vado de dos moléculas de ácido Jifcremes. (p. 945)
o
JI
o o
u 11
2 R-C-OH +=2- R-C-0-C-R T Hp
Ester Denvado de ácido en el que el grupo hidroxilo del :íc1do se ha ' ust11uido por un grupo Jico-
'110. Un és1er se fonna a partir de un ac1do carboxilico y un alcohol. (p. 941 l
É:.ter carbamato Véase uretano. (p. 990)
Éster carbonato Diés1er del acido carb<ímco. (p. 990)
Esterificación de Fiscber (p. 964)
o
11
o
11
R-C-OH + R'-OH
H+
<===! R-C-0-R' .,. 1-loO
.ictdc.) Jlcohol éster
Haluro de acido (haluro de acilo) Denvado de ácido act ivado en e l q ue el grupo hidroxilo del aci-
do está susmuido por un halógeno. generalmenle cloro. (p. 945)
lsocianato Compueslo de fónnul:i R-N=C=O. (p. 990)
Lactama Amida cíclica. (p. 943)
Lactona És1er cíclico. (p. 941)
Nitrilo Compuesto cíclico que conncne el grupo ciano, -e== N. (p. 944)
Polímero Molc!cula de gran masa molecular fomla<la por unidades más pequ.,ñas (monómeros)
que se enlazan enire sí. (p. 983)
Poliamida (Nylon): polímero en el que las urudades de monómero están enlazadas por uniones
amida. (p. 987)
Policarbonato: polímero en el q ue la:, unidades de· monómero están en.lazadas por uniones de
éster carbona10. (p. 992)
Poliéster: polimero en el que las un idades de monómero están enlazadas por uniones éster. (p.
983)
Poliuretano: polímero en el que las unidades de monómero es1án enlazadas por uniones de és-
ter carbamato (urecano). (p. 992)
Rcordenarnienlo de Hofmann de amidas Tr.1nsformac1ón de una amida primaria en una amina
(con un álamo de carbono menos) por cra1am1ento con bromo en medio alcalino. El grupo C=O
se pierde como C~. (pp. 885 y 985)
Saponificació n Hidrólisis basica de un ester que da lugar al alcohol libre y a la sal del ácido car-
boxilico (carbox1lato). (p. 968)
Sustitución nudeolilic:i en el grupo acilo Nucleófilo que susmuye a un grupo saliente en un álo-
mo de carbono del grupo carbonilo. La sustitución nucleofilica en el grupo acilo generalmeme se
produce a través del siguiente mecanis mo de adición-eliminación. (p. 957)
"º"' l_.I .-
R-C~ ~
[
'º) ] R-+--c~'<
Nuc
<==±
"o·
11
R -C-Nuc + : x-
mec:uu~mo de adic1ón..elin11nac1on de 1a ~u~uuctón nucleofílica en el grupo .ic1lo
Tioéster Denvado de ac1do en el 4ue el grupo hidroxilo del ácido se ha susu1uido por un •Ílomo de
azufre que va enlazado a un grupo alquilo o anlo. Un uoes1er se forma J pamr de un ácido carbo-
xfüco y un 110 1. (p . 988)
Transesterilicación Sustllución de un grupo alcoxilo por otro diferente en un és1er. La transeste-
ri ficación puede Lranscumr en cond iciones ácidas o básicas. (p. 964)
Transferencia del grupo acilo Término que también se uuliza para la sustiructó11 nuclevfílica e11
el grupo actlo. El término transferencia del grupo acilo enl'auza la •transferencia» del grupo acilo
desde el grupo saUeme al nucleóúlo atac:ime. rp. 957)
Urea D1am1da del ácido carbómco. (p. 990)
Ur etano (carba malo) Ester del ácido carbamico. H2N-COOH: monoester. monoanu<la del
ácido carbómco. (p. 990) ..
G losano del Capirulo 21 993
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994 Capítulo 21: Derivados de los ácidos carbox.ílicos
C Fa utas< eserrciales para resolver:- la$ problemas: del-Capítula: Z't
l. Nombrar los derivados de los ácidos carboxílicos y representar. a partir de sus nombres,
sus escrucruras.
2. Comparar las propiedades físicas de los derivados de ácido. y ex.plicar por qué los puntos
de fusión y ebullición de las amidas son inusualmence altos.
3. lmerpretar los espectros de los denvados de ácido y uulizar la información espectral para
determinar las estructuras. Explicar por que! la frecuencia de tensión en el [R del grupo car-
bonilo depende de la estructura del derivado de ácido.
_._ Explicar cómo se imerconvienen fác1lmence loo derivados de ácido mediante sustitución
nucleofílica en el grupo acilo. desde dcnvados más reactivos a menos reactivos. Explicar
por 4m! los cloruros de acido sirven como imem1edios activados pam tr:m:;fonnar ácidos en
denvados de ácido.
S. Explicar cómo se utiliza la cat:í.lis1sácida para smteuzar denvados de :ic1do. como en la estc-
rificac1ón de Fischcr y en la t:ransestenticac1ón. Proponer mecanismos para estas reacciones.
6. Explicar cómo se hidrolizan hasta ácidos carboXJ1icos los derivados de ácido y por qué,
pam llevar a cabo la hidrólisis, se puede utili7..ar tamo un catalizador ácido como básico.
Proponer mecanismos para estas ludróüs1s.
7. lndicar qué reacuvos se utilizan pam reducir los derivados de ácido y los productos 4ue se
obtienen de la reducción.
8. lndicar qué productos se obtienen a panir de la adición de reacuvos de Grignard y organo-
líucos a derivados de ácidos. y proponer mecanismos pam estas reacciones.
