alcoholes, síntesis y reactividad

1. Estructura, síntesis y
reactividad de alcoholes

2. Estructura del agua y del
alcohol metílico.
La estructura del metanol se parece a la estructura del agua,
reemplazando uno de los átomos de hidrógeno del agua por
un grupo metilo.
El ángulo H-O-H en el agua es de 104,5º. El ángulo C-O-H en
alcohol metílico es de 108,9º.

3. Tipos de alcoholes.

4. Puntos de ebullición de los
alcoholes.
Esta gran diferencia en los puntos de ebullición sugiere que las moléculas
de etanol se atraen entre sí con mucha más fuerza que las moléculas de
propano. De esto son responsables dos fuerzas intermoleculares: el enlace
de hidrógeno y las atracciones dipolo-dipolo
Los alcoholes tienen puntos de ebullición más elevados que los éteres y
alcanos porque los alcoholes tienen interacciones dipolo-dipolo y pueden
formar enlaces de hidrógeno. La interacción más fuerte entre las
moléculas de alcohol requerirá más energía para romperlas teniendo como
resultado un punto de ebullición más elevado.

5. Enlace de hidrógeno en los
alcoholes.
Se puede observar los efectos del enlace de hidrógeno y de las atracciones dipolo-
dipolo comparando el etanol con el dimetil éter. Igual que el etanol, el dimetil éter
tiene un momento dipolar grande (1.30 D), pero el dimetil éter no puede tener
enlaces de hidrógeno porque no tiene hidrógenos enlazados al oxígeno (-O-H).
El protón hidroxilo del alcohol tiene una carga positiva parcial. El hidrógeno
pueden interactuar con los pares solitarios del oxígeno de una molécula de alcohol
diferente. Esta interacción entre el hidrógeno y el oxígeno se denomina enlace de
hidrógeno. Por el contrario, los éteres no pueden formar enlaces de hidrógeno
porque los hidrógenos sobre los carbonos no son positivos parcialmente.

6. Las regiones hidrofóbicas e
hidrofílicas de los alcoholes
El agua y los alcoholes tienen propiedades similares porque contienen grupos
hidroxilo que pueden formar enlaces de hidrógeno. Los alcoholes forman enlaces
de hidrógeno con el agua y varios de los alcoholes de masa molecular más baja
son miscibles (solubles en cualquier proporción) con el agua
La cadena alquilo de un alcohol se considera la región hidrofóbica (no tiene
afinidad por el agua) porque no existe una interacción entre los carbonos de la
cadena y las moléculas de agua. El extremo hidroxilo del alcohol pueden
interactuar bien con agua (enlace de hidrógeno), por lo que este extremo se
considera hidrofílico (tiene afinidad por el agua).

7. Acidez de los alcoholes.
Al igual que el protón hidroxilo del agua, el protón hidroxilo de un alcohol es
débilmente ácido. Una base fuerte puede extraer este protón hidroxilo para dar
lugar a un ión alcóxido
El protón hidroxilo de un alcohol puede ser abstraído por una base para formar el
ión alcóxido. Aunque algunos de los alcoholes son aproximadamente tan ácidos
como el agua, la adición de los grupos de retirada de electrones aumentará la
acidez. Los fenoles son mucho más ácidos que los alcoholes de cadena abierta
porque el anillo aromático puede deslocalizar de manera efectiva la carga
negativa dentro del anillo aromático.

8. Formación de alcóxidos de
sodio y de potasio.
Cuando se necesita un ión alcóxido en una síntesis, normalmente se suele obtener
mediante la reacción de sodio o de potasio metálico con alcohol. Ésta es una
reacción de oxidación-reducción, de forma que el metal es oxidado y el ión
hidrógeno (protón) reducido para dar lugar a hidrógeno gaseoso, que burbujea en la
solución, generándose el alcóxido de sodio o de potasio.
Los alcoholes reaccionan con sodio y potasio metálico para formar alcóxidos. Por
ejemplo, el etanol reacciona con sodio para formar etóxido de sodio, una base
fuerte utilizada frecuentemente para las reacciones de eliminación. Los alcoholes
más impedidos como 2-propanol o terc-butanol reaccionan más rápidamente con
potasio que con sodio. La reacción produce hidrógeno gaseoso.

