Intercambios de grupo funcional
Oxidaciones
La oxidación de grupos hidroxilos es una reacción orgánica importante. Los alcoholes primarios (R-CH2-OH) pueden ser oxidados a aldehídos (R-CHO) o ácidos carboxílicos (R-COOH), mientras que la oxidación de alcoholes secundarios (R1R2CH-OH), normalmente termina formando cetonas (R1R2C=O). Los alcoholes terciarios (R1R2R3C-OH) son resistentes a la oxidación.March, Jerry (1985), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (3ª ed.), Nueva York: Wiley, ISBN 0-471-85472-7
a) La oxidación directa de los alcoholes primarios a ácidos carboxílicos: normalmente transcurre a través del correspondiente aldehído, que luego se transforma por reacción con agua en un hidrato de aldehído (R-CH(OH)2), antes de que pueda ser oxidado a ácido carboxílico. centro|500px|Mecanismo de oxidación de alcoholes primarios a ácidos carboxílicos a través de aldehídos y de hidratos de aldehído.
A menudo es posible interrumpir la oxidación de un alcohol primario en el nivel de aldehído mediante la realización de la reacción en ausencia de agua, de modo que no se puedan formar hidratos de aldehído.
b) Oxidación de alcoholes a aldehídos: 300px|centro|La oxidación de alcoholes a aldehídos y cetonas Los reactivos útiles para la transformación de alcoholes primarios en aldehídos normalmente también son adecuados para la oxidación de alcoholes secundarios en cetonas. Estos incluyen:
Reactivos a base de cromo, tales como reactivo de Collins (CrO3·Py2; donde Py= piridina), PDC o PCC. DMSO activado, que resulta de la reacción de DMSO con electrófilos, como el cloruro de oxalilo (oxidación de Swern), una carbodiimida (oxidación de Pfitzner-Moffatt) o el complejo SO3·Py ( oxidación de Parikh-Doering). Compuestos de yodo hipervalente, como peryodinano de Dess-Martin o el ácido 2-yodoxibenzoico (ácido IBX). TPAP catalítico en presencia de un exceso de NMO (oxidación de Ley). TEMPO Catalítico en presencia de exceso de lejía (NaOCl) (oxidación de Anelli).
Los alcoholes alílicos y bencílicos pueden ser oxidados en presencia de otros alcoholes con ciertos oxidantes selectivos, tales como dióxido de manganeso (MnO2).
c) Oxidación de alcoholes a cetonas: Entre los reactivos útiles para la oxidación de alcoholes secundarios a cetonas, pero por lo general ineficaces para la oxidación de alcoholes primarios a aldehídos, se incluyen el trióxido de cromo (CrO3) en una mezcla de ácido sulfúrico y acetona (oxidación de Jones), y ciertas cetonas, como por ejemplo la ciclohexanona, en presencia de isopropóxido de aluminio (oxidación de Oppenauer). Otro método es la oxidación catalizada por oxoamonio.
d) Oxidación de alcoholes a ácidos carboxílicos: 250px|centro|Oxidación de alcoholes primarios a ácidos carboxílicos
La oxidación directa de los alcoholes primarios a ácidos carboxílicos puede llevarse a cabo mediante:
Permanganato de potasio (KMnO4). Oxidación de Jones. PDC en DMF. Oxidación de Heyns. Tetróxido de rutenio (RuO4). TEMPO.
e) Oxidación a dioles: 250px|centro|Rotura oxidativa del enlace carbono-carbono en 1,2-dioles. Los alcoholes que poseen dos grupos hidroxi situados en carbonos adyacentes, es decir, los 1,2-dioles, sufren la ruptura oxidativa de un enlace carbono-carbono con algunos oxidantes como el peryodato de sodio (NaIO4) o el tetraacetato de plomo (Pb(OAc)4), propiciando la generación de dos grupos carbonilo. La reacción también es conocida como ruptura del glicol.http://books.google.es/books?id=KpTfbF6mguAC&pg=PA301 Química orgánica fundamental. Louis Frederick Fieser, Mary Fieser. 4ª edición. Editorial Reverté, 1976. ISBN 8429171614 Pág. 301
