104

MONOOLEFINAS ACÍCLICAS

ISOMERÍA GEOMÉTRICA Dos grupos o átomos se denominan cis o trans, uno con relación al otro, cuando se encuentran, respectivamente, del mismo lado o de lados opuestos de un plano de referencia común para ambos estereoisómeros. Los compuestos en los que existen estas relaciones, se denominan isómeros cis-trans. En los compuestos que posean solamente átomos unidos por un doble enlace, el plano de referencia contiene los átomos unidos por el doble enlace y es perpendicular al plano que contiene estos átomos y los que se hallan directamente unidos a ellos.

C Cbb

aa

cis trans

C Cab

ba

N Naa

cis trans

N Na

a

Los átomos o grupos a, a representan la pareja elegida para la designación, pero no son necesariamente idénticos; b, b tampoco son necesariamente idénticos, pero son diferentes de a, a.

N Ncb

a

cis o trans, según se haga la comparación con a o b Para nombrar los compuestos, las relaciones estéreas respecto de un doble enlace, se designan mediante los prefijos Z o E. La asignación de la configuración se realiza de la forma siguiente: de acuerdo con la regla de secuencia, el átomo o grupo prioritario unido a uno de los átomos con doble enlace, se compara con el átomo o grupo prioritario unido al otro átomo del doble enlace. Si la pareja seleccionada se encuentra del mismo lado del plano de referencia, se utiliza como prefijo la letra mayúscula Z; si la pareja seleccionada se encuentra en lados opuestos, se emplea como prefijo la letra mayúscula E.

H

CH3

H

CH3

2 3

C2 (prioridades): CH3 > H

C3 (prioridades): CH3 > H H

CH3

H

CH3

2 3

(Z)-2-Buteno

105

H

CH3

CH3

H2 3

C2 (prioridades): CH3 > H

C3 (prioridades): CH3 > H H

CH3

CH3

H2 3

(E)-2-Buteno

H

CH3

CH3

CO2H23

C2 (prioridades): CO2H > CH3

C3 (prioridades): CH3 > H H

CH3

CH3

CO2H23

Ác. (Z)-2-Metil-2-butenoico

H

CH3

CO2H

CH3

23

C2 (prioridades): CO2H > CH3

C3 (prioridades): CH3 > H H

CH3

CO2H

CH323

Ác. (E)-2-Metil-2-butenoico

H

Cl

H

CN23

C2 (prioridades): CN > H

C3 (prioridades): Cl > H H

Cl

H

CN23

(Z)-3-Cloroacrilonitrilo

H

Cl

CN

H23

C2 (prioridades): CN > H

C3 (prioridades): Cl > H H

Cl

CN

H23

(E)-3-Cloroacrilonitrilo

Cl

Br

Br

I12

C1 (prioridades): I > Br

C2 (prioridades): Br > Cl Cl

Br

Br

I12

(Z)-1,2-Dibromo-2-cloro-1-yodoetileno

Cl

Br

I

Br12

C1 (prioridades): I > Br

C2 (prioridades): Br > Cl Cl

Br

I

Br12

(E)-1,2-Dibromo-2-cloro-1-yodoetileno

Et Me

C1' (prioridades): Et > Me

C1 (prioridades): C2(CCH) ; C7a(CCC) ; C7a > C212

345

6

77a

3a

1' Et Me

12

345

6

77a

3a

1'

(Z)-1-sec-Butilidenindeno

106

Me Et

C1' (prioridades): Et > Me

C1 (prioridades): C2(CCH) ; C7a(CCC) ; C7a > C212

345

6

77a

3a

1' Me Et

12

345

6

77a

3a

1'

(E)-1-sec-Butilidenindeno

C2 (prioridades): Cl > C3(CCH)

C3 (prioridades): Me(CCC) > H

Cl

H

Me1

23

3

Cl

H

Me1

23

3

(Z)-1-Cloro-2-etiliden-2H-indeno

C2 (prioridades): Cl > C3(CCH)

C3 (prioridades): Me(CCC) > H

Cl

Me

H1

23

3

Cl

Me

H1

23

3

(E)-1-Cloro-2-etiliden-2H-indeno

2

11'

2'

7a

7'a

(CCC)C7a C2(CCH)

(CCC)C7'a C2'(CCH)

1

1'

C1 (prioridades): C7a > C2

C1' (prioridades): C7'a > C2'

2

11'

2'

7a

7'a

(Z)-1,1'-Biindenilideno

217a

7'a1'

2'

(CCC)C7a C2(CCH)

(CCH)C2' C7'a(CCC)

1

1'

C1 (prioridades): C7a > C2

C1' (prioridades): C7'a > C2'

217a

7'a1'

2'

(E)-1,1'-Biindenilideno

CH3

12

3

CH3

1'2'

3'

(Z)-3,3'-Dimetil-1,1'-biciclohexilideno

(CCH)C3 C5(CHH)

(CCH)C3' C5'(CHH)

1

1'

C1 (prioridades): C3 > C5

C1' (prioridades): C3' > C5'55'

CH3

12

3

CH3

1'2'

3'

55'

1

23

CH3

1'2'

3'

CH3

(E)-3,3'-Dimetil-1,1'-biciclohexilideno

(CHH)C5 C3(CCH)

(CCH)C3' C5'(CHH)

1

1'

C1 (prioridades): C3 > C5

C1' (prioridades): C3' > C5'

5

5'

1

23

CH3

1'2'

3'

CH3

5

5'

107

Los siguientes ejemplos corresponden a nombres vulgares aceptados, en los que la estereoquímica está determinada y no es preciso indicarla mediante un prefijo:

H

HO2C

CO2H

H

H

HO2C

H

CO2H

H

Me

CO2H

H

H

Me

H

CO2H

Ác. fumáricoÁc. maleico Ác. crotónicoÁc. isocrotónico

Ác. (Z)-butenodioico Ác. (E)-butenodioico Ác. (E)-2-butenoicoÁc. (Z)-2-butenoico

Me

HO2C

H

CO2H

Me

HO2C

CO2H

H

Ác.citracónico(*) Ác. mesacónico(*)

Ác. (Z)-2-metilbutenodioico Ác. (E)-2-metilbutenodioico

ESTEREOQUÍMICA DE ALQUILIDENCICLOALCANOS

EtMe

14

1-(1-Propiliden)-4-metilciclohexano

HH H

EtMe

14H1' 1'

Los átomos de carbono 4, 1 y 1’ son los que definen la quiralidad de la molécula (eje quiral)

CR2

R1CC

R3

R4

R3

R1 R2

R4

[eje quiral]

Los sustituyentes perpendiculares al plano del papel (más próximos al observador: H, Me) tienen prioridad sobre los más alejados (los situados en el plano: H, Et):

Et

HMe

EtMe

Me Me

(S) (R)

[1] [1][2] [2]

[3] [3]

[4] [4]

Et Et

H HH

H

H H

H

(*) Para los derivados de estos compuestos, formados por sustitución en átomos de carbono, se recomienda utilizar los

nombres sistemáticos.

108

A continuación aparecen algunos ejemplos:

CBr

HO2CH

Me

H[4]

[2]HO2C B

Me[3]

(S)Ác. (S)-2-Bromo-(4-metilciclohexiliden)acético

4 r[1]

CHO2C

HMe

H

Me[3]

[2]H CO2H[1]

H[4]

(R)Ác. (R)-(4-Metilciclohexiliden)acético

4

Cl[3]

[1]HOCH2 H[2]

H[4]

(R) (S)-(3-Clorociclobutiliden)etanol

CCl

HH

HOCH23

EJERCICIO 36Averigua la configuración absoluta de los siguientes estereoisómeros:

H Me

O

C6H5H

(1)

Me H

O

HC6H5

(2)

HO2CH H

Me

Me

H

Me

H

(3)

POLIOLEFINAS ACÍCLICAS

OLEFINAS CON DOBLES ENLACES CONJUGADOS

HMe

HEt

H

H

HMe

HH

Et

H

HH

HEt

H

Me

HH

HH

Et

Me

cis-cis cis-trans trans-cis trans-trans Cuando una molécula contiene más de un doble enlace, cada uno de los prefijos (E o Z) va precedido del localizador más bajo del doble enlace correspondiente.

109

H

Me

H

Et

H

H

HMe

H

H

Et

H

HH

H

Et

H

Me

HH

H

H

Et

Me2

4

(2Z,4Z)-2,4-Heptadieno (2Z,4E)-2,4-Heptadieno (2E,4Z)-2,4-Heptadieno (2E,4E)-2,4-Heptadieno

EJERCICIO 37Dibuja todos los estereoisómeros del 2,4-hexadieno y asigna la configuración absoluta a cada uno de ellos.

EJERCICIO 38Dibuja las configuraciones de las siguientes moléculas: ác. (2E,4Z)-2,4-hexadienoico, ác. (2E,4Z)-5-cloro-2,4-hexadienoico, ác. 3-[(E)-1-cloropropenil]-(3Z,5E)-3,5-heptadienoico.

EJERCICIO 39Nombra los siguientes polienos:

H

Me

H

Me

Et

Cl

H

Cl

H

Et

Me

Me

H

Me

H

Et

Me

Cl

H

Cl

H

Me

Et

Me Me

Br

H

H

Cl H Et

Me

EJERCICIO 40Dibuja las conformaciones más estable y menos estable (obtenidas mediante el giro del enlace C3-C4) de los estereoisómeros del 2,4-heptadieno.

CUMULENOS

CUMULENOS CON NÚMERO PAR DE DOBLES ENLACES:

1,2-Propadieno: H2C C

( )CH2 CH

HC C

H

H

( )

Estructura electrónica:

CH

H C C

H

H

σ [C(sp2)-C(sp)]

[C(sp2)-C(sp)] σ

σ [H(1s)-C(sp2)]

[H(1s)-C(sp2)]σ

.. .

. . . . .

..

..

110

H

H

H

HC

HH C C

H

H

π [pz(C)-pz(C)]

[py(C)-py(C)] π

. .. .

CHH C C

H

H [pz(C)-pz(C)] π

[C(sp2)-C(sp)] σ σ[C(sp2)-C(sp)]

π [py(C)-py(C)]

σ[H(1s)-C(sp2)]

Los cumulenos con un número par de dobles enlaces pueden ser ópticamente activos:

CR2

R1

CC

R3

R4

R3

R1 R2

R4

[eje quiral]

( )CMe

HC C

Me

H

( ) CMeHCC

Me

H

Los átomos de carbono con doble enlace son los que definen la quiralidad de la molécula (eje quiral) Los sustituyentes perpendiculares al plano del papel (más próximos al observador: H, Me) tienen prioridad sobre los más alejados (los situados en el plano: H, Et):

( )CMe

HC C

H

Et C(CHH)[3]

[2]H C(HHH)[1]

H[4]

(R)

H[4]

[2]H C(HHH)[1]

C(CHH)[3]

(S)

( )CMe

HC C

Et

H

(1)

(2)

Lo más cómodo es mirar la molécula desde el lado en el que los sustituyentes son perpendiculares al plano del papel (desde la izquierda en el ejemplo anterior)

111

(1)

¡ ASÍ NO !

( ) CMeHCC

Et

H

Si la molécula se mira al contrario, se btiene la confogurción opuesta a la real.

C(CHH)[3]

[2]H C(HHH)[1]

H[4]

(S)

Si en un cumuleno se intercambian los sustituyentes de uno de los carbonos con doble enlace, se obtiene su enantiómero:

H[4]

[2]H C(HHH)[1]

C(CHH)[3]

(S)

C(CHH)[3]

[2]H C(HHH)[1]

H[4]

(R)

[intercambio]

( )CMe

HC C

H

Et

( )CMe

HC C

Et

H

CUMULENOS CON NÚMERO IMPAR DE DOBLES ENLACES:

1,2,3-Butatrieno:

( )CHH C C

HHCCH2 C

( ) CH2C

Estructura electrónica:

CH

HC C

H

HC

σ [C(sp2)-C(sp)]

[C(sp)-C(sp)] σ [H(1s)-C(sp2)]σ σ [C(sp)-C(sp2)]

..

.. . . . . . . . .

. .

H

HC

HH C C

H

HC

HH

π [pz(C)-pz(C)]

[py(C)-py(C)] π

π [pz(C)-pz(C)]

. ..

..

.

112

[pz(C)-pz(C)] ππ[py(C)-py(C)]

CHH C C

π [pz(C)-pz(C)]

CHH

[C(sp2)-C(sp)] σ σ [C(sp)-C(sp2)]σ [C(sp)-C(sp)]

Los cumulenos con un número impar de dobles enlaces pueden presentar isomería (Z)/(E):

(Z)-2,3,4-Hexatrieno (E)-2,3,4-Hexatrieno

( )CMe

HC C

MeHC

( )CMe

HC C

HMeC

EJERCICIO 41Dibuja los estereoisómeros del 2,3,5-heptatrieno y asigna sus configuraciones absolutas.

CH3 CH C CH CH CH CH3

2,3,5-Heptatrieno

EJERCICIO 42Dibuja los estereoisómeros del 5-metil-2,3-heptadieno y asigna sus configuraciones absolutas.

CH3 CH C CH CH

CH3

CH2CH3

1 2 3 4

5

5-Metil-2,3-heptadieno

MONOOLEFINAS CÍCLICAS

CICLOHEXENOS MONOSUSTITUIDOS

H

H

Me

Me

H

Me

H

Me

(1)

(2)

113

H

Me

H

Me

(3S)

H[4]

[2](CHH)C4 C2(CCH)[1]

Me[3]

3

(3R)

H[4]

[1](CCH)C2 C4(CHH)[2]

Me[3]

3

3-Metilciclohexeno

1 2

3

4

12

3

4

H

Me

H

Me

(4S)

H[4]

[2](CHH)C6 C2(CCH)[1]

Me[3]

4

(4R)

H[4]

[1](CCH)C2 C6(CHH)[2]

Me[3]

4

4-Metilciclohexeno

1

2 3

4 1

23

4

56 5 6

CICLOHEXENOS DISUSTITUIDOS (dos sustituyentes iguales)

MeMe

MeH

Me

Me

H

H

H

Me

H

H

3 34 4 3

5

cis (d,l) trans (d,l) cis (d,l)

Me

HMe

H

3

5

trans (d,l)

Me

Me Me

H

Me

Me

Me

H

H

H

H

Me

H

H

H

Me3 3 4 4

5 56 6

cis (meso) trans (d,l) cis (meso) trans (d,l)

CICLOHEXENOS DISUSTITUIDOS (dos sustituyentes distintos)

MeCl

MeH

Me

Cl

Me

H

H

H

H

Cl

H

H Cl

H

3 34 4 3 3

5 5

cis (d,l) trans (d,l) cis (d,l) trans (d,l)

Cl

Me Me

H

Me

Cl

Me

H

H

H

H

Cl

H

H

H

Cl3 3 4 4

5 56 6

cis (d,l) trans (d,l) cis (d,l) trans (d,l)

114

ESPIRANOS INSATURADOS

Me

Me

(1)aquiral

aquiral aquiral

H

Me

H

Me

H

Me

H HMeMe

1 1 1

5 5 5 5 5

1

1

2

(2) (3) (4) (5) (6)

quiral (C9) quiral (C10) quiral (C6) quiral (C1,C5) quiral (C2,C5)

6

109

El espirano (1) es interesante, porque viendo con modelos la pareja de “enantiómeros”, no es evidente que sean superponibles:

(1)

iguales

Configuraciones absolutas de (2)-(6):

(2)

H

Me

1

5

7

8

6

H

Me

1

5

(3)

67

H

Me

1

567

(4)

(7S)

H[4]

[2](CHH)C6 C8(CCH)[1]

Me[3]

7

(6R)

H[4]

[1](CCC)C5 C7(CHH)[2]

Me[3]

6

(6S)

H[4]

[2](HCC)C7 C5(CCC)[1]

Me[3]

6

115

HMe

5

1

(5)

2

7

8

9

(1S)

C5(CCC)[1]

[3]Me H[4]

C2(CHH)[2]

1

34

C4(CHH)C3(CHH)[4]

[2](CCH)C7 C9(CHH)C8(CCH)[3]

C1(CCH)[1]

5

(5R)

HMe

5

1

2

(6)

C3(CHH)C2(CCH)[3]

[2](CCH)C7 C9(CHH)C8(CCH)[4]

C2(CCH)[1]

C4(CHH)[2]

[4]H Me[3]

C5(CCC)[1]

2

(2R)

5

(5S)

7

9

38

4

GRUPOS TRIGONALES PRO-QUIRALES. NOMENCLATURA RE / SI homotópicos ligandos / caras enantiotópicos heterotópicos diastereotópicos

LIGANDOS HOMOTÓPICOS Dos ligandos son homotópicos cuando, al sustituir cualquiera de ellos por otro ligando distinto, se obtiene la misma molécula:

Cl

H H

H

Cl

HO H

H

Cl

H O

H

H

CO2H

H H

H

CO2H

Me H

H

CO2H

H M

H

e

116

H OH

HO H

CO2H

CO2H

Cl OH

HO H

CO2H

CO2H

H O

HO Cl

CO2H

CO2H

H

H OH

HO H

CO2H

CO2H

H Me

HO H

CO2H

CO2H

H O

Me H

CO2H

CO2H

H

CARAS HOMOTÓPICAS Las dos caras de una molécula (normalmente, pero no siempre, las dos caras de un doble enlace) son homotópicas cuando la adición de un reactivo a cualquiera de ellas da lugar al mismo producto:

C OMe

Me NC_

OMe

NC

Me_

O

Me

NC

Me

_ HB

HB

OH

Me

NC

Me

OHMe

NC

Me

1

2

1

2

Br

H H Br

HH

HHH H

+

1 2

+

2

1

Br

H HHH

_

Br

HHBr

HH

Br

Br

+

1 2

BrH H

HH

2

1

_Br

1

2

1

2

Br

HHBr

HH

Br

H H Br

HH

117

LIGANDOS ENANTIOTÓPICOS Y DIASTEREOTÓPICOS Dos ligandos son enantiotópicos cuando al sustituir uno u otro por un ligando distinto, se obtiene una pareja de enantiómeros:

Cl

H H

Br

Cl

HO H

Br

Cl

H O

Br

pareja de enantiómeros

H

HO H

HO H

CO2H

CO2H

HO Cl

HO H

CO2H

CO2H

HO H

HO Cl

CO2H

CO2H

1800

OHCl

OHH

CO2H

CO2H

(2)(1) (2)

enantiómeros: (1) y (2) Dos ligandos son diastereotópicos cuando al sustituir uno u otro por un ligando distinto, se obtiene una pareja de diastereoisómeros:

H

H

H

Me

H

Br

H

Me

Br

H

H

Me

(Z) (E)

diastereoisómeros

H H

H Br

CO2H

Me

Cl H

H Br

Me

Me

H C

H B

Me

Me

diastereoisómeros

l

r

118

CARAS ENANTIOTÓPICAS Y DIASTEREOTÓPICAS Las dos caras de una molécula son enantiotópicas, cuando la adición de un reactivo a una u otra da lugar a dos enantiómeros:

C OMe

H NC_

OMe

NC

H_

O

Me

NC

H

_ HB

HB

OH

Me

NC

H

OHMe

NC

H

1

2

1

2

pareja deenantiómeros

O

OH

H

H

OH

NaBH4

1

1

2

2

pareja de enantiómeros

Las dos caras de una molécula son diastereotópicas, cuando la adición de un reactivo a una u otra da lugar a dos diastereoisómeros:

C6H5

Me HEtO

C6H5

Me H Me

EtOH

C6H5

Me H

Me

EtOH

MeMgI

1

2

1

2

[diastereoisómeros]

( )CClH C C

H

H

CClH

C CH3+

CClH

CCH3

CClH

CCH3

Br

Br

(Z)

(E)Br

_

1

2

2

1

HBr [diastereoisómeros]

Hay situaciones en las que es importante nombrar las dos caras de un sistema trigonal, con el propósito de distinguir una de otra. Para ello se asignan las prioridades a los tres grupos situados en el mismo plano, que están unidos al centro trigonal:

119

Et

MeO

Me

H

Br

H

Me

H

H

Cl12 2 1

("R") (1"R",2"R") (1"S",2"R") Si la asignación es “R”, la cara de la molécula que está situada encima del papel se designa RE, y la situada por debajo, SI. Cuando la asignación es “S”, las caras se designan por SI y RE, respectivamente:

Et

MeO

("R")

OEt

Me

RE

SIEt

HOCH2

O

("S")

OEt

Me

RE

SI

Me

H

H

Cl2 1

(1"S",2"R")

Me

H

Br

H

Me

H

Br

H12

(1"R",2"R")

Me

H

H

Cl

RE)

(RE ,SI)

(SI ,RE)(RE ,

(SI , SI)

Siguen algunos ejemplos:

HO2C

H

H

CO2H

HO2C

H

H

CO2H32

(2"S",3"S")

SI)(SI ,

(RE , RE)

32

HO2C

H

H

CO2H

3SI)(2SI ,

(2RE ,3RE)

32

HO2C

H

CO2H

H

HO2C

H

CO2H

H32

(2"S",3"R")

RE)(SI ,

(RE , SI)

32HO2C

H

CO2H

H

3RE)(2SI ,

(2RE , 3SI)

32

HO2C

Me NOHMe

MeN

OH

(1"R")

(RE)

(SI)HO2C

Me NOH

(1RE)

(1SI)

HO2C

O

H

T

HO2C

O

H

T

3

2

(2"S",3"R")

RE)(SI ,

(RE , SI)HO2C

O

H

TPP P

3RE)(2SI ,

(2RE , 3SI)

2 3

120

Cuando la reacción de un sistema trigonal da lugar a un centro pseudoasimétrico, las caras de dicho sistema se designan por re y si minúsculas:

H Br

Me

Me

H Br

H OH

H Br

Me

Me

H Br

HO H

H Br

Me

Me

H Br

ONaBH4

+

2

4

2 2

4 4

SS

RR

3 3s r

(2S,4R) (2S,3s,4R) (2S,3r,4R)

[C3 es pseudoasimétrico]

(2S,4R)

Me

Br

Br

Me

H

H

O

HO H

H Br

Me

Me

H Br2

4

S

R

3 r

(2S,3r,4R)

H OH

H Br

Me

Me

H Br2

4

S

R

3 s

HHO

Me

HBr

MeBr

H

HOH

Me

HBr

MeBr

H

Me

BrBr

MeHH

O2

2

44

2

2

4

4

3

3

3

3si

3re

NaBH4

3si

3re

(2S,3s,4R)

(S)C2 C4(R)

Osi

[H]

También es posible que la reacción de lugar a estereoisómeros cis/trans. En un caso así, el descriptor re se puede sustituir por ci (de cis) y el descriptor si por tr (de trans):

Me

H

O

tr

ci

Me

H

CN

OH

Me

H

OH

CN

trans

cis

HCN

tr

ci

Observa que en esta molécula no se pueden definir caras RE y SI.

