Química Orgánica 2 · Condensación de Claisen y adición conjugada
Ácido ciclopentanocarboxílico por síntesis malónica
Condiciones: NaOEt (2 equiv), EtOH; then H3O⁺, Δ
Dibuja este problema tú mismo
Arrastra desde los electrones que se mueven hasta donde van, o toca uno y luego el otro. Cada flecha se revisa; Pista te ayuda cuando te atascas. No necesitas cuenta.
El mecanismo, paso a paso
Siguiente reproduce las flechas curvas de cada paso y las explica. Los pasos escritos están abajo.
Leer los 20 pasos escritos
Formar el enolato del malonato
El etóxido arranca uno de los hidrógenos doblemente activados del CH2 del malonato de dietilo (pKa ≈ 13). Como el etanol (pKa ≈ 16) es el ácido más débil, esta desprotonación es prácticamente completa.
Las flechas curvas
- Un par solitario del oxígeno del etóxido forma un enlace con el hidrógeno ácido del malonato.
- El par del C–H se queda en el carbono, deslocalizado sobre ambos carbonilos de éster.
Primera alquilación SN2
El carbono del enolato ataca por el lado opuesto un carbono primario CH2Br del 1,4-dibromobutano y desplaza el bromuro. Ahora hay una cadena de 4-bromobutilo unida al carbono del malonato.
Las flechas curvas
- El par solitario del carbono del enolato forma el nuevo enlace C–C con el carbono primario.
- Se rompe el enlace C–Br y el bromuro sale con el par.
Segunda desprotonación
El segundo equivalente de etóxido arranca el último hidrógeno del carbono del malonato, que sigue flanqueado por ambos ésteres. Así se obtiene un nuevo enolato unido a la cadena de bromobutilo.
Las flechas curvas
- El par solitario del segundo etóxido forma un enlace con el hidrógeno restante del malonato.
- El par del C–H se queda en el carbono y da el segundo enolato estabilizado.
Una SN2 intramolecular cierra el ciclopentano
El carbono del enolato ataca el CH2Br del extremo de su propia cadena de cuatro carbonos. El nuevo anillo tiene cinco átomos, así que este cierre es rápido y da el ciclopentano-1,1-dicarboxilato de dietilo, libre de tensión.
Las flechas curvas
- El par solitario del carbono del enolato forma el enlace C–C del anillo con el CH2 terminal.
- Se rompe el enlace C–Br y sale el segundo bromuro.
Protonar el carbonilo del primer éster
El hidronio protona el oxígeno carbonílico del primer éster. El catión resultante es mucho más electrófilo, así que incluso el agua, un nucleófilo débil, puede ahora adicionarse a su carbono.
Las flechas curvas
- Un par solitario del oxígeno carbonílico toma un protón del hidronio.
- El par enlazante del O–H regresa al oxígeno y se libera agua.
El agua se adiciona al carbono del primer éster
Una molécula de agua ataca el carbono carbonílico activado del primer éster. Se forma un intermediario tetraédrico con carga positiva en el oxígeno del agua adicionada.
Las flechas curvas
- Un par solitario del agua forma el nuevo enlace C–O con el carbono carbonílico.
- El par π del C=O se desplaza hacia el oxígeno protonado, que pasa a ser un OH neutro.
Desprotonar el agua adicionada
Una molécula de agua arranca un protón del oxígeno del oxonio. El intermediario tetraédrico queda neutro y lleva dos grupos OH.
Las flechas curvas
- El agua usa un par solitario para tomar el protón del oxonio.
- El par del O–H se queda en el oxígeno y lo neutraliza.
Protonar el oxígeno del etoxi
El hidronio protona el oxígeno del etoxi del intermediario tetraédrico. Así, un mal grupo saliente (alcóxido) se convierte en uno bueno, el etanol neutro.
Las flechas curvas
- El par solitario del oxígeno del etoxi toma un protón del hidronio.
- El par del O–H regresa al oxígeno como agua.
Expulsar el etanol
Un par solitario de un OH vuelve a formar el enlace π del carbonilo y expulsa el etanol. El grupo saliente sale como molécula neutra, como debe ocurrir en medio ácido.
Las flechas curvas
- Un par solitario del OH forma el nuevo enlace π C=O.
- Se rompe el enlace C–O y el etanol sale con el par enlazante.
Desprotonar hasta el ácido carboxílico
El agua arranca el protón del oxígeno carbonílico protonado. Así se obtiene el ácido carboxílico neutro y se regenera el catalizador, el hidronio.
Las flechas curvas
- El agua toma el protón con uno de sus pares solitarios.
