Arrow Lab

Química orgánica avanzada · Named reactions

Reacciones con nombre que forman enlaces carbono–carbono

Una lección resuelta gratis y 40 problemas de práctica en los que dibujas tú mismo cada flecha curva.

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Toma una foto de la reacción de tu tarea o de tu libro y dibuja su mecanismo con cada flecha revisada. 1 escaneo gratis ya, sin registrarte; 1 más con una cuenta gratuita.

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Lo que aprenderás

  • Push arrows through the ylide and carbanion olefinations and three-membered-ring syntheses (Horner–Wadsworth–Emmons, Julia–Lythgoe, Julia–Kocienski, Corey–Chaykovsky, Darzens) and predict their products and alkene geometry.
  • Use silyl enol ethers, zinc enolates, iminium ions and enolate annulations (Mukaiyama aldol, Reformatsky, Mannich, Robinson, Knoevenagel–Doebner) to make a chosen carbon–carbon bond without self-condensation.
  • Explain nitro-group and umpolung chemistry (Henry, Nef, Morita–Baylis–Hillman, Stetter) in terms of which carbon is made nucleophilic and how the catalyst is regenerated.
  • Trace cationic cyclizations, the Ireland–Claisen rearrangement and the Arndt–Eistert homologation, including their stereochemical consequences.

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El texto de la lección resuelta. En Arrow Lab, cada paso incluye sus estructuras y sus flechas dibujadas.

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Olefinación: a dónde va el oxígeno

Toda olefinación de carbonilo cambia C=O por C=C convirtiendo el oxígeno del carbonilo en parte de un grupo saliente: un fosfato en la reacción de Horner–Wadsworth–Emmons, un acetato o un óxido de heteroarilo en las reacciones de Julia. En la reacción de Horner–Wadsworth–Emmons un carbanión de fosfonato se adiciona a un aldehído, el alcóxido cierra sobre el fósforo formando una oxafosfetana y la fragmentación sin libera un fosfato soluble en agua. La adición es reversible con carbaniones estabilizados, así que el aducto anti menos impedido conduce al alqueno (E); los fosfonatos pobres en electrones, como el bis(trifluoroetil)fosfonato (Still–Gennari), eliminan más rápido de lo que se equilibran y dan (Z). En la secuencia de Julia–Lythgoe un anión de fenil sulfona se adiciona a un aldehído, el alcóxido se acila y la reducción con amalgama de sodio elimina ambos grupos para dar principalmente el alqueno (E). En la versión de Julia–Kocienski una sulfona benzotiazolilo o tetrazolilo permite que el alcóxido ataque el anillo heteroarílico (un reordenamiento de Smiles); el sulfinato resultante pierde SO₂ y un arilóxido en un solo recipiente.

Anillos de tres miembros a partir de iluros y carbaniones α-halogenados

Los iluros de azufre se adicionan a los grupos carbonilo pero, a diferencia de los iluros de fósforo, la betaína cierra por SN2 intramolecular: el alcóxido desplaza un sulfuro o sulfóxido neutro. El metiluro de dimetilsulfonio es reactivo y se adiciona de forma irreversible al C=O de una enona, lo que da un epóxido. El metiluro de dimetilsulfoxonio está más estabilizado; su adición 1,2 es reversible, así que termina adicionándose 1,4 y cerrando un ciclopropano. Ambas son reacciones de Corey–Chaykovsky. La reacción de Darzens sigue la misma lógica con un enolato de éster α-halogenado: adición tipo aldólica y luego el alcóxido desplaza el cloruro para dar un éster glicídico. La aldólica de Mukaiyama reemplaza el enolato por un éter de enol silílico que es un nucleófilo demasiado débil para reaccionar hasta que un ácido de Lewis activa el aldehído, de modo que las aldólicas cruzadas funcionan sin autocondensación.

Grupos nitro, enolatos de zinc e iones iminio

Las nitroalcanos (pKa ≈ 10 en agua) se desprotonan con aminas; el nitronato se adiciona a los aldehídos en la reacción de Henry (nitroaldólica), que es reversible. El alcohol β-nitro se puede deshidratar (mesilación y luego E1cB) hasta un nitroalqueno, y una reacción de Nef (nitronato adicionado a ácido acuoso fuerte) convierte el carbono del nitro en una cetona, liberando HNO. Los reactivos de Reformatsky, enolatos de zinc formados al insertar zinc en un éster α-bromado, se adicionan a aldehídos y cetonas a través de un estado de transición de seis miembros quelatado por zinc, pero no atacan los ésteres. Las reacciones de Mannich usan un ion iminio como electrófilo; con la sal de Eschenmoser, la cuaternización y la eliminación convierten la base de Mannich en un carbonilo α-metilénico. La anulación de Robinson es una adición de Michael a metil vinil cetona seguida de una condensación aldólica intramolecular que cierra una ciclohexenona; con 2-metilciclohexano-1,3-diona da la cetona de Wieland–Miescher. En la reacción de Knoevenagel–Doebner el ácido malónico se condensa con un aldehído en piridina con un poco de piperidina, y la descarboxilación da el ácido (E)-cinámico.

