Química Orgánica 2 · Transformaciones de alcoholes
Mecanismo de síntesis de éteres de Williamson
El mecanismo de síntesis de éteres de Williamson en 3 pasos, a partir del ejemplo resuelto de Arrow Lab: Síntesis de éteres de Williamson: activación del alcohol y alilación.
síntesis de éteres de Williamson: visión general
La síntesis de éteres de Williamson forma un éter, R–O–R′, a partir de un alcohol y un haluro de alquilo. Primero, una base fuerte como el hidruro de sodio (NaH) o el sodio metálico convierte el alcohol en su base conjugada, un alcóxido; luego el alcóxido desplaza a un haluro o a un sulfonato (tosilato, mesilato) de un segundo carbono. Es la ruta de laboratorio más general para obtener éteres no simétricos, y también cierra anillos cuando el alcóxido y el grupo saliente están en la misma molécula. El ejemplo resuelto de abajo usa metanol y NaH, y luego bromuro de alilo en éter seco, para obtener éter alil metílico.
El mecanismo tiene dos pasos. Primero, la desprotonación: el hidruro del NaH toma el protón del O–H del alcohol, los electrones del enlace O–H quedan sobre el oxígeno y el hidrógeno se va en forma de gas, lo que hace que el paso sea irreversible. Segundo, la sustitución: el oxígeno con carga negativa ataca al carbono unido al grupo saliente por el lado opuesto a este, y el enlace C–Br se rompe a medida que se forma el enlace C–O. Este segundo paso es un único paso SN2 concertado, así que no hay carbocatión, y el carbono atacado se invierte si es un estereocentro.
Como el paso clave es SN2, el haluro debe ser metílico, primario, alílico o bencílico. Los haluros secundarios dan mezclas, y los terciarios dan casi solo alqueno, porque un alcóxido también es una base fuerte y la E2 gana cuando el carbono está impedido. La regla para planificar: pon la parte voluminosa en el oxígeno y la pequeña en el haluro. El éter terc-butil metílico se prepara a partir de terc-butóxido de potasio y yoduro de metilo, nunca a partir de metóxido de sodio y bromuro de terc-butilo. Los haluros de arilo y de vinilo no reaccionan en absoluto, aunque los fenóxidos son buenos nucleófilos frente a haluros primarios.
Hay tres errores que aparecen una y otra vez. Los estudiantes dibujan el alcohol neutro atacando al haluro de alquilo; primero hay que formar el alcóxido, porque un alcohol neutro es un nucleófilo demasiado débil para un SN2 rápido. Otros muestran al ion sodio formando un enlace; el Na⁺ es un espectador y no se dibuja. Y con haluros alílicos, atacan el doble enlace o dibujan un catión alílico; la flecha va de un par solitario del oxígeno al carbono unido al bromo, una segunda flecha lleva el par del C–Br al bromo, y el enlace C=C no se toca, como muestra el ejemplo.
Lo que vas a practicar
- Elimina el protón del alcohol y luego forma un éter por ataque SN2 junto al alqueno.
El ejemplo y sus condiciones
Methanol and NaH, followed by allyl bromide in dry ether. Replace bromine at the CH₂Br carbon; no acid workup is needed.
Mecanismo de síntesis de éteres de Williamson, paso a paso
Cada paso comienza con su dibujo, incluidas las flechas curvas; el texto que aparece debajo describe ese dibujo.
Forma el alcóxido
El protón del alcohol y el hidruro forman gas hidrógeno. El sodio no reacciona y no se dibuja.
Las flechas curvas del dibujo:
- El hidruro toma el protón del alcohol para formar H₂.
- Los electrones del enlace O–H quedan en el oxígeno del alcohol, que adquiere carga negativa.
Forma el enlace del éter
Agrega bromuro de alilo después de formar el alcóxido. Ataca el carbono unido al bromo, no el doble enlace. El H₂ del primer paso sigue mostrándose.
Las flechas curvas del dibujo:
- El alcóxido ataca el carbono primario junto al doble enlace.
- Los electrones del enlace C–Br se van con el bromuro.
Productos
El éter alílico metílico conserva el doble enlace original. El oxígeno empieza neutro, se vuelve negativo y luego regresa a neutro. El bromuro lleva la carga negativa, y los dos hidrógenos del primer paso forman H₂.
Mecanismo de síntesis de éteres de Williamson: preguntas frecuentes
¿Cómo funciona la síntesis de éteres de Williamson?
Una base fuerte como el NaH retira el protón del O–H del alcohol y da un alcóxido e hidrógeno gaseoso. El alcóxido ataca entonces a un haluro de alquilo en un solo paso SN2, formando el enlace C–O a medida que sale el haluro. En el ejemplo, el metóxido de sodio preparado a partir de metanol y NaH desplaza al bromuro del bromuro de alilo y da éter alil metílico.
¿Por qué la síntesis de éteres de Williamson requiere un haluro de alquilo primario?
El enlace C–O se forma por ataque SN2 por el lado opuesto, que es rápido en carbonos metílicos y primarios y lento en los impedidos. Los alcóxidos también son bases fuertes, así que con haluros secundarios compite la eliminación E2 y con haluros terciarios esta predomina por completo, dando un alqueno en lugar de un éter. Elige la combinación que ponga el grupo impedido en el alcóxido y el no impedido en el haluro.
¿Cuál es el procedimiento de una síntesis de éteres de Williamson?
En un matraz seco y bajo nitrógeno, se agita el alcohol con hidruro de sodio en un disolvente aprótico como THF o DMF hasta que deja de burbujear hidrógeno. Después se añade el haluro de alquilo, a menudo con calentamiento suave, y se agita la mezcla hasta que la sustitución se completa. Se añade agua con cuidado para destruir el hidruro sobrante, y el éter se extrae y se purifica. Los fenoles solo necesitan una base más suave, como K₂CO₃.
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