9. Acidez de los fenoles
Se podría esperar que el fenol tuviese la misma acidez que el ciclohexanol, ya que
sus estructuras son similares. Esta predicción es errónea: el fenol es casi 108 veces
más ácido que el ciclohexanol.
El alcohol aromático fenol es más ácido que los alcoholes alifáticos debido a la
capacidad que tienen los anillos aromáticos de deslocalizar la carga negativa del
oxígeno dentro de los carbonos del anillo.

10. Deslocalización de la carga en el
ión fenóxido.
El ión fenóxido es más estable que un ión alcóxido típico debido a que la carga
negativa no sólo está localizada sobre el átomo de oxígeno sino que está
deslocalizada entre el oxígeno y tres átomos de carbono del anillo bencénico.
La carga negativa del oxígeno puede estar deslocalizada en más de cuatro átomos
del ión fenóxido. Existen otras tres estructuras de resonancia que pueden localizar
la carga en tres carbonos diferentes del anillo. La estructura verdadera es un
híbrido entre las cuatro formas de resonancia.

11. Reactivos organometálicos utilizados
para la síntesis de alcoholes.
Los alquinos terminales pueden ser desprotonados por las bases fuertes como el
amiduro de sodio para formar iones acetiluro. El ión acetiluro es un nucleófilo
fuerte que puede reaccionar con haluros de alquilo y compuestos de carbonilo
formando un enlace C-C. La reacción del ión acetiluro con los aldehídos y las
cetonas produce alcoholes acetilénicos

12. Reactivos de Grignard.
Los compuesto organometálicos de litio y magnesio son los que se utilizan con más
frecuencia para la síntesis de alcoholes. Los haluros organomagnésicos, de fórmula
general R-Mg-X, se conocen como compuestos organomagnesianos o reactivos de
Grignard.
Los reactivos de Grignard se preparan mediante la reacción del haluro de alquilo
con magnesio metálico en una disolución con éter. No existen restricciones en
cuanto a los haluros de alquilo utilizados, pero los yoduros de alquilo son los más
reactivos seguidos de los bromuros y los cloruros. No es normal para un fluoruro
de alquilo formar reactivos de Grignard.

13. Adición de reactivos organometálicos a
compuestos carbonílicos.
El grupo carbonilo está polarizado, con una carga positiva parcial en el carbono y
una carga negativa parcial en el oxígeno. El carbono cargado positivamente es
electrofílico y, si es atacado por un nucleófilo, el átomo de oxígeno adquiere una
carga negativa formal
Los reactivos de Grignard y de litio tienen un carbono nucleofílico y como tal
puede atacar a un electrófilo en solución. El carbono de carbonilo tiene una carga
positiva parcial que es propensa a los ataques nucleofílicos. El ataque del carbono
organometálico sobre el carbonilo producirá un intermedio tetraédrico con un
átomo de oxígeno cargado negativamente, es decir, un alcóxido. La protonación
del intermedio con ácido diluido da lugar al alcohol.

14. Protonación del alcóxido
intermedio.
El producto de un ataque nucleofílico es un ión alcóxido, una
base fuerte. La adición de agua o de un ácido diluido protona
al alcóxido dando lugar al alcohol.
El alcóxido intermedio puede ser protonado utilizando una
solución ácida diluida.

15. Formación de alcoholes primarios
utilizando los reactivos de Grignard.
La adición de un reactivo de Grignard al formaldehído,
seguida de protonación, da lugar a un alcohol primario con un
átomo de carbono más que en el reactivo de Grignard.
Dependiendo del compuesto carbonílico utilizado se pueden
obtener alcoholes primarios, secundarios o terciarios. La
reacción de un reactivo de Grignard con formaldehído
producirá un alcohol primario tras la protonación.