121

Otro ejemplo:

CClH

C C

H

H

CClH

C CH3+

CClH

CCH3

CClH

CCH3

Cl

Cl

(Z)

(E)Cl

_HCl

tr

ci

2tr

2ci

cis

trans

EJEMPLOS DE ESTEREOESPECIFICIDAD RE/SI ENZIMÁTICA

ADICIÓN DE AGUA AL ÁCIDO FUMÁRICO La adición no enzimática de agua al ácido fumárico transcurre vía carbocationes, dando lugar a un racémico del ácido málico:

H OH2+

CH CHHO2C CO2H HO2C CH2 CH CO2H+

OH2::

HO2C

+

CH2 CH

HO

CO2H

: H OH2

:

:

HO2C CH2 CH

OHCO2H H3O

++

H

CO2H+

HO2CCH2

OH

HCO2H

1

2

CO2HHHO2C H

1

2

H

HO2CH

HO2CCH2

OH

HCO2H

2

2

Ác. (2S)-málico

Ác. (2R)-málico

H3O+

H2O

La fumarasa cataliza la adición de agua de forma estereoespecífica, situando un OH indistintamente sobre C2 o C3, pero siempre desde el lado (SI,SI) del ácido fumárico. El producto de la reacción es el ácido L-(2S)-málico:

CO2HHHO2C H

2SI 3SI

2RE 3RE

122

CO2HHHO2C H

HO2C OHH

HCO2H

H

HO HCO2H

HHO2C H

2SI 3SIH2O

fumarasa

2SI(OH)3RE(H)

3SI(OH)2RE(H)

HO2C OH

H H

CO2H

H

2 3

2 3

2 3

2

3iguales

HO2C OH

HR HS

CO2H

H

2

3

Ác. L-(2S)-málico

Observa que el átomo de hidrógeno situado en anti respecto al OH es pro-(R) La reacción inversa de eliminación, catalizada por la fumarasa, transcurre únicamente en este átomo de hidrógeno; el hidrógeno pro-(S) es ignorado por la enzima.

EJERCICIO 43¿Qué producto se obtendría si la fumarasa catalizara la adición de agua de la forma siguiente: 2RE(OH), 3SI(H) o 3RE(OH), 2SI(H)?

Por otra parte, la aconitasa cataliza la interconversión estereoespecífica siguiente:

HO2CCH2

HO2C

H

CO2H23

Ác.cis-aconítico

H_OH CH2HO2C CHCO2H

CHOH

CO2H

Ác. (2R,3S)-isocítrico Se trata de una reacción de adición 2RE(OH), 3RE(H):

HO2CCH2

HO2C

H

CO2H H_OH

3RE(H)

2RE(OH)

H

HO2CCH2

HO2COH

CO2HH HO2CCH2 H

HO H

CO2H

CO2H

23

3

2

Ác. (1R,2S)-isocítrico La enzima sitúa, de forma estereoespecífica, un OH en C2 por la cara 2RE, 3SI.

EJERCICIO 44¿Qué producto se obtendría si la adición fuese 3RE(OH), 2SI(H)?

123

EJERCICIO 45Con el fin de averiguar cómo actúa la piruvato carboxilasa sobre el (Z)-fosfoenolpiruvato, se diseñó el siguiente experimento, utilizando sustratos marcados estereoespecíficamente con tritio:

HO2C O

H T

Pcarboxilasa HO2C C

OCT

HCO2H

Ác. 3-Tritiooxalacético

malato-

deshidrogenasaCHO2COH

CH

T

HCO2H

Ác. 3-Tritiomálico

fumarasa

HO2C

H

H

CO2H

Ác. Fumárico

(no tritiado)

(1)

anti-eliminación

HO2C O

T H

Pcarboxilasa HO2C C

OCT

HCO2H

Ác. 3-Tritiooxalacético

malato-

deshidrogenasaCHO2COH

CH

T

HCO2H

Ác. 3-Tritiomálico

HO2C

H

T

CO2H

Ác. Fumárico

(tritiado)

(2)

fumarasaanti-eliminación

Utiliza representaciones tridimensionales para mostrar cómo actúa cada una de las enzimas en cada secuenciade reacciones.

EJERCICIO 46Comprueba que en el ejercicio anterior, la malato-deshidrogenasa actúa estereoespecíficamente sobre el hidrógeno pro-(R) del ácido málico.

124

MÉTODOS FÍSICOS PARA DETERMINAR LA CONFIGURACIÓN DE ISÓMEROS GEOMÉTRICOS

INFRARROJO

En las olefinas del tipo RCH=CHR’ el isómero trans presenta una banda intensa a 970-960 cm-1. Esta banda no se observa en el isómero cis.

ULTRAVIOLETA

H

H

H H

trans-Estilbeno

λmax.= 295 nm

ε = 27000

cis-Estilbeno

λmax.= 280 nm

ε = 13500 En el trans-estilbeno no existen interacciones estéreas significativas (sistema conjugado plano de 14 electrones) Sin embargo, en el cis-estilbeno si hay interacciones estéreas entre los dos grupos fenilo, que obligan a los dos núcleos a no ser coplanares. Este hecho da lugar a una menor interacción entre ambos sistemas conjugados π, que se traduce en una pequeña variación de λmax. Y en un gran cambio del coeficiente de extinción.

RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE PROTÓN

HB

HA

HA HB

HA

HB

Jab (Hz) Jab (típica)

0-3

6-12

12-18 18

10

0-2HA

Me

CN

HB

Me

HA

CN

HB

Me

HA

CO2Me

HB

HA

Me

CO2Me

HB

δA: 6.66 ; δB: 6.13

JAB = 16.0

δA: 6.46 ; δB: 5.84

JAB = 11.0

δA: 6.92 ; δB: 6.64

JAB = 11.5

δA: 6.37 ; δB: 6.35

JAB = 11.4

HA

C6H5

CO2Et

HB

HA

C6H5

CO2H

HB

δA: 7.81 ; δB: 6.35

JAB = 16.0

δA: 7.61 ; δB: 6.41

JAB = 115.8

MOMENTOS DIPOLARES

H

Me

H

Me

H

Me

Me

H

μ = 0.33D

(Z)-2-Buteno

μ = 0.00D

(E)-2-Buteno

vector suma

125

H

Cl

H

Cl

H

Br

H

Br

H

I

H

I

H

Cl

H

Br

H

H

H

Cl

H

EtO2C

H

CO2Et

H

EtO2C

CO2Et

H

H

HOH2C

H

CH2OH

H

Cl

H

Me

H

Cl

Me

H

μ (D) μ (D)

H

Me

H

Me

H

H

CH2OH

CH2OH

1.89

1.35

0.75

0.33

1.55

1.44

2.54

2.38

2.48

2.45

1.71

1.97

molécula molécula

E.L.Eliel, Stereochemistry of Carbon Compounds, Mc-Hill, 1962

126

REACCIONES DE ADICIÓN ELECTRÓFILA ELECTRÓFILA

REACCIÓN CON HALUROS DE HIDRÓGENO (HCl, HBr, HI) REACCIÓN CON HALUROS DE HIDRÓGENO (HCl, HBr, HI) Las adiciones electrófilas a enlaces múltiples implican la conversión de un enlace π en dos enlaces σ. El átomo de hidrógeno es el electrófilo más común en estas reacciones. En general, este tipo de reacciones es energéticamente favorable, es decir, son exotérmicas.

Las adiciones electrófilas a enlaces múltiples implican la conversión de un enlace π en dos enlaces σ. El átomo de hidrógeno es el electrófilo más común en estas reacciones. En general, este tipo de reacciones es energéticamente favorable, es decir, son exotérmicas.

Las olefinas sustituidas simétricamente sólo pueden dar lugar a un producto de reacción: Las olefinas sustituidas simétricamente sólo pueden dar lugar a un producto de reacción:

CH3 CH CH CH3HX CH3 CH

HCHX

CH3

C6H5 CH CH C6H5HX C6H5 CH

HCHX

C6H5 En general:

R1 C C R1 HXR2 R2

R1 C C R1R2 R2

XH Sin embargo, cuando el doble enlace del alqueno no tiene los mismos sustituyentes, existe la posibilidad de que se formen dos productos diferentes:

CH3 CH CH2

(CH3CH2CH2Cl ; 1-Cloropropano)

(CH3_CH_CH3 ; 2-Cloropropano)

Cl

HCl

CH3 CH CH2

Cl H

CH3 CH CH2

H Cl

Mecanismo de la reacción La adición electrófila de haluros de hidrógeno al doble enlace de una olefina transcurre a través de carbocationes. Primer paso: reacción del alqueno con el protón procedente de H-X:

CH3 CH CH2

H Brδ+ δ−

lenta CH3 CH CH3+

+ Br_

[carbocatión secundario]

CH3 CH CH2

H Brδ+ δ−

lenta CH3 CH2 CH2+

+ Br_

[carbocatión primario]

127

Segundo paso: reacción del catión carbonio con el anión bromuro (nucleófilo):

CH3 CH CH3+

+ Br_

[carbocatión secundario]

rápidaCH3 CH CH3

Br

2-Bromopropano

CH3 CH2 CH2+

+ Br_

[carbocatión primario]

rápidaCH3 CH2 CH2Br

1-Bromopropano

EJERCICIO 47La reacción entre propeno y HBr da lugar únicamente a bromuro de isopropilo.1. ¿Cuál de los dos equilibrios estará más desplazado hacia la derecha? :

CH3 CH CH2 (g) + HBr (g) CH3 CHBr

CH3 (g)

CH3 CH CH2 (g) + HBr (g) H3CCH2 CH2Br (g)

2. Calcula las constantes de equilibrio correspondientes a las dos reacciones.3. Calcula los porcentajes de 1-bromopropano y 2-bromopropano una vez alcanzado el equilibrio.

4. ¿Por qué no se obtiene nada de 1-bromopropano?

Datos: 0fG (1 ) 14.99 /propeno kcal molΔ − = + 0

fG (1 ) 5.37 /bromopropano kcal molΔ − = −

0fG (2 ) 6.51 /bromopropano kcal molΔ − = − 0

fG ( ) 12.73 /HBr kcal molΔ = −

En la reacción entre propeno y HBr, el 2-bromopropano se forma más rápidamente que el 1-bromopropano (ver la respuesta del Ejercicio 47) ¿Por qué?

CH3 CH CH2

lenta CH3 CH CH3+

+ Br_

[carbocatión secundario]

lentaCH3 CH2 CH2

++ Br

_

[carbocatión primario]

HBr

rápidaCH3 CH CH3

Br

2-Bromopropano

rápidaCH3 CH2 CH2Br

1-Bromopropano La velocidad total de reacción es proporcional a la energía libre de activación del paso más lento que, en este caso, corresponde a la formación de los dos carbocationes. El carbocatión isopropilo (secundario) es más estable que el catión propilo (primario) y la energía de activación necesaria para su formación (ΔG1

≠) es bastante menor que la correspondiente al primario (ΔG2

≠) Por consiguiente, el carbocatión secundario se forma más rápidamente que el primario y esto se refleja en el resultado final: no se obtiene nada de 1-bromopropano, que proviene del carbocatión primario. La reacción está sometida a control cinético.

128

ΔG1

ΔG2

ΔG

CH3 CHBr

CH3

CH3 CH CH2

HBr

CH3CH2CH2

Br

CH3CHCH3

Br

CH3CH2CH2Br

curso

+

+

+ _

+

+ _

-7.63 kcal/mol

-8.77 kcal/mol

≅ 16 kcal/mol

≅ 1 kcal/mol

REGIOSELECTIVIDAD EN LA ADICIÓN DE ÁCIDOS PRÓTICOS A OLEFINAS. REGLA DE MARKOVNIKOV En este caso, el término regioselectividad hace referencia al hecho de que el reactivo electrófilo (H+) se une preferentemente al átomo de carbono del doble enlace que tiene más hidrógenos. O dicho de otro modo: el reactivo electrófilo se une al doble enlace dando lugar con preferencia al carbocatión más estable.

R1 C

R2

CH2

12

R1 C

R2

CH3+

[terciario]

R1 C

R2

CH3

Br

R1 CH

R2

CH2+

[primario]

Br_

(producto mayoritario)

Br_

R1 CH

R2

CH2Br

HBr

1

2(producto minoritario)

129

R1 C

R2

CH

12

R1 C

R2

CH2+

[terciario]

R1 C

R2

CH2

Br

R1 CH

R2

CH+

Br_

(producto mayoritario)

Br_

R1 CH

R2

CH

HBr

1

2(producto minoritario)

R3

R3

R3

R3

BrR3

[secundario] Las olefinas que no tienen átomos de hidrógeno unidos a los carbonos del doble enlace, dan lugar siempre a dos carbocationes terciarios:

R1 C

R2

C

12

R1 C

R2

CH+

[terciario]

R1 C

R2

CH

X

R1 CH

R2

CH+

X_

(1)

X_

R1 CH

R2

C

HX

1

2(2)

R4

R4

R4

R4

R3

R4

R3

R3 R3

[terciario]

R3

Br

En una situación así, resulta muy difícil (si no imposible) predecir cuál de los dos productos obtenidos (1) o (2) será el mayoritario. Lo habitual es que se obtenga una mezcla que contiene aproximadamente el 50 % de (1) y el 50 % de (2)

REACCIONES DE TRANSPOSICIÓN EN CARBOCATIONES Hay ocasiones en las que una reacción de adición electrófila da lugar a productos inesperados, en los que la estructura de la molécula inicial cambia de forma sustancial. Por ejemplo:

CH3 CHCH3

CH CH2HCl

250CCH3 C

CH3CH2 CH3

Cl+ CH3 CH

CH3CHCl

CH3

2-Cloro-2-metilbutano 2-Cloro-3-metilbutano

50 % 50 % En principio, no debería obtenerse 2-cloro-2-metilbutano:

_

[primario]

12

CH3 CHCH3

CH CH2HCl

250C

+

[secundario]

CH3 CHCH3

CH CH3

CH3 CHCH3

CH2 CH2+

1

2

Cl

_Cl

CH3 CHCH3

CH CH3

Cl

CH3 CHCH3

CH2 CH2Cl

2-Cloro-3-metilbutano

1- Cloro-3-metilbutano

(no se obtiene)

130

¿De dónde procede el 2-cloro-2-metilbutano?

CH3 CHCH3

CH CH2

H Cl+

[secundario]

CH3 CHCH3

CH CH3

En el carbocatión secundario tiene lugar una transposición de anión hidruro (H:−):

+CH3 C

CH3CH CH3

H

transposición

+CH3 C

CH3CHH

CH3

[secundario]

_Cl

[terciario; más estable]

CH3 CCH3

CH2 CH3Cl

2-Cloro-2-metilbutano En estas reacciones de transposición pueden estar implicados, además del anión hidruro, grupos alquilo. El ejemplo siguiente es un “anión” metilo el que se desplaza:

CH3 CCH3

CH3

CH CH2HCl

-780CCH3 C

CH3

ClCHCH3

CH3 + CH3 CCH3

CH3

CHCl

CH3

3,3-Dimetil-1-buteno 2-Cloro-2,3-dimetilbutano 2-Cloro-3,3-dimetilbutano

61 % 37 %

EJERCICIO 48Escribe un mecanismo de la reacción anterior que permita explicar la formación de los dos haluros de alquilo.

ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES QUE TRANSCURREN A TRAVÉS DE CARBOCATIONES Los carbocationes tienen geometría plana. Este hecho da lugar a la aparición de mezclas racémicas en muchas reacciones de adición electrófila.

C6H5 CH CH2HBr C6H5 CH

BrCH3

* mezcla de dosestereoisómeros

C6H5 CH CH2

H BrCH CH3+

**

*

*

carbocatiónestabilizado

C6H5 CH3

H+

C6H5CH3

H

C6H5

Br

CH3H

C6H5

Br

CH3

H

+

1

2

Br_

1

2

Br

C6H5 CH3

H(S)

H

C6H5 CH3

Br(R)

C6H5 CH CH2HBr

131

EJERCICIO 49Escribe el mecanismo de la reacción que tiene lugar entre (Z)-3,4-dimetil-3-hexeno y HCl. Utiliza representa-ciones tridimensionales y comprueba que se obtiene una mezcla equimolecular de los cuatro estereoisómeros posibles del 3-cloro-3,4-dimetilhexano.

REACCIÓN CON AGUA EN MEDIO ÁCIDO FUERTE

CH3 CCH3

CCH3

CH3H2SO4

H2OCH3 CH

CH3CCH3

CH3OH

2,3-Dimetil-2-butanol2,3-Dimetil-2-buteno

H2O: H O S OHO

OH3O + O SO3H:

_+

CH3 CCH3

CCH3

CH3

H2O H+

CH3 CCH3

CCH3

CH3++ H2O:

H

CH3 CCH3

CCH3

CH3+:

HOH2

CH3 CCH3

CCH3

CH3H OH2:

+

:+CH3 CH

CH3CCH3

CH3OH

H :

CH3 CHCH3

CCH3

CH3OH

2,3-Dimetil-2-butanol

+ H3O+

OH2 El carbocatión que se forma, además de reaccionar con una molécula de agua, puede hacerlo con el anión hidrogenosulfato presente en el medio:

CH3 CCH3

CCH3

CH3+

:H

O

CH3 CCH3

CCH3

CH3H O

SO3H_ SO3H

hidrogenosulfato de alquilo

éster de un alcohol y ácido sulfúrico

Estos hidrogenosulfatos de alquilo reaccionan con agua dando lugar al mismo alcohol:

CH3 CHCH3

CCH3

CH3OH

2,3-Dimetil-2-butanol

CH3 CCH3

CCH3

OH CH3

hidrogenosulfato de alquilo

S OHO

O+ H OH + HO S OH

O

O

132

La reacción de olefinas cíclicas, con haluros de hidrógeno o con agua en medio ácido fuerte, transcurre también a través de carbocationes:

MeHCl

MeCl

MeHBr

HEt HEt

Me

Br

MeH2O

Me

OH

HMe

H2SO4

HMe

EJERCICIO 50Escribe el mecanismo de las tres reacciones anteriores utilizando representaciones tridimensionales y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se obtienen.

REACCIÓN DE LOS ALQUENOS CON HALÓGENOS Las olefinas reaccionan con cloro o bromo dando lugar a derivados dihalogenados:

CH3 CH CH CH3Cl2 CH3 CH

ClCHCl

CH3

2-Buteno 2,3-Diclorobutano

CH2 CH2 + Br2NaCl / H2O

disolución saturada

BrCH2CH2Br + BrCH2CH2Cl

1,2-Dibromoetano 1-Bromo-2-cloroetano54 % 46 %

CH2 CH2 + Br2 BrCH2CH2Br + BrCH2CH2OH

1,2-Dibromoetano 2-Bromoetanol37 % 54 %

H2O

00C

Cuando se hace reaccionar el (E)-2-buteno con bromo se obtiene únicamente la forma meso del 1,2-dibromobutano:

H Me

Me H

(E)-2-Buteno

Br2

Br

BrH

Me

Me

H Br Br

H HMe Me

(2R,3S)

2 3

133

Si la reacción se lleva a cabo con el (Z)-2-buteno se obtiene una mezcla equimolecular de dos enantiómeros (racémico):

Me Me

H H

(Z)-2-Buteno

Br2

Br

BrMe

Me

H

H+

Br

Br Me

Me

H

H

(2S,3S) (2R,3R)

2 3 2 3

EJERCICIO 51Comprueba que si las dos reacciones anteriores transcurrieran a través de carbocationes, se obtendrían los mismos productos partiendo del estereoisómero (Z) o del (E)

Para poder explicar la estereoquímica de estas reacciones se planteó la siguiente hipótesis: la reacción con la olefina debe dar lugar a un catión en el que el halógeno está unido simultáneamente a los dos átomos de carbono del doble enlace (catión halogenonio):

R CH CH R'

X

X

:

::

:

1 2

3

R C C R'

X

H H

: :+

X ::_

(catión halogenonio) El catión halogenonio reacciona posteriormente con el anión del halógeno (nucleófilo) por el lado menos impedido estéricamente (adición anti):

R R'HH

X: :+

X::_

R

R'X

XH

H

(1)

R R'HH

X: :+

X::_

R'

R X

X H

H

(2) Se obtiene una mezcla de dos enantiómeros: (1) y (2) Veamos si la hipótesis del catión halogenonio, permite dar cuenta de los resultados que se obtienen en la reacción del bromo con los dos estereoisómeros del 2-buteno:

134

(Z)-2-Buteno:

2 3

_

Me Me

HH Br2

Me Me

HHBr+

Me

Me Br

Br H

H

Me

MeBr

BrH

H

(1) (2S,3S)

Br

(2) (2R,3R)

H

Br Me

H

Me Br

2

3

HBrMe

H

MeBr

2

3

32

1

2

1 2

Se obtiene una mezcla equimolecular (racémico) de la pareja de enantiómeros del 2,3-dibromobutano. (E)-2-Buteno:

_

Me H

MeH Br2

Me H

MeHBr+

H

Me Br

Br Me

H

Me

HBr

BrH

Me

(1) (2S,3R)

Br

(2) (2R,3S)

H

Br Me

Me

H Br

2

3

HBrMe

Me

HBr

2

3

2 3

2 3

1 2

1

2

Ahora se obtiene únicamente la forma meso: (1) = (2)

Cuando la reacción de una molécula da lugar a un solo estereoisómero, se dice que la reacción es estereoespecífica. Si el sustrato conduce a cantidades desiguales de estereoisómeros, la reacción recibe el nombre de estereoselectiva.

La reacción del (E)-2-buteno con bromo es estereoespecífica, ya que se obtiene un solo estereoisómero: la forma meso.

EJERCICIO 52Para averiguar qué estereoisómeros se forman al reaccionar cualquier olefina con cloro o bromo, sólo es preciso trabajar con uno de los dos cationes halogenonio posibles: (1) o (2)

R H

R'H X2

R H

R'HX+

R H

R'H

X+

o

(1)

(2)Comprueba que esto es cierto utilizando el catión bromonio (2) del (E)-2-buteno.

135

REACCIÓN DE LOS ALQUENOS CON ÁCIDOS HIPOHALOSOS (HOCl Y HOBr) Los ácidos hipohalosos se obtienen haciendo reaccionar sus sales sódicas con un ácido fuerte disuelto en agua:

NaOCl + H3O+ HOCl + Na+ + H2O

hipoclorito sódico

ácidohipocloroso

δ− δ+

En los ácidos hipohalosos el enlace que une el oxígeno y el halógeno está polarizado: HO X La baja densidad electrónica sobre el átomo de halógeno hace que se comporte como un electrófilo potencial. El resultado de la interacción entre el par de electrones del doble enlace y el halógeno electrófilo, conduce también a un catión halogenonio, igual que en la reacción de halógenos con una olefina:

C C

OH

X ::

:

1 2

3

(catión halogenonio)

R R

HH

(Z)

C C

X::

R R

HH

+

+ HO_

(nucleófilo)

Ahora, el catión halogenonio reacciona en anti con el anión hidroxilo. Si la olefina tiene los mismos sustituyentes en los dos carbonos del doble enlace, el catión halogenonio que se forma es simétrico. En una situación como ésta, la reacción posterior con el nucleófilo tiene la misma probabilidad de ocurrir por cualquiera de los dos carbonos.