9. Rcsurrur la imponancia. ualización y reacciones especiales de cada uno de los tipos de los
derivados de :íc1do.
~.~-~~~·a:.l!!);l~! "." .;J.?..:...~~~J.'a.;; .,.,...:;-,:;:;-.;:.i;,:r.;;;v.n;A~~~~.....-4't'~~~l)'·rscm;-atw-
Problemas
21A3 Defina cada uno de los siguientes términos y ponga un ejemplo de cada uno de ellos:
(a) éster {b) lactona (c) acilación de Friedcl-Crafts
(d) lactama (e) amida terciaria (f) amida pnmaria
{g) nitrilo (h) cloruro de :leido (i) anhídrido
(j) anhídndo mixto (k) esteriticación de Fischer (1) sustitución nucleoffiica en el grupo acilo
(m ) poliéster (n) amonólisis de un éster (o) éster carbonato
(p) reordenamiento de Hofmann (q) uretano (r ) saponificación
(s) tioéster (t) transesterificación (u ) urea
21.44 Nombre los siguientes compuestos:
CH, O
1 11
(a) CH3CH,CHCH,-C- Cl
o o
11 11 W Ph-C-0-C-H
o o
n
(d) CH,-NH- C-Ph
11 W Ph-0-C-CH,
(g) 0-c:s.N (h)~G'I
U)
CH3
Q-!-N(CH2CH¡)2 (k) H
3C--<YO
o
11
(e) CH,-C-NH-Pb
o
11
(f) Ph-C-O-CH3
o o
1 1
CH,O-C'fA"(C-OCH3
(i) g
H
CH3CH,T-r(
(1) L\..
o
21AS Predig-d los productos mayoritarios que se fonnan cuando el cloruro de benzoilo (PhCOCJ) reacciona con los siguientes
reacuvos:
21A6
(a) etanol (b) acetato de sodio (el anilina (d) amsol y cloruro de aluminio
(e) exceso de bromuro de fenilmagnesio y, a continuación. ácido diluido
U! transcsterificación y la esterificación de Fiscber catalizadas por un ácido transcurren pr.ícticameme por mecanismos
idénticos. U! traoSCSterificación también se puede producrr por un mecamsmo catalizado por una base, lo que no ocurre
en el caso Je la esterificación de Fischer. Ex.plique por qué la estenficación de Fischer no se puede catalizar con una base.
?Y
' t
21A7
21...S
21A9
Problémas 995
Prediga los productos de las siguientes reacciones:
(a) fenol +anhídrido acético lb) fenol +anhídrido acético fórmico
(e) anilina+ anhídrido ftálico (d) aniso! +anhídrido succínico y cloruro de aluminio
(e) Ph-CH-CH2-NH, + un equivalente de anhídrido acético
1 -
OH
(f ) Ph-CH-CH,-NH, +exceso de anhídrido acético
1 - -
OH
Explique cómo realizaría las s1gu1entcs síntesis con buen rendimiento:
o
o o o
11 u
(a) ~H~ ---+ ONH-C-H (b) OCOOH ---+ oC-O-C-CH3
o
H
(i-oH
(c)~OÍ-1
H
--+ ct:x:
H
1
(d} rOtCOOH ---+ rOtCOCH(CHih
COOH COOH
CHO
(e) CCH,OH --+ ó <n oVcoocH,
COOCH3
Proponga mecanismos para las s1gu1emes reacciones:
o
1 CH3
1
HO-CH (a) oC-Cl
+ 1
CH3
cloruro de benzmlo olcohol isopropilico
o
1
(b)
oC-OCH2CH3
NaOH
---+
Hiº
bc020alo de culo
o
u
(e) oC-OCH2CH3 H+
--+
Hiº
bcnzoa10 de etilo
---+
o
1 TH'
rAfc-o-TH
LV CH,
benzoato de illOpropilo
o
o
oC-ONa
+ CH3CH,OH
benzoato de .OOio etanol
O COOH
+ CH3CH20H
:ic1do benzoico º""'°'
(d) Lbº Eta- HOÚCOOE! --+ EtOH
OH OAc
·' A"20 1 (e) CH3-CH-CH,CH1 (anlúdndo :icéuco) CH,-*CH-CH,CH,
(RJ-2-butanol 3CCtalO de 2-buulo
---+
oUCH20H
CH20H
Diga si esta reacción se produce con retención. inversión o racemización del átomo de carbono asimétrico.
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¡ 1 ! ~
996
21.SO
21.Sl
21.52
21.53
21.54
Capítulo ~ J : Denvados de los ácidos c:irboxílicos
Prediga los productos de las s1gu1entes reacciones:
o
i
íATC'- ("(OH
'ª'V c1+V ~
o
Je) Pti-!-c1 T CN-H -+
o
1
(el Ph-C-OCH~CH1
o
(g) ó oc~
CHpH
o ó/" NaOH (j) -H.iº
(1) l.JAIH,
('.!) H~O
(hl ó
o
0 11 (bl C-OCH1 CH1NH1 i:a.lor
(dl d + -()NH, ~
o
(f) ('""(º
~--)1,
H
( l l exceso <le PhMgBr
(2) Hp
lll L1AIH,
('.! ) H20
(i) 0-C=N
!l) CH3MgJ
(2) Hp+
CH, O
! 1 Br,. NaOH
(k) PbCH~-CH-CH~-C-NH2 ----
Prediga los productos de sapon1fic:tc1ón de los siguientes ¿steres:
o
lf
(a) H-C-O-Ph
o
1
(b) CH3C~-C-OCH2CH1 (c)~O (d) C0X0
o o
La extmcción en éter de nuez moscada produjo gmn cantidad de m"ur1S1i11a. cera sólida cristalina con un punto de fusión
de 57ºC. El espectro de IR de la lrimlristina presenta una absorción muy fuene a l 733 cm-1. La hidrólisis básica de la
lrimuistma da lugar a un equivalente de glicerol y tres equivalentes de ácido mirísrico (ácido tetr:ldecanoico).