16. Formación de alcoholes secundarios
utilizando reactivos de Grignard
Los reactivos de Grignard se añaden a los aldehídos para formar, después
de la protonación, alcoholes secundarios.

17. Formación de alcoholes terciarios
utilizando reactivos de Grignard.
Una cetona tiene dos grupos alquilo enlazados a su átomo de
carbono carbonílico. La adición de un reactivo de Grignard,
seguida de protonación, da lugar a un alcohol terciario, con
tres grupos alquilo enlazados al átomo de carbono.

18. Reacción de Grignard con derivados
de ácidos carboxílicos.

19. Reacción de Grignard con derivados
de ácidos carboxílicos.
 La adición del primer equivalente del reactivo de Grignard
produce un intermedio inestable que expulsa a un ión
cloruro (en el cloruro de ácido) o a un ión alcóxido (en el
éster), dando lugar a una cetona. El ión alcóxido es un
buen grupo saliente en esta reacción porque al eliminarse
estabiliza al intermedio cargado negativamente en un paso
fuertemente exotérmico.

20. Reacción de Grignard con derivados
de ácidos carboxílicos

21. Mecanismo de adición de
Grignard.

22. Adición de óxido de etileno.
Los reactivos de Grignard generalmente no reaccionan con los éteres, pero los epóxidos son
éteres muy reactivos debido a la tensión de anillo. El óxido de etileno reacciona con reactivos
de Grignard para dar lugar, después de la protonación, a alcoholes primarios con dos átomos
de carbono adicionales. Observe que el ataque nucleofílico del reactivo de Grignard sobre el
óxido de etileno abre el anillo y libera la tensión anular
Los reactivos de Grignard y de litio atacarán a los epóxidos (también denominados oxiranos) y
los abrirá para formar alcoholes. Esta reacción está favorecida porque la tensión anular
presente en el epóxido se libera mediante la apertura. La reacción se utiliza comúnmente para
ampliar la longitud de la cadena de carbono en dos carbonos.

23. Resumen de las reacciones de
Grignard.
Los alcoholes primarios y secundarios se pueden sintetizar mediante la adición de
reactivos de Grignard al formaldehído y a los aldehídos, respectivamente. Una
segunda forma de obtener alcoholes primarios es la adición de un reactivo de
Grignard al óxido de etileno. Esta reacción añadirá átomos de carbono a la cadena.

24. Resumen de las reacciones de
Grignard: alcoholes terciarios.
Los alcoholes terciarios se pueden preparar mediante el ataque de los reactivos de
Grignard con las cetonas, los cloruros de acilo y los ésteres. Cuando se utilizan los
cloruros de acilo y los ésteres, el alcohol tendrá dos grupos alquilo idénticos

25. Reducción de un grupo
carbonilo mediante un hidruro.
Los compuestos carbonilos se pueden reducir a alcoholes
mediante la utilización de hidruros como el borohidruro de
sodio (NaBH4) y el hidruro de litio y aluminio (LiAlH4 o LAH).
El nucleófilo, un hidrógeno cargado negativamente (hidruro),
atacará al átomo de carbono del carbonilo de aldehídos y
cetonas para producir alcoholes primarios o secundarios
después de la protonación.

26. Facilidad de reducción de los
compuestos carbonilos.
El borohidruro de sodio (NaBH4)
reduce los aldehídos a alcoholes
primarios y las cetonas a alcoholes
secundarios.
Aunque el borohidruro de sodio y el
hidruro de litio y aluminio reducen las
cetonas y los aldehídos a sus
correspondientes alcoholes, solamente
el hidruro de aluminio y litio es capaz
de reducir los ésteres y los ácidos
carboxílicos a alcoholes. Esto hace que
borohidruro de sodio sea un reactivo
selectivo para las reducciones cuando
hay más de un tipo de carbonilo
presente en la molécula.