_

R R

HHX+

R

R OH

X H

H

R

RHO

XH

H

(1)

HO

(2)

1

2

1 2

(Z)

(halogenohidrina)

(halogenohidrina)

En este caso se obtiene un racémico de las halogenohidrinas (1) y (2)

EJERCICIO 53Dibuja los estereoisómeros que se obtienen en las siguientes reacciones:

R R

HH X-OHR R

HHX+

R R

HH

X+

(Z)

1 2

1 2

HO_

....

HO_

....

136

Cuando los sustituyentes son distintos, en particular si uno de los carbonos del doble enlace tiene unidos dos átomos de hidrógeno, el catión halogenonio deja de ser simétrico:

R H

HR X-OHR H

HRX+

1 2 Ahora, la reacción por 1 o 2 con el nucleófilo (HO−) no tiene lugar con la misma facilidad. Veamos dos ejemplos concretos:

CH3CH2 CCH3

CH2Cl-OHH2O CH3CH2 C

CH3CH2Cl

OH

2-Metil-1-buteno 1-Cloro-2-metil-2-butanol

C6H5 CH CH2Cl2, H2ONa2CO3

C6H5 CHOH

CH2Cl

Feniletileno (Estireno)

2-Cloro-1-feniletanol

72 % El átomo de halógeno se une al carbono con más hidrógenos (el menos sustituido) y el grupo HO− al carbono más sustituido. ¿Por qué la reacción tiene una regioselectividad de tipo Markovnikov, cuando no existe ningún carbocatión como intermedio? Supongamos que el catión halogenonio no simétrico reacciona con el nucleófilo por el átomo de carbono al que están unidos los dos hidrógenos:

R HHR

X+

1

HO_

R H

HRX

OH

δ+

δ−

carbocatión incipiente

H

R OH

X H

R

(minoritario)

La aproximación del HO− al átomo de carbono debilita el enlace C-X, que comienza a romperse. Este hecho da lugar a la aparición de un carbocatión primario incipiente, que no llega a formarse porque el nucleófilo (HO−) se une a él. Si por el contrario, la reacción transcurre por el otro átomo de carbono, el carbocatión incipiente será terciario y más estable:

R H

HRX+

2

HO_

R HHR

X

OH

δ+

δ−

carbocatión incipiente

H

R X

HOH

R

(mayoritario)

La reacción entre ácidos hipohalosos y olefinas no simétricas, como la que se muestra a continuación, da lugar a una mezcla de estereoisómeros de dos compuestos diferentes:

137

R CH CH R'XOH R CH

OHCHX

R' + R CHX

CHOH

R'

(Z) o (E) Para obtener los estereoisómeros de los dos compuestos es necesario trabajar con los dos cationes halogenonio posibles:

R R'

HHX+

R R'

HH

X+

yEstereoisómero (Z):

1 2

3 4

R H

R'HX+

R H

R'H

X+

yEstereoisómero (E):

1 2

3 4

EJERCICIO 54Utiliza representaciones tridimensionales para escribir a reacción entre ácido hipobromoso y 1-etil-2-metilciclohexeno. Nombra todos los compuestos que se obtienen y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros.

REACCIONES DE LOS ALQUENOS CON ELECTRÓFILOS OXIGENADOS

OXIDACIÓN DE ALQUENOS CON PEROXIÁCIDOS

R CO

OH R CO

O OH

ácido carboxílico ácido peroxicarboxílico Ácidos peroxicarboxílicos empleados habitualmente:

H CO

O OH CH3 CO

O OH C6H5 CO

O OH

CO O OH

Ác. peroxifórmico Ác. peroxiacético Ác. peroxibenzoico Ác. m-cloroperoxibenzoicoÁc. m-cloroperbenzoico

Cl

La reacción de las olefinas con peroxiácidos da lugar a derivados de oxirano:

R R

HH

C OR

O

OH

R R

HH

C OR

HO

O

138

Ejemplos:

H C6H5

HC6H5

H C6H5

HC6H5

O1

2 3CH3CO3H

CH2Cl, 30-350C

1,2-Difeniletileno (2S,3S)-2,3-Difeniloxirano

H H

O

HCO3H

Ciclohexeno Epoxiciclohexeno El anillo de oxirano se abre fácilmente en medio ácido:

H C6H5

HC6H5

O ::

H2O H+

H C6H5

HC6H5

O:H

+

H C6H5

HC6H5

O :H

+

OH2: H2O

OH

C6H5

H

H

C6H5

+

OH

OH

C6H5

H

H

C6H5

:+HH2O :

:HO

OH

C6H5

H

H

C6H5

1 2 + H3O+

(1S,2R)-1,2-Difenil-1,2-etanodiol

(forma meso) El proceso completo da lugar a una adición neta anti de los dos grupos OH al doble enlace de la olefina. Es decir, permite obtener estereoisómeros de 1,2-dioles a partir de olefinas:

R R

HHR R

HHO

HO

OH

R

R

H

H

(Z)

R R

HHO

RCO3H H3O+

H+

1 2 OH

HO

R

R

H

H

H2O

1

2

La reacción de la olefina con el peroxiácido transcurre con una estereoselectividad superior al 99 % (si lo hiciese con un 100 % sería estereoespecífica) ya que la estereoquímica del 1,2-diol es la misma que la del oxirano de partida.

139

Comprueba que si en la reacción anterior se parte del estereoisómero (E) se obtiene la forma meso. Igual que sucede con los cationes halogenonio, la apertura de los oxiranos no simétricos, catalizada por ácidos, tiene lugar con regioselectividad Markovnikov.

OXIDACIÓN DE ALQUENOS CON TETRAÓXIDO DE OSMIO El tetraóxido de osmio (OsO ) reacciona con las olefinas, dando lugar a ésteres del ácido osmico: 4

R R'

HHR R'

HH OOsO4

Et2O, piridina

3-Metil-2-penteno

O

OsOO

(adición syn)

La descomposición en medio básico del éster da lugar a un glicol en el que los dos grupos OH están en posición syn (al contrario de lo que sucede en la reacción con peroxiácidos, que sitúa los dos grupos OH en posición anti) Para averiguar el número total de estereoisómeros que se obtienen en la reacción hay que trabajar con los dos ésteres posibles: (1) y (2):

R R'

HH OKOH

O

OsOO

H2OR'R

OHHO

HH(1) (1')

R R'HH

O

KOH

O

OsOO

H2O

R'R

OHHO

HH

(2)

(2')

En la reacción del OsO4 con cada estereoisómero de la olefina se obtiene una pareja de enantiómeros. En el ejemplo los enantiómeros son (1’) y (2’).

EJERCICIO 55Utiliza representaciones tridimensionales para escribir la reacción entre OsO4 y 1-etil-2-metilciclohexeno.Nombra todos los compuestos que se obtienen y averigua la configuración absoluta de sus estereoisómeros.

EJERCICIO 56Averigua la estereoquímica de los productos que se obtienen en las siguientes reacciones:

CH3 CH CH CH2CH3

(Z)

1)RCO3H

2)H3O+ CH3 CH CH CH2CH3

OH OH

CH3 CH CH CH2CH3

(E)

1)OsO4

2)KOH, H2OCH3 CH CH CH2CH3

OH OH

14

RCO3H

RCO3H

OsO4

OsO4

12

1

1 1

1

22

22

[1]

[2]

[4]

[3]

(Z)(E)

anti syn

antisyn

HO

OH

R'

HR

H

OH

HO

R

HR'

H

HO

RH

OH

R'H

HO

RH

OH

R'H

R R'

HH

R H

R'H

R R'

HH

O

1

2

R R'

HH

2

1

H H

R'R

21

R H

R'H

O

enantiómeros: [1] y [2] Cuando R = R´ forma meso: [3] = [4]

Enantiómeros: [1] y [2] ; [3] y [4]

HIDROXILACIÓN CON PEROXIÁCIDOS Y TATRAÓXIDO DE OSMIO

0

141

EJERCICIO 57La reacción de un compuesto A(C4H8) con ácido hipocloroso, da lugar a una mezcla de (2S,3R) y (2R,3S)-3-cloro-2-butanol. Averigua la estructura de A y escribe el mecanismo a través del que discurre el proceso.

EJERCICIO 58En el esquema siguiente se muestran los productos a los que da lugar una olefina A, cuando reacciona con ácido peroxifórmico o tetraóxido de osmio:

A

1)HCO3H

2)H2O

1)OsO4

2)H2O

[(2R,3R) + (2S,3S)]-2,3-Pentanodiol (racémico)

[(2R,3S) + (2S,3R)]- 2,3-Pentanodiol (racémico)

Averigua la estereoquímica de A, e indica qué productos se obtendrán cuando dicha olefina reacciona con ácido hipocloroso a través de iones onio.

EJERCICIO 59Escribe las reacciones del 1,2-dimetilciclohexeno con tetraóxido de osmio, ácido peroxibenzoico y ácidoclorhídrico. Averigua la configuración absoluta de todos los productos que se obtienen y nombra cada uno de ellos.

EJERCICIO 60El (E)-1-fenil-2-penteno reacciona con HBr dando lugar a una mezcla de dos racémicos. Uno de ellos corres-ponde al 1-fenil-2-bromopentano y el otro al 1-fenil-3-bromopentano.

Apartado 1: Averigua si la reacción transcurre a través de carbocationes o de iones onio y haz un esquema con todas las reacciones.Apartado 2: Escribe las reacciones del (E)-1-fenil-2-penteno con ácido peroxibenzoico y con tetraóxido de osmio, indicando en cada caso la configuración absoluta de los productos que se obtienen.

EJERCICIO 61La reacción del (Z)-(4S)-4-fenil-2-penteno con HBr da lugar a una mezcla de dos racémicos del 1-bromo-1-fenil-2-metilbutano. Averigua si la reacción transcurre a través de carbocationes o de iones onio y haz un esquema con todas las reacciones.

EJERCICIO 62La reacción de una olefina A(C6H9OCl) con ácido hipocloroso, da lugar a la siguiente mezcla de cuatro estereoisómeros:

[(1S,2R) + (1S,2S)]-3,3-dicloro-1,2-ciclohexanodiol

[(1R,2S,3S) + (1S,2R,3S)]-1,2-dicloro-1,3-ciclohexanodiol+

142

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN CARBONO SATURADO

GENERALIDADES Los métodos más usados en el estudio de los mecanismos de este tipo de reacciones son los cinéticos (medida de las velocidades de reacción) y los estereoquímicos. Los estudios cinéticos muestran el tiempo que tarda la reacción en transcurrir y los estereoquímicos la relación que existe entre las configuraciones de las sustancias reaccionantes y los productos. La combinación de ambos tipos de información puede dar una idea detallada de cómo el reactivo y el sustrato interaccionan durante la reacción:

_Nu

_CH2

____Z

R

Nu___CH2__R + Z:

Los reactivos nucleófilos (Nu) son especies que tienen un par de electrones no compartido (bases de Lewis):

NC , RO , HO , Br , C6H5O , R-CO2 , R_OH , H2O: , R3N:_ _ _ _ _ _

Los sustratos (R-Z) más comunes en las reacciones de sustitución nucleófila son los derivados halogenados (R-X; X=Cl, Br, I)

R_X + Nu: R_Nu+ + X_

R_X + Nu R_Nu+ + X__

Por ejemplo:

+ ICH2 CH CH2I + CN_

CH2 CH CH2 CN_

CH3CH2Cl + :NH3 CH3CH2NH3 + Cl

+CH3CH2NH2

+ Cl + H2OHO__ _

MECANISMO DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA En general, estas reacciones transcurren mediante dos tipos de mecanismos distintos. 1. El proceso transcurre en un solo paso de una manera concertada, de forma que la ruptura del enlace R-Z sea simultánea a la formación del enlace R-Nu; la cinética de estas reacciones es de primer orden respecto del sustrato y del nucleófilo, es decir, de segundo orden total. Durante la reacción, dos moléculas experimentan cambio de valencia, por consiguiente, se trata de una reacción bimolecular y se representa por SN2. La reacción pasa por un estado de transición intermedio en el que ambos grupos, entrante y saliente, están unidos al mismo átomo de carbono:

v = k2 [CH3Br][HO ]HO + CH3_Br

_ SN2[HO...CH3...Br]δ− δ−

HO_CH3 + Br_ _

2. El proceso transcurre en dos pasos: en el primero se produce la ionización de R-Z y se libera el catión carbonio R+

que, en la segunda fase, se une al nucleófilo:

v = k1 [R_X]R_Z lenta [R....Z]δ+ δ−

R+ + Z_

R+ + Nu_ rápida [R....Nu]

δ+ δ−R_Nu

143

La velocidad y la naturaleza de los productos quedan determinadas en fases diferentes: la fase determinante de la velocidad es la primera, que es relativamente lenta, pues supone la ionización de un compuesto covalente; su estado de transición será el punto de máximo contenido energético en el progresivo debilitamiento del enlace entre R y Z, y por ello, se considera el estado de transición del proceso total. La segunda fase fija la naturaleza de los productos y es rápida, ya que supone la neutralización de un carbocatión. Como en la fase limitante de la velocidad sólo una molécula experimenta cambio de valencia, la reacción se llama unimolecular y se representa por SN1. Por ejemplo:

v = k1[t-BuBr]CH3 C

CH3

CH3

Br + HO_ SN1

CH3 C

CH3

CH3

OH + Br_

ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN Las reacciones de sustitución nucleófila bimoleculares SN2 tienen lugar con una inversión completa de la configuración del sustrato:

Cl

Me

EtH

HO

Me

EtH

+ Cl

Me

Et Cl

H

Me

HO Et

H

2 2

(2R) (2S)

HO_

Si la reacción se lleva a cabo en un compuesto con dos átomos de carbono asimétricos, el proceso de inversión conduce a un diastereoisómero del sustrato:

Br

H

C3(CCH)(CHH)C41

(1R,3S)

H

CN

C3(CCH)(CHH)C4

(1S,3S)NC

Br_ _Br

HH

Me

(cis)

13

2

4 5

_

Me

H

H

CN

(trans)

3

La inversión de la configuración en las reacciones de sustitución nucleófila se denomina frecuentemente Inversión de Walden, debido a su descubridor. El que una reacción SN2 transcurra con inversión de la configuración, no significa necesariamente que cuando tiene lugar una inversión de la configuración el proceso transcurra mediante un mecanismo SN2. Esto lleva a suponer que el estado de transición de una reacción SN2 tiene la forma de bipirámide trigonal, con los grupos entrante (Nu) y saliente (Z) ocupando los extremos del eje principal de la bipirámide:

144

Z

R1

R3

R2

+ Z..... .....Nu ZC

R3

Nu_ _

R2

R1

Nu

R1

R3

R2

El hecho de que la inversión de la configuración acompañe necesariamente a las reacciones SN2, es debido a que este tipo de reacciones son concertadas. Las reacciones de sustitución nucleófila monomoleculares SN1 transcurren en dos etapas:

C6H5 CH

Cl

CH3 C6H5 CH CH3+

+ Cl_

C6H5 CH CH3+

+ H2O C6H5 CH CH3

OH2+

H2OC6H5 CH CH3

OH+ H3O+

Si el producto de partida es ópticamente activo, el producto final es un racémico:

+

Cl

MeC6H5H

MeC6H5

H

1

2

Me

C6H5

H

1

2

OH

C6H5 Me

H

(1S)

(1R)(1R)

HO

Cl_ H_OH

MeC6H5

H

HO OH

C6H5 Me

H

Cuando el sustrato tiene varios átomos de carbono asimétricos, el producto formado será una mezcla de diastereoisómeros.

EJERCICIO 63El tratamiento del (2R)-2-yodooctano con anión yoduro radioactivo produce [(2R) + (2S)]-2-yodooctanoradioactivo. La velocidad de racemización es el doble que la de incorporación de iodo radioactivo. Explica mediante qué tipo de mecanismo transcurre la reacción.

REACCIONES DE TRANSPOSICIÓN En las reacciones SN1 pueden tener lugar transposiciones de Wagner-Meerwein en el catión carbonio intermedio:

CH3 CCH3

CH3

CH2 Brlenta

CH3 CCH3

CH3

CH2+

+ Br_

rápida

2-Metil-2-butanol

CH3 C

Me

MeCH2 CH3 C

MeCH2

Me

+

+ H_OH CH3 COH

MeCH2 Me

145

El carbocatión formado inicialmente es primario, menos estable que uno terciario; la emigración (transposición) de un grupo metilo permite que se origine el carbocatión más estable. Este carbocatión reacciona posteriormente con agua para dar un alcohol con un esqueleto carbonado isómero del que poseía el sustrato inicial. Puesto que un carbocatión saturado es tanto más estable cuanto mayor número de grupos alquilo están unidos a él, el orden de reactividad será: terciarios > secundarios > primarios.

R_Z R+ + Z (en H-CO2H a 1000 C)

CH3CH2 + Br v = 1,00

v = 26,1

+

v = 108

_

_

CH3CHCH3

CH3CHCH3

++ Br

_Br

CH3CH2 Br

CH3C

CH3

CH3

Br CH3C

CH3

CH3

+ + Br_

Velocidades relativas de reacciones SN1

IMPEDIMENTO ESTÉREO DE LOS SUSTITUYENTES En las reacciones SN1 el carbocatión intermedio plano contiene un carbono unido a tres radicales, mientras que el sustrato posee un carbono tetraédrico. En el estado de transición entre ambos, los sustituyentes unidos a dicho carbono están menos comprimidos unos contra otros; por consiguiente, el paso del sustrato al estado de transición está energéticamente favorecido, y lo estará tanto más cuanto más voluminosos sean los sustituyentes del carbocatión. Como el hidrógeno es muy poco voluminoso, el proceso será tanto más fácil cuanto mayor sea el volumen de los sustituyentes unidos al carbono que da origen al carbocatión. Es decir: terciario > secundario > primario.

estado de transición favorecido energéticamente(grupos menos comprimidos)

(SN1)δ+ δ−

Z

RH

R

C Z

RH

R

RH

R

+ + Z_

Por el contrario, en las reacciones SN2, el carbono en el que tiene lugar la sustitución está unido a cinco átomos, mientras que el sustrato lo está a cuatro. En el estado de transición la aglomeración crece y la velocidad de reacción debe disminuir cuando aumenta el tamaño de los sustituyentes unidos al carbono en el que ocurre la sustitución:

Z

R

RR

+ Z..... .....Nu ZC

R

Nu_ _

R

R

Nu

R

RR

estado de transición desfavorecido energéticamente (grupos más comprimidos)

(SN2)δ− δ−

146

R_Br + IK R_I + BrK (en acetona a 250C)

CH3_Br CH3CH2

_Br

12.500.000 85.000 650 50

CH3CH2_Br

85.000

CH3CH2CH2_Br

70.000 3.000 1

Velocidades relativas de reacciones SN2

CH3 CHCH3

Br CH3 CCH3

BrCH3

CH3 CHCH3

CH2 Br CH3 CCH3

CH2 BrCH3

APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN SÍNTESIS

FORMACIÓN DE ENLACES C–O

SÍNTESIS DE ALCOHOLES, ÉTERES Y ÉSTERES Las reacciones de solvolisis (el nucleófilo es el disolvente) transcurren a través de un mecanismo SN1:

(1)

2-Propanol

CH3 CHCH3

Br + H_OH QSN1

CH3 CHCH3

OH + HBr

(CH3)3C_O_CH2CH3 + (2)

N+H

Cl_

terc-Butil etil éter

CH3CH2_OH + (CH3)3C_Cl N

SN1

(3)

Acetato de butilo

CH3 CO

OH CH3(CH2)3_Br+Q

SN1CH3 C

OO +(CH2)3 CH3 HBr

Si se emplea agua como disolvente (1) el producto obtenido es un alcohol; si el disolvente es un alcohol (etanol en el ejemplo) (2) se llega a un éter y cuando se trata de un ácido (acético en el ejemplo) (3) el producto final es un éster. En la etanolisis del cloruro de t-butilo se añade al medio de reacción piridina (una amina, básica) con el fin de eliminar el HCl que se desprende y desplazar el equilibrio en el sentido de la formación del éter. Otro método consiste en utilizar oxianiones como reactivos nucleófilos; este procedimiento se utiliza con preferencia al anterior y transcurre mediante un mecanismo SN2:

2-Propanol

Na+HO + + NaBr_

CH3 CHCH3

BrH2O

C2H5OHCH3 CH

CH3

OH

(CH3)3CO K+ + CH3CH2_Br

C6H6 (CH3)3C_O_CH2CH3 + BrK

terc-Butil etil éter

_

147

Na+ +C2H5OH

+ BrNa_

Butanoato de butilo

CH3CH2CH2 CO

O CH3(CH2)3_Br CH3CH2CH2 C

OO (CH2)3 CH3

EJERCICIO 64La reacción de un estereoisómero ópticamente activo del 1,3-dibromociclohexano con NaOH transcurre através de un mecanismo SN2 y da lugar a (1S,3S)-1,3-ciclohexanodiol. Dibuja una representación tridimensional del 1,3-dibromociclohexano de partida.

La reacción SN2 se puede utilizar para provocar la inversión de la configuración en un determinado centro asimétrico:

HCONMe2

CH3

BrH

H

SN2CH3CO2

_CH3

HO

HOCH3C

H2OHO

_CH3

HHO

H

+ CH3CO2_

La ventaja fundamental de las reacciones SN2 frente a las SN1 (cuando ambas se emplean con fines sintéticos) es que en los procesos SN1 tienen lugar con cierta frecuencia transposiciones moleculares que dan lugar a mezclas de productos:

1-Cloro-3-metil-2-buteno

CH3 CCH3

CH CH2Cl + H OH SN1acetona

CH3 CCH3

CH CH2OH

3-Metil-2-buten-1-ol

+ CH3 CCH3

CH CH2OH

2-Metil-3-buten-2-ol En este caso se trata de una transposición alílica: el catión alilo formado inicialmente puede reaccionar con el nucleófilo (H2O) en dos posiciones distintas, obteniéndose dos productos de sustitución:

CH3 CCH3

CH CH2ClSN1

CH3 CCH3

CH CH2 CH3 CCH3

CH CH2+

+

EJERCICIO 65La reacción del 3-fenil-1-cloro-2-buteno en acetona acuosa origina una mezcla de 3-fenil-2-buten-1-ol y 2-fenil-3-buten-2-ol ópticamente activo. Escribe el mecanismo de las reacciones que tienen lugar.