(aJ Represente la estructura de la tnrninstma.
(b) Prediga los productos que se fonnan cuando se trata la tnmirisrina con h.idruro de :llumirno y litio. seguida de la
hic.lrólis1s acuosa de las sales de aluminio.
Dos analgésicos ampliamente utilizados son la aspirina y el acetaminofono. Explique cómo sime1izaría estas sustancias :t
partir del fenol.
o
1
ocO-C-CH1
COOH
asp1nna
o
1
.HoM NH-c-cH3
.icetam1nofcoo
Explique cómo llcvana a cabo las síntesis siguientes. Alguna de estas tmnsfonnac1ones puede requerir más de un paso.
ta) alcohol isopennlo _.acetato e.le isopentilo (aceite de piácano)
(b) ácido 3-etilpemanoico _. 3...:ulpeotanonilrilo
(e) isobuulamma-+ N-1sobunlfom1amida
(d) acetato de etilo-. 3-meul-3-pentaool
(e) pirrolidioa-+ N-me11Jpirrolidina
(0 ciclohexilarn1na -N-c1clohe:ulace1amida
(g) bromocic!ohexano -+ dic1clohexilrnetanol
H
C NXO
N O
(h) oxalato de dimeulo ---+
H
(i) o-CH20H 0-CN
21.55
*21.56
21.57
21.58
t' ".
21.59
21.60
o
i
U> Úc'o-0 ---+
o
1
o-C-OCH3 + ()OH
Problemas
Los reacuvos de Gngnard se adicionan J los ~!eres carbonato de la misma forma 4ue se adicionan a oiros O:steres .
(a) Prediga el produc10 mayontano de la siguie111e reacc1on:
o
1
CH1C~-O-C-0-C~CH1
carbonato de dieulo
J l lexceso lle PhMgJlr
!'.!) H.iº
(b) Explique cómo sintetizaría el J...:111-3-pentanol a pamr de carbonato de dieulo y hromuro de eulo como ú111cos
reactivos orgánicos.
997
Se añade un mol de cloruro de acetilo a un litro e.le !netilamma, produciéndose una reacción muy e:mténn1c:i. Una vez
enfnac.la la mezcl:t de reacción. se añade 1 mol de etanol. produciéndose iambi¿n una reacción muy exoténnica. L.:t mezcla
se analiza y se encuentm que comiene rnetilamina, acetato de culo y cloruro de lneulamonio. Proponga mecanismos para
estas dos reacciones cxotém1icas.
Expli4ue cómo llcvarfa a cabo las siguientes reacciones en múltiples pasos. a panir de las sustancias inici:iles que se
indican y e.le los reacuvos 4ue sean necesarios.
lal 6-hepten- l--01 _. e-caprolactona lb) metox1benceno - p-me1ox1beo7.am1da
rATCH, Br rATCH,CH.NH,
tc1V - --+Q - -- "º~º"
OH
~
CH.CH,NH,
CH,O*OCH,
(d)
OCH3
:íc1do gálico mescalina
El fosgeno es el dicloruro del ácido carbómco. A pesar de que se utilizó en la PnmerJ Guerra Mundial como gas tóxico.
se utiliz:i como reactivo en la síntesis de rriuchos productos. Reacciona de la mis ma forma que otros cloruros de .icido.
pero puede reaccionar dos veces.
[Ho-l-oH]
o
1
Cl-C-CI
:íc1do =bónico fosgeno
., Nuc=-
~
Predig-~ qué productos se fonnan cuando el fosgeno reacciona con:
(al Exceso de etanol.
(b) Exceso de metilamina.
(e) Un equivalente de metanol, seguido de un equivalente de anilina.
(d) E11lenglicol.
o
i
Nuc-C-Nuc + 2 ci-
(e) El cloruro de terc-butoxicarboru.lo es un reactivo imponante en la símesis de péptidos y proteínas (CJpítulo 24).
Explique de quéforma u1ilizaría fosgeno pam simetizar clonuo de terc-butoxicarbonilo.
CH, O O O
1 1 g 1
CH3-C-o-c-c1 HOCCH,,CH.CNHN(CH,J,
1 - - .
CH3 Ala ...
cloruro de 1uc-bu1oxicarbomlo
El Alar• se uti lizaba para retrasar el crecimiento de la manzana y así conservarla en el árbol durante más tiempo,
obtenicndose manzanas más dulces y con más zumo. La controversia surgió en 1989. cuando se sugmó que los residuos
de Alar~ c:n el zumo de manzana podían ser peligrosos pam los niños ya que la hidrólisis de Alar• da lugar :i denvados
tóxicos de h1dmzma. El zumo de mw1zann es ligeramente .íc1do y se puede almacenar duran1e un penodo de uempo largo,
lo que posiblemente penn1ta la h1drólis1s. Mucha genie de¡ó de comer manzanas. por lo que se desperdició gran pane lle la
cosecha anual. Este hecho fue innecesano ya que no exisúa rungún problema con las manzanas frescas y la mayon:i de las
manzanas no se habían rr.uado con Alar•. Se demostró que el contenido de Alar• en el zumo de manzana no era peligroso
pero. de cualquier fonna. se de¡ó de u11lizar este producto. LI pane más negauv:i de esta controversia fue el decreto de la
•L.:y de Difamación de Veggic" que exponía a las personas a pleitos" emi1íru1 ;u1ci0> sobre produc1os alimenuc1os.