27. Hidrogenación catalítica de
cetonas y aldehídos.
La reducción de una cetona o un aldehído a alcohol implica la adición de
dos átomos de hidrógeno al enlace C=O. Esta adición se puede llevar a cabo
por hidrogenación catalítica, generalmente utilizando níquel Raney como
catalizador.
El grupo carbonilo de las cetonas y los aldehídos se puede reducir
mediante la hidrogenación catalítica utilizando níquel Raney como
catalizador. El níquel Raney es más reactivo que los catalizadores Pd o Pt.
Esta reacción no se utiliza frecuentemente porque también reduce los
enlaces dobles y triples que pueden encontrarse en la molécula. Los
hidruros son más selectivos, por lo que se utilizan más frecuentemente
para las reducciones de carbonilo.

28. Tipos de reacciones de los
alcoholes.
Los alcoholes pueden experimentar reacciones de deshidratación para formar
alquenos, oxidaciones para dar cetonas y aldehídos, sustituciones para crear
haluros de alquilo, y reacciones de reducción para producir alcanos. Se pueden
utilizar para elaborar ésteres y éteres. El OH no es un buen grupo saliente, pero la
reacción del alcohol con cloruro de tosilo forma un éster tosilato que es un buen
grupo saliente.

29. Oxidación y reducción.
En química orgánica el aumento del
número de enlaces con el oxígeno se
considera una oxidación. Los alcanos se
pueden oxidar a alcoholes (1 enlace con
el oxígeno) y éstos a su vez se pueden
oxidar a aldehídos o cetonas (2 enlaces
con el oxígeno). Los aldehídos se
pueden oxidar con posterioridad al
ácido carboxílico (3 enlaces con el
oxígeno). Los alcoholes terciarios no se
pueden oxidar. La reducción del
número de enlaces con el oxígeno o la
reducción del número de enlaces
carbono-carbono es una reacción de
reducción.

30. Oxidación de alcoholes
secundarios en cetonas.
Los reactivos ácidos crómicos como el dicromato de sodio (Na2Cr2O7) o el
ácido de cromo (VI) se utilizan normalmente para oxidar alcoholes
secundarios en cetonas. Ambas especies producen ácido crómico (H2CrO4)
o ácido cromato, que se cree que es la especie activa de la mezcla.

31. Mecanismo de oxidación
por ácido crómico.
El primer paso del mecanismo es la formación del éster cromato. La desprotonación
y la eliminación del éster cromato produce la cetona oxidada y las especies de cromo
reducidas. La reacción puede monitorizarse gracias a los cambios de color dado que
el reactivo es naranja, pero el la especie de cromo reducido es verde azulado.

32. Oxidación de alcoholes
primarios a ácidos carboxílicos.
Los alcoholes primarios se pueden oxidar al aldehído
o al ácido carboxílico dependiendo del agente
oxidante utilizado. El dicromato de sodio (Na2Cr2O7)
o el trióxido de cromo (CrO3) oxidarán un alcohol
primario al ácido carboxílico.

33. Oxidación de los alcoholes
primarios a aldehídos.
La oxidación de alcoholes primarios a aldehídos se puede conseguir utilizando
clorocromato de piridinio (PCC) como agentes oxidante. El PCC es una mezcla de
óxido de cromo (VI), piridina y HCl. El PCC es capaz de oxidar alcoholes
secundarios a cetonas, pero casi siempre se utiliza para oxidar alcoholes primarios a
aldehídos.

34. Oxidación de Swern.
Otra forma de oxidar un alcohol primario a un aldehído es mediante la
oxidación de Swern. Esta reacción utiliza dimetilsulfóxido (DMSO) como
agente oxidante junto con cloruro de oxalilo y piridina. Los subproductos
de esta reacción se pueden separar con facilidad de los productos,
haciendo de ésta una reacción conveniente. Los alcoholes secundarios
también se puede oxidar a la cetona correspondiente con esta reacción.

