Química Orgánica 2 · Condensación de Claisen y adición conjugada
Un solo recipiente, dos reacciones de Mannich: tropinona
Condiciones: Robinson’s tropinone synthesis (1917): succinaldehyde, methylamine and acetonedicarboxylic acid (the free diacid, not its calcium salt or an ester), in water near pH 5, with warming for decarboxylation as needed. The drawn branch uses reactive neutral amine and free-acid species, not the dominant solution speciation. Water and one hydronium ion enter only when they transfer protons; its spectator counterion is omitted. Water relays summarize keto–enol equilibration, and hydroxyl protonation plus dehydration share a scene; these are bookkeeping groupings, not assertions of elementary kinetics. Reversible hydration, competing condensations and temporary carboxyl-bearing stereochemistry are not followed. The final free base is drawn for identification; nitrogen protonation in the acidic solution is not a separate step. The linked heavy-atom 3D panel uses seven milestone shapes and shows the nearest milestone, not every intermediate.
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 22 pasos escritos
Elige el primer carbonilo
El dialdehído aporta los dos futuros cabeza de puente; la cetona central se conserva en la tropinona.
Adiciona metilamina a un aldehído
Una pequeña población en equilibrio de metilamina libre ataca, aunque gran parte de la amina está protonada cerca de pH 5. El aducto tetraédrico tiene cargas de amonio y de alcóxido, no un nitrógeno neutro con cuatro enlaces.
Las flechas curvas
- El par solitario de la amina se enlaza al carbono del aldehído.
- El par π del carbonilo se desplaza hacia el oxígeno.
Transfiere un protón para formar el hemiaminal
Un relevo del disolvente intercambia un protón del amonio por un protón del agua, dando un hemiaminal neutro. No se requiere un salto directo de protón del nitrógeno al oxígeno sin sustento.
Las flechas curvas
- El agua acepta uno de los protones del nitrógeno.
- El par N–H vuelve al nitrógeno.
- El alcóxido acepta un protón del mismo relevo de agua.
- El par O–H del agua permanece en su oxígeno.
Deshidrata para formar el primer iminio
La activación ácida y la pérdida de agua se agrupan en una sola escena; el hemiaminal protonado de vida corta no se aísla. El nitrógeno del iminio tiene cuatro órdenes de enlace y una carga positiva, lo que hace de su carbono un electrófilo fuerte.
Las flechas curvas
- El oxígeno del hemiaminal acepta un protón del ion hidronio.
- El hidronio devuelve su par O–H al oxígeno.
- El par solitario del nitrógeno forma el enlace π C=N.
- El par C–O se va con el oxígeno en forma de agua.
Elige el nucleófilo de carbono
Los grupos carboxilo pueden ionizarse en la mezcla real, pero eso no convierte al carbono reaccionante en un enolato; la rama reactiva dibujada utiliza el diácido libre y su enol neutro.
Enoliza el ceto diácido
Este relevo de protones mediado por agua resume el equilibrio ceto–enol, no un enolato aislado ni una afirmación sobre su paso elemental determinante de la velocidad. Los dos lados del ceto diácido de partida son equivalentes.
Las flechas curvas
- El agua acepta el protón α dibujado.
- El par C–H α forma el enlace C=C del enol.
- El par pi del carbonilo forma un enlace O–H con el protón del relevo.
- El par O–H del agua permanece en el oxígeno del agua.
Forma el primer enlace carbono–carbono de Mannich
La primera reacción de Mannich une dos moléculas de partida. La carga positiva pasa del nitrógeno al oxígeno protonado de la cetona; la cadena conectada se redibuja sobre la futura plantilla tropánica sin cambiar ningún otro enlace.
Las flechas curvas
- El par pi del enol enlaza su carbono α al carbono del iminio.
- El par pi del iminio regresa al nitrógeno.
- El par solitario del oxígeno del enol reconstruye el carbonilo.
Recupera la cetona tras la primera reacción de Mannich
La amina secundaria y la cetona vuelven a ser neutras; el agua explícita ha regenerado el hidronio.
Las flechas curvas
- El agua acepta el protón del oxígeno protonado de la cetona.
- El par O–H permanece en el oxígeno de la cetona.
Captura el aldehído restante de forma intramolecular
La amina unida por la cadena cierra un anillo de cinco miembros que contiene nitrógeno. Todavía lleva un hidrógeno, así que este aducto tetraédrico es un alcóxido de amonio, aún no una amina terciaria.
Las flechas curvas
- El par solitario de la amina secundaria ataca al carbono del aldehído restante.
- El par pi del aldehído se traslada al oxígeno.
Transfiere el protón restante del nitrógeno
El segundo hemiaminal neutro tiene ahora un nitrógeno terciario con tres enlaces a carbono y un par solitario. El relevo del disolvente conserva cada hidrógeno explícito.
Las flechas curvas
- El agua acepta el protón restante del nitrógeno.
- El par N–H restaura el par solitario del nitrógeno.
- El alcóxido acepta el protón que transporta el relevo de agua.
- El par O–H del relevo regresa al oxígeno del agua.
Deshidrata para formar el iminio cíclico
De nuevo, la protonación del hidroxilo y la salida del agua se agrupan. El nitrógeno tiene carga positiva; el lado restante de la cetona debe convertirse ahora en el nucleófilo de carbono.
Las flechas curvas
- El hidroxilo del hemiaminal acepta el protón del hidronio.
- El par O–H del hidronio regresa al oxígeno.
- El par solitario del nitrógeno forma el segundo enlace pi del iminio.
- El par C–O se va con la segunda molécula de agua.
Enoliza el otro lado de la cetona
El mismo relevo neto del disolvente suministra el enol en el lado que puede alcanzar el iminio cíclico. La enolización en otros sitios es reversible; esta rama queda atrapada por la formación del esqueleto bicíclico.