La competitividad entre las reacciones de sustitución y eliminación es un factor a tener en cuenta a la hora de idear la síntesis concreta de un compuesto. Por ejemplo, en la síntesis de éteres de Williamson, el empleo de halogenuros terciarios, junto con nucleófilos fuertes, suele dar lugar casi exclusivamente a reacciones de eliminación:

Br + CH3CH2OH

(100 %)

CH3CH2O H__CH2___C____Br

CH3

CH3Bromuro de terc-butilo

CH2 CCH3

CH3 +__

148

Si se recurre a una reacción de solvolisis (el alcohol como nucleófilo) entonces el haluro de etilo es muy poco reactivo y el proceso es demasiado lento para tener aplicación en síntesis:

CH3CH2Cl + (CH3)3C_OH (CH3)3C_O_CH2CH3 + HCl (muy lenta)X La única solución sería emplear un alcóxido terciario y un halogenuro primario:

CH3CH2Cl + (CH3)3C_O K+ (CH3)3C_O_CH2CH3 + KCl_

La síntesis de Williamson también permite obtener éteres cíclicos a partir de halogenohidrinas:

Oxido de etileno(Oxirano)

HOClH2C CH2 HO CH2 CH2 Cl

K2CO3H2C CH2

O

+ Cl_

SN2

HO_CH2_CH2

_CH2_CH2

_ClO

+ H2O + NaCl

Tetrahidrofurano(95 %)

H2ONaOH,SN2

Se trata de una reacción de sustitución nucleófila intramolecular:

HO_CH2_CH2

_ClK2CO3 _

O_CH2_CH2

_Cl

_CH2 CH2

O

Cl

H2C CH2

O

+ Cl_SN2

HO_CH2_CH2

_CH2_CH2

_ClNaOHH2O

O_CH2_CH2

_CH2_CH2

_Cl_

O+ Cl

OCH2

___Cl_

_SN2

Normalmente los éteres no son suficientemente reactivos como sustratos para hidrolizarse con facilidad. Sin embargo, el óxido de etileno y sus derivados son muy reactivos debido a la tensión del anillo. Estos compuesto se hidrolizan en presencia de cualquier ácido o base. También reaccionan con nucleófilos, en ausencia de ácidos:

H RHH

O

reacción con nucleófilos con catálisis ácida

reacción con nucleófilos sin catálisis ácida

149

La reacción con nucleófilos sin catálisis ácida tiene lugar en el átomo de carbono menos sustituido del oxirano. Por el contrario, la reacción con catálisis ácida ocurre en el átomo de carbono más sustituido del oxirano. Reacción catalizada por ácidos:

H2C CH2

O

H2SO4

H2OHOCH2

__CH2OH

O: : H___OH2 O:H

+ + H2O+

EtilenglicolO:H

+H2C_____CH2OH

+

OH2

H2C_____CH2OH

O___HH__

+OH2:

HO_CH2___CH2

_OH + H3O+

La apertura de los oxiranos no simétricos, catalizada por ácidos, tiene lugar con regioselectividad Markovnikov. En este sentido, la reacción es parecida a una S 1, en la que el carbocatión incipiente más estable reacciona con el nucleófilo antes de que tenga lugar su rotación interna (ver esquema en la página siguiente) En la reacción se obtendrá una mezcla mayoritaria de (1) y (1’) en la que (1) será mucho más abundante que (1’) ya que la rotación interna del carbocatión terciario está restringida. Los productos (2) y (2’) se obtienen en pequeña proporción, debido a que provienen del carbocatión secundario.

N

EJERCICIO 66Emplea representaciones tridimensionales para escribir la reacción entre (1-propiliden)ciclohexano y unperoxiácido, seguida de acidificación. Indica cuáles serán los productos mayoritarios y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros.

El anillo de los oxiranos también se abre fácilmente con reactivos nucleófilos en ausencia de ácidos; la reacción SN2 tiene lugar sobre el carbono menos sustituido del anillo oxiranico (menor impedimento estéreo)

EJERCICIO 67Escribe el mecanismo de la siguiente reacción (el metanol es el nucleófilo):

2,2,3-Trimetiloxirano

Me CMe

CH MeR_C_O_OH

O

Me CMe

CH Me

O

CH3OH

H2SO4, H2OMe C

MeCH Me

3-Metil-3-metoxi-2-butanol

OH

OMe

EJERCICIO 68Escribe el mecanismo de la siguiente reacción:

C CH

O

Me

Me Me

2,2,3-Trimetiloxirano

CH3O Na+

MeOH

_

Me COH

CH MeOMe

Me

2-Metil-3-metoxi-2-butanol

150

APERTURA DE OXIRANOS NO SIMÉTRICOS, CATALIZADA POR ÁCIDOS

HO

OH2

Me

Et

H

Me

Et Me

HMeO

H2O

H+

1 2

OH

H2O

Et

Me

Me

HEt Me

HMeO

H

Et Me

HMeO

H

+1

2+

H2O:

H2O:

(terciario)

(secundario)

+

+

H2O

OH

HO

Et

Me

Me

H

HO

OH

Me

Et

H

Me

23

3 2

(1) (2S,3S)

3-Metil-2,3-pentanodiol

(2) (2R,3R)

3-Metil-2,3-pentanodiol

rotación interna restringida

Me Me

HEtOH

+H2O

OH

HO

Me

Me

Et

H

23

(1') (2S,3R)

3-Metil-2,3-pentanodiol

Et H

MeMeO

H

+ H2OHO

OH

H

Et

Me

Me

3 2

(2') (2S,3R)

3-Metil-2,3-pentanodiol

rotación interna restringida

FORMACIÓN DE ENLACES C–X

SÍNTESIS DE HALUROS DE ALQUILO A PARTIR DE ALCOHOLES Los alcoholes reaccionan con haluros de hidrógeno dando lugar a haluros de alquilo:

R_CH2__CH2OH

HBrSN2

alcohol primarioR_CH2

__CH2Br + H2O

HBrSN1 / SN2

alcohol secundario

+ H2OR CH2 CHMe

OH R CH2 CHMe

Br

151

HBrSN1

alcohol terciario

+ H2OR CH2 CMe

OH R CH2 CMe

BrMe Me

Mecanismo de la reacción SN2:

R__CH2OH H____Br R__CH2OH2 + Br_

Keq = 107

pKa -9 pKa -2

+

+

Br_ R__CH2Br + H2OCH2

OH2

R

Si la reacción es SN1 pueden tener lugar transposiciones de Wagner-Meerwein:

+

3-Pentanol 2-Bromopentano

CH3CH2 CHOH

CH2CH3HBrSN1

CH3CH2 CHBr

CH2CH3

3-Bromopentano

CH3CH2 CH2 CHCH3

Br

Mecanismo de la reacción SN1:

+CH3CH2 CH

EtO

H

: H____Br CH3CH2 CHEt

OH2 +_

Br

+

CH3CH2 CH CH2CH3

OH2

H2O_CH3CH2 CH CHCH3

+H

transposición

_Br

_Br

CH3CH2 CH CH2CH3

Br

CH3CH2 CH2 CH CH3+

CH3CH2 CH2 CH CH3

Br

FORMACIÓN DE ENLACES C–C

SÍNTESIS DE NITRILOS Un tipo de reacción muy útil es la que tiene lugar entre un halogenuro y un carbanión; los carbaniones alquilo sencillos no son satisfactorios, pero pueden emplearse muchas clases de carbaniones relativamente estables; el anión cianuro es un ejemplo:

CH3CH2CH2CH2_Br + Na+ NC CH3CH2CH2CH2

_CN + Na+Br_ _

152

Esta reacción (SN2) brinda un método fácil, para añadir un átomo de carbono más a una cadena carbonada:

C6H5_CH2

_Cl + Na+NC EtOH C6H5_CH2

_CN + Na+ClSN2

_ _

SN2Cl_CH2CH2CH2CH2

_Cl + 2Na+ NCacetona

NC_CH2CH2CH2_CN + 2Na+Cl

_ _

La hidrólisis de nitrilos conduce a ácidos carboxílicos; su reducción con hidruro de litio y aluminio (H4AlLi) da lugar a aminas:

C6H5_CH2

_CN

H4AlLi

C6H5_CH2

_CO2H

C6H5_CH2

_CH2_NH2

H3O+

EJERCICIO 69La reacción del (R)-(1-bromoetil) metil éter con cianuro sódico conduce a (1-cianoetil) metil éter ópticamenteactivo. Su configuración absoluta es la misma que la del producto de partida. Explica esta anomalía aparente.

ENOLES Y ANIONES ENOLATO COMO INTERMEDIOS DE REACCIÓN La tautomería se refiere a una interconversión entre dos estructuras que se diferencian en la posición de un átomo o grupo (isómeros constitucionales) Los compuestos con grupos carbonilo están en equilibrio con sus formas enólicas correspondientes (tautomería ceto-enólica):

(99,999 %)

CH3 CO

CH3H2O

CH2 COH

CH3

(forma enólica)

(0,001 %)

H2OCH3 C

OCH2 C

OCH3

(83 %)

CH3 C CH CO

CH3

OH

(17 %)

O

H

O O

HH2O

(50 %) (50 %)

OH

153

O OH

Me Me

H2O O O

Me Me

(5 %) (95 %)

H

La formación del enol está catalizada por bases:

Keq = 5,0 x 106H CH

CO

CO

Me

Me

HO_

pKa 9,0

H2O +

pKa 15,7

Me CO

CH CO

Me_

El anión enolato está estabilizado por deslocalización de la carga negativa:

enolato

Me C

O

CH C

O

Me_ :::

Me C

O

CH C

O

Me

::::_

Me C

O

CH C

O

Me

:::_

:

HO___H

enolenolato

Me C

O

CH C

O

Me

::::_

Me C

OH

CH C

O

Me

::

+ HO_

Reacción global:

cetona

CO

Me + HO_

enolato

Me C

O

CH C

O

Me

:::

:

:_

+ H2O

enol

Me C

OH

CH C

O

Me

::

+ HO_

Me CO

CH2

EJERCICIO 70Cuando la (2S)-2-metilciclohexanona se trata con cantidades catalíticas de NaOH se transforma en una mezcla de (2S) y (2R)-2-metilciclohexanona. Cómo puedes explicar la formación del estereoisómero R.

EJERCICIO 71Considera la siguiente secuencia de reacciones:

2-bromo-3-metil-3-pentanolNaOH, H2O

SN2A(C6H12O) B (C7H16O2)MeOH, H3O+

Utiliza representaciones tridimensionales para escribir la secuencia de reacciones con cada uno de losestereoisómeros del 2-bromo-3-metil-3-pentanol. Asigna la configuración absoluta a todos los compuestos que intervienen.

154

EJERCICIO 72Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B.

(2S,3R)-3-Cloro-2-butanolNaOH, H2O

SN2A(C4H8O)

H2SO4

H2OB (C4H10O2)

EJERCICIO 73Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B.

(2S,3R)-3-Cloro-2-butanolNaOH, H2O

SN2A(C4H8O)

HBr (48 %)

00CB(C4H9OBr)

EJERCICIO 74Averigua la configuración absoluta de los compuestos A y B:

A(C4H9OBr) B(C4H8O) (2R,3S)-3-Amino-2-butanolHO_

SN2

NH3, H2O

SN2

EJERCICIO 75Dos compuestos isómeros A(C7H13OBr) y B(C7H13OBr) reaccionan con NaOH acuoso, a través de unmecanismo SN2, dando lugar a la misma sustancia C(C7H12O). La reacción SN2 de C con metóxido sódico enmetanol, conduce a una mezcla de (1R,2R) y (1S,2S)-2-metoxiciclohexanol. Averigua la configuración absoluta de los compuestos A, B y C.

EJERCICIO 76Utiliza representaciones tridimensionales para averiguar la configuración absoluta de todos los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones:

(1R,2R)-2-Bromo-1-metilciclohexanolNaOH, H2O

A(C7H12O)MeO Na+, MeOH

_

SN2SN2B(C8H16O2)

C(C8H16O2)

MeOHH3O+

155

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA EN UN ÁTOMO DE CARBONO SATURADO

*éster del ácido p-toluensulfónico

ENLACEFORMADO R_Z + Nu: R__Nu + Z:

R_Z Nu: R_Nu Z:

__

_ _

R_X

HO ; H2O

R'O ; R'OH

R'CO2

R__OH

R__OR'

R__O_COR'

[RCH=CH2 + H2SO4]

(tosilato)

H2O R_CH2__OH

R'_CO_O R_CH2__O-COR'

O O O

H2O ; H3O+

O; H3O+

HOCH2CH2__OH

ArO Na+

Cl_CH2CH2_OH

[Z_CH2CH2_Nu] O

Cl_CH2CH2CH2CH2_OH

[Z_CH2CH2CH2CH2_Nu] O

C__O

*

sulfato de dimetilo

+

N2

N2

(diazometano)

X

_

_ _

_

R CH

Me

O SO

OOH HO

_R CH

MeOH O S

O

OOH

_

R CH2 O SO

OMe _ O S

O

OMe

_

MeO SO

OOMe

_ArO__Me MeO S

O

OO Na+_

Cl

Cl

_

_

Me N N

R CO

OH R CO

O__Me

R CO

CH CO

R_

R CO

CH CO

R

_

R CO

CH CO

RMe

156

ENLACEFORMADO R_Z + Nu: R__Nu + Z:

R_Z Nu: R_Nu Z:

__

_ _

NH3

R'NH2

R2'NH

R3'N

R__NH2

R__NH_R'

R__NR2'

R__NR3'+

R_X

X = (Cl, Br, I)

X_

C−−N

O

NH3

RNH2

HO_CH2CH2__NH2

HO_CH2CH2__NHR

OO

NH3

RNH2 HO2C_CH2CH2__NHR

HO2C_CH2CH2__NH2

R_OH

(X = Cl , Br , I )

R__X

R_OH SOCl2, PCl3, PCl5 R__Cl

R_OMe HI R__I

X HO

MeO

__ _ _

_

_

R_X

R__CN

HC(CO2Et)2

R'CO_CH_COR'

CH3CO_CH_CO2Et

_

_

_

O

(X = Cl, Br, I)

X_Mg_R (R )

NC_

X_

R' C C Na+_

R' C C R

R CH(CO2Et)2

R' CO CH

R

COR'

CH3 CO CH

R

CO2Et

_R__CH2CH2OH

C−−X C−−C

157

REACCIONES DE ELIMINACIÓN

GENERALIDADES En un sustrato saturado, el esquema general de cualquier reacción de eliminación es el siguiente:

π

:B_

H C C Z C C BH Z_

+ +

[:B- es una base (nucleófilo) que puede no llevar carga] Si la reacción ocurre en un sustrato insaturado:

π

:B_

H C C Z BH Z_

+ +C C

Los sustratos más comunes en las reacciones de eliminación son los haluros de alquilo y los alcoholes:

CH3 CH CH

H

Br

CH3

B_

CH3 CH CH CH3 + HB + Br_

H2O:

CH3 C OHCH3

CH3

H3O+H CH2 C

CH3OH2

CH3

+CH2 C CH3

CH3+ H3O+ H2O+

MECANISMO DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN De forma semejante a las reacciones SN, las reacciones de eliminación transcurren normalmente a través de dos tipos diferentes de mecanismos.

REACCIONES DE ELIMINACIÓN E1 El proceso transcurre en dos pasos: en el primero se produce la ionización del sustrato y se libera un catión carbonio que, en la segunda fase, reacciona con la base originando el producto no saturado. La reacción responde a una cinética de primer orden:

v = k1[R-Z]H C C Z lenta H C C Zδ+ δ−

H C C+

+ Z_

+ HBrápidaB

_H C C + C C

X

158

Resulta evidente que la etapa lenta es la misma que en las reacciones SN1; todas las consideraciones con respecto a la influencia de Z, R y el disolvente sobre el mecanismo SN1 son aplicables al mecanismo E1. En cambio, la naturaleza de la base influye sobre el producto obtenido. Por ejemplo, el bromuro de t-butilo reacciona en etanol originando el 81% de t-butil etil éter (SN1) y el 19% de isobutileno (E1):

CH3 C BrCH3

CH3 lentaCH3 C

CH3

CH3+ + Br

_

(81%)

t-Butil etil éter

SN1: C2H5 OH C CH3

CH3

CH3

+rápida

C2H5 O C CH3

CH3

CH3

H

+C2H5 O C CH3

CH3

CH3

H+_

E1: (19%)C2H5 OH CCH2

CH3

CH3

H +rápida

C2H5 OH2+

+ CH2 C CH3

CH3

Isobutileno La formación del carbocatión, por ionización del bromuro de t-butilo, es la etapa determinante de la velocidad en ambas reacciones. El etanol puede actuar como nucleófilo o como base; en el primer caso reacciona con el carbono cargado positivamente, dando lugar al producto de sustitución, y en el segundo lo hace con el hidrógeno en β, originando el alqueno. Puesto que las reacciones E1 y SN1 tienen lugar a partir del mismo catión carbonio, el tipo de estructura carbonada influye de igual forma en ambos tipos de procesos. El grupo saliente (Z) no suele jugar ningún papel en las cantidades relativas de productos E1 o SN1, ya que todos ellos se forman después de que Z se ha desprendido del sustrato. La temperatura es el factor que suele determinar la proporción relativa de productos de eliminación o sustitución. En general, una temperatura elevada favorece la reacción de eliminación. Los halogenuros terciarios reaccionan más fácilmente que los secundarios a través de reacciones E1, ya que dan lugar a olefinas más sustituidas y, por consiguiente, más estables (control termodinámico) Sin embargo, un disolvente polar y nucleófilo, y la ausencia de bases fuertes, favorecen la formación de productos de sustitución en vez de los de eliminación. La ruta E1 está favorecida por los reactivos fuertemente básicos y débilmente nucleófilos, y también por los sustituyentes atractores de electrones que aumentan la acidez del hidrógeno en β.

REACCIONES DE ELIMINACIÓN E2 El proceso transcurre en un solo paso de una manera concertada, es decir, la ruptura de los dos enlaces σ y la formación del enlace π son simultáneas. La reacción pasa por un estado de transición del tipo:

δ+δ− δ−

+ Z_

H C C ZB:_

B H C C Z HB + C C

v = k2[R-Z][:B- ]La cinética de la reacción es de segundo orden:

X

159

Lo mismo que la reacción E1 es competitiva con la SN1, las reacciones de sustitución SN2 pueden competir con las de eliminación E2. En este sentido, es importante la naturaleza primaria, secundaria o terciaria del carbono al que está unido Z. La formación de un alqueno mediante un mecanismo E2 va acompañada de una disminución de la aglomeración alrededor del átomo de carbono que contiene el grupo saliente Z, mientras que en el estado de transición que conduce a la sustitución SN2, la aglomeración en torno a este átomo aumenta.

........

δ−

Z

H

R

R'

R

R'Nu

R R'R'R

Z

H.....Nu

δ−

[la aglomeración disminuye]

E2:R R'

R'R + H_Nu + Z_

_

δ−

Z

H

R

R'

R

R'Nu

R'R'

Z

Nu

δ−

[la aglomeración aumenta]

SN2:H

RR

H

RR

Nu

R'R'

+ ZSN2

_

_

E2

La reacción E2 está favorecida si existe considerable impedimento estéreo en el carbono y si la base(nucleófilo) es grande y fuertemente básica. Inversamente, la reacción SN2 está favorecida si el impedimento estéreo es mínimo en el carbono y el nucleófilo (base) es pequeño y muy polarizable. Finalmente, lareacción E2 prevalece sobre la SN2 en disolventes que no sean muy polares (p.e. un alcohol)

α

α

Se comprende fácilmente que los dos factores actúan en el mismo sentido, para favorecer considerablemente la eliminación en los derivados terciarios y para entorpecerla en los primarios. En resumen, la competitividad entre los caminos SN2 y E2 está gobernada por: 1 La magnitud del impedimento estereo en el carbono al que está unido el grupo saliente Z. 2 La basicidad, el tamaño y la polarizabilidad del nucleófilo. 3 La temperatura a la que se realiza la reacción. Por ejemplo, el bromuro de etilo (carbono en posición α no impedido estéricamente) reacciona con el metiltiolato sódico (nucleófilo pequeño y muy polarizable), dando lugar a sulfuro de etilo y metilo (SN2):

CH3CH2Br + CH3_S_Na CH3CH2

_S_CH3 + NaBrSN2

Sin embargo, el bromuro de t-butilo (carbono en α muy impedido) reacciona con el t-butóxido potásico (base nucleófila grande y poco polarizable) para dar como producto más abundante el isobuteno (E2):

(CH3)3C_Br + (CH3)3CO K+ E2 (CH3)3C_OH_

CH3 CCH3

CH2 + + KBr

X

160

REGIOSELECTIVIDAD EN LAS REACCIONES E1 Y E2

REACCIONES E1 Si la base puede reaccionar con dos hidrógenos en β que no son equivalentes, se obtiene una mezcla de olefinas. El alqueno más sustituido (producto Saytzev) suele predominar sobre el menos sustituido (producto Hofmann):

[Saytzev] (32%) [Hofmann](8%)

CH3CH2 CCH3

CH3

Br E1:B CH3 CH C CH3

CH3+ CH3 CH2 C

CH3CH2

[Saytzev] (32%)

[Hofmann] (8%)

=

:BB: 1 2+

CH3CH2 CCH3

BrCH3

E1:B CH3CH2 C

CH3

CH3

+ CH3 CH

H

C CH2

CH3

H

1

2

E1

CH3 CH CCH3

CH3

CH3 CH2 CCH3

CH2

[Saytzev] (81%) [Hofmann] (19%)E1

CH3CH2 CHBr

CH3EtO

_

CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2

REACCIONES E2 La extensión en la que se cumple la regioselectividad Saytzev, en las reacciones E2, depende de la estructura de la cadena carbonada, de la naturaleza del grupo saliente y de la base que desencadena la eliminación. A medida que crece el impedimento estéreo del hidrógeno en β y el tamaño de la base, el producto Saytzev va siendo menos abundante:

[Saytzev] (81%) [Hofmann] (19%)

CH3CH2 CHBr

CH3E2

EtO

Me3CO

_

_

CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2

[Saytzev] (47%) [Hofmann] (53%)

CH3 CH CH CH3 + CH3 CH2 CH CH2

+

[Saytzev] (14%) [Hofmann] (86%)

Me3CE2

EtO

Me3CO

_

_

Me3C CH

CH2 C CH3

Br

CH3

C CH3

CH3Me3C CH2 C CH2

CH3

+

[Saytzev] (2%) [Hofmann] (98%)

Me3C CH C CH3

CH3Me3C CH2 C CH2

CH3

X

161

ESTEREOQUÍMICA DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN

REACCIONES DE ELIMINACIÓN MONOMOLECULARES (E1)

Con independencia del tipo de molécula de partida, ninguna reacción E1 es estereoespecífica. El giro libre del enlace en el carbocatión intermedio da lugar a dos conformaciones distintas: una de ellas origina el estereoisómero Z de la olefina, y la otra el estereoisómero E. No obstante, la interacción entre los grupos de carbonos contiguos hace que uno de los estereoisómeros predomine sobre el otro. El mayoritario será aquél que surja del carbocatión con menor impedimento estéreo:

H H

H

Me

Me I

E1H

HMe

MeH+

:

MeHH

Me(Z)

H

HMe

HMe+

:

HMeH

Me(E)

H Me

H

H Me

H Me

H

Me H=

=

(minoritario)

(mayoritario)

B

B

Los ejemplos que siguen son todos reales, pero es probable que los tipos de moléculas que aparecen en ellos se transformen en olefinas a través de mecanismos E1 o E2, dependiendo de las siguientes variables: la naturaleza del grupo saliente (Z), la base concreta que desencadena la reacción, el impedimento estéreo en el hidrógeno β, el disolvente y la temperatura a la que tiene lugar el proceso. Por los mismos motivos, además de la reacción de eliminación (E1 o E2), pueden producirse reacciones de sustitución nucleófila competitivas (SN1 o SN2)

EJEMPLO 1

E1R

RCH2

HH

RRCH2

H+

(E)(Z)H

RCH2 CHZ

CH2R

H H

H

CH2R

R Z

E1CH2RHH

R(Z)

(E)

H R

H

H CH2R

=

=

HH

H CH2RR

+:

HCH2R

H HR

+:

H R

H

RCH2 H HCH2RH

R

B

B

Se obtiene una mezcla de los estereoisómeros (Z) y (E) de la olefina. El impedimento estéreo en el carbocatión que da lugar al isómero (Z) (interacción entre los grupos R / RCH2 y H / H) es mayor que el existente en el otro carbocatión (interacción entre los grupos R / H y RCH2 / H) Cabe esperar que el producto mayoritario sea el estereoisómero (E)

X

162

EJEMPLO 2

E1H

RR

Z

ZR

H+

(E)(Z)

R

R CHZ

CHZ

R

Prioridades de los grupos: Z > C(R, R’) > H

R Z

H

H R

=

=H R

ZR

(Z)

H

Z RZ

HR

(R,R)

E1

H

RZR

H +:

H

RZH

R +:

R Z

H

R HR R

ZH

(E)

B

B

Z R

H

R H

=

=R Z

RH

(Z)

H

Z ZR

RH

(S,S)

E1

H

ZRH

R +:

H

ZRR

H +:

Z R

H

H RH Z

RR

(E)

B

B

Z R

H

H R

=

=H Z

RR

(E)

H

Z ZR

HR

(R,S)

E1

H

ZRR

H +:

H

ZRH

R +:

Z R

H

R HR Z

RH

(Z)

B

B

Si el radical R es de mayor tamaño que el grupo saliente Z, el estereoisómero (Z) será el mayoritario cuando la pareja de enantiómeros (R,R) / (S,S) o la forma meso (R,S) se someten a una reacción de eliminación E1.

