Química Orgánica 2 · Adición a aldehídos y cetonas
Mecanismo de reducción de aldehídos con NaBH4
El mecanismo de reducción de aldehídos con NaBH4 en 3 pasos, a partir del ejemplo resuelto de Arrow Lab: Reducción con NaBH₄ — benzaldehído a alcohol bencílico.
reducción de aldehídos con NaBH4: visión general
El borohidruro de sodio, NaBH₄, reduce los aldehídos a alcoholes primarios y las cetonas a alcoholes secundarios. Es una fuente de hidruro suave y selectiva que puede usarse sin peligro en metanol, etanol o incluso agua, y la reacción suele realizarse entre 0 °C y temperatura ambiente, seguida de un tratamiento (workup) acuoso o ligeramente ácido. En principio, cada ion borohidruro puede entregar sus cuatro hidrógenos, así que un cuarto de equivalente es el mínimo teórico. El ejemplo resuelto que aparece a continuación sigue una transferencia de hidruro del BH₄⁻ al benzaldehído y la protonación que da alcohol bencílico.
El mecanismo es una adición nucleofílica seguida de protonación. Los enlaces B–H del borohidruro están polarizados hacia el hidrógeno, de modo que el par de electrones de un enlace puede entregarse al carbono junto con el hidrógeno, como un hidruro. Ese par forma un nuevo enlace C–H en el carbono del carbonilo mientras los electrones π del C=O se desplazan al oxígeno, dando un alcóxido y BH₃. En disolventes alcohólicos, el disolvente suele protonar el alcóxido a medida que se forma; en la versión dibujada se adiciona agua después, y el alcóxido toma un protón de ella, lo que da el alcohol neutro y hidróxido.
El NaBH₄ reduce aldehídos, cetonas y cloruros de acilo, y en procedimientos relacionados reduce iminas. Deja intactos los ésteres, los ácidos carboxílicos, las amidas, los nitrilos, los alquenos aislados y los grupos nitro en condiciones normales, por lo que se puede reducir una cetona en presencia de un éster; esos grupos necesitan el LiAlH₄, más fuerte. Con una cetona α,β-insaturada, el NaBH₄ ataca sobre todo el carbonilo, aunque ocurre algo de reducción 1,4, y las condiciones de Luche (NaBH₄ con CeCl₃) dan el alcohol alílico limpiamente. Una cetona no simétrica genera un nuevo estereocentro como mezcla racémica, porque el hidruro ataca cualquiera de las dos caras del carbonilo plano.
El error clásico es dibujar el H⁻ como un ion libre que llega de la nada. La flecha parte de un enlace B–H del borohidruro y termina en el carbono del carbonilo, y el boro queda como BH₃ neutro. Otro error es atacar al oxígeno, o iniciar la flecha en el oxígeno; el electrófilo es el carbono, y el par π del C=O se desplaza al oxígeno. También hay quienes protonan el alcóxido con un segundo hidruro u olvidan por completo el protón. En el ejemplo, el nuevo hidrógeno sobre el carbono proviene del boro, mientras que el nuevo hidrógeno sobre el oxígeno proviene del agua en un paso aparte.
Lo que vas a practicar
- Dibuja la transferencia de hidruro desde un enlace B–H y luego adiciona un protón al oxígeno.
El ejemplo y sus condiciones
Benzaldehyde with BH₄⁻, followed by water. Draw one hydride transfer and protonation of the alkoxide, leaving BH₃ as shown; further hydride transfers, boron coordination and boron hydrolysis are not drawn. Counterions are not drawn; no stereochemistry is assigned without bond markers.
Mecanismo de reducción de aldehídos con NaBH4, paso a paso
Cada paso comienza con su dibujo, incluidas las flechas curvas; el texto que aparece debajo describe ese dibujo.
Transfiere un hidruro
Los electrones del enlace B–H forman un enlace C–H en el carbono del carbonilo. Esto da un alcóxido y BH₃.
Las flechas curvas del dibujo:
- Los electrones del enlace B–H forman un enlace entre el carbono del carbonilo y el hidrógeno.
- Los electrones π del carbonilo pasan al oxígeno.
Adiciona un protón
Ahora adiciona agua. El alcóxido toma un protón y se convierte en alcohol; no se muestran las reacciones del boro con el agua.
Las flechas curvas del dibujo:
- La base usa un par solitario para aceptar un protón del enlace O–H.
- El enlace con el hidrógeno se rompe y sus electrones quedan sobre el átomo que pierde el protón.
Productos
El carbono del aldehído gana un hidrógeno proveniente del boro. El oxígeno gana un protón proveniente del agua, lo que da alcohol bencílico. También se muestran BH₃ e hidróxido, de modo que la carga total se mantiene en −1.
Mecanismo de reducción de aldehídos con NaBH4: preguntas frecuentes
¿Cuál es el mecanismo de la reducción con borohidruro de sodio?
El borohidruro transfiere un hidruro: el par de electrones de un enlace B–H forma un enlace C–H en el carbono del carbonilo y los electrones π del C=O se desplazan al oxígeno, dando un alcóxido y BH₃. Después, el alcóxido toma un protón del disolvente, o del agua durante el tratamiento (workup), para dar el alcohol. Los aldehídos dan alcoholes primarios y las cetonas dan alcoholes secundarios.
¿Qué reduce el NaBH4 y qué no reduce?
El NaBH₄ reduce aldehídos y cetonas a alcoholes, y también cloruros de acilo. En condiciones normales no reduce ésteres, ácidos carboxílicos, amidas, nitrilos, grupos nitro ni dobles enlaces carbono–carbono que no estén conjugados con un carbonilo. Esa selectividad es la razón por la que se elige en lugar del LiAlH₄ cuando hay que reducir una cetona en una molécula que también contiene un éster o una amida.
¿De dónde proviene el hidrógeno sobre el oxígeno en una reducción con NaBH4?
No proviene del borohidruro. El boro solo entrega el hidrógeno que termina sobre el carbono. El hidrógeno que queda sobre el oxígeno del alcohol proviene de una fuente prótica: el disolvente alcohólico durante la reacción, o el agua o el ácido diluido que se adiciona en el tratamiento (workup). En el ejemplo resuelto, el alcóxido toma un protón del agua en el segundo paso, lo que deja hidróxido.
Dibújalo tú mismo, con retroalimentación en cada flecha
Con Arrow Lab dibujas tú mismo cada flecha curva, desde el par solitario o el enlace hasta el átomo al que ataca, con retroalimentación en cada movimiento. Todos los mecanismos de la biblioteca de práctica son gratis con una cuenta, sin tarjeta.
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