(al Indique qué productos se fonnan por la hidrólisis del Alar•.
(bl Proponga un mecanismo para esta hidrólisis en condiciones .ic1das suaves.
En la Sección 2 1. 16 se vio que el insecticida S.:vin• se obtenía median1e la reacc1on del 1-naftol con isoc1ana10 de mculo.
Una plama de Union Carb1de de Bhopal, India uu lizaba es1e procedimiento para la o01enc1on de S.:vm~ con el fin de
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998
21.61
21.62
*21.63
Capítulo 21 : Derivados de los ácidos carboxílicos
utilizarlo como insecticida en agricultura. El 3 de diciembre de 1984, bien por accidente o por sabotaje. se abrió una
válvula de admisión de agua a un gran tanque de isocianato de metilo. La presión y temperatura del tanque crecieron
de íonna alarmanie, por lo que se abrieron las válvulas de presión parn evitar que el tanque explotara. Por estas
válvulas se eliminó gran cantidad de isociana10 de melilo y los vapores se extendieron sobre áreas pobladas. matando
aproximadamente a 2 500 personas y dañando a muchas ocras.
(a) Escriba la reacción que se produjo en el tanque. Explique por qué se elevaron Ja presión y Ja temperatura de forma
alanname.
(b) Proponga un mecanismo para la reacción del apanado (al.
(e) Proponga una alternativa para la símesis de Sevin" . Por desgracia. Ja mejor altemauva siménca consis le en aulizar
fosgeno, gas que incluso es más tóxico que el isocianato de metilo.
A continuación se representan las cs1ruc1uras de cinco polímeros, j unto con alguno de los productos en los que se utilizan.
En cada caso:
(i) Dc1ermine la clase de polímero (poliamida. poliésier. e lC).
(iil Represente las eslrucruras de los monómeros que se obtendrían a partir de la hidrólisis.
(iii) Sugiera qué monómeros o derivados esiables de los monómeros se podrían utilizar para obtener estos polímeros.
~ O O í O ºl unidad
(al -o-!-Q-!1ocH:--O-CHp-!-O-!toCH:--O-CH:O-
tejidos suaves. Í1 00$: seda :m11ética
o o~ º1 o 1 1 a 1
(b) -NH-(C~),-C-NH-(C8:)5-C NH-(CH:J,-C .NH-<CH:)5-C-
cuerdas de escalar. cuerdas de violín
{<) JL-0-F-O-oJl o-Q-FO-o-1 CH¡ I CH)
c:iscoo. vidnos blindados
(d}
ºÍ ~ o
-NH-0-!tNH-O-!tNH{}-!-
lCJÍdos fucncs. chalecos anubuJas
o ºf o ºl 0 H H 1 íl H H 1 (e) - C-Nl(J(N-C O-CH2CH2 - 0-C-Nl(J(N-C O-Cfl:CH2-0-
C~ C~ .
ruedas de paunes, colchoneo de copumn
Los dos compuesios s1gu1entes. de gran aclividad ancibacteriana. se aislaron en 1948 a partir del hongo Cephalosporium
acremonium enconlr.ldo cerca de una salida de aguas residuales en la costa de Cerdeña.
O H
!i,N 1 -N_.. ~CH, • 'cH-(CH:),- C jí'
HOOC_.. }-N- CH,
O COOH
O H
li,N 1 _.. 0S O . ' CH-(CH,),-C- N 1
HOOC/ }t,.,,:; CH,-0 -C-CH,
cefalosporina N COOH
ccf alosponna e
(a) Nombre la clase de amibióácos en la que están representados cada uno de los compuescos.
(b) Después de detenntnar su estructura, se vio que uno de los compuestos se conocía por un nombre inapropiado. Diga
qué compues10 está incorrectameme nombrado y susuruya la parte que está mal nombrada.
El p-nitrobenzoa10 de metilo se saponifica más rápidamente que el bcnzoato de metilo.
(a} Tenga en cuenta el mecanismo de saponificación y explique por qué motivo se incrementa e:;ta velocidad.
(b) ¿Cree que el p-metoxibenzoato de metilo se saponificaría más rápidamente o más lentamente que el benzoa10 de
meulo?
~T
1
¡ 21.64
21.65
21.66
Problemas 999
Un estudiante, después de añadir amoniaco a ácido hexanoico, comenzó a caleniar la mezcla: en ese momento le llamaron
por 1eléfono. Dcspucis de una larga conversación lelefónica. enconiró que la mezcla se había sobrecalentado y
ennegrecido. Destiló los componentes volátiles y recris talizó el residuo sólido. Entre los compuestos que aisló se encon-
tr.iba la sustancia A (líquido de fórmula molecular C0H 11N) y B (sólido de fórmula molecular CJi
13
NO). El t!lipectro de
mfrJJTojo de A presenta una fuene absorción a 2 247 cm- 1• El espectro de infrarroJO de B presema absorciones a 3 390,
3 200 y 1665 cm- 1. Determine las esrructuras de los compues1os A y B.
Un químico fue requerido para visitar una fábrica abandonada de aspirina para que determinara el contenido de un bidón
oxidado. Sabiendo que dos lrabajadores habían enfem1ado por respirar los gases, se colocó una másc:ira lan pronto como
notó un olor parecido al vinagre pero más fuene. En1ró en d edilicio y tomó una muestra del contenido del bidón. El
espectro de masas presentaba una masa molecular de 102 y el espectro de RMN sólo presentaba un s inglete a '.!.15 ppm.