Catálisis nucleofílica y umpolung

Un catalizador nucleofílico puede crear un carbanión donde no había ninguno. En la reacción de Morita–Baylis–Hillman el DABCO se adiciona a un acrilato, el enolato ataca un aldehído, sigue una transferencia de protón (normalmente la etapa determinante de la velocidad) y la eliminación E1cB devuelve el DABCO, dejando un alcohol alílico en el carbono α del acrilato. En la reacción de Stetter un iluro de tiazolio se adiciona a un aldehído; la transferencia de protón da el intermediario de Breslow, un enaminol cuyo antiguo carbono carbonílico ahora es nucleofílico (un equivalente de acil anión). La adición conjugada a una enona y la liberación del catalizador dan un compuesto 1,4-dicarbonílico, una relación que la química normal de enolatos no puede formar directamente.

Cationes, desplazamientos [3,3] y homologación de un carbono

En la reacción de Prins un aldehído protonado es atacado por un alqueno. El estireno y un exceso de formaldehído dan 4-fenil-1,3-dioxano; un alcohol homoalílico y un aldehído forman un ion oxocarbenio que cicla seis-endo a través de una silla, y el cloruro captura el catión de la posición 4 para dar el tetrahidropirano 2,4-cis. El reordenamiento de Ireland–Claisen convierte un éster alílico en su acetal de cetena sililado (LDA y luego un cloruro de sililo); el desplazamiento [3,3] ocurre entonces cerca de temperatura ambiente y da un ácido γ,δ-insaturado con transposición alílica. El estado de transición en silla traduce la geometría del acetal de cetena en configuración relativa; el HMPA cambia esa geometría. La homologación de Arndt–Eistert convierte un cloruro de ácido en una diazocetona (diazometano con una base para eliminar el HCl); el reordenamiento de Wolff da entonces una cetena, en la que el grupo que migra conserva su configuración, y el agua la atrapa como el ácido que tiene un CH₂ más.

Lo que conviene recordar

Para cada reacción con nombre, hazte tres preguntas: qué carbono se ha vuelto nucleofílico (enolato, éter de enol silílico, iluro, nitronato, intermediario de Breslow), qué activa el electrófilo (ácido de Lewis, iminio, protonación) y qué evento irreversible impulsa la secuencia (pérdida de fosfato o SO₂, cierre de anillo, deshidratación, pérdida de N₂). Las respuestas predicen el producto, la estereoquímica y qué falla cuando cambian las condiciones.

Problemas de práctica (40)

Practicar es gratis con una cuenta.

Dibuja el mecanismo 19

Cationes, desplazamientos [3,3] y homologación

  • Homologación de Arndt–Eistert: de cloruro de benzoílo a ácido fenilacéticoDibuja la formación de la diazocetona a partir de cloruro de benzoílo y diazometano, el reordenamiento de Wolff a fenilcetena y la adición de agua que completa la homologación de un carbono hasta el ácido fenilacético.
  • Transposición de Ireland–Claisen del 2-metilpropanoato de aliloDibuja la formación del enolato y la O-sililación del 2-metilpropanoato de alilo, el desplazamiento [3,3]-sigmatrópico del silil cetena acetal y la hidrólisis del silil éster hasta el ácido 2,2-dimetilpent-4-enoico, que tiene un nuevo carbono cuaternario.
  • Ciclación de Prins de but-3-en-1-ol con 2-metilpropanalDibuja la formación del hemiacetal y del ion oxocarbenio a partir de un alcohol homoalílico y un aldehído, la ciclación 6-endo del catión y la captura con cloruro que dan un 4-clorotetrahidropirano.
  • Reacción de Prins de estireno con dos formaldehídosDibuja la reacción de Prins catalizada por ácido de estireno con dos moléculas de formaldehído que construye 4-fenil-1,3-dioxano.