X

163

EJEMPLO 3

E1R'

HRCH2

HH

R'RCH2

H+

(E)(Z)

R

HR'CH2

HH

RR'CH2

H+

(E)(Z)

+RCH2 CHZ

CH2R'

Z R'

H

H CH2R

=

=R' CH2R

HH

(Z)

H

ZR'H

CH2RH

E1

H

R'H H

CH2R+:

H

R'H CH2R

H+:

H R'

H

RCH2 HR' H

CH2RH

(E)

(R) o (S)

B

B

Z R

H

H CH2R'

=

=R CH2R'

HH

(Z)

H

ZRH

CH2R'H

E1

H

RH H

CH2R'+:

H

RH CH2R'

H+:

H R

H

R'CH2 HR H

CH2R'H

(E)

(R) o (S)

B

B

El estereoisómero (E) será el mayoritario en ambos casos, con independencia de los tamaños relativos de los grupos R, R', RCH2 y R'CH2 .

EJEMPLO 4

E1H

R'R

ZR'

ZR

H+

(E)(Z)

Z

R'R

H

(Z)

+

R'

HR

Z

(E)

+R CHZ

CHZ

R'

Prioridades de los grupos: Z > C(R, R’) > H Si los radicales R y R' son de mayor tamaño que el grupo saliente Z, el estereoisómero (Z) será el mayoritario en los dos casos.

X

164

R' Z

H

H R

=

=H R'

ZR

(Z)

H1

Z R'Z

H2R

E1

H

R'ZR

H +:

H

R'ZH

R +:

R' Z

H

R HR R'

ZH

(E)

(R,R) (S,S)(R,S) (S,R)

R Z

H

H R'

=

=Z R'

HR

(Z)

H2

ZZR

R'H1

E1

H

ZR H

R'+:

H

ZR R'

H+:

R Z

H

R' HZ H

R'R

(E)

B

B

B

B

La deshidratación del 4-Metil-3-hexanol en medio ácido transcurre a través de un proceso E1. Escribe el mecanismo de la reacción que aparece seguidamente para cada uno de los cuatro estereoisómeros del alcohol.

EJERCICIO 77

E1CH3CH2 CHMe

CHOH

CH2CH3 CH3CH2 CMe

CH CH2CH3H3O+

REACCIONES DE ELIMINACIÓN BIMOLECULARES (E2) En las reacciones E2 asume enorme importancia la disposición relativa que adoptan los grupos eliminados. Normalmente, las reacciones E2 transcurren con mayor facilidad cuando dichos grupos están en relación antiperiplanar; por este motivo, el proceso se denomina anti-eliminación. Si son posibles dos o más conformaciones antiperiplanares, la más favorecida será la de menor contenido energético (interacción mínima entre grupos de carbonos contiguos):

1H

I2H

Me

Me

H

Me H2

H1

I

H Me E22H Me

HMe

[antiperiplanar](menos impedida)

(E)

[mayoritario]

2H

IMe

Me

1H

H

1H Me

H2

I

H Me E2

Me MeH1H

(Z)

[mayoritario] [antiperiplanar] (más impedida)

B:

B:

X

165

En los ejemplos que siguen se utilizan los mismos tipos de moléculas que en las reacciones E1 (ver p.6-9) Así se pueden apreciar mejor las diferencias y semejanzas entre ambas clases de procesos (E1 y E2).

EJEMPLO 1

R

RCH2

HH

RRCH2

H+

(E)(Z)H

RCH2 CHZ

CH2R E2

E2CH3CH2 CH

BrCH2CH3

[(Z) + (E)]

CH3CH CH CH2CH3

1H

BrMe

Et

2H

H

2H Me

H1

Br

H Et E2

Me EtH2H

(Z)

[minoritario]

2H

Br1H

Et

Me

H

Me H1

H2

Br

H Et E21H Et

HMe

(E)

[mayoritario]

B:

B:

EJEMPLO 2

E2H

RR

ZR

ZR

H

(E)(Z)(R,R) o (S,S)

E2

(R,S)

R CHZ

CHZ

R R CHZ

CHZ

R

CH3 CHBr

CHBr

CH3E2

CH3 CH C CH3

Br

La reacción es estereoespecífica:

H

BrBr

Me

Me

H

Me Br

H

Br

H Me E2

Br MeHMe

(Z)

H

Br Me

H

Br

Me

Me Br

H

Br

H Me E2

H MeBrMe

2

3

(2R,3R)

(2R,3R) (Z)

2

3

B:

B:

X

166

H

BrMe

H

Br

Me

Br Me

H

Br

Me H E2

Me HMeBr

(Z)

H

Br Br

Me

Me

H

Br Me

H

Br

Me H E2

Me BrMeH

23

(2S,3S)

(2S,3S) (Z)

23

B:

B:

H

BrBr

H

Me

Me

Me Br

H

Br

Me H E2

Br HMeMe

(E)

H

Br Br

H

Me

Me

Br Me

H

Br

H Me E2

H BrMeMe

2

3

(2R,3S)

(2R,3S) (E)

2

3

B:

B:

EJEMPLO 3

R'

HRCH2

HH

R'RCH2

H+

(E)(Z)

R

HR'CH2

HH

RR'CH2

H+

(E)(Z)

+(R) o (S)

E2RCH2 CH

ZCH2R'

E2

[1] [2]

CH3CH2CH2 CHCl

CH2CH3 CH3CH2 CH CH CH2CH3 + CH3CH2CH2 CH CH CH3

3-Hexeno 2-Hexeno

3-Hexeno [1]:

1H

Cl H2

H

Et

Et

2H Et

H1

Cl

H Et E2

H H2EtEt

(Z)[minoritario]

2H

Cl Et

H

H1

Et

Et H1

H2

Cl

H Et E2

H EtH1Et

(E)[mayoritario]

32

32

B:

B:

(3R)

1H

Cl H2

H

Et

Et

2H Et

H1

Cl

H Et E2

H H2EtEt

2H

Cl Et

H

H1

Et

Et H1

H2

H Et

H EtH1Et

B:

B:

(3R)

X

167

1H

Cl H2

Et

Et

H

2H Et

H1

Cl

Et H E2

Et H2EtH

2H

Cl Et

Et

H1

H

Et H1

H2

Cl

Et Et E2

Et EtH1H

3

(3S) (E)

[mayoritario]

(Z)

[minoritario]

2

3

2

B:

B:

2-Hexeno [2]:

1H

Cl H2

Pr

Me

H

2H Me

H1

Cl

Pr H E2

Pr H2MeH

2H

Cl Me

Pr

H1

H

Me H1

H2

Cl

Pr H E2

Pr MeH1H

3

(E)

[mayoritario]

(Z)

[minoritario]

2

2

3

B:

B:

(3R)

1H

Cl H2

H

Me

Pr

2H Me

H1

Cl

H Pr E2

H H2

MePr

2H

Cl Me

H

H1

Pr

Me H1

H2

Cl

H Pr E2

H MeH1Pr

3

(3S) (Z)

(E)

[minoritario]

[mayoritario]

2

32

B:

B:

X

168

EJEMPLO 4

R'

HR

ZR'

ZR

H+

(Z)(Z)

H

R'R

ZZ

R'R

H+

(E)(E)

(R,R) o (S,S)

E2

(R,S) o (S,R)

E2R CHZ

CHZ

R' R CHZ

CHZ

R'

CH3 CH CHBr Br

CH2CH3E2

CH3 C CHBr

CH2CH3 + CH3 CH CBr

CH2CH3 + CH3 CHBr

CH CH CH3

[1] [2] [3] 2-Bromo-2-penteno [1] y 3-Bromo-2-penteno [2]:

Br

1H H2

Me

Et

Br

2H Et

Br

1H

Me Br E2

Me H2EtBr

2H

Br Et

1H

Br

Me

Et Br

H2

Br

1H Me E21H Et

BrMe

2

(Z)

(Z)

(2R,3R)[1]

3

23

[2]

B:

B:

Br

1H Et

Br

H2

Me

Et H2

Br

1H

Br Me E2

Br EtH2Me

2H

Br Br

Me

Et

1H

Br Et

H2

Br

Me H1E2

Me BrEt1H

2

(Z)

(Z)

(2S,3S)[1]

3

2

3 [2]

B:

B:

Br

1H Et

Me

H2

Br

Et H2

Br

1H

Me Br E2

Me EtH2Br

2H

Br Br

1H

Et

Me

Br Et

H2

Br

1H Me E21H Br

EtMe

2

(E)

(E)

(2R,3S)[1]

3

23

[2]

B:

B:

X

169

Br

1H H2

Br

Et

Me

2H Et

Br

1H

Br Me E2

Br H2EtMe

2H

Br Et

Me

Br

1H

Et Br

H2

Br

Me H1E2

Me EtBr1H

2

(E)

(E)

(2S,3R)[1]

3

23

[2]

B:

B:

Escribe el mecanismo de formación de los estereoisómeros del compuesto [3] (Ejemplo 4) utilizando los cuatro estereoisómeros del 2,3-Dibromopentano.

E2

[3]

CH3 CH

Br

CH

Br

CH2CH3 CH3 CHBr

CH CH CH3

EJERCICIO 78

TIPOS DE ESTEREOISÓMEROS OBTENIDOS EN LAS REACCIONES E1 Y E2

EJEMPLO 1

E1R

HRCH2

HH

RRCH2

H+

(E)(Z)

E2

R

HRCH2

HH

RRCH2

H+

(E)(Z)

[estereoselectiva]

RCH2 CH CH2RZ

EJEMPLO 2

E1

E2

H

RR

ZR

ZR

H+

(E)(Z)

(R,R) o (S,S)* *

R

ZR

H

(Z)

[estereoespecífica]

R CHZ

CHZ

R

X

170

E1

E2

H

RR

ZR

ZR

H+

(E)(Z)

(R,S)

(meso)

* *H

RR

Z

(E)

[estereoespecífica]

R CHZ

CHZ

R

EJEMPLO 3

E1

E2

R'

HRCH2

HH

R'RCH2

H+

(E)(Z)

R

HR'CH2

HH

RR'CH2

H+

(E)(Z)

+

(R) o (S)*

R'

HRCH2

HH

R'RCH2

H+

(E)(Z)

R

HR'CH2

HH

RR'CH2

H+

(E)(Z)

+

RCH2 CHZ

CH2R'

EJEMPLO 4

E1

E2

H

R'R

ZR'

ZR

H+

(E)(Z)

Z

R'R

H

(Z)

+

R'

HR

Z

(E)

+

R'

H2R

ZR'

ZR

H1

+

(Z)(Z)

* *(R,R) o (S,S)

R CH1 CH2 R'Z Z

E1

E2

H

R'R

ZR'

Z

H+

(E)(Z)

Z

R'

H

(Z)

+

R'

HR

Z

(E)

+

H2

R'R

ZZ

R'R

H1

+

(E)(E)

* *(R,S) o (S,R)

R CH1Z

CH2Z

R'

R R

X

171

ESTEREOQUÍMICA Y REGIOSELECTIVIDAD EN LAS REACCIONES E1 Y E2

REACCIONES E1 Si la base puede extraer dos hidrógenos en β que no son equivalentes, se pierde preferentemente el que da lugar al alqueno más sustituido:

CH3CH2 CHBr

CH3E1 CH3 CH CH CH2

1 2+

1

2

EtO_

CH3 CH CH CH3

(Z) + (E)

CH3CH2 CH CH2

(Saytzev)

(Hofmann)

H H

Productos Saytzev:

H

HMe

HMe Me

H

HMe

H

MeH

HMe

H

Me

H

HH Me

HMeMeH

MeMeHH

+

+

(E)

(Z)

(may.)

(min.)

B:

B:

Producto Hofmann:

H

HEt

HH H

H

HEt H

HHEtH+

B:

REACCIONES E2 La extensión en la que se cumple la regioselectividad Saytzev en las reacciones E2, depende de la estructura de la cadena carbonada, de la naturaleza del grupo saliente y de la base que desencadena la eliminación. A medida que crecen el impedimento estéreo del hidrógeno en β y el tamaño de la base, el producto Saytzev va siendo menos abundante:

+

[Saytzev] (81%) [Hofmann] (19%)

CH3CH2 CHBr

CH3E2

EtO

Me3CO

_

_

CH3 CH CH CH3 CH3 CH2 CH CH2

+

[Saytzev] (47%) [Hofmann] (53%)

CH3 CH CH CH3 CH3 CH2 CH CH2

X

172

Productos Saytzev:

H1

2HMe Me

H1

2HHMe

Me2H

(E)Br

HMe

H

H2

Me1H

H1

H2

MeH1H

MeMe

Br

HMe

HMe

Br

Br

(may.)

(min.)(Z)

MeB:

B:

Producto Hofmann:

H

HH H

H

H EtH

HHB:

Br

EtH EtH

Br

H

HH

Br

H

H

H

HH

H

1

2Saytzev

Hofmann

[Saytzev] (14%) [Hofmann] (86%)

Me3C CH2 CBr

CH3CH3

E2

EtO

Me3CO

_

_

Me3C CH C CH3

CH3+ Me3C CH2 C CH2

CH3

[Saytzev] (2%) [Hofmann] (98%)

Me3C CH C CH3

CH3+ Me3C CH2 C CH2

CH3

Producto Hofmann:

H

HH H

H

HCH2CMe3H

HHB:

Br

CH2CMe3Me

CH2CMe3Me

Br (Hofmann)

X

173

Productos Saytzev:

H1

2HMe3C CMe3

H1

2H MeMe3C

Me2H

B:

Br

MeMe

MeMe

H2

Me3C1H

H1

H2

Me3C Me1H

MeMe3C

B:

Br

MeMe

MeMe

Br

Br

(Saytzev)

(Saytzev)

H

HH

Br

H

H

Me

HH

H

1

2Saytzev

Hofmann

APLICACIONES DE LAS REACCIONES DE ELIMINACIÓN EN SÍNTESIS

REACCIONES E1 Los cationes carbonio que se forman en las reacciones de solvolisis dan lugar con frecuencia a mezclas de productos E1 y SN1. La proporción relativa de unos y otros está determinada en parte por la basicidad del disolvente y también por la presencia de otros nucleófilos en la disolución.

(27 %) (7 %)

CH3CH2 CBr

CH3

CH3

EtOH250 CH3CH2 C CH3

CH3

+ C2H5OH

SN1

E1

CH3CH2 CCH3

CH3

O CH2CH3 (66 %)

CH3 CH CCH3

CH3 + CH3CH2 CCH3

CH2

Por ejemplo, la solvolisis en piridina (básica) conduce en general a reacciones en las que predomina la eliminación E1, mientras que la solvolisis en presencia de tiosulfato (S2O3

2-) da lugar normalmente a reacciones SN1. Cuando aumenta la sustitución en el carbono β o se eleva la temperatura se incrementa la proporción del producto de eliminación. Las reacciones E1 tienden a originar productos en los que predomina la olefina más sustituida (producto Saytzev). Ya que el grupo saliente no interviene en el paso final que da lugar a los productos, sus porcentajes relativos son independientes de los sustratos de partida:

(36 %) (64 %)

CH3 CCH3

BrCH3

C2H5OH / H2O (80:20)

650H2C C

CH3CH3 + CH3 C

CH3

CH3

OH + CH3 CCH3

CH3

O CH2CH3

X

174

(catión sulfonio) (36 %) (64 %)

C2H5OH / H2O (80:20)

650H2C C

CH3CH3 + CH3 C

CH3

CH3

OH + CH3 CCH3

CH3

O CH2CH3CH3 CCH3

SCH3

CH3CH3

+

La deshidratación de alcoholes, catalizada por ácidos, sólo tiene aplicación en síntesis cuando no hay transposiciones de Wagner-Meerwein que den lugar a productos indeseables:

CH3 CH2OHH2SO4

1800CH3 CH2 OH2

+ H2O_CH3 CH2

+ SO4H_

CH2 CH2

H3PO4 (85 %)

OH

E1I2 (trazas) +

90-1000

(85 %) (15 %)

CH3 COH

CH3

CH2CH3 CH3 C CH2CH3CH3

CH3 CCH3

CH2CH3 + CH2 CCH3

CH2CH3

E1

H2SO4

(80 %)

C

OH

CH3

C

CH3

+C

CH2

REACCIONES E2 Las reacciones E2 se favorecen cuando la temperatura y la basicidad del reactivo nucleófilo son altas y el impedimento estéreo en el carbono β del sustrato es elevado. Si existen sustituyentes electronegativos unidos a dicho carbono, aumenta la acidez del hidrógeno susceptible de eliminación y la reacción E2 transcurre con mayor facilidad. Las bases (nucleófilos) empleados en las reacciones de eliminación son, entre otras, las siguientes:

H2O ; R3N ; CH3CO2 ; HO ; RO ; H2N ; CO3

2_ _ _ _ _

Los grupos eliminados son los mismos que en las reacciones SN2:

Cl ; Br ; I ; RSO3 ; RCO2 ; R3N: ; R2S ; HO ; RO_ _ _ _ _ _ _

La reactividad de los nucleófilos en las reacciones E2 es paralela a la basicidad de dichos nucleófilos en las reacciones de trasferencia protónica. En consecuencia, nucleófilos tales como RS¯ , que deben la mayor parte de su reactividad a una polarizabilidad elevada, tienden a producir reacciones de sustitución en lugar de eliminación. Las bases muy fuertes, como el anión amiduro H2N¯ provocan predominantemente reacciones de eliminación en sustratos primarios. Algunas de estas tendencias aparecen en los ejemplos siguientes:

(90 %) (10 %)

CH3CH2Br + EtO_ EtOH

550CH3CH2 O CH2CH3 + CH2 CH2

X

175

EtOH

550

(21 %) (79 %)

CH3 CHCH3

Br +_

EtO CH3 CHCH3

O CH2CH3 + CH2 CH CH3

550CH3 CH

CH3Br + EtOH CH3 CH

CH3O CH2CH3 + CH2 CH CH3

(97 %) (3 %)

EtOH

550

(100 %)

CH3 CCH3

BrCH3

+_

EtO CH2 CCH3

CH3

Las reacciones de eliminación en haluros de alquilo tiene escaso valor en síntesis, ya que dichos sustratos se obtienen normalmente a partir de alcoholes, y éstos son fácilmente deshidratables a olefinas:

HBr

H3O+

R CH2 CHOH

R

R CH2 CHBr

R

R CH CH R

Sin embargo, hay situaciones en las que la deshidrohalogenación es útil:

EtOHCl2

NaOH+CH2 CH2 ClCH2 CH2Cl CH2 CHCl

Br2 NCH3CH2CH2 CO2HPBr3

CH3CH2 CHBr

CO2H CH3CH CH CO2H

La mayor parte de las reacciones E2 son estereoespecíficas:

Br

H

C6H5

C6H5H

Me

C6H5 C6H5

HMe

(Z)

12

(1R,2R)

HO_

EtOHKOH

Br

H

C6H5

HC6H5

Me

C6H5 HC6H5Me12

(1S,2R)(E)HO

_

EtOHKOH

Las reacciones de eliminación son muy rápidas en los ésteres β-sustituidos, ácidos, cetonas, aldehidos y nitrocompuestos. Los grupos electronegativos unidos al mismo carbono que el hidrógeno eliminado aumentan la acidez de dicho hidrógeno, facilitando la reacción.

X

176

NaOH _N

N-H

H2O

C6H5 CO

CH

H

CH2

HO_

NH2O

C6H5 CO

CH CH2 +

EtONa / H2O _Na+ CH(CO2Et)2C6H5 CH CH

CH(CO2Et)2

H

CO2Et_

EtO

C6H5 CH CH CO2Et +

La reacción de dihaluros vecinales con Zn da lugar a olefinas:

Br

Br

Me

MeH

H

Me MeHH

(Z)

2

(2S,3S)

3 + ZnBr2Me2CO

Zn

Br

Br

Me

HMe

H

Me H

MeH2

(2S,3R)

(E)

3 + ZnBr2

Zn

Me2CO

Apartado 1: ¿Qué estereoisómeros de A y B son coherentes con las reacciones del esquema?EJERCICIO 79

A(C5H10I2) (Z) 2-Penteno

Zn

SN2

Br_

B(C5H10Br2)

Apartado 2: ¿Cuáles son los estereoisómeros del 3-Metil-2-pentanol que conducen a los compuestos siguientes?

[A(C6H13Br) + B(C6H13Br)] 3-Metil-2-pentanolSN1 SN2

(2R,3S)

(2S,3S)

2-Amino-3-metilpentano+HBr NH3

Apartado 3: ¿Qué estereoisómeros del 2,3-Dibromobutano darán lugar a reacciones de eliminación estereo- específicas?

E2

EJERCICIO 80Cuando el estereoisómero ópticamente inactivo del 2,3-dibromobutano se somete a una reacción deeliminación E2, con metóxido sódico en metanol, se obtienen varios compuestos de fórmula molecular C4H7Br. Haz un esquema de las reacciones que tienen lugar y nombra de forma inequívoca todos los compuestos quese obtienen.

X

X

177

EJERCICIO 81La reacción del 3-fenil-2-yodo-butanoato de etilo con nitrato de plata en etanol, da lugar a una mezcla de cuatro compuestos de fórmula molecular C12H14O2. Sabiendo que la cinética de la reacción es de primer orden,averigua la estructura de dichos compuestos y explica cuáles de ellos serán mayoritarios. Teniendo en cuentaque la sustancia de partida tiene dos átomos de carbono estereogénicos, indica si su configuración absolutainfluye en la estereoquímica de los productos que se obtienen.