El espectro de CR. representado a conrinuación. no dejó nmguna duda sobre la identidad del compuesto. Identifique el
compuesto y sugiera un método para deshacerse de él con seguridad.
long11ud de onda (µm )
·~~Jffitii.bLk'b&fffi
-~ ¡--¡ 1 _¡ -!.l.-1-+...,_ti,.., ,.. A , 1 r--i- - , , ;:..~; ,._:µ. ,._. - .....--t'-- - 1 I_ "VJ\J---t---· ¡ "lo +- !+- ... ~·'-- .• , 1 • 1--t- r 1 I " :=: . "--f". .. -
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20 ,._ • ... ,._¡L¡..¡¡.¡._.!. JI l
oH··B9=l·fl++J±ttt+-++r+ 1 r ·1 ~H 1 1 1 1 vi-1--+---->---+---
4000 3 500 3 000 2500 2 000 1 ftOO l 600
número de onda (cm- 1)
1 400 1200 1000 800 600
El espectro de masas de un compuesto desconocido presentaba unión molecular débil a miz = 113 y unión prominente a
miz = 98. A continuación se representan sus espectros de RMN e IR. Determine la estrucrura y explique su relación con
las absorciones observadas. Proponga una fragmentación favor.ible para explicar el pico prominente del EM a miz = 68.
2.5
3
loog11ud de onda (µ.m)
100~ 3.5 4 4-5 <; , , r. ~ 3 4 4.5 8 9 10 ll 12 13 14 15 16
====f{f:¡;f l l {¡~~,± I' 1 1 1 --
- - 11 \TVl\f'i y " - - r- L$, lí v 1/ M ._..... H ' ~ .. -~11"- ' ' '"--H"-i:-l:'-1'"'·, ' , ' i.1 " "
80 •• ¡¡¡.. ¡... • ,..__ ~ .. _. ' ~11 ll ~ · ,___ .- T , ¡., 1' I· i
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60
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4 000 3 500 3 ()()() 2 500
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número de onda (cm - 1)
1000 800 600
.;
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1
1• ¡, 1
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1
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11
11
1000
*21.67
Capítulo~ 1: Derivados de los ;ícidos carboxílicos
200 ISO 160 140 l'.?0 100 80 60 40 ~o o -
1 1 I I , 1 1 1 1 I 1 1 1 1
1
....
1
1 1
1
1
1
_ ,....- 1
1
10 ~ 9
,.
8 7 6 -j 4 -2 .. o
olppm)
Un compuesto desconocido de fórmula molecular C5H~NO presenta los espectros de IR y RMN que se muestr.111 a
continuación. El pico ancho a 7.55 ppm del espectro de RMN desaparece cuando la muestra se ag11a con D~O. Proponga
una estructura e indique su relación con las absorciones de los espectros.
longitud de onda (µ.m)
2..5 3 3..5 4 4.5 5 5..5 6 7 8 9 10 l J 12 13 14 15 16
t
00Fl'HR+ .. l-FH-I ~+M+f+F+f+'Fl-·-FF t- 1-l+-:i;<fl ,, J r---f--?l
1-+---rl-+-+-+-· t----lr--f•· ti>-· -t-·
·-
20rfR++-EESHi·-f'·ftt ++r+++-+-ttr+·+-·t--t-1-+--if--- 1 ___,
01-+++++ l·+-H'--1-·H- l-+++-+-+-+-1-+ 1 1 1 1 ·+-·t--t-t--· ! -----r- -
4000 3500 3000 2500
200 ISO 160 140
. 1
'
1
1
./
./\ 1
10 9 -
2000 1800 1600 1400 1200
número de onda (cm - i)
120 100 so 60
1
.
'
1
1
1
1
1
'
6 j -
o 1ppm)
1000 800 600
40 '·º o
1
-
(
¡
1
!
1-
lL.
o
21.68
~· . '
tt
.: ... -1~.
Problemas 1001
Un compuesto desconocido presema los espectros ele masa. fR Y RMN que se muestran a continuación. Proponga una
estrucrura e indique su relación con las absorciones observadas. Explique las fragmentaciones que se producen para d ión
prommenu: a mi: = 69 y el pico mas pequeiio a mi:= 99.
100 ~
80
~ bO
~
~ ~o
20 M-=114
')') r
20 30 .¡() 50 60 70 80 ' 90 100 110 120 130' 140 15-0 . 160
miz
1o6~ 3 3.5
~ff'f'fi-+=hl-
loog11ud de unda lµ.m)
5 5.5 6
:;;;:pw ... +f\j--+-·
4.5 4 7 9 10 11 12 13 14 15 16
!---+- •
ti--+- 1----l
·H I I I I 11-L·f-+- - 1111-H--1-W-1-~ - -t----+----l
01 l:H:1 1 r ttttl 1 1 1 1 M:t ·t i=±=hl ti 1-±H 1 1 1 + -- 1
4000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 ROO 1 600 1 400 1 200 1 CXJO 800 600
numero de onda (cm - i)
200 ISO 160 140 120 100 80 60 40 20 o
1 l 1 1. 11
+-+- 1-
6•1.--' .S•IJ
10 9 g 6 .¡
01ppm)
o
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~ r¡ ~ ¡¡
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j " ~ (¡
1002
*21.69
Capítulo 21 : Derivados de los ácidos carboxílicos
A conunuación se represeman los espectros de 1H-RMN, 13C-RMN e IR de un compuesto desconocido (~HK03).