35. Oxidación enzimática.
La alcohol-deshidrogenasa cataliza
una reacción de oxidación: la
eliminación de dos átomos de
hidrógeno de la molécula de alcohol.
El agente oxidante se conoce como
dinucleótido nicotinamida-adenina
(NAD).
El NAD oxida el alcohol a
acetaldehído y después a ácido
acético en el cuerpo.

36. Tosilación de alcoholes.
Un OH no es buen grupo saliente , pero se puede
convertir en un grupo saliente excelente mediante la
tosilación. En esta reacción el alcohol reacciona con
ácido p-toluensulfónico para dar éster tosilato. El
éster tosilato puede experimentar reacciones de
eliminación y sustitución fácilmente.

37. Reacciones de sustitución y
eliminación utilizando tosilatos.
El éster tosilato puede experimenta reacciones de sustitución
y eliminación fácilmente ya que el tosilato es un grupo saliente
excelente.

38. Reacción de los alcoholes con
los ácidos.
El grupo hidroxilo puede protonarse por un ácido
para convertirlo en un buen grupo saliente (H2O).
Una vez que el alcohol está protonado, puede tener
lugar una reacción de sustitución o eliminación.

39. Mecanismo de la reacción de un
alcohol terciario con HBr (SN1).
En primer lugar, el alcohol se protona por el ácido
creando un buen grupo saliente. La disociación en
un carbocatión tiene lugar porque el carbocatión es
estable (3o). Un ión de bromuro presente en la
disolución ataca al carbocatión formando un enlace
C-Br.

40. Mecanismo de la reacción de un
alcohol primario con HBr (SN2).
Un alcohol primario puede experimentar una
reacción SN2 debido a que la formación de un
carbocatión primario no se ve favorecida. Después
de la protonación, el ión bromuro ataca por la parte
posterior desplazando a la molécula de agua y
creando un enlace C-Br.

41. Mecanismo de la reacción de
alcoholes con PBr3.
El grupo hidroxilo de un alcohol se puede sustituir fácilmente por un haluro usando
trihaluros de fósforo. El primer paso del mecanismo de un alcohol con PBr3 es el
ataque y desplazamiento de un ión de bromuro a partir del fósforo, creando así un
enlace O-P. El ión bromuro desplazado en el primer paso servirá como nucleófilo en
el segundo paso de la reacción en la que ataca al carbono que desplaza al grupo
saliente. Esta reacción es una reacción SN2 y funciona mal con alcoholes terciarios.

42. Reacción de alcoholes con
cloruro de tionilo.
El cloruro de tionilo (SOCl2) se puede usar para
convertir alcoholes en el correspondiente cloruro de
alquilo en una reacción simple que produce HCl
gaseoso y SO2.

43. Deshidratación de un alcohol
catalizada por ácido.
En una disolución ácida el grupo hidroxilo del alcohol será
protonado por el ácido. La molécula de agua se pierde para
producir un carbocatión. El agua puede actuar como una
base y abstraer un protón a partir del alcohol para dar un
alqueno. El ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) se suele
utilizar para llevar a cabo esta reacción.

44. Diagrama de la energía de reacción
para la deshidratación de un alcohol.
 Las deshidrataciones de los alcoholes
generalmente se producen por mecanismo E1. El
paso limitante de la velocidad de reacción es la
formación de carbocatión, por lo que cuanto más
estable sea el carbocatión más rápido se formará.
Los carbocationes intermedios se reordenan para
formar carbocationes más estables, de manera
que la deshidratación de los alcoholes primarios
no es un buen método para su conversión a
alquenos

45. Diagrama de la energía de reacción
para la deshidratación de un alcohol.

46. Reordenamiento
pinacolínico.
En el reordenamiento pinacolínico un diol adyacente se
convierte en cetona (pinacolona) bajo condiciones ácidas y
calor. La reacción se clasifica como una deshidratación dado
que se elimina una molécula de agua a partir del material
inicial.