- El par del O–H se queda en el oxígeno como par solitario del C=O.
Protonar el carbonilo del segundo éster
El hidronio protona el oxígeno carbonílico del segundo éster. El catión resultante es mucho más electrófilo, así que incluso el agua, un nucleófilo débil, puede ahora adicionarse a su carbono.
Las flechas curvas
- Un par solitario del oxígeno carbonílico toma un protón del hidronio.
- El par enlazante del O–H regresa al oxígeno y se libera agua.
El agua se adiciona al carbono del segundo éster
Una molécula de agua ataca el carbono carbonílico activado del segundo éster. Se forma un intermediario tetraédrico con carga positiva en el oxígeno del agua adicionada.
Las flechas curvas
- Un par solitario del agua forma el nuevo enlace C–O con el carbono carbonílico.
- El par π del C=O se desplaza hacia el oxígeno protonado, que pasa a ser un OH neutro.
Desprotonar el agua adicionada
Una molécula de agua arranca un protón del oxígeno del oxonio. El intermediario tetraédrico queda neutro y lleva dos grupos OH.
Las flechas curvas
- El agua usa un par solitario para tomar el protón del oxonio.
- El par del O–H se queda en el oxígeno y lo neutraliza.
Protonar el oxígeno del etoxi
El hidronio protona el oxígeno del etoxi del intermediario tetraédrico. Así, un mal grupo saliente (alcóxido) se convierte en uno bueno, el etanol neutro.
Las flechas curvas
- El par solitario del oxígeno del etoxi toma un protón del hidronio.
- El par del O–H regresa al oxígeno como agua.
Expulsar el etanol
Un par solitario de un OH vuelve a formar el enlace π del carbonilo y expulsa el etanol. El grupo saliente sale como molécula neutra, como debe ocurrir en medio ácido.
Las flechas curvas
- Un par solitario del OH forma el nuevo enlace π C=O.
- Se rompe el enlace C–O y el etanol sale con el par enlazante.
Desprotonar hasta el ácido carboxílico
El agua arranca el protón del oxígeno carbonílico protonado. Así se obtiene el ácido carboxílico neutro y se regenera el catalizador, el hidronio.
Las flechas curvas
- El agua toma el protón con uno de sus pares solitarios.
- El par del O–H se queda en el oxígeno como par solitario del C=O.
Descarboxilación a través de un estado de transición cíclico
Al calentar, el oxígeno del carbonilo en β toma el protón del carboxilo mientras sale el dióxido de carbono, todo en un único paso cíclico de seis miembros. Los electrones del enlace C–C roto se convierten en el enlace C=C de un enol.
Las flechas curvas
- El par π del C=O del carbonilo en β forma un enlace con el hidrógeno del carboxilo.
- El par del O–H se convierte en el segundo enlace π C=O del dióxido de carbono.
- El par del enlace C–C que se rompe se convierte en el enlace π C=C del enol.
Protonar el enol en el carbono
El hidronio protona el enol en su carbono α, la primera mitad de la tautomerización catalizada por ácido. El par solitario del oxígeno del enol empuja los electrones π hacia el carbono y deja un carbonilo protonado.
Las flechas curvas
- El par solitario del oxígeno del enol forma un enlace π C=O mientras el par π del C=C se desplaza.
- El par π del C=C forma un enlace con un protón del hidronio en el carbono α.
- El par del O–H regresa al oxígeno como agua.
Desprotonar el oxígeno carbonílico
El agua arranca el protón O–H del carbonilo protonado y completa la tautomerización a ácido ciclopentanocarboxílico. Se restablece el C=O del ácido carboxílico y se regenera el hidronio.
Las flechas curvas
- El agua toma el protón O–H con un par solitario.
- El par del O–H se queda en el oxígeno como par solitario del C=O.
Ácido ciclopentanocarboxílico
El producto es el ácido ciclopentanocarboxílico: los cuatro carbonos del 1,4-dibromobutano y el carbono del malonato forman el anillo, y uno de los carbonos de carboxilo salió como dióxido de carbono. El etanol y el bromuro son los otros subproductos.
Qué vas a practicar
Dibuja la síntesis malónica del ácido ciclopentanocarboxílico a partir de 1,4-dibromobutano: dos alquilaciones SN2 que cierran el anillo, hidrólisis ácida de ambos ésteres, descarboxilación y tautomerización.
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Cada uno de los 5349 problemas de Orgánica 1 y 2 funciona así: comentarios en cada flecha, pistas cuando te atascas y un modo examen sin pistas. Gratis con una cuenta, sin tarjeta.
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