De1ennine la esrructura e indique su relación con las señales de los especlros .
long1rud de onda (µm)
'.?.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 7 8 9 to t t t2 t3 14 t5 t6
l\rn -f'<'¡- f-rv-
•
00
~ftl1El~m@ 801-'-+-++"''1-'l-i-+-+tt-+1-l-1-+-+-+ . ~ ,,._¡_ ·-~ · ....... - . ¡..;.. "-' • · -- ~ . ¡.. -·f- --,i.-,-- ...:... ~· l\ ~- i-- -- r ~ ~ ' "' •I ' • 1 ---1•~
- . 1-'- '-·c >-- r-'-1- ~-t-: ·--~ ...,. -·h-.-. '-- ·\•-H - --.:t + 1t 1r 60'-,. j 1 ¡ - -1\ 7't . - -,---v-
_ : ..__..,_" ,_,_ .,;.. ·- .. :.~ .... .. -·-!+- -N- - 1 ~ '-11 n-.... · 11:· PJ:+-=-- 1 1 1
1 ¡- 1
40 ;:: ! _,___ ,__ __ .__,_,,_ • - .. - - - · ~.._ · µ\ ' l.~l:+-l l'-Hf-- -1--- -
~~ l....- . .. 1- - - ~~ f- L-. ·.,.- ·---1---~'---~-- -· i.-~ ~ · t- ·-~
! ~~·-1-~,-~.!... .; ~~-~·~ ..:......r-- --·-~-1- 1-f--- ___ L _ \
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'11
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?ºIII - ¡:_+:.¡. ++-+-++++-+
0H+++l+f++F+++J+Ht-F+3 -l\LlF+ +++:+:f-E F E 3 1
4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 l 000 ~00 600
ntimero de onda (cm- 1)
-1- --·- 1-
21 100 80 60 40 ?.O o
Desviación: 40 ppm
1 1 1
1
1 1 1
-
1 1 il ' •' 1 / 1 ¡ ' ¡I
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10
.. 9 - -7 , - - - -
6(ppm)
Sustituciones en alfa,
y condensaciones de
enoles y de iones enolato
..... -~....: .. .i-- -...il':t .... ~,,;.o:,_ :_ .io
• ;-- ~Jf' ... ).·, * . ~ , - ~·. - ·~ ~ .... -.-
Hasta ahora se han estudiado dos de las principales reacciones del grupo carbonilo: la adi-
ción nucleofílica y la sustitución nucleofi1ica e n el grupo acilo. El grupo carbonilo actúa
como elecrrójilo ya que acepta electrones de un nucleófilo acacame. En este capítulo se es-
tudiardll dos nuevos tipo de reacciones: la sustitución en el átomo de carbono vecino al gru-
po carbonilo (conocida como sustitución en alfa) y las condensaciones del grupo carbo-
nilo. En la sustitución en a, un átomo de hidrógeno del átomo de carbono a (carbono
vecino al grupo carbonilo) se sustituye por otro grupo. La sustitución en a generalmente
se produce cuando el compuesto carbonílico se cransfonna en su ión enolato o en su enol
(tautómero). En ambos casos se pierde un átomo de hidrógeno de la posición alfa y am-
bos son nucleofi/icos. El ataque· a un electrúfilo completa la sustitución.
Paso 1: desprotonación. Paso 2: ataque a un electró6lo.
.. o··
=O =J uJ
"' e /e ~"'
... ~. ~T-~::SM!1Dls..~Jd'
22.1
Introducción
"o·H~
11 d base:- [
y .rE~ 'º)* 6=c- ~ "o" E / 1 C-c'!-/ 1 e-e=- -/ 1 ~ 1., e-e-/ 1
ión enolruo
Las condensaciones del grupo carbonilo son sustituciones en alfa, donde el elec-
trófilo es otro com¡:mesto carbonilo. Desde el punto de vista del electrófilo, la condensa-
ción puede ser una adición nucleofílica o una sustirución nucleofilica en el grupo acilo. En
las cetonas y aldehídos, la protonación del alcóx.ido intermedio, en {3, da lugar al produc-
to de adición nucleofilica.. En los ésteres, la pérdida del alcóxido da lugar al producto de
sustitución nucleofílica en el grupo acilo.
Paso 1: adición del enolato. Paso 2: protonación.
o
o 11J
11 e
e .0-.Ó' / -c=-
o ' /o--..,_
-+ 11 /e'\. \
/
e-e- ROH
1 --.
o \../OH
11 /e e-e '\. + RO-
1 / -1
enolato cerona producto de adición
.. 1003
~ \
1
1004 Capítulo 22: Sustituciones en alfa, y condensaciones de enoles y de iones enolato
22.2
Enoles e iones
en9!ato
Paso I : adición del enolato.
o ¡¡)
o /e
11 .~'-OR
e-e=- -
/ 1
<OOIJto ~~(Cf
o " /.S-
Ii /e;-..
/c-c-(.oR
1
Paso::?: e liminación
del alcóJUdo.
o " li / C=O
- e-e- + Ro-
/ 1
producto de su:.11wc1on
Las susutuciones en alfa y las condensaciones de los compuestos carbonílicos son mé-
todos muy comunes para formar enlaces carbono-<:arbono. En csl:ls reacciones puede pani-
c1par una amplia variedad de compuestos como nuclcófilos o como electrólilos (o ambos). y
se puede sintetizar una amplia gama de productos. Se comenzará el estudio de estas re:H:ciones
consider.1I1do la estructura y la formación de enoles y de iones enolam.