Las flechas curvas
- El agua acepta el protón α del lado de la cetona no unido por la cadena.
- El par C–H forma el segundo enlace pi del enol.
- El par pi del carbonilo forma el enlace O–H del enol.
- El par O–H del relevo permanece en el oxígeno del agua.
Cierra el biciclo tropánico mediante una segunda reacción de Mannich
La reacción de Mannich intramolecular completa el esqueleto 8-azabiciclo[3.2.1]octano. Ambos enlaces al nitrógeno del puente apuntan hacia el observador y los hidrógenos de los cabeza de puente apuntan en sentido contrario; no se asignan los estereocentros temporales que llevan el carboxilo.
Las flechas curvas
- El par pi del enol forma el segundo enlace carbono–carbono de Mannich.
- El par pi del iminio regresa al nitrógeno.
- El par solitario del oxígeno del enol reconstruye el enlace pi de la cetona.
Neutraliza el oxígeno de la cetona bicíclica
El biciclo está completo, pero quedan los dos grupos carboxilo adicionales. Cada uno forma parte de un β-cetoácido y puede salir como dióxido de carbono una vez que el grupo carboxilo reaccionante está en su forma de ácido libre.
Las flechas curvas
- El agua acepta el protón del oxígeno carbonílico protonado.
- El par O–H regresa al oxígeno de la cetona.
¿Por qué un β-cetoácido?
Para esta rama se dibuja el diácido libre; las poblaciones reales de carboxilato deben equilibrarse con el ácido reactivo antes de esta vía específica acoplada a protones.
Libera el primer dióxido de carbono
Tres pares de electrones se mueven alrededor de una disposición cíclica de seis átomos. La ruptura de carbono–carbono libera CO₂ neutro y produce un enol, no la cetona directamente; el carbono carboxílico y sus dos oxígenos permanecen visibles.
Las flechas curvas
- El par pi de la cetona forma un enlace O–H con el primer protón del ácido.
- El par O–H del ácido forma el segundo enlace pi del dióxido de carbono.
- El par sigma carbono–carbono que se rompe forma el enlace C=C del enol.
Protona en el carbono el primer enol de la descarboxilación
La protonación en el carbono reemplaza el sustituyente carboxilo perdido por hidrógeno y da una cetona protonada. El otro grupo carboxilo debe esperar hasta que se restablezca este carbonilo.
Las flechas curvas
- El par solitario del oxígeno del enol reconstruye el enlace pi del carbonilo.
- El par pi del enol enlaza el carbono α a un protón del hidronio.
- El par O–H del hidronio regresa al oxígeno.
Restablece la cetona antes de la segunda pérdida de CO₂
Este monoácido sigue siendo un β-cetoácido. Restablecer la cetona proporciona el aceptor de protones y el sumidero de electrones para la segunda descarboxilación.
Las flechas curvas
- El agua toma el protón del oxígeno de la cetona con carga positiva.
- El par O–H permanece en el oxígeno de la cetona.
Libera el segundo dióxido de carbono
El segundo β-cetoácido sufre la misma fragmentación cíclica. Ambos carbonos carboxílicos auxiliares ya han salido como CO₂, mientras que los siete carbonos del esqueleto bicíclico permanecen.
Las flechas curvas
- El par pi de la cetona acepta el protón restante del ácido carboxílico.
- El par O–H del ácido completa la segunda molécula de dióxido de carbono.
- El segundo par sigma carbono–carbono que se rompe forma un enlace pi de enol.
Protona en el carbono el enol final
El último enlace carbono–hidrógeno faltante se forma cuando el enol se convierte en una cetona protonada. Ninguna de las tautomerizaciones cambia la configuración de ninguno de los cabeza de puente.
Las flechas curvas
- El par solitario del oxígeno del enol forma el enlace pi final del carbonilo.
- El par pi del enol toma un protón del hidronio en el carbono.
- El par O–H del hidronio permanece en el oxígeno.
Regenera el ácido y revela la tropinona
Se regenera el hidronio y la cetona queda neutra. El dibujo de la base libre identifica el producto covalente; en la mezcla de reacción a pH 5 su nitrógeno terciario está predominantemente protonado.
Las flechas curvas
- El agua acepta el protón final del oxígeno del carbonilo.
- El par O–H permanece en el oxígeno de la cetona.
Tropinona: dos anillos a partir de tres moléculas de partida
El producto es la (1R,5S)-tropinona, 8-metil-8-azabiciclo[3.2.1]octan-3-ona. A pesar de sus dos estereocentros cabeza de puente, la tropinona es aquiral (meso en conjunto), no un enantiómero resuelto: los puentes simétricos relacionan ambos centros. Las cuñas sitúan los dos enlaces al nitrógeno del puente hacia el observador y las líneas discontinuas sitúan los hidrógenos de los cabeza de puente en sentido opuesto. Dos enlaces carbono–carbono de Mannich y dos enlaces nitrógeno–carbono ensamblaron el biciclo; dos oxígenos de aldehído salieron en dos aguas y los dos grupos carboxilo salieron como dos moléculas de CO₂. El agua del disolvente y el hidronio se conservan para el balance explícito de protones. La base libre neutra se muestra para identificación, no como el estado de protonación predominante a pH 5.
Qué vas a practicar
Construye el biciclo tropánico a partir de tres moléculas de partida mediante dos secuencias hemiaminal–iminio, dos reacciones de Mannich de enol y dos descarboxilaciones de β-cetoácido, con balance explícito de protones.
Acabas de dibujar cada flecha de este problema.
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.
¿Atascado con tu propia tarea?
Tómale una foto: el primer escaneo es gratis, sin registrarte
¿Escaneas cada semana? Scan Standard: por unos problemas