47. Reordenamiento
pinacolínico.
 El primer paso del reordenamiento es la
protonación y la pérdida de una molécula
de agua para producir un carbocatión. Hay
una migración del grupo metilo para formar
un carbocatión estabilizado por resonancia
que con la desprotonación por el agua da
lugar al producto pinacolona.

48. Reordenamiento
pinacolínico.

49. Ruptura de glicoles con ácido
peryódico.
Los glicoles se pueden romper de forma oxidativa con ácido
peryódico (HIO4) para formar las correspondientes cetonas y
aldehídos. Esta ruptura se puede combinar con la
hidroxilación de alquenos por el tetraóxido de osmio o
permanganato de osmio frío para dar el glicol y la ruptura
del glicol con ácido peryódico.

50. Esterificación de Fischer.
La esterificación de Fischer es la reacción catalizada
por un ácido entre alcoholes y ácidos carboxílicos
para formar ésteres. La reacción es un equilibrio
entre los materiales de inicio y los productos, y por
esta razón la esterificación de Fischer casi nunca se
utiliza para la preparación de ésteres

51. Reacción de alcohol con
cloruro de ácido.
La reacción de esterificación consigue mejores
resultados reaccionando el alcohol con un cloruro
de ácido. La reacción es exotérmica y produce el
éster correspondiente en grandes proporciones sólo
con HCl como subproducto.

52. Síntesis de éteres de
Williamson
Los éteres se pueden sintetizar por la reacción de iones
alcóxidos con haluros de alquilo primarios en lo que se
conoce como síntesis de éteres de Williamson. Esta es una
reacción de desplazamiento SN2 y, como tal, funciona mejor
con haluros de alquilo primarios para facilitar el ataque por
el lado posterior. Si se utiliza un haluro secundario o
terciario el alcóxido actuará como una base y se producirá
una eliminación

53. Ejercicios
1. Mostrar cómo se sintetizan los siguientes alcoholes mediante la adición
de el adecuado reactivo de Grignard a aldehídos.

54. 2. Mostrar cómo se sintetizan cada alcohol terciario mediante la adición de un
apropiado reactivo de Grignard a una cetona.
a) 3-fenilhexan-3-ol (3) b) Ph3COH
c) 1-etilciclopentanol d) 2-ciclopentil-2-pentanol
3. Predecir los productos que se pueden obtener de la reacción de los
siguientes compuestos con NaBH4
4. Cuales serian los productos de estos mismos compuestos con LiAlH4

55. 5. Determinar las estructuras de los compuestos A - G

56. 6. El compuesto A (C7H11Br) se trata con magnesio en éter
para dar B (C7H11 MgBr), que reacciona violentamente con
D2O para dar 1-metilciclohexeno con un átomo de deuterio
en el grupo metilo (C). La reacción de B con acetona
(CH3COCH3) seguido de hidrólisis da D (C10H18O). El
calentamiento de D con H2SO4 concentrado da E (C10H16),
que decolora dos equivalentes de Br2 para dar F
(C10H16Br4). E se somete a hidrogenación con un exceso
de H2 y catalizador de Pt para dar isobutilciclohexano.
Determinar las estructuras de los compuestos A hasta la F,
y mostrar su razonamiento.

57. 7. Desarrollar síntesis para los siguientes compuestos. Como materiales de
partida es posible utilizar ciclopentanol, alcoholes que no contenga más de
cuatro átomos de carbono, y cualquiera de los reactivos y disolventes
habituales.
(a) trans-ciclopentan-1,2-diol (b) 1-cloro-1-etilciclopentano

58. 8. Prediga los productos formados de las siguientes reacciones
9. Identificar de A-H