22.2A Tautomería ceto-enólica
En presencia de bases fuertes. las cetonas y los aldehídos actúan como ácidos débiles. Se
elimina un protón del carbono a para formar un ión enolato estabilizado por resonancia,
con la carga negativa repartida entre el átomo de carbono y el átomo de oxJgeno. La re-
protonación se put:de producir en d carbono a (volviendo a la forma celo) o en el :itomo
de oxígeno, dando lugar a un alcohol vinílico. la forma enólica.
Paso:?: reprotonación del O.
-,~j
Paso I: desprotonación del C.
~ .. / )z__ / 1 \ HO: " / .·· H lo· e-e .,_.... / " ·º~ b~ e-e- + -oH .=.--/ l C=C + H.O --P / " - e-e + - oH / '\.
H
forma celo ión cnol:uo
fonna enol
(alcohol vm1lico>
En t:Ste aiecan1smo, una base cal:lliza un equilibrio entre las formas isoméricas ceto y
enol de un compuesto carbonílico. En las cetonas y los aldehídos sencillos. la forma ceto pre-
domina: por lo tanto. el alcohol ~inHico (enol) eslá mejor descrito como una forma isomérica
altemanva de una cetona o un aJdehído. En la Sección 9.9F. se vio cómo un intermedio enol.
formado a parur dt: la hidrolisis de un alquino. se isomt:rizaba rjpidamen1c a su forma celo.
o OH
li" 6 "
o OH
t 1
..=.. H-C-CH1 ..=- H-C=CH!
fonna celo fom1a onol fonnace10
fonnaenol
t\19.\19%) (0.01%) (99.95%)
(0.05%)
Este tipo de isomenzación. producida por la emigración de un protóny el movi-
mien10 de un doble enlace. se denomma tautomería y a los isómeros que se intercon-
vtt:rtcn se les denomma tautómeros. No se ha de confundir tauLOmeros con formas de re-
sonancia. Los r.au1ómeros son isómeros (compuestos diferente~) con una posición diference
de sus áwmo~. En condiciones apropiadas. sm cal:llizador. se puede ,uslar cualqmer forma
_,,
i
1
:...
1
22.2 Enoles e iones enolaLo 1005
1automérica individual. Las formas de resonancia son represenl:lc1ones diferentes de una
misma estructurJ., con todos los átomos situados en las mismas posiciones. indicando la
deslocalización de los electrones.
La taULomería ceto-enólica l:lmbién puede ser catalizada por un ácido. En medio áci-
do. un protón se mueve desde el carbono a al oxígeno. prmonando primero el oxJgeno y,
a continuación. eliminando un protón del carbono.
" .. btr.1~
Paso I. protonación del O. Paso 2: desprotonación del C.
[
.· ,/H
O H
./!-?-
Hp .. / :Q H
1. ("I H,Q: e-e- -
./ 1
r~ e-e- + tto+
/ 1 )
~ ----
fonnaceto carbonilo protonado
Si se comparan los mecanismos anteriores. catalizados por un base o por un ácido.
se puede apreciar cómo en la catálisis básica. el protón es sustraído del carbono y a con-
tinuación afiad ido al oxígeno, mientras que en la catálisis ácida primero se protona el oxí-
geno y, a continuación. el carbono se desprotona. La mayoría de los mecanismos de tr.ins-
ferencia de protones funcionan de esl:l forma. En la base. el protón al principio se elimina
y, a continuación. se añade a una nueva posición. En el ácido, primero se produce la pro-
tonación. seguida de la dcsprotonación en otra posición diferente.
Además de la importancia de sus mecanismos. la tautomería ceto-enólica afecta a la
estereoquímica de las cctonas y los aldehídos. Un ~tomo de hidrógeno en un carbono a se
puede perder y volver a ganar a través de la l:lutomería ceto-enólica; a este hidrógeno se
le denomina enolizable. Si un átomo de carbono asimétrico tiene un átomo de hidrógeno
enolizable, una traza de ácido o de base permite que el carbono invierta su configurJ.ción,
actuando el enol como intermedio. El resultado es una mezcla racémica (o bien una mez-
cla de de diastereómeros en equilibrio).
HO=
'- ./ ,,..c=c....__ + Hp+
formaenol
~~:~"" tt+o-oH
/H
o
6º"' ~CH3 u-H ~
configuración (R) enol (aquiral) configuración (S)
PROBLEMA 22.1
La fenilace1ona puede formar dos enoles d iferentes.
{a) Rcpreseme las estructuras de osios enolcs.
{b) Prediga 4ué enol estará presente en mayor conceniración en el equilibno.
(c¡ Proponga ml!C:1111smos par.i la formación de los dos enoles en medio :íc1do y en medio básico.
PROBLEMA 22.2
Represcme cada paso del mec:uusmo. crualiz:ido por un ácido. de la mterconversaón de (R)- y
(S}-2-me1tlc1cloh"xanona.
PROBLEMA 22.3
Cuando se disuelve cis-2.-klimeulc1clohcxanona en etan<>I acuoso que conuene NaOH como ca-
lllli:zador. se fonna una mezcla de isómeros cis y trans. Proponga un mecanismo para esia iro-
menzac1ón.
"'
~UGli'RFNf'lA
PARA RESOLVER PROBLEMAS
En la catálisis ácida. la
transferencia de protón
generalmente se produce
añadiendo un proton en la nueva
posioon y, a continuac1on.
desprotonando en una posioon
inicial.
En la catálisis basica. la
transferencia de protón se
produce desprotonando una
pos1c1on in1c1at y, a continuación,
reprotonando en una nueva
posición.