Esterificaciones con ácidos minerales Los alcoholes pueden formar ésteres con ácidos inorgánicos (como el ácido sulfúrico, ácido nítrico o ácido fosfórico) o sus respectivos cloruros de acilo (Cloruro de fosforilo, cloruro de sulfurilo o fosgeno) centro|380px
Biológicamente, las quinasas (EC 2.7.1.-) son enzimas que transfieren grupos fosfato a grupos alcohol: 220px|centro
Formación de halogenuros de alquilo a partir de alcoholes centro|200px
a)Fluoraciones (X = F): Se pueden obtener fluoruros de alquilo por acción del piridina y fluoruro de hidrógeno (Reactivo de Olah). En vez de fluoruro de hidrógeno pueden ser utilizados varios agentes flourantes, como el trifluoruro de dietilaminoazufre (DAST), SF4, SeF4,TsF, CsI/BF3.C. G. Bergstrom et al., J. Org. Chem. 28, 2633 (1963) G. A. Olah et al., Synthesis 1973, 779; idem et al., J. Org. Chem. 44, 3872 (1979). b)Cloraciones (X = Cl): Se pueden obtener cloruros de alquilo por la acción de varios reactivos,Larock, R.C. Comprehensive Organic Transformations, 2nd ed., Wiley-VCH, NY, 1999, pp. 689–697 tales como ácido clorhídrico (HCl) para alcoholes terciarios y en presencia de cloruro de zinc para alcoholes secundarios y primarios; cloruro de tionilo,Pizey, J.S. Synthetic Reagents, Vol. 1, Wiley, NY, 1974,pp. 321–357 cloruro fosfórico (PCl3) cloruro fosforoso (PCl3) y cloruro de fosforilo.Salomaa, P.; Kankaanpera¨, A.; Pihlaja, K., in Patai, S. The Chemistry of the Hydroxyl Group, pt. 1, Wiley, NY, 1971, pt. 1, pp. 595–622 El ácido tricloroisocianúrico (1,3,5-triclorohexahidrotriazin-2,4,6-triona) y trifenilfosfina convierten alcoholes primarios en cloruros de alquilo primarios. También se puede reemplazar el grupo hidroxilo por un halógeno en la Reacción de Appel. c)Bromaciones (X = Br): Se pueden obtener bromuros de alquilo por la acción de varios reactivos,Larock, R.C. Comprehensive Organic Transformations, 2nd ed., Wiley-VCH, NY, 1999, pp. 689–697 tales como ácido bromhídrico (HBr), bromuro de tionilo,Pizey, J.S. Synthetic Reagents, Vol. 1, Wiley, NY, 1974,pp. 321–357 bromuro fosfórico (PBr3) bromuro fosforoso (PBr3) y bromuro de fosforilo. d)Yodaciones (X = I): Se puede emplear ácido yodhídrico, o yoduro de potasio en ácido fosfórico. El uso de HI puede reducir el yoduro de alquilo al alcano correspondiente y si el sustrato es insaturado puede saturarse.Jones, R.; Pattison, J.B. J. Chem. Soc. C (1969) 1046
Estas reacciones puede ser utilizadas para preparar halogenuros de alquilo primarios, secundarios y terciarios, pero los alcoholes neopentílicos muchas veces pueden transponer.Di Deo, M.; Marcantoni, E.; Torregiani, E.; Bartoli, G.; Bellucci, M. C.; Bosco, M.; Sambri, L. J. Org.Chem. (2000) 65:2830
Deshidratación de alcoholes La deshidratación de alcoholes es el proceso químico que consiste en la transformación de un alcohol para poder ser un alqueno por procesos de eliminación. Para realizar este procedimiento se utiliza un ácido mineral para extraer el grupo hidroxilo (OH) desde el alcohol, generando una carga positiva en el carbono del cual fue extraído el Hidroxilo el cual tiene una interacción eléctrica con los electrones más cercanos (por defecto, electrones de un hidrógeno en el caso de no tener otro sustituyente) que forman un doble enlace en su lugar.
Por esto, la deshidratación de alcoholes es útil, puesto que fácilmente convierte a un alcohol en un alqueno.
Un ejemplo simple es la síntesis del ciclohexeno por deshidratación del ciclohexanol. Se puede ver la acción del ácido (H2SO4) ácido sulfúrico el cual quita el grupo hidroxilo del alcohol, generando el doble enlace y agua.
Se reemplaza el grupo hidroxilo por una halógeno en la Reacción de Appel.