EJERCICIO 82Averigua la configuración absoluta del compuesto A(C10H13Cl):

A + IKH2O

[(2S,3S) + (2R,3S)]-3-Fenil-2-yodobutano

2-Fenil-2-yodobutano (racémico)

A + EtONa EtOH (Z)-2-Fenil-2-buteno + (3R)-3-Fenil-1-buteno

Una vez conocida la estructura de A, escribe todas las reacciones que conducen a los compuestos indicados en los esquemas.

EJA nsti

A (racémico)E2

(Z)-B(C9H9Br) H

ERCICIO 83verigua la configuración absoluta de las moléculas que co tuyen el racémico A(C9H10ClBr):

2O1-Fenilpropino

(Z)-C(C9H9Cl)H

_EtO

2O1-Fenilpropino

HO_

_HO

BH2

[Pd]

MeCOCH2CO2Et + EtO_

D(C9H11Br) Econc.HO

_

CH CH2CO2HMe

CH2

[Pd]F(C9H11Cl)

MeCOCH2CO2Et + EtOH conc.

_HO

_CH CH2CO2H

C6H5

C6H5CH2

CH3CH2

EJERCICIO 84Averigua la estereoquímica de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones.Secuencia 1:

HOBr B(C4H9OBr) (racémico) IHSN2

C(C4H8IBr) (racémico)

Secuencia 2:

D(C6H10O3) + E(C4H9Br)SN2

F(C10H18O3)

E2

(Z)-2-Bromo-2-buteno + (Z)-2-Yodo-2-buteno

A EtO_

HO (conc.)

HO (dil.)

Ácido (3S)-3-Metilpentanoico

(4S)-4-Metil-2-hexanona

EtO_

_

_

178

SUSTITUCIÓN – ELIMINACIÓN [ I ]

se forma un alqueno por E2

¿es Nu- una base fuerte impedida? (p.e. t-BuO-)

dos sustituyentes β (R' y R'') (tipo neopentilo)

R-C-CH2-Z

R'

R''

un sustituyente β (R')

R-C-CH2-Z

R'

H

R-C-CH2CH2-Z

R'

dos sustituyentes γ (R' y R'')

carbocationesestabilizados del tipo:

SI

SN2 lenta

NO

(SN1 + E1)

transposiciones de Wagner-Meerwein endisolventes muy polares

SN2 (mayoritario)

E2 (minoritario)

SN1 muy rápida

(lo mismo para secundarios)

PRIMARIOcon impedimento estéreo

PRIMARIOsin impedimento estéreo R-C-Z

H

H

¿qué tipo de sustituciónpresenta el C unido a Z?

¿es Z un buen grupo saliente?

SI

NONO HAY REACCIÓN

R''

R-CH-CH=CH2+

+R-CH-C6H5

X

X

179

¿es Nu- una base fuerte? (p.e. RO-)

SI

SN2moderadamente rápida

¿qué tipo de sustituciónpresenta el C unido a Z?

¿es Z un buen grupo saliente?

SI

NONO HAY REACCIÓN

SECUNDARIOR Z

R HTERCIARIO

R Z

R Rse forma un alqueno por E1 o E2

¿el disolvente es polar? ¿es Nu- una base fuerte? (p.e. RO-)

¿es Nu- un buen nucleófilo, débil o moderadamente básico? (p.e. : I-, Br-, RS-)

SN1 rápida

reacción muy lenta(no útil en síntesis)

SI

NO

¿el disolvente es polar?SI

se forma un alqueno por E2

NO

SI

¿el disolvente es polar?

SN1 lenta

SI

SI

NO

NO NO

NO

SUSTITUCIÓN – ELIMINACIÓN [ II ]

180

REACCIONES DE ADICIÓN NUCLEÓFILA A GRUPOS CARBONILO

GENERALIDADES

Los sustratos más comunes en este tipo de reacciones son los aldehidos y las cetonas:

δ+

δ−

μ = 2,73 D μ = 2,84 D

C

O

Me Hδ+

δ−

C

O

Me Me

Los nucleófilos que se utilizan son, entre otros, los siguientes:

Nu_

: H ; R_OH ; R_NH2 ; R_NH_R ; H2N_NH2 ; NC ; ; RCH2_ __

: :_: R C C

Mecanismo general:

Nu

R

R

C O_ Nu C_

R'

R

O HB Nu C

R'

R

OH

En el estado de transición la aglomeración de grupos en torno al átomo del C=O aumenta:

C

O

R'R

Nu_

C

R'R

O

δ+

δ_

C

R'R

O_

Nu Nu

Por este motivo, la velocidad de reacción sigue el orden:

H C H

O

> R C H

O

R C R

O

> ' Las cetonas son bastante menos reactivas que los aldehidos, y si existen grupos alquilo unidos al Cα la reactividad disminuye todavía más:

CH3__CO__CH3 CH3

__CO__CH__CH3> > CH3__CO__C__CH3 > > CH3

__C__CO__C__CH3

CH3

CH3

CH3 CH3

CH3 CH3CH3

ESTEREOSELECTIVIDAD EN LA ADICIÓN NUCLEÓFILA. REGLA DE CRAM En las reacciones de adición nucleófila, el átomo de carbono del grupo carbonilo puede transformarse en un átomo de carbono asimétrico, dependiendo del tipo de nucleófilo empleado y de los radicales alquilo que están unidos inicialmente al C=O.

NC C O

Me

Et

_C O

Me

Et

NC_ HB

C OH

Me

Et

NC *

181

Si el compuesto carbonílico y el nucleófilo no son quirales se obtiene una mezcla equimolecular de dos enantiómeros (racémico):

C OEt

Me

1

2

NC_

OEt

NC

Me_

O

Et

NC

Me_1

2

HB

HB

OH

Et

NC

Me

OHEt

NC

Me

Sin embargo, cuando el compuesto carbonílico es quiral, la probabilidad de que el nucleófilo reaccione por cada una de las dos caras del grupo carbonilo no es la misma. El impedimento estéreo hace que la reacción por una de las caras esté favorecida, y el resultado es una mezcla de diastereoisómeros en proporciones diferentes (inducción asimétrica):

H

Me

O

H

Me

H

Me

1 menor impedimento

mayor impedimento

Nu_

1

2

(producto mayoritario)

(producto minoritario)2

Nu

OH

OH

Nu

El diastereoisómero mayoritario se forma cuando el nucleófilo reacciona con el grupo carbonilo por el lado menos impedido, y la conformación del sustrato es aquella en la que el grupo carbonilo está flanqueado por los grupos menos voluminosos unidos al Cα asimétrico.

Cα COMeC6H5

H

Me

*

[grupo pequeño]

[grupo mediano]

[grupo grande]

Conformaciones más favorecidas en relación con el grupo carbonilo:

O

MeC6H5

MeH

3

(3R)

yO

MeC6H5

HMe

3

(3S)

H Me

C6H5

OMe H

C6H5

O

(Me) (Me)

[grupo carbonilo flanqueado por los grupos menos voluminosos: H y Me]

182

La regla de Cram se refiere a la reacción de uno de los estereoisómeros que forman la pareja de enantiómeros, no a la reacción del racémico con el nucleófilo.

G grupo de mayor tamaño grupo medianoM grupo de menor tamañoP

O

RG

MP

*

P M

G

O

(R)

P M

G

O

P M

G

O

_

_

RNu

NuR

Nu_

1

2

21

HB

HB

P M

G

OH

RNu

P M

G

OH

NuR

[1]

(mayoritario)

[2]

(minoritario)

carbonoasimétrico

El nucleófilo se aproxima por el lado en que están situados P y G:

M

PG

O

R

1

Nu_

M

PG

RO

Nu

_M

PG

ROH

NuHB

[1]

(mayoritario)

El nucleófilo se aproxima por el lado en que están situados M y G:

P

GM

O Nu_

P

GM

OR

Nu

P

GM

OHR

NuHB

[2]

(minoritario)

R

2

_

La regla de Cram sólo es aplicable a reacciones sometidas a control cinético, en las que los complejos activados (estados de transición) tienen energías diferentes y los productos se forman a velocidades distintas. En la página siguiente aparece un resumen de las principales reacciones de sustitución nucleófila en un grupo carbonilo.

183

REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA

Nucleófilo Sustrato

H

R OH

(imina, base de Schiff)R NH2

(enamina)

H2N NH2 (hidrazona)

R NH R

(cianhidrina)NC_

CH (alcohol)R C :_

R CH2

_(alcohol)

R'CH2 C R''

O

Producto

R'CH2 CH

O

R''

H

R'CH2 C

OR

OR

R''

R'CH2 C

R''

NR

R'CH C

R''

NR2

R'CH2 C NR''

NH2

R'CH2 C

OH

CN

R''

R'CH2 COH

R''C C R

R'CH2 COH

R''CH2R

_

184

EJERCICIOS ADICIONALES

ESTEREOQUÍMICA ESTEREOQUÍMICA

EJERCICIO 1 EJERCICIO 1 Ordena los siguientes radicales de menor a mayor prioridad: Ordena los siguientes radicales de menor a mayor prioridad:

HC C__CH2_ H2C CH_CH2

_ HC C_ H2C C_Me

H2C CH_ CH3_C C_

(1) (2) (3) (4) (5) (6) EJERCICIO 2 Indica cuántos estereoisómeros tiene cada uno de los siguientes compuestos: 1-cloro-1-penteno, 3-cloro-1-penteno, 4-cloro-1-penteno y 4-cloro-2-penteno. Nombra de forma inequívoca cada uno de los estereoisómeros. EJERCICIO 3 Asigna la configuración absoluta a los estereoisómeros de los siguientes compuestos: 2,3-hexadieno, 2,4-dicloro-2,3-pentadieno y 2,3,4-hexatrieno. EJERCICIO 4 Dibuja los siguientes estereoisómeros del 2-cloro-5-metil-2,4-heptadieno: (2Z,4Z), (2E,4E), (2Z,4E) y (2E,4Z) EJERCICIO 5 Averigua la configuración absoluta del siguiente cumuleno:

C C

( ) C

Br

HH

Et1

23

1' 4'4

6

EJERCICIO 6 Dibuja la representación tridimensional de las siguientes moléculas: 1 (1S,2R)-2-cloro-1-etil-2-metilciclopropanol 6 (3R)-3-vinilciclobuteno 2 (2S,3R)-2-clorometil-3-metoxiciclobutanona 7 (3R)-3-(2-etoxietil)-3-etoximetiloxolano 3 (2R,5S)-2-hidroxi-5-metiloxolano 8 (3S,6S)-3-etinil-6-vinilciclohexeno 4 (3S,5S)-5-etil-3-hidroxi-5-metilciclohexanona 9 (3S)-3-metoximetil-3-(3-metoxipropil) oxano 5 (1S,3S)-3-etoxi-1-metoxi-1-metilciclopentano 10 (3R,4R)-3-etinil-4-vinilciclobuteno EJERCICIO 7 Dibuja los estereoisómeros de los compuestos que aparecen a continuación, indicando en cada caso su configuración absoluta. 1 2-cloro-1,3-ciclopentanodiona 6 2-metoxicarbonil-1,3-ciclohexanodiona 2 1,3-ciclohexanodiol 7 2-metoxi espiro[3.3]heptano 3 1,2-dimetilciclobuteno 8 3-nitro-1-penteno 4 4-amino-2,3-butadieno 9 1,2,3-pentatrieno

5 2-metil-1,3-butadieno 10 ciclohexilamina EJERCICIO 8 Dibuja una representación tridimensional y asigna la configuración absoluta de los estereoisómeros de los siguientes compuestos: 1. 3-nitrociclobuteno 5. 5-fenil-2,3-hexadieno 2. 3-metilclorociclohexeno 6. 3-metil-4-hexen-2-ona 3. ácido 1,3-ciclopentanodioico 7. metilciclopropano 4. espiro[2.3]-2-metoxicarbonil-6-formilheptano

185

EJERCICIO 9 Apartado 1 Dibuja una representación tridimensional de los siguientes estereoisómeros: 1 (Z)(2R)-2,8-dicloro espiro [4,5] decano 2 (2R)-2-cloro-3-butenal 3 (3R)-3- terc-butil-3-fenil-4-hexen-1-ino Apartado 2 Dibuja la representación tridimensional y asigna la configuración absoluta de todos los estereoisómeros correspondientes al 3-(metilamino)-2-pentanol. EJERCICIO 10 Utiliza representaciones tridimensionales para dibujar todos los estereoisómeros de los compuestos que aparecen a continuación. 1 (3-metil-2-ciclohexenil)amina 4 2-cloro-1-etilidenciclohexano 2 5-metil-2-ciclohexeno-1-carbaldehido 5 (9-acetil-3-ciano-2-hidroxi)espiro[5.5]undecano 3 ácido 2-metil-3-pentenoico 6 1,2,3-trimetilciclobuteno EJERCICIO 11 Asigna la configuración absoluta a cada uno de los estereoisómeros siguientes:

2

H

H2N CO2HMe

EtHMe

H

Cl

H H

H

(1) (2) (3)

H

Me

H

Me

(4)

C C CH

CO2Et

H

H

1

H

CH

CN

MeH

HOCl

H

Me

H

H

Me

(5) (6) (7)

1

2

1

4

CH2

C

CH

HMe

H2N NO2

H

Cl

Cl

H

Me

Me

(8) (9) (10)

NH2

H H

Me

Et

CO2H

CH2

CH

EJERCICIO 12 Dibuja y asigna la configuración absoluta de los estereoisómeros que corresponden a los siguientes compuestos: 1. 2-metilciclohexanol 6. 3-bromo-2,4-pentanodiol 2. 1,3-diclorociclopentano 7. 2-metil-1,3-ciclohexanodiol 3. 2,3,4-trihidroxipentanal 8. 1,4-dicloro-1,2,3,4-tetrahidroxibutano 4. 2,5-diclorociclopentanol 9. 3-bromo-1,5-dicloro-1,2,4,5-tetrahidroxipentano 5. 2-bromo-4-metilciclopentanol 10. 2,3-dimetil-1,4-ciclohexanodiol

186

EJERCICIO 13 Dibuja y asigna la configuración absoluta de todos los estereoisómeros del 2-cloro-9-metil espiro[5,5]undecano EJERCICIO 14 Dibuja todos los estereoisómeros de la siguiente diolefina:

23

4 C C C

BrH

H

Et

EJERCICIO 15 Averigua la configuración absoluta del aleno que aparece a continuación:

( )7

C C

OH

H

MeMe

HO

H

CHCOMe6

51

EJERCICIO 16 Averigua la configuración absoluta de las siguientes moléculas:

H

MeHMe

O1

5 23

H

MeHMe

O

MeH

1

3 2

4 H

MeO

MeH

1

4 2

6

3

(2)(1) (3)

(6)(4)

( )C CHMe

H

Me

H 24 1

Me H

H Me4' 4

MeH

MeH

3' 31

5

1'

5'(5)

(9)

H

Me

MeH

3

411C

( )

Me

H C CMe

H

3

4'1

2

65

CMe

HC

( ) CMe

H4

4'

(8)(7)

(10)

CMe

HC

( ) CMe

H

MeH

44'

3'

(11)

2'

C

( )Me

H

C

H

Me

Me

H

3

3'4'

5'

15

1'

H

MeMe

H

39

(12)

C

(13) (14)

HMe

H

Me2

94

5

MeH

Me

H28

4106

187

EJERCICIO 17 Dibuja todos los estereoisóeros de la 2-clorometilen-5-metilciclohexanona

1

52

O

Cl

HH

Me EJERCICIO 18 Dibuja y asigna la configuración absoluta de todos los estereoisómeros del 1,6-dihidroxi-espiro[4,4]nonano. EJERCICIO 19 Dibuja y asigna la configuración absoluta de todos los estereoisómeros del 2-cloro-8-metil espiro[5,5]undecano. EJERCICIO 20 Averigua qué parejas de hidrógenos o grupos son homotópicos, enantiotópicos o diastereotópicos.

O

Cl OO

H

CH2Cl

Cl

Cl

Cl ClO

(4)(3)(2)(1)

NCH3

C6H5

HCH3H

CH3CH3

OCH3

NO2

CH2 C CCH2C6H5

RC6H5

C6H5

C6H5

C6H5

OCH2CH3

C6H5

(8)(7)(6)(5) EJERCICIO 21 Averigua si los hidrógenos marcados son homotópicos, enantiotópicos o diastereotópicos.

CHA

MeC C

HB

MeC

Et

MeC C

HA

HBHO2C

H HA

HB

Me

H

(3)(2)(1)

H

Me

HA

HB

H

NH2Me

HH

Me HA

HB

(4) (5) EJERCICIO 22 Las señales del espectro de RMN-1H del sulfito de etileno aparecen entre 4 y 5 ppm. ¿De cuántas líneas constará dicho espectro?

OS

O

O

:

Sulfito de etileno

188

EJERCICIO 23 Dibuja las representaciones tridimensionales y las proyecciones de Fischer de las siguientes moléculas:

(2S,3R,4R,5R)-3,4-diamino-2,5,6-trihidroxihexanal

(2S,3R,4S,5R,6S)-3,4-diamino-2,5,6,7-tetrahidroxiheptanal EJERCICIO 24 Asigna la configuración absoluta a las siguientes sustancias naturales:

Me

H

Me

Me

Me O

1

2

34

5

6 78

910

β−Vetivona

Me

HMe

HOH

MeMe

Elemol

Me

H

OH

Me1

23

3'

4

5

6

1

23

4

Grandisol

Me

H

MeMe H

HMe

Cedreno

H

MeH

Me

OH

MeMe

β−Acorenol Agarospirol

H

Me

Me

H

OHMe

Me

12

3 4

5

6 7

8910

1

2

34

5

6 7

8

910

1

23

4

56

7

8

9

10

MeMe

MeH

H

Me

OH

H

Alcohol de Patchouli

1

23

4

56

78 9

10

Me

HO

Me H OH

MeMe

O

Illudin-s

HOH H

O

H

67

8

9

1112

1314

15

16

Me

Estrona

1

2

34 5

6

7

O

CO2H

Me

HHO

HHO

HHO

H

H

123

4

56

7

8

9

10

1112

1314

1516

17

18

19

20

Prostaglandina PGF2α

NH

H

HO

OH

H

MeH5

6 78

9

10

11

12

1314

1516

Morfina

H H

COMe

H

67

8

9

1112

1314

15

16

Me

Progesterona

O

Me

H

10

12

45

189

N

N1

H

H

HH

23

45

6

7

8

910 11

12

14

1315

16

17

Esparteina

H H

H

67

8

9

1112

1314

15

16

Me

Colesterol

H

MeH

HO

3

4

2

17

1

REACCIONES DE ADICION ELECTRÓFILA EJERCICIO 25 Averigua la estructura de la olefina A:

A1)OsO4

2)H3O+[(1R,3S) + (1R,3R)]-3-Hidroximetil-1,3-ciclohexanodiol

1. Escribe el mecanismo de la reacción empleando representaciones tridimensionales y asigna la

configuración a los estereoisómeros que se obtienen. 2. ¿Se llegaría al mismo resultado si la olefina A se trata con ácido peroxibenzoico, seguida de hidrólisis en

medio ácido? EJERCICIO 26 Averigua la estructura de la olefina A, teniendo en cuenta que la reacción transcurre a través del carbocatión incipiente más estable:

A [(1R,3R) + (1R,3S)]-3-Clorometil-1,3-ciclohexanodiolClOH

EJERCICIO 27 Averigua la estereoquímica del compuesto A(C5H10) y escribe el mecanismo de todas las reacciones que aparecen en el esquema.

3-Cloro-2-pentanol (racémico) + 2-Cloro-3-pentanol (racémico)

2,3-Pentanodiol (racémico)

[(2R,3S) + (2S,3R)] 2,3-Pentanodiol

HOCl

1)HCO3H

2)H3O+ / H2O

1)OsO4

2)H2O

A

EJERCICIO 28 Apartado 1 Utiliza el esquema que aparece a continuación para identificar los estereoisómeros A y B del 2-buteno:

1)C6H5CO3H

2)H3O+

1)OsO4

2)H3O+

A[¿(Z) o (E)?]

[(2R,3R) + (2S,3S)]-2,3-Butanodiol

B[¿(Z) o (E)?]

190

Escribe el mecanismo de todas las reacciones Apartado 2 Escribe el mecanismo de la reacción del estereoisómero A con HCl acuoso y asigna la configuración absoluta a los compuestos que se obtienen. EJERCICIO 29 Averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se forman en los siguientes procesos y escribe el mecanismo de todas las reacciones:

Reacción 1: (E)-2-Hexeno1)OsO4

2)H3O+(1) + (2)

Reacción 2: (3) + (4)Feniletileno HBr

Reacción 3: 1,2-Dimetilciclohexeno HCl (5) + (6) + (7) + (8)

Reacción 4: 1-Metilciclopenteno1) HCO3H

2) H3O+(9) + (10)

EJERCICIO 30 Uno de los estereoisómeros del 1-metil-3-hidroxiciclohexeno (A) se somete a una reacción de hidroxilación con ácido peroxibenzoico, obteniéndose una mezcla de (1R,2R,3S) y (1S,2S,3S)-1-metil-1,2,3-ciclohexanotriol. Apartado 1 Averigua la configuración absoluta del estereoisómero de partida (A) y escribe el mecanismo de la reacción utilizando representaciones tridimensionales. Apartado 2 Escribe la reacción del enantiómero de (A) con bromuro de hidrógeno acuoso utilizando de nuevo representaciones tridimensionales y asigna la configuración absoluta de todas las moléculas. EJERCICIO 31 Averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se forman en los siguientes procesos y escribe el mecanismo de todas las reacciones

Reacción 1: (E)-2-Hepteno1) OsO4

2) H3O+(1) + (2)

Reacción 2: (3) + (4)1-Fenilpropeno HBr

Reacción 3: 1,2-Dietilciclohexeno HCl (5) + (6) + (7) + (8)

Reacción 4: 1-Etilciclopenteno1) HCO3H

2) H3O+(9) + (10)

EJERCICIO 32 Uno de los estereoisómeros del 3-fenil-1-buteno se hace reaccionar, primero con ácido m-cloroperoxibenzoico, y el compuesto que resulta se trata con HCl acuoso. El producto final es una mezcla de estereoisómeros del (3R)-3-fenil-1,2-butanodiol. Apartado 1 Averigua la configuración absoluta del 3-fenil-1-buteno de partida y escribe el mecanismo de las reacciones empleando representaciones tridimensionales.

191

Apartado 2 La reacción del estereoisómero del Apartado 1 (3-fenil-1-buteno) con HBr, da lugar a una mezcla de estereoisómeros de dos compuestos distintos: el 2-bromo-3-fenilbutano y el 1-bromo-1-fenil-2-metilpropano. Escribe el mecanismo de las reacciones empleando representaciones tridimensionales y averigua la configuración absoluta de los estereoisómeros que se obtienen. EJERCICIO 33 Uno de los estereoisómeros del 4-fenil-2-penteno se hace reaccionar con tetraóxido de osmio, y el compuesto que resulta se trata con KOH acuoso. El producto final es una mezcla de los estereoisómeros (2S,3R,4S) y (2R,3S,4S) del 4-fenil-2,3-pentanodiol. Apartado 1 Averigua la configuración absoluta del 4-fenil-2-penteno de partida. Apartado 2 La reacción del estereoisómero del 4-fenil-2-penteno con bromo da lugar a una mezcla de diastereoisómeros del 2,3-dibromo-4-fenilpentano. Escribe el mecanismo de las reacciones empleando representaciones tridimensionales y averigua la configuración absoluta de los productos que se obtienen.