'>~~
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1006 Capítulo 22: Sustituciones en alfa, y condensaciones de ;:noles y de iones enolato
Ejemplo
··a··
22.28 Formación y estabilidad de iones enolato
Un grupo carbonilo incrementa la acidez de los protones enlazados al átomo e.Je carbono
a, ya que la mayor parte de la carga negativa del ión enolato se encuencra en el átomo
electronegativo de oxigeno. El pK3 para eliminar un protón a de una cerona o un aldehído
es del orden de 20. por lo que una cerona o un aldehído son mucho más ácidos que un aJ-
queno (pK, > 40), o incluso un alquino (pKa = 25), aunque son menos ácidos que el agua
(pK, = 15.7) o un alcohol (pK, entre 16 y 18). Cuando se hace reaccionar una cetoaa o un
aldehído con un ión hidróxido o alcóxido, la mezcla en e4uilibrio sólo contiene una pe-
queña proporción de la forma desproronada (enolato).
y7;\
R-C-C-R' + -oR +.::t....
11 /R'
R-C-c:-l o 1 / ,Q,- •j ............ R-C=C + ROH
1 mmoritan~H mayontan:H H cetona o aldehído
tón enolaco
~H &l o~ H .• + -:Q- CH2CH3 +.:±.. ............ CH3CHzOH pK3 = 15.9
ciclohcxanona
pK3 = 19
ióo etóxido enolato de la ciclohcxanooa
(equilibno desplazado a la derecha)
Incluso aunque la concentración del ión enolato en el equilibrio sea pequeña, actúa
como un nucleófilo reactivo y útil. Cuando un enolato reacciona con un electrófilo (dife-
rente de un protón), la concentración de enolaco disminuye y el equilibrio se desplaza ha-
cia la derecha (Figura 22.1). Ocasionalrnence, todos los compuestos carbom1icos reaccio-
nan mediante la fonnación de una baja concentración de ión enolaco.
PROBLEMA 22.4
Represente las estructuras de resonancia para el ión enolato de:
(a) acetona (b) ciclopenlallona (e) 2.4-pentanodiona
A veces esta mezcla en equilibrio del enolaco y la base no funcionan. normalmente
debido a que la base (hidróxido o alcóxido) reacciona con el electrófilo más rápidamente
que el enolato. En estos casos. se necesita una base que reaccione completamente para
transformar el compuesco carbonilo en su enolato antes de añadir el electrófilo. A pesar de
o
11
o
11 R' R-C--~H-
el 1ón ~nolato
~acciona con E""
y+H;P '--E+~
lll- Figura 22.1
R-C-CH2-R'
+-OH
o
11
R-C-CH-R' La reacción del ióo cnolato con
uo electrófilo lo elimina del
equilibrio. desplazando el
equilibrio hacia la derecha. - -----·-- - -- - --
1
E
22.3 Halogenación en alfa de ceti>nas
que el hidróxido de sodio y los alcóxidos no son lo suficienternence básicos. hay bases lo
suficientemente fuertes para transformar completamente un compuesto carborulico en su
enolato. La base más efecnva y útil par.i realizar esta transformación es el diisopropila-
miduro de litio (LDA), sal de litio de la diisopropilamina El LDA se obtiene utilizando
un reactivo de alquillitio que desprotona a la düsopropilamina
CH3
CH3
1
1
CH3-C.!::! ..
/N-H
CH3-CH
+ C4H~i --+
n-butilliuo
C4H 10 +
CH3-CH
'N-=- u+ /
CH3 -CH 1
CH3 1
CH3
bulrulo
diisopropilamina
diisopropilamiduro de litio <LDA)
La diisopropilamina tiene un pKª de aproximadamence igual a 40. lo que indica que
es mucho menos ácida que una cetona o un aldehído convencional. Debido a los dos gru-
pos isopropilo, el LDA es un reactivo voluminoso y no ataca fácilmencc a un átomo de car-
bono o se añade a un grupo carbonilo; por lo tanto, es una base fuerte. pero no es un nu-
cleófilo fuerte. Cuando el LOA reacciona con una cetona, abstrae el protón a y da lugar a
la sal de litio del enolato. Los enolatos de litio son muy útiles en síntesi.~.
O H
11 1 o- 'Li
R-C-C- + (i-~H7);N- Li+ --=-+
1
1 /
R-c-c, + (i-~H7);N-H
cetooa
(pK,"' 20)
Ejemplo
&=
ciclohexanona
(pK,= 19)
+
LDA enolato
de litio
(equilibrio desplazado hru;ia la derecha)
(i-C,H7);N- Li + --.=--+
LDA
0"
cnolato de litio
de la ciclobexanona
(100%)
+
düsopropilamina
(pK, = 40)
(i-~H7);N-H
(pK, = 40)
Halogenación
1007
O H
íl 1 O X ! 1
en alfa de cetonas
-e-e- + - oH + x,
1 • - -e-e-l
(ir + x- + H,O
ce tona (X¡ = ~. Br2 o ~)
Ejemplo
&: ~ &:, -OH. ttiO + c1- + H,O
c1clohexanona 2-<:lorociclohexanona
..
~r
1,,;
I·:'
1
1:
i
;¡
¡
ti
I'
1008 Capítulo 22: Sustituciones en alfa, y condensaciones de enoles y de iones enola10
... . í9{•J"A
Paso /: repro1onacióo.
OH~
~ I; \
-c-c- -r -oH
1
'\JT~¡¡''Q~Nf'l ~
PARA RESOLVER PROBLEMAS
Cuando se representan los
mecanismos, .se han de mostrar
todas las formas de resonancia del
enolato que atacan al electrófilo.
Muchas veces es más