Formación de enlaces C-O-C
Alquilación de alcoholes
1) Deshidratación de alcoholes Nombre de acuerdo al sistema de March: Alcoxi-deshidroxilación centro|350px
La deshidratación de alcoholes para formar éteres simétricos puede llevarse a cabo con un ácido que funcione como deshidratante, tal como el ácido sulfúrico.Feuer, H.; Hooz, J., in Patai, S. The Chemistry of the Ether Linkage (1967) Wiley, NY. pp.457–460, 468–470 El mecanismo de reacción consiste en: a) Protonación del alcohol b) Sustitución nucleófila, dependiendo si el alcohol es primario (Reacción SN2), secundario o terciario (Reacción SN1). Un mecanismo alternativo propone la formación del monoéster sulfúrico, y así se forma sulfato como grupo saliente. Se pueden mejorar los rendimientos en el caso de diarilcarbinoles (ArAr'CHOH) con ácido tosílico en estado sólido.Toda, F.; Takumi, H.; Akehi, M. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 (1990) p.1270 Otros deshidratantes utilizados puede ser el Nafion con siliéteres,Zolfigol, M.A.; Mohammadpoor-Baltork, I.; Habibi, D.; Mirjalili, B.B.F.; Bamoniri, A. Tetrahedron Lett. (2003) 44:p.8165 y ácidos de Lewis (p. ejem. MeAl(NTf)2)con algunos alcoholes.Ooi, T.; Ichikawa, H.; Itagaki, Y.; Maruoka, K. Heterocycles (2000) 52:575
Los 1,4-dioles y los 1,5-dioles forman compuestos heterocíclicos. Los dioles vecinales pueden formar epóxidos: 320px|centro
2) Alquilación con diazocompuestos Nombre de acuerdo al sistema de March: Hidro,alcoxi-desdiazo-bisustitución centro|400px
Los alcoholes reaccionan con diazocompuestos para formar éteres, pero el diazometano y las diazocetonas reaccionan con mayor facilidad, produciendo así metiléteres o α-cetoéteres respectivamentePansare, S.V.; Jain, R.P.; Bhattacharyya, A. Tetrahedron Lett. (1999) 40:5255 Con diazometano el método es costoso y requiere precauciones, pero las condiciones son moderadas y tiene altos rendimientos.Pizey, J.S. Synthetic Reagents (1974) V.2. Wiley, NY, pp. 65–142 El diazometano por lo general es utilizado para metilar alcoholes que pueden presentar reacciones indeseadas. Los alcoholes ordinarios reaccionan en presencia de catalizadores tales como HBF4 (HF/BrF3)Neeman, M.; Caserio, M.C.; Roberts, J.D.; Johnson, W.S. Tetrahedron (1959) 6:36 o sílica gel.Ohno, K.; Nishiyama, H.; Nagase, H. Tetrahedron Lett. (1979) p.4405
3) Alcohólisis de aziridinas y epóxidos Nombre de acuerdo al sistema de March: (3)OC-seco-alcoxi-desalcoxilación centro|400px
En esta reacción puede utilizarse ácido sulfúrico, ácido fosfórico, bromuro de flúor y otros ácido de LewisIranpoor, N.; Tarrian, T.; Movahedi, Z. Synthesis 1996, 1473 o alúmina.Posner, G.H.; Rogers, D.Z. J. Am. Chem. Soc. (1977) 99:8208-8214 Puede ocurrir por mecanismo Reacción SN1 o Reacción SN2. También se han reportado catalizadores de [Rh(CO)2Cl]2,Fagnou, K.; Lautens, M. Org. Lett. (2000) 2:2319 TiCl3(OTf)Iranpoor, N.; Zeynizadeh, B. Synth. Commun. (1999) 29:1017. Fe(ClO4)3,Salehi, P.; Seddighi, B.; Irandoost, M.; Behbahani, F.K. Synth. Commun. (2000) 30:2967 Cu(BF4)2.n H2O,Barluenga, J.; Vázquez-Villa, H.; Ballesteros, A.; González, J.M. Org. Lett. (2002) 4:2817 o BiCl3.Mohammadpoor-Baltork, I.; Tangestaninejad, S.; Aliyan, H.; Mirkhani, V. Synth. Commun. (2000) 30:2365
4) Adición de alcoholes a alquenos Nombre de acuerdo al sistema de March: Hidro-alcoxi-adición 360px|centro La adición de alcoholes a dobles ligaduras puede ser catalizada por ácidos. El mecanismo es electrofílico, en donde el enlace π es atacado por el protón ácido. Al formarse el carbocatión, el alcohol se adiciona por el mecanismo de SN. La adición sigue la Regla de Markovnikov. Los alcoholes primarios dan mejores resultados que los secundarios y los alcoholes terciarios son muy inactivos. La adición de alcoholes a sistemas alílicos puede proceder con transposición y el uso de un aditivo quiral puede llevar a una inducción asimétrica.Nakamura, H.; Ishihara, K.; Yamamoto, H. J. Org. Chem. (2002) 67:5124 La adición intramolecular de alcoholes a alquenos puede ser promovida por un catalizador de paladio, en donde la doble ligadura puede migrar en el producto final.Rönn, M.; Bäckvall, J.-E.; Andersson, P.G. Tetrahedron Lett. (1995) 36:7749 Los compuestos de renio,Kennedy, R.M.; Tang, S. Tetrahedron Lett. (1992) 33: 3729 de titanioLattanzi, A.; Della Sala, G.G.D.; Russo, M.; Screttri, A. Synlett (2001) 1479 o de platinoQian, H.; Han, X.; Widenhoefer, R.A. J. Am. Chem. Soc. (2004) 126:9536 facilitan la ciclización de anillos de tetrahidrofurano. Los alcoholes alílicos se pueden convertir en 2-bromooxetanos empleando Br(colidina)2+ PF6.Kang, S.-K.; Baik, T.-G.; Kulak, A.N. Synlett (1999) 324