Grupos nitro, umpolung y catálisis nucleofílica

  • Reacción de Morita–Baylis–Hillman del acrilato de metilo con benzaldehídoDibuja la reacción de Morita–Baylis–Hillman catalizada por DABCO: adición conjugada de la amina, adición aldólica del enolato, transferencia de protón y liberación del catalizador por E1cB.
  • Nitroalqueno a partir de un aducto de Henry: mesilación y eliminación E1cBDibuja la mesilación del aducto de Henry y la eliminación E1cB a través de un nitronato que da (E)-β-nitroestireno.
  • Reacción de Henry del nitrometano con ciclohexanocarbaldehídoDibuja la reacción de Henry catalizada por amina: formación del nitronato, adición al aldehído y devolución del protón que regenera la trietilamina.
  • Reacción de Nef: de nitrociclohexano a ciclohexanonaDibuja la reacción de Nef mediada por ácido del nitronato de nitrociclohexano: doble O-protonación, adición de agua en el carbono, pérdida de agua desde el nitrógeno y ruptura hacia ciclohexanona y HNO.
  • Reacción de Stetter del benzaldehído con metil vinil cetonaDibuja la reacción de Stetter catalizada por tiazolio: formación del iluro, adición al benzaldehído, formación del intermediario de Breslow, adición conjugada a la metil vinil cetona y liberación del catalizador a partir de la 1,4-dicetona.

Olefinaciones y reactivos de iluro

  • Ciclopropanación de Corey–Chaykovsky de la ciclohex-2-en-1-onaDibuja la formación del metiluro de dimetilsulfoxonio, su adición conjugada a la ciclohex-2-en-1-ona y el cierre de anillo del enolato que expulsa DMSO para dar biciclo[4.1.0]heptan-2-ona.
  • Epoxidación de Corey–Chaykovsky de la 4-terc-butilciclohexanonaDibuja la formación del metiluro de dimetilsulfonio, su adición a la 4-terc-butilciclohexanona y el desplazamiento intramolecular de sulfuro de dimetilo que cierra el epóxido espiro.
  • Condensación de Darzens de la ciclohexanona con cloroacetato de etiloDibuja la desprotonación del cloroacetato de etilo, la adición tipo aldólica del cloroenolato a la ciclohexanona y la SN2 intramolecular que cierra el éster glicídico.
  • Olefinación de Masamune–Roush (Horner–Wadsworth–Emmons) del benzaldehídoDibuja la desprotonación del fosfonoacetato de trietilo con DBU/LiCl, su adición al benzaldehído y la fragmentación del oxafosfetano que da (E)-cinamato de etilo.
  • Olefinación de Julia–Kocienski con una sulfona de benzotiazoliloDibuja la olefinación de Julia–Kocienski en un solo recipiente: desprotonación de la sulfona, adición al aldehído, transposición de Smiles del grupo benzotiazolilo del azufre al oxígeno y eliminación de SO2 y del arilóxido.
  • Olefinación de Julia–Lythgoe: las etapas iónicas hasta la sulfona β-acetoxiDibuja la desprotonación de la propil fenil sulfona, su adición al benzaldehído y la acetilación in situ que da la sulfona β-acetoxi, el sustrato de la reducción de Julia–Lythgoe.

Nucleófilos de enol, enolato y zinc

  • α-Metilenación de Mannich de la γ-butirolactona con la sal de EschenmoserDibuja la formación del enolato, la adición de Mannich a la sal de Eschenmoser, la N-metilación y la eliminación E1cB de trimetilamina que instala un metileno exocíclico en la γ-butirolactona.
  • Aldol de Mukaiyama entre el enol éter de sililo de la acetofenona y el 2-metilpropanalDibuja el aldol de Mukaiyama activado por ácido de Lewis: el BF3 activa el 2-metilpropanal, el enol éter de sililo forma el enlace C–C y el grupo sililo se traslada al nuevo oxígeno del alcóxido.
  • Reacción de Reformatsky del bromoacetato de etilo con acetofenonaDibuja el enolato de zinc del bromoacetato de etilo adicionándose a la acetofenona a través de un estado de transición cíclico de seis miembros y, luego, el tratamiento ácido que da el éster β-hidroxi.
  • Anulación de Robinson: 2-metilciclohexano-1,3-diona y metil vinil cetona hasta la cetona de Wieland–MiescherDibuja la adición de Michael del enolato de la 1,3-diona a la metil vinil cetona, el aldol intramolecular que cierra el nuevo anillo de seis miembros y la deshidratación E1cB hasta la cetona de Wieland–Miescher.