REACCIONES DE SUSTITUCI0N NUCLEÓFILA EJERCICIO 34 Indica cómo llevarías a cabo las siguientes transformaciones:

OH Me

HH(2S)-1,2-Propanodiol

OH Me

HH(2R)-1,2-Propanodiol

EJERCICIO 35 Averigua la configuración absoluta del compuesto A:

A(C4H8O) NaCNEtOH, H2O

[(2R,3R) + (2S,3S)]-3-Ciano-2-butanol

EJERCICIO 36 Averigua la configuración absoluta de los compuestos A, B y C:

A(C3H6O)1)C6H5MgBr

2)H3O+B(C9H12O) HBr

SN2C(C9H11Br)

Me C CH , NH2Na

SN2(4R)-5-Fenil-4-metil-2-pentino

REACCIONES DE ELIMINACIÓN Y DE ADICIÓN NUCLEÓFILA EJERCICIO 37 Averigua la estereoquímica de los compuestos que aparecen en las siguientes secuencias de reacciones (los estereoisómeros de cada compuesto están colocados entre corchetes) Secuencia 1

(Z)-1-Bromo-3-fenil-2-butenoNaOH, H2O(20%)

250C[A + B] + [C] (%A = %B = %C)

192

Secuencia 2

(3R,4R)-3-Cloro-4-metilhexanoEtO , EtOH

650C

_[A + B] + [C] (%A = %B %C)~_

Secuencia 3

2,2-Dimetil-1-yodopentanoH2O

500C[A + B] + [C] (%A > B >> %C) + [D + E] (%D = %E)

EJERCICIO 38 Averigua la estereoquímica de los compuestos que aparecen en el esquema y explica cuál será la abundancia relativa de los compuestos B, C, D, F y G.

A(C4H8Br)

E2 [(Z)-B + (E)-C

[(Z)-D + (E)-F] + G(C4H7I)

H2

[Pd]1-Bromobutano

(2R)-1,2-ButanodiolOH-(dil.)

SN2 EJERCICIO 39 Averigua la configuración absoluta de los enantiómeros que constituyen el racémico A.

EtONaEtOH

(Z)-B(C5H9I)

(E)-C(C5H9Cl)

A(C5H10ICl)

(E)-C(C5H9Cl)

(Z)-B(C5H9I)H2

[Pt]MeCOCH2CO2Et + EtO

E(C5H11Cl)H2

[Pt]

F1)HO- (conc.)

2)H3O+, QG

MeCOCH2CO2Et + EtO

_

_

D(C5H11I)

1-Yodo-2-metilbutano H2C(CO2Et)2 + EtOH

1)HO-(conc.)

2)H3O+, QG

_

EJERCICIO 40 El tratamiento del (1S,2S)1-fenil-1,2-propanodiol con HBr acuoso da lugar a un único producto de reacción (1) (C9H10Br2) Si (1) se somete a una reacción de eliminación bimolecular se obtienen dos compuestos ópticamente inactivos [(2) y (3)] y otro que presenta actividad óptica (4) Con estas tres sustancias se llevan a cabo las siguientes trasformaciones:

193

(1) (C9H10Br2) E2

(2)

(3)

(4)

H2

[Pd]

[Pd]

[(5) + (6)]

[(9) + (10)]

E1

NH3

SN2

[(7) + (8)]

[(11) + (12)]

SN1[(13) + (14)] + [(15) + (16)]

H2

HO_

HO_

Apartado 1 Ordena los compuestos (2), (3) y (4) de acuerdo con su abundancia relativa. Apartado 2 Escribe el mecanismo de todas las reacciones utilizando representaciones tridimensionales, y asigna la configuración absoluta a cada uno de los estereoisómeros que aparecen. EJERCICIO 41 La reacción del (2S)-2-fenilpropanal con yoduro de metilmagnesio, seguida de acidificación, da lugar a una mezcla de dos diastereoisómeros en la proporción 2:1. Teniendo en cuenta que la reacción está sometida a control cinético, averigua cuál es el estereoisómero mayoritario.

194

RESPUESTAS DE LOS EJERCICIOS INCLUIDOS EN EL TEXTO

ESTEREOQUÍMICA

RESPUESTA 1

CH3CH2__CH__CH2CH2CH3

CH3

3-Metilhexano(1)

H

MePr

Et

H

Me Pr

Et

(1)

3

H

MePrEt

H

Pr MeEt

(3S)

CH3CH2__CH__CH2CH2CH2CH3

CH3

3-Metilheptano

(2)

Et

BuMe

H

Et

Bu Me

H

(2)

3

Et

BuMeH

Et

Me BuH

(3S)

CH3CH2CH2__C__CH2CH2CH2CH3

CH2CH3

4-Etil-4-metiloctano

(3)

CH3

Me

PrEt

Bu

Me

Pr Et

Bu

(3)

4

Me

PrEtBu

Me

Et PrBu

(4S)

CH3CH2CH2__CH__CH2CH2CH2CH3

CH3

4-Metiloctano

(4)

Pr

BuH

Me

Pr

Bu H

Me

(4)

4

Pr

BuHMe

Pr

H BuMe

(4R)

195

RESPUESTA 2

CH3CH2__CH__C__CH2CH2CH3

Me Me

Et

4-Etil-3,4-dimetilheptano

H

Et Me

Et

Pr Me

Me

Pr Et

Et

Me H

H

Me Et

Pr

Et Me

Et

H Me

Me

Pr Et

(1) (2) (3) (4)

4

4

33 3

4 4

3

(3R,4R) (3S,4R) (3S,4S) (3S,4S)

Iguales (superponibles): (3) y (4) ; Enantiómeros: (1) y (3) ; (1) y (4) ; Diastereoisómeros: (1) y (2) ; (2) y (3) ; (2) y (4) RESPUESTA 3

CH3CH2__CH__CH__CH2CH3

Me Me

3,4-Dimetilhexano

Me

Et H

H

Et Me

H

Et Me

Et

Me H

(1) (2)

(3S,4S) (3R,4S)

3

4

3

4

Forma MESO: (2)

CH3CH2CH2CH2__CH__CH__CH2CH2CH2CH3

Me Me

5,6-Dimetil-5,6-dipropildecano

Pr Pr

Bu

Me Pr

Me

Bu Pr

Pr

Bu Me

Bu

Me Pr

(3) (4)

(5S,6S) (5S,6R)

5

6

5

6

Forma MESO: (4)

196

H

Et Me

H

Et Me

Me

Pr Bu

Me

Pr Bu

(2) (4)

(3R,4S) (5S,6R)

3

4

5

6[plano de simetria]

RESPUESTA 4

CH3CH2__CH__CH__CH2CH2CH3

Me Me

3,4-Dimetilheptano(1)

EtMeMe

HHPr

(1)

600

Et(Me)(Pr)Me

H(H)

(1)

33

H

Me Et

H

Pr Me

(3R,4R)

3

4

H

MeEt

H

PrMe

3

4

CH3CH2CH2__CH__CH__CH2CH2CH3

Et Me

4-Etil-5-metiloctano(2)

MeHPr

PrHEt

(2)

600

Pr(Pr)(Et)Me

H(H)

55

H

Me Pr

H

Et Pr

(4R,5S)

5

4

Diastereoisómeros de (2): (4R,5R) y (4S,5S)

H

Pr Me

H

Et Pr

5

4

(4R,5R)

H

Me Pr

H

Pr Et

54

(4S,5S) RESPUESTA 5

CH3__CH__C__CH2CH3

OH Cl

Me

3-Cloro-2-hidroxi-3-metilpentano

197

ClEtMe

MeOHH

(1)

600

Cl(OH)(Me)Et

Me(H)

Me

Et Cl

H

Me OH

(2S,3R)

2

3

HO HMe

MeEt Cl

(2)

600

Cl

Et Me

Me

HO H

(2S,3S)

2

3

(Et)HO H(Me)

Me(Cl)

MeHMe

OHClEt

(3)

600

OH(Et)(Cl)Me

H(Me)H

Me OH

Me

Cl Et

(2R,3R)

2

3

Cl EtH

MeMe OH

(4)

600

H

HO Me

Me

Cl Et

(2S,3R)

2

3

(HO)Cl Et(Me)

Me(H)

Iguales (superponibles): (1) y (4) ; Enantiómeros: (2) y (3) ; Diastereoisómeros:(1) y (2) ; (1) y (3) ; (2) y (4) ; (3) y (4) RESPUESTA 6

Prioridades: radicales primarios < radicales secundarios < radicales terciarios Radicales primarios: 1. (8) CH3- C1(HHH) 2. (6) CH3CH2- C1(CHH) C2(HHH) 3. (3) CH3CH2CH2- C1(CHH) C2(CHH) C3(HHH) 4. (7) CH3CH2CH2CH2- C1(CHH) C2(CHH) C3(CHH) 5. (10) (CH3)2CHCH2- C1(CHH) C2(CCH) 6. (4) (CH3)3CCH2- C1(CHH) C2(CCC)

198

Radicales secundarios: 7. (2) (CH3)2CH- C1(CCH) C2(HHH) (HHH) 8. (9) CH3(CH2)4-CH(CH3)- C1(CCH) C2 (CHH) Radicales terciarios: 9. (1) (CH3)3C- C1(CCC) C2(HHH) (HHH) 10. (5) (CH3)2CHCH2C(CH3)2- C1(CCC) C2 (CHH) RESPUESTA 7

2-Cloro-1-propanol

H

CH2OHMeClCH3 CH CH2OH

Cl

H

Me CH2OH

Cl

2

(2S)

H[4]

[3](HHH)C C(OHH)[2]

Cl[1]

2

2-Cloro-3-butenal

Cl

CHOCH2=CHHCH2 CH CH C

O

HCl

Cl

CH2=CH CHO

H

(2R)

Cl[1]

[3](CCH)C C(OOH)[2]

H[4]

22

Cl

CH=CH2CH

CH3-Cloro-1-penten-4-ino

HC C CH CH CH2

Cl

Cl

C CH=CH2

H

3

(3S)

Cl[1]

[2](CCC)C C(CCH)[3]

H[4]

3CH

199

4-Etoxi-4,5-dimetoxi-2-pentanona

CH2COMe

OMeMeOCH2

EtOCH3 CO CH2 COCH2CH3

OCH3

CH2 OCH3

CH2COMe

MeOCH2 OMe

OEt

(4S)

C(CHH)[4]

[3](OHH)C O(C)C(HHH)[2]

O(C)C(CHH)[1]

44

4-(N,N-Dietilamino)-4-hidroxi-4-metoxi-2-butanona

NEt2

OHMeCOCH2

MeOCH3 CO CH2 C

OCH3

OHNCH2CH3

CH2CH3

NEt2

MeOCH2 OH

OMe

(4R)

N(CC)[3]

[4](OHH)C O(H)[2]

O(C)[1]

44

3-terc-Butil-3-Fenil-3-4-hexen-1-ino

CH3 CH CH C C CH

C6H5

CMe3

C6H5

CMe3CCH

CHMeCH

C6H5

Me3C C

CH

3

(3R)

C(CCC)[2]

[1](CCC)C C(CCC)[3]

C(CCH)[4]

CH

CHMe

3

2-Cloro-3-metil-3-pentanaminaMe NH2

Et

Cl HMe

2

3CH3 CH CCl NH2

CH2CH3CH3

H

Cl Me

Me NH2

Et

2

3

(2S,3R) (2S)

H[4]

[1]Cl C(HHH)[3]

C(NCC)[2]

3

(3R)

C(ClCH)[2]

[4](HHH)C N(HH)[1]

C(CHH)[3]

2

200

Me OHH

Et HCH2NH2

2

3CH3CH2 CH

CH2NH2CH CH3OH

3-Metilamino-2-pentanol

H

Et CH2NH2

Me OH

H

2

3

(2S,3S) (3S)

H[4]

[3](CHH)C C(NHH)[2]

C(OCH)[1]

3

(2S)

C(CCH)[2]

[3](HHH)C O(H)[1]

H[4]

2

H

Et CH2NH2

Me OH

H

(2S,3S) (3S)

H[4]

[3](CHH)C C(NHH)[2]

C(OCH)[1]

(2S)

C(CCH)[2]

[3](HHH)C O(H)[1]

H[4]

Me CH2BrH

Et HCl

2

3CH3 CH2 CH CH CH2Br

Cl

Me

1-Bromo-3-cloro-2-metilpentano

H

Et Cl

Me CH2Br

H

2

3

(2S,3R) (3R)

H[4]

[3](CHH)C Cl[1]

C(CCH)[2]

2

(2S)

C(ClCH)[2]

[3](HHH)C C(BrHH)[1]

H[4]

3

Me CH2ClH

Et HBr

2

3CH3 CH2 CH CH CH2Cl

Br

Me

1-Cloro-3-bromo-2-metilpentano

H

Et Br

Me CH2Cl

H

2

3

(2R,3R) (3R)

H[4]

[3](CHH)C Br[1]

C(CCH)[2]

2

(2R)

C(BrCH)[1]

[3](HHH)C C(ClHH)[2]

H[4]

3

201

Me CH=CH2H

Et HCH=CH2

4

3CH2 CH CH CH CH CH2

CH3

CH2CH3

3-Etil-4-metil-1,5-hexadieno

H

Et CH=CH2

Me CH=CH2

H

4

3

(3S,4R)(3S)

H[4]

[3](CHH)C C(CCH)[2]

C4(CCH)[1]

3

(4R)

C3(CCH)[1]

[3](CHH)C C(CCH)[2]

H[4]

4

RESPUESTA 8

D(−)−Ribosa

CHO

CH2OH

HO

H

HO

OH

H

HH OH

H OH

CH2OH

CHO

H OH

3

4

2

(2R,3R,4R)

CHO

CH2OH

H

OH

H

H

HO

HOHHO

HHO

CH2OH

CHO

HHO

3

4

2

(2S,3S,4S)

CHO

CH2OH

H

H

HO

OH

HO

HOHH

OHH

CH2OH

CHO

HHO

3

4

2

(2S,3R,4R)D(−)−Arabinosa

CHO

CH2OH

HO

OH

H

H

H

HOHHO

HHO

CH2OH

CHO

OHH

3

4

2

(2R,3S,4S)

CHO

CH2OH

HO

OH

HO

H

H

HHHO

OHH

CH2OH

CHO

OHH

3

4

2

(2R,3S,4R)D(+)−Xilosa

CHO

CH2OH

H

H

H

OH

HO

HOOHH

HHO

CH2OH

CHO

HHO

3

4

2

(2S,3R,4S)

202

CHO

CH2OH

H

OH

HO

H

HO

HHHO

OHH

CH2OH

CHO

HHO

3

4

2

(2S,3S,4R)D−(−)−Lixosa

CHO

CH2OH

HO

H

H

OH

H

HOHHO

OHH

CH2OH

CHO

HHO

3

4

2

(2R,3R,4S) RESPUESTA 9

H OH

H OH

CO2H

CO2H

HO H

H OH

2

3

H OH

H OH

CO2H

CO2H

HO H

H OH

H OH

2

3

4

5

6

(1)(2S,3R,4S,5S)

4

5

(R,S)

H OH

(S,S)

4

(1)

(4S)

H O

H O

CO2H

CO2H

HO H

H O

H O

2

3

4

5

6

(1)

S

S

S

S

R

(2S,3R,4

H

H

H

H

S,5S,6S) Tomando como referencia la configuración de (1) se pueden obtener las configuraciones de todos los átomos en el resto de los estereoisómeros:

(S,R)

H OH

(R,R)

4

(2)

(4S)

(R,R)

H OH

(R,S)

4

(3)

(4R)

(S,S)

H O

(S,R)

4

(4)

(4R)

H

R

HO H

HO H

CO2H

CO2H

H OH

HO H

H OH

HO H

H OH

CO2H

CO2H

H OH

H OH

H OH

H O

HO H

CO2H

CO2H

HO H

HO H

H O

5

6

3

2 2 2

3 3

4 4 4

5 5

6 6

(2) (3) (4)

(2R,3S,4

H

H

S,5R,6R)

R

R

R

R

R

R

S

S

S

S

S

(2R,3R,4R,5R,6S) (2S,3S,4R,5S,6R)

203

RESPUESTA 10 La única condición que debe cumplirse es que los átomos de carbono C2 y C3 por un lado, y los C5 y C6 por otro, tengan configuraciones tales que den lugar a una molécula ópticamente inactiva (forma MESO precursora, con un átomo de carbono menos)

H OH

H OH

CO2H

CO2H

H OH

H OH

2

3

4

5

HO H

HO H

CO2H

CO2H

H OH

H OH

H OH

2

3

4

5 HO H

HO H

CO2H

CO2H

H O

H O

HO H

2

3

4

5

6 6

(2R,3R,4S,5S)(2R,3R,4r,5S,6S) (2R,3R,4s,5S,6S)

(2)(1)

MESO

(estereoisómeros MESO)

H

H

H OH

HO H

CO2H

CO2H

HO H

H OH

2

3

4

5

H OH

HO H

CO2H

CO2H

HO H

H OH

H OH

2

3

4

5 H O

HO H

CO2H

CO2H

HO H

H O

HO H

2

3

4

5

6 6

(2S,3R,4S,5R)(2S,3R,4r,5S,6R) (2S,3R,4s,5S,6R)

(4)(3)

MESO

(estereoisómeros MESO)

H

H

RESPUESTA 11 La única condición que debe cumplirse es que los carbonos equidistantes de C4 tengan la misma configuración. Los estereoisómeros que cumplen esta condición son los siguientes:

(2R,3R,C4,5R,6R) (2R,3S,C4,5S,6R) (2S,3S,C4,5S,6S) (2S,3R,C4,5R,6S)

Como ya hemos visto el primero de ellos (p. 49) ahora elegimos como ejemplo el estereoisómero (2S,3S,C4,5S,6S):

204

H OH

H OH

CO2H

CO2H

HO H

HO H

H OH

H OH

CO2H

CO2H

HO H

HO H

H OH

(2S,3S,4S,5S) (2S,3S,5S,6S)

2

3

4

5

5

2

3

4

6

H O

H O

CO2H

CO2H

HO H

HO H

HO H

(2S,3S,5S,6S

H

H

5

2

3

4

6

) RESPUESTA 12 En el esquema siguiente aparece la relación entre las configuraciones absolutas de los ácidos tetrahidroxiadípicos y pentahidroxipimélicos. Los estereoisómeros que se repiten se han marcado con un asterisco.

(9)

(10)

(8)

(7)

(6)

(5)

(4)

(3)

(2)

(1) (2R,3R,4R,5R)

(2S,3S,4S,5S)

(2R,3S,4S,5R)

(2S,3R,4R,5S)

(2R,3R,4R,5S)

(2S,3S,4S,5R)

(2R,3R,4S,5R)

(2S,3S,4R,5S)

(2R,3R,4S,5S)

(2R,3S,4R,5S)

(4)

(3)

(2)

(1) (2R,3R,5R,6R)

(2S,3S,5S,6S)

(2R,3S,5S,6R)

(2S,3R,5R,6S)

C4 no es estereogénico

(2R,3R,4R,5R,6S)(5) / (2S,3S,4S,5S,6R)(6)

(2R,3R,4S,5R,6S) / (2S,3S,4R,5S,6R)

(2S,3S,4R,5S,6R) / (2R,3R,4S,5R,6S)

(2S,3S,4S,5S,6R) / (2R,3R,4R,5R,6S)

(2R,3R,4R,5S,6R)(7) / (2S,3S,4S,5R,6S)(8)

(2R,3R,4S,5S,6R) / (2S,3S,4R,5R,6S)

(2S,3S,4R,5R,6S) / (2R,3R,4S,5S,6R)

(2S,3S,4S,5R,6S) / (2R,3R,4R,5S,6R)

(2R,3R,4r,5S,6S)(9)

(2R,3R,4s,5S,6S)(10)

(2R,3S,4r,5R,6S)(11)

(2R,3S,4s,5R,6S)(12)

C4 es estereogénico

* *

**

* *

**

C4 es pseudoasimétrico

ác. tetrahidroxiadípico ác. pentahidroxipimélico

Los estereoisómeros que faltan son los que no están numerados, es decir, los cuatro siguientes:

205

(2R,3R,4S,5R,6S) (2R,3R,4S,5S,6R) enantiómeros

(2S,3S,4R,5S,6R) (2S,3S,4R,5R,6S)

HO H

H OH

CO2H

CO2H

H OH

H OH

HO H

H OH

HO H

CO2H

CO2H

HO H

HO H

H OH

H OH

HO H

CO2H

CO2H

H OH

H OH

HO H

HO H

H O

CO2H

CO2H

HO H

HO H

H O

2

3

4

5

6

2

3

4 4

5 5

6 6

3 3

2 2

(2R,3R,4S,5R,6S) (2S,3S,4R,5S,6R) (2R,3R,4S,5S,6R) (2S,3S,4R,5R,6S)

R

R

R

S

S

S

S

R

R

R

S

R

R

S

S

S

S R S

H

H4

5

6

R

RESPUESTA 13 La molécula de ácido dihidroxisuccínico tiene un número par (n = 2) de carbonos estereogénicos (la fórmula del compuesto se puede dividir en dos mitades iguales):

HO2C CHOH

CHOH

CO2H

moléculas ópticamente activas: N = 2(n-1) = 2 moléculas ópticamente inactivas: N' = 2(n-2)/2 = 1 El ácido dihidroxisuccínico tiene tres estereoisómeros: una pareja de enantiómeros y una forma MESO:

CO2H

H OH

CO2H

HO H

CO2H

HO H

CO2H

H OH

CO2H

H O

CO2H

H O

(3)(2)(1)

(2R,3R) (2S,3S) (2R,3S)

2 2

3 3

R

R

S

S

R

SH

H

2

3

(3)

(2)

(1) (2R,3R)

(2S,3S)

(2R,3S)

(2R,4R)

(2S,4S)

(2R,3r,4S)

C4 no es estereogénico

C4 es pseudoasimétrico

ác. dihidroxisuccínico ác. trihidroxiglutárico

(2R,3s,4S)

206

RESPUESTA 14 (1) 5’-Bromo-3-cloro-6,6’-dicarboxi-2,2’-dinitrobifenilo:

HO2C

NO2

Br

(1)

CO2H

NO2Cl1 1'

2

2'

3

6

5'CO2H

NO2

Br

HO2C

O2N Cl11'

2

2'

3

6

5'

(1')

CO2H[1]

[1]NO2 CO2H[2]

NO2[3]

(R)

CO2H[1]

[2]HO2C NO2[1]

NO2[3]

(S) (2) 6’-Carboxi-2,6-dicloro-5-metil-2’-nitrobifenilo:

HO2C

NO2

(2)

Cl

ClMe1 1'

6 2'

3 2CO2H

NO2 Cl

Cl Me11'

2

2'

3

6

(2')

6' 6'

CO2H[4]

[1]Me H[2]

NO2[3]

(R) (S)

CO2H[4]

Me[1][2]H

NO2[3]

(3) 2,2’-Metoxicarbonil-6,6’-dinitrobifenilo:

O2N

MeO2C

(3)

NO2

CO2Me1 1'

6 2'

2

(3')

6'

NO2

CO2MeO2N

MeO2C11'

62'

26'

NO2[3]

[2]MeO2C NO2[1]

CO2Me[4]

(R) (S)

NO2[3]

CO2Me[2][1]O2N

CO2Me[4]

207

(4)

O2N

OO2N

(5) (5')

NO2

ONO2

CH2CO[4]

[1]O2N CH2CO[2]

NO2[3]

(R) (S)

CH2CO[4]

NO2[1][2]OCH2C

NO2[3]

RESPUESTA 15

(1)

Me

Br Me

Me

Cl

Me

HO2C

(1')

Me

BrMe

Me

Cl

Me

CO2H4

21 12

45 5

1

2

1

2

C2(CCC)[4]

[2](CHH)C5 C1(BrCC)[1]

C1(ClCC)[3]

(S)

C2(CCC)[4]

[1](BrCC)C1 C4(CHH)[2]

C1(ClCC)[3]

(R)

NO2

N

SO2C6H5

CH2CO2H1

2

8O2N

N

C6H5O2S

HO2CCH2

12

8

(2) (2')

C1(CCC)[2]

N[1]C6H5SO2 CH2CO2H[3]

(R)

[4]

C1(CCC)[2]

N O2SC6H5[1][3]HO2CH2C

(S)

[4]

208

RESPUESTA 16

CHO

H OH

CH2OH

(+)−Gliceraldehido

CO2H

H OH

CO2H

H OH

Ác. tartárico (MESO)

CH2OH

H OH

CH2OH

H OH

CH2OH

H OH

CH2OH

HO H

alcohol ópticamente inactivo La (-)-Eritrosa sólo puede tener la siguiente estructura:

CHO

H O

CH2OH

H O

D−(−)−Eritrosa

H

H

RESPUESTA 17

CHO

H OH

CH2OH

D−(+)−Gliceraldehido

H OH

H OH

CH2OH

CH2OH

D(óp. inactiva)

H OH

H OH

CH2OH

CHO

C

(−)−Eritrosa

H OH

H OH

CH2OH

CHO

C

(−)−Eritrosa

CH2OH

CH2OH

H OH

H OH

H OH

B(óp. inactiva)

CH2OH

CHO

H OH

H OH

H OH

D−(−)−Ribosa

NaBH4

209

RESPUESTA 18

H OH

H OH

CO2H

CO2H

H OH

H OH

CH2OH

CHO

H OH

H OH

CHO

CH2OH

ác. meso-tartárico (descartable: serie L)

o

D

H OH

H OH

CH2OH

CO2H

H OH

H OH

H OH

CH2OH

CHO

H OH

H OH

H OH

CH2OH

CHO

HO H

H O

H O

CO2H

CO2H

HO H

HNO3 oHNO3

C Cinactivo (descartable)

H OH

H OH

CH2OH

CHO

HO H

HO H

H OH

H OH

CH2OH

CHO

H OH

HO H

(1) (2)

2 2

Epímeros C2

H

H

(1) es A (manosa):

H OH

H OH

CH2OH

CHO

HO H

HO H

(1)

2

intercambio de grupos

H OH

H OH

CHO

CH2OH

HO H

HO H

2

1800

HHO

HHO

CHO

CH2OH

OHH

OHH

2

A (Manosa) (Manosa)

210

(2) es B (glucosa):

H OH

H OH

CH2OH

CHO

H OH

HO H

(2)

2

intercambio de grupos

H OH

H OH

CHO

CH2OH

H OH

HO H

2

1800

HHO

HHO

CHO

CH2OH

HHO

OHH

2

(serie L: no natural)

B (Glucosa) RESPUESTA 19

H

CO2H

H

OH

H

CO2HHO2C

H

CO2H

H

H

OH

HO2C

CO2HH

H

H

CO2H

H

CO2H

H

OHHO2C

H

CO2H

H

H

CO2H

HO2C

OHH

H

H

H

HO2C

OH

HO2C

CO2HH

H

CO2H

CO2H

H

CO2H

H

OHH

H

H

H

HO2C

CO2H

HO2C

OHH

H

H

H

H

CO2H

HO2C

OHHO2C

H

CO2H

CO2H

H

OH

H

CO2HH

H

H

H

HO2C

CO2H

H

OHH

HO2C

H

H

HO2C

OH

H

CO2HH

HO2C

H

H

H

OH

H

CO2HHO2C

HO2C

211

RESPUESTA 20

HOCH2 CHOH

CHOH

CH2OH* *

HO H

H OH

OH

H H

OH

Z H

HO H

H OH

OH

H H

OH

H Z1 1

2 2

3 3

(1)

(1S,2R,3R)

(2)

(1R,2R,3R)

HO H

H OH

OH

Z H

OH

H H

HO H

H OH

OH

H Z

OH

H H

1 1

2 2

3 3

(3)

(1R,2R,3R)

(4)

(1S,2R,3R)

HO H

H OH

OH

H3 H4

OH

H1 H2

D-Treitol

(2R,3R)

2

3

Iguales: (1) y (4) ; (2) y (3) Diastereoisómeros: (1) y (2) ; (1) y (3) ; (2) y (4) ; (3) y (4)

1

2

3

HO H

H OH

OH

H3 H4

OH

H1 H2

4

1

2

3

HO H

H OH

OH

HR HS

OH

HS HR

4

OH

HR

OH

HO

HHS

H

HOHR

HS

1

2

3

4

D-Treitol

Iguales: H1-H4 ; H2-H3 Diastereotópicos: H1-H2 ; H1-H3 ; H2-H4 ; H3-H4

Fijándose en los resultados obtenidos para el D-treitol (2R,3R) se pueden analizar los otros estereoisómeros sin hacer ningún dibujo.

212

Como el L-treitol es el enantiómero del D-treitol, su configuración absoluta será (2S,3S) Al hacer las sustituciones por el átomo de prueba Z, las prioridades de los grupos siguen siendo las mismas. En consecuencia, se obtendrán cuatro moléculas con las siguientes configuraciones absolutas:

1

2

3

H OH

HO H

OH

H3 H4

OH

H1 H2

4

1

2

3

H OH

HO H

OH

HR HS

OH

HS HR

4

OH

HR

H

H

OHHS

HO

HOHR

HS

1

2

3

4

L-Treitol

(2S,3S)

(1) (1S,2S,3S)

(2) (1R,2S,3S)

(3) (1R,2S,3S)

(4) (1S,2S,3S)

El resultado es el mismo que el obtenido para la molécula de D-treitol. En la forma MESO (con los grupos OH situados a la derecha en la proyección de Fischer) la configuración absoluta es (2S,3R) Las cuatro moléculas con el átomo de prueba Z tendrán ahora las siguientes configuraciones:

H OH

H OH

OH

H3 H4

OH

H1 H2

Eritritol

(2S,3R)

(1) (1S,2S,3R) ; (2) (1R,2S,3R) ; (3) (1R,2R,3S) ; (4) (1S,2R,3S)

1

2

3

4

Enantiómeros: (1) y (3) ; (2) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (2) ; (1) y (4) ; (2) y (3) ; (3) y (4)

1

2

3

H OH

H OH

OH

HR HS

OH

HS HR

4

OH

HR

H

HO

OHHS

H

HOHR

HS

1

2

3

4

Enantiotópicos: H1-H3 ; H2-H4 Diastereotópicos: H1-H2 ; H1-H4 ; H2-H3 ; H3-H4

213

RESPUESTA 21

CO2H

H1 H2

H3 H4

CO2H

CO2H

H1 H2

H3 H4

CH2OH

CO2H

H1 H2

HO Br

CO2H

H3 H4

CO2H

H1 H2

HO Br

CH2OH

H3 H4

CO2H

H1 H2

HO BrHO Br

H3 H4

CO2H(5)(4)(3)(2)(1)

molécula

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

H1_H4

H2_H3

H1_H2 / H3

_H4

H1_H3 / H2

_H4

H1_H2

H3_H4

H1_H3

H2_H4

H1_H2 / H3

_H4

H1_H4 / H2

_H3

H1_H2

H3_H4

H1_H3

H2_H4

H1_H2 / H3

_H4

H1_H4 / H2

_H3

homotópicos enantiotópicos diastereotópicos

RESPUESTA 22

CO2H

H OH

H H

CO2H

HO H

CO2H

HO H

H H

CO2H

H OH

CO2H

H O

H H

CO2H

H O

2 2 2

3 3 3

4 4 4

(2R,4R) (2S,4S) (2R,4S)

H

H

Enantiómero (2R,4R):

CO2H

H OH

H H

CO2H

HO H

2

4

(2R,4R)

C2(R)

Z H

C4(R)

C2(R)

H Z

C4(R)

(R o S arbitrarios)

(R o S arbitrarios)

no estereogénico3

3

3

CO2H

H OH

Z H

CO2H

HO H

2

4

3

CO2H

H O

H Z

CO2H

HO H

2

4

3

H

Los dos átomos de hidrógeno tienen la misma geometría (son homotópicos)

214

En el enantiómero (2S,4S) sucede lo mismo: ambos hidrógenos son homotópicos. En la forma MESO la situación es diferente porque C3 es pseudoasimétrico (2R,C3,4S) y la sustitución alternativa de los dos hidrógenos por átomos de prueba da lugar a una pareja de diastereoisómeros MESO. En este caso, la designación debe ser pro-r / pro-s (letras r y s minúsculas):

CO2H

H OH

Z H

CO2H

H OH

CO2H

H OH

H Z

CO2H

H OH

2 2

3 3

4 4

formas MESO diastereoisómeras

(2R,3s,4S) (2R,3r,4S)

CO2H

H O

Hs Hr

CO2H

H O

2

3

4

H

H

H C OH

CO2H Conviene fijarse también que los grupos unidos al carbono C3 son enantiotópicos (imágenes especulares) RESPUESTA 23 La molécula de ácido 2,5-diaminoadípico tiene un número par (n = 2) de carbonos estereogénicos (la fórmula del compuesto se puede dividir en dos mitades iguales):

HO2C CHNH2

CH2 CH2 CHNH2

CO2H

moléculas ópticamente activas: N = 2(n-1) = 2 moléculas ópticamente inactivas: N' = 2(n-2)/2 = 1 El ácido 2,5-diaminoadípico tiene tres estereoisómeros: una pareja de enantiómeros y una forma MESO:

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

H NH2

CO2H

CO2H

H2N H

H H

H H

H N 2

CO2H

CO2H

H N 2

H H

H H

2 2 2

3 3 3

4 4 4

5 5 5

(2R,5R) (2S,5S) (2R,5S)

H

H

215

ENANTIÓMERO (2R,5R)

Análisis de los hidrógenos unidos a C3 y C4:

Hidrógenos pro-(R) y pro-(S)

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

2

3

4

5

(2R,5R)

CH

Z

CH2R

CH2R

Z H

CH

CO2HH2N

H

CO2HH2N

3

4

(S)

(R)

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

HS HR

HR HS

2

3

4

5

(2R,5R)

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

Z H

H H

2

3

4

5 H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H Z

H H

2

3

4

5 H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H H

Z H

2

3

4

5 H2N H

CO2H

CO2H

H N 2

H H

H Z

2

3

4

5

(4)(3)(2)(1)

(H1) (H2) (H3) (H4)

H

Iguales: (1) y (4) ; (2) y (3) Diastereoisómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) ; (1) y (3) ; (2) y (4)

H2N H

CO2H

CO2H

H N 2

H1 H2

H3 H4

2

3

4

5

(2R,5R)

H

Homotópicos: H1-H4 ; H2-H3 Diastereotópicos: H1-H2 ; H3-H4 ; H1-H3 ; H2-H4

216

Análisis de los centros estereogénicos C2 y C5:

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

2

3

4

5

(2R,5R)

1800

H2N H

CO2H

CO2H

H N 2

H H

H H

2

3

4

5

(2R,5R)

H

(los grupos aminoácidos tienen la misma geometría: homotópicos)

ENANTIÓMERO (2S,5S)

Las relaciones entre hidrógenos y grupos son las mismas que en el (2R,5R): Análisis de los hidrógenos unidos a C3 y C4:

H NH2

CO2H

CO2H

H2N H

HS HR

HR HS

2

3

4

5

(2S,5S)

H N 2

CO2H

CO2H

H2N H

H1 H2

H3 H4

2

3

4

5

(2S,5S)

H

Homotópicos: H1-H4 ; H2-H3 Diastereotópicos: H1-H2 ; H3-H4 ; H1-H3 ; H2-H4

Los centros estereogénicos C2 y C5 tienen la misma geometría: homotópicos

CH2 CH

NH2

CO2H

Las cadenas unidas a C4 tienen la misma geometría: homotópicas

217

FORMA MESO (2R,5S) Análisis de los hidrógenos unidos a C3 y C4:

Hidrógenos pro-(R) y pro-(S)

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

2

3

4

5

(2R,5S)

CH

Z

CH2R

CH2R

Z H

CH

CO2HH2N

H

CO2HH2N

3

4

(S)

(R)

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

HS HR

HR HS

2

3

4

5

(2R,5S)

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

Z H

H H

2

3

4

5 H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H Z

H H

2

3

4

5 H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H H

Z H

2

3

4

5 H N 2

CO2H

CO2H

H N 2

H H

H Z

2

3

4

5

(4)(3)(2)(1)

(H1) (H2) (H3) (H4)

H

H

Enantiómeros: (1) y (3) ; (2) y (4) Diastereoisómeros: (1) y (2) ; (3) y (4) ; (1) y (4) ; (2) y (3)

H N 2

CO2H

CO2H

H N 2

H1 H2

H3 H4

2

3

4

5

(2R,5S)

H

H

Enantiotópicos: H1-H3 ; H2-H4 Diastereotópicos: H1-H2 ; H3-H4 ; H1-H4 ; H2-H3

218

Análisis de los centros estereogénicos C2 y C5:

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

2

3

4

5

(2R,5S)

1800

H2N H

CO2H

CO2H

H2N H

H H

H H

2

3

4

5

(2R,5S)

(los grupos aminoácido unidos a C2 y C5 son imágenes especulares: enantiotópicos) RESPUESTA 24

ENANTIÓMERO (2R,6R) Análisis de los hidrógenos unidos a C3,C4 y C5:

Hidrógenos pro-(R) y pro-(S)

CH

Z

CH2R

CH2R

Z H

CH

CO2HH2N

H

CO2HH2N

3

5

(S)

(R)

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

HR HS

H2N H

CO2H

CO2H

H N 2

HS HR

H H

2

3

4

5

6

6

5

4

3

2

1800

(2R,6R) (2R,6R)

H

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

Z H

H H

3

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H Z

H H

3

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H H

Z H4

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H Z4

Z H

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

5 H Z

H2N H

CO2H

CO2H

H N 2

H H

H H

5

(H1) (H2) (H3) (H4) (H5) (H6)

H

219

H5 H6

H2N H

CO2H

CO2H

H N 2

H1 H2

H3 H4

(2R,6R)

H

Homotópicos: H3-H4 ; H1-H6 ; H2-H5 Diastereotópicos: H1-H2 ; H5-H6 ; H1-H5 ; H2-H6

Análisis de los centros estereogénicos C2 y C6:

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

(2R,6R)

2

3

4

5

6

1800

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H N 2

H H

H H

(2R,6R)

6

5

4

3

2

H

(los grupos aminoácidos de C2 y C6 tienen la misma geometría: homotópicos)

CH2 CH

NH2

CO2H Análisis de las cadenas unidas a C4:

HR HS

H2N H

CO2H

CO2H

H NH2

HS HR

H H

(2R,6R)

2

3

4

5

6

1800

HR HS

H2N H

CO2H

CO2H

H N 2

HS HR

H H

(2R,6R)

6

5

4

3

2

H

(las dos cadenas, superior e inferior, tienen la misma geometría: homotópicas)

220

ENANTIÓMERO (2S,6S)

En el enantiómero (2S,6S) las relaciones entre hidrógenos y grupos son las mismas que en el (2R,6R)

HR HS

H NH2

CO2H

CO2H

H2N H

HS HR

H H

(2S,6S)

2

3

4

5

6

H5 H6

H N 2

CO2H

CO2H

H2N H

H1 H2

H3 H4

(2S,6S)

2

3

4

5

6 H

Homotópicos: H3-H4 ; H1-H6 ; H2-H5 Diastereotópicos: H1-H2 ; H5-H6 ; H1-H5 ; H2-H6

Los centros estereogénicos C2 y C6 tienen la misma geometría: homotópicos

CH2 CH

NH2

CO2H

Las cadenas unidas a C4 tienen la misma geometría: homotópicas

FORMA MESO (2R,6S) Puesto que las prioridades de los grupos son las mismas que en cualquiera de los dos enantiómeros, los hidrógenos pro-(R) y pro-(S) serán también los mismos:

HR HS

H N 2

CO2H

CO2H

H N 2

HS HR

H H

(2R,6S)

2

3

4

5

6 H

H

Análisis de los hidrógenos unidos a C3, C4 y C5:

221

H H

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

Z H

H H

3

H H

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H Z

H H

3

H H

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H H

Z H4

H H

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H Z4

Z H

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

5 H Z

H N 2

CO2H

CO2H

H N 2

H H

H H

5

(H1) (H2) (H3) (H4) (H5) (H6)

H

H

H5 H6

H N 2

CO2H

CO2H

H N 2

H1 H2

H3 H4

(2R,6S)

H

H

Enantiotópicos: H1-H5 ; H2-H6 Diastereotópicos: H1-H2 ; H5-H6 ; H3-H4 ; H1-H6 ; H2-H5

Análisis de los centros estereogénicos C2 y C6:

H H

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

(2R,6S)

2

3

4

5

6

1800

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H2N H

H H

H H

(2R,6S)

6

5

4

3

2

(los grupos aminoácidos de C2 y C6 son enantiotópicos)

2 CH

NH2

CO2H

CH Análisis de las cadenas unidas a C4:

222

H H

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H H

H H

(2R,6S)

2

3

4

5

6

1800

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H2N H

H H

H H

(2R,6S)

6

5

4

3

2

(las dos cadenas, superior e inferior, son enantiotópicas)

estereoisómero enantiotópicos diastereotópicos

(2R,6R)H3

_H4

H1_H6

H1_H5

H2_H6

H1_H2 / H5

_H6

H3_H4 / H1

_H6

H2_H5

(2S,6S)H2

_H5

H1_H2 / H5

_H6

H1_H5 / H2

_H6

(2R,6S)

Ácido 2,6-diaminopimélico

H5 H6

H NH2

CO2H

CO2H

H NH2

H1 H2

H3 H4

homotópicos

RESPUESTA 25 Parece que la epimerasa selecciona centros quirales (S) Si esto fuese cierto, su reacción con la forma meso [(2R,6S) / (2S,6R)] (reacción de derecha a izquierda) daría lugar al ácido (2R,6R)-2,6-diaminopimélico y no a su estereoisómero (2S,6S) como sucede en realidad. Tampoco selecciona centros estereogénicos (R) ya que no reacciona con el ácido (2R,6R)-2,6-diaminopimélico.

CH2 CH

NH2

CO2H ¿Qué selecciona entonces? ¿quizás cadenas de distinta geometría?

CO2H

CO2H

H2N H

H NH2

~~CO2H

CO2H

H NH2

H NH2~~

CO2H

CO2H

H2N HH2N H

~~

epimerasa

(2R,6S) MESO

(2S,6R) MESO

2

2

6

6

2

6

(2S,6S)

iguales

C6

C2

223

La epimerasa, en primer lugar, selecciona el enantiómero (S,S) ignorando el (R,R) Actúa sobre el (S,S) invirtiendo de forma aleatoria la configuración de C2 o C6, ya que los grupos aminoácido tienen la misma geometría (son homotópicos) y la enzima no puede distinguirlos. Cuando la epimerasa reacciona con la forma meso (R,S) del ácido diaminopimélico, selecciona de forma inequívoca una de las cadenas aminoácido. El hecho de que el carbono de dicha cadena sea (R) es irrelevante, ya que la enzima actúa sobre la cadena, no sobre el carbono por tener configuración (R)

H H

H NH2

CO2H

CO2H

H2N H

H H

H H

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H2N H

H H

H H

H H

H2N H

CO2H

CO2H

H2N H

H H

H Hepimerasa

descarboxilasa

2

3

4

5

6

S

S

S

R

(2S,6S) (2S,6R)

MESO

(2S)-lisina

La descarboxilasa actúa estereoespecíficamente sobre la cadena que tiene el carbono de configuración (R) dando lugar a (S)-lisina. Si lo hiciera sobre C2 (S) se obtendría (R)-lisina y si reaccionara indistintamente con C2 (S) y C6 (R) un racémico de la lisina.

CO2H

HH2N

HRHS

HH

HR

HS

CO2HH2N

H

S

S

2

6

epimerasa

[enzima]

CO2H

HH2N

HRHS

HH

HR

HS

CO2HH

H2N

S

R

2

6

descarboxilasa

CO2H

HH2N

HRHS

HH

HR

HS

HH

H2N

S2

6

(2S,6S) (2S,6R)

MESO

(S)-lisina

[enzima]

RESPUESTA 26

cis-3-Bromociclopentano

2

1

H

ClCl

H

cis

H

Cl1

2

cis

=H

Cl H Cl Cl H

21

trans-3-Bromociclopentanol

H

Br

OH

HBr OH

HH1 3

trans

BrHHO H

13

trans

=31

224

2 1

trans-2-Metilciclobutilamina

Me

H

H

NH2 H NH2Me H

H MeH2N H

trans trans

=

H

Et

Ác. cis-3-Etilciclohexanocarboxílico

H

CO2H

CO2H

Et

H

H

H

H

HO2C

Etcis cis

=1

3

CO2H

CO2H

Ác. trans-4-Cloro-3-nitrociclohexano-1,1-dicarboxílico

H

NO2

CO2H

NO2

CO2H

H

trans trans

=

Cl

HH

Cl

HO2C

H

HO2C

NO2

ClH3

14

RESPUESTA 27

Me

Br Cl

Et

CH

NO2H

Cl

MeEt

CH2

r-1-Bromo-1-cloro-t-3-etil-3-metilciclohexano

(prioridades: Br > Cl > Et > Me)

r-1-Cloro-1-vinil-t-3-nitro-3-metil-c-5-etilciclohexano

(prioridades: Cl > NO2 > CH=CH2 > Et > Me)

1

3

1

35

CO2MeOHC

CN

HH

Me

T

DMe

H

r-1-Metoxicarbonil-c-2-formil-c-4-ciano-4-metilciclopentano

(prioridades: CO2Me > CHO > CN > Me)

r-1-Metil-1-deutero-t-4-tritiociclohexano

(prioridades: Me > T > D > H)

124

4

1

OHTOHO OD

r-1-Tritioxi-1,3-dihidroxi-t-3-deuteroxiciclopentano

(prioridades: OT > OD > OH)

1 3