Predice el producto 6

Grupos nitro, umpolung y catálisis nucleofílica

  • Producto de MBH a partir de metil vinil cetonaPredice el aducto de Morita–Baylis–Hillman de una enona y un aldehído aromático.
  • Reacción de Nef de un nitro ésterPredice el compuesto carbonílico que se forma cuando un nitroalcano secundario experimenta una reacción de Nef.

Cationes, desplazamientos [3,3] y homologación

  • Ireland–Claisen con transposición alílicaPredice la constitución de un producto de Ireland–Claisen, incluida la transposición alílica.

Enoles, enolatos y nucleófilos de zinc

  • Producto de Knoevenagel–DoebnerPredice el producto de una condensación de Knoevenagel–Doebner, incluida la descarboxilación y la geometría del alqueno.

Nucleófilos de enol, enolato y zinc

  • Reactivo de Reformatsky con un ceto ésterPredice la quimioselectividad de un reactivo de Reformatsky hacia una cetona en presencia de un éster.

Olefinaciones y reactivos de iluro

  • Iluro de sulfoxonio y chalconaPredice si un iluro de azufre da un epóxido o un ciclopropano a partir de una enona.

Comparar 2

Nucleófilos de enol, enolato y zinc

  • Ordena los pronucleófilos de carbono según su acidezOrdena los ácidos de carbono empleados en reacciones nombradas de formación de enlaces C–C según su pKa en DMSO.

Olefinaciones y reactivos de iluro

  • Julia–Lythgoe frente a Julia–KocienskiContrasta las dos olefinaciones de Julia según lo que elimina las funciones de azufre y oxígeno.

Calcular 3

Cationes, desplazamientos [3,3] y homologación

  • ¿Cuánto diazometano?Calcula el diazometano mínimo necesario para convertir un cloruro de ácido en una diazocetona sin añadir base.

Nucleófilos de enol, enolato y zinc

  • Economía atómica de la reacción de DoebnerCalcula la economía atómica de una condensación de Knoevenagel–Doebner a partir de las masas molares.

Grupos nitro, umpolung y catálisis nucleofílica

  • ¿Puede la trietilamina desprotonar el nitrometano?Calcula la constante de equilibrio de la desprotonación de un nitroalcano por una amina a partir de dos valores de pKa.

Encuentra el error 1

  • Una clorometil cetona en lugar de una diazocetonaDiagnostica por qué un paso de diazocetona de Arndt–Eistert dio una α-cloro cetona.

Interpreta la evidencia 2

Olefinaciones y reactivos de iluro

  • ¿Cuál diastereómero del éster glicídico?Asigna la configuración relativa de un éster glicídico de Darzens a partir de la constante de acoplamiento H–H del epóxido.

Nucleófilos de enol, enolato y zinc

  • Ordena los sucesos de una anulación de RobinsonOrdena los sucesos de formación de enlaces y de transferencia de protón de una anulación de Robinson catalizada por base.

Trabaja hacia atrás 2

Grupos nitro, umpolung y catálisis nucleofílica

  • Desconecta un alcohol β-nitroIdentifica el aldehído y el nitroalcano que dan un alcohol β-nitro mediante una reacción de Henry.

Nucleófilos de enol, enolato y zinc

  • Los tres componentes de una base de MannichIdentifica la cetona, el aldehído y la amina que se combinan en una reacción de Mannich para dar una β-amino cetona.

Planea una síntesis 2

Cationes, desplazamientos [3,3] y homologación

  • Invertir la diastereoselectividad de Ireland–ClaisenElige el cambio en las condiciones de enolización que invierte la diastereoselectividad de una transposición de Ireland–Claisen.

Olefinations and ylide reagents

  • Choose conditions for a (Z)-enoateSelect the olefination conditions that give a (Z)-α,β-unsaturated ester from an aldehyde.

Explica por qué 3

Grupos nitro, umpolung y catálisis nucleofílica

  • ¿Por qué DABCO?Explica por qué una amina nucleofílica sin impedimento, y no una base impedida más fuerte, cataliza la reacción de Morita–Baylis–Hillman.
  • ¿Por qué la 1,4-dicetona y no la benzoína?Explica cómo la reversibilidad permite que un catalizador de tiazolio dirija un aldehído hacia el producto de Stetter en lugar de la benzoína.

Cationes, desplazamientos [3,3] y homologación

  • ¿Por qué el producto de Prins es 2,4-cis?Explica la estereoquímica 2,4-cis de una ciclación de Prins con el modelo del estado de transición en silla.

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