Download condensaciones

CONDENSACIONES
En química orgánica, se conoce como reacciones de condensación a aquellas
que se llevan a cabo entre dos compuestos, los cuales tienen el grupo funcional
carbonilo dentro de su estructura ( C=O). En este tipo de reacciones esta involucrada
una combinación de dos procesos, una adición nucleofílica y una ? -sustitución. En
estas, un reactante ( el nucleófilo) es convertido a su ion enolato y
sufre una ? -
sustitución por reaccionar con el otro reactante, el cual sufre una reacción de adición.
En el siguiente esquema podemos ejemplificar lo antes mencionado :
Nucleofilo
O
O
C
H
OH
O
Reactante que
sufre adición
-
C
Reactante que
sufre sustitución
O
H2 O
C
OH
O
C
O-
Todas las formas de compuestos que contienen dentro de su estructura química
a grupos funcionales carbonilo pueden sufrir reacciones de condensación. Entre ellos
podemos mencionar a aldehídos, cetonas, esteres, amidas, anhídridos, tiolesteres y
nitrilos. Es por eso, que las reacciones de condensación se pueden clasificar en varios
tipos, en función del tipo de compuesto carbonilico que este involucrado. A
continuación trataremos esos diferentes tipos de reacciones de condensación.
CONDENSACION ALDOLICA
Los aldehídos pueden ser convertidos a ? -hidroxialdehídos cuando son tratados
con pequeñas cantidades de soluciones diluidas de ácidos o bases. Este tipo de
reacción recibe el nombre de condensación aldolica. El termino aldolica viene del
hecho de que en el producto de reacción se tiene la presencia del grupo funcional
aldehído y un alcohol .. El ejemplo mas simple de este tipo de reacción es el
siguiente :
O
2 R
OH
H
O
R
Como mencionamos anteriormente, la condensación aldolica puede ser catalizada por ácidos o
bases, a continuación trataremos de establecer un mecanismo de reacción en cada caso para
explicar la formación del producto :
CONDENSACION ALDOLICA CATAIZADA POR BASE
En estas condiciones, la reacción inicia con la formación del ion enolato del aldehído :
OH
-
H O
C C H
O
C C H
O
C C
H
Este ion es el que actuara como un nucleófilo. Recordando que un grupo carbonilo es
susceptible de sufrir ataque nucleofilico, en particular en el átomo de carbono,
entonces en siguiente paso el ion enolato ataca al grupo carbonilo de la molécula del
otro aldehído, lo cual mostramos en el siguiente esquema ;
O
C
H
H O
O
O
C C C C
C
H
H
H
Podemos ver que el producto de esta interacción es el ion alcoxido.
El siguiente y ultimo paso de la reacción involucra una protonación del ion alcoxido,
este protón lo toma del medio acuoso, en este caso. Como se muestra en la figura
siguiente :
O
H
H O
H
OH
H
O
C C C C
C C C C
H
H
H
O
H
+
-
OH
CONDENSACION ALDOLICA CATALIZADA POR ACIDO
En estas condiciones, la reacción da inicio por la conversión de la forma Ceto a Enol
de una de las moléculas del aldehído :
H
C C
OH
O
C C
H
H
H
C C
O
H
H
+
O
H
H
H
C C
OH
H
OH
C C
H
Como siguiente paso, se da el ataque de este enol sobre el grupo carbonilo de la otra
molécula de aldehído, quien previamente se ha protonado :
H
H
O
C C
H
+
H
OH
C C
H
O H
C C
H
O
OH
H
H
O
H C C C C
H
H
La condensación aldolica catalizada por bases y por ácidos nos pueden llevar a una
deshidratación del aldol correspondiente. Cabe señalar que cuando se usan bases, se
hace necesario administrar calor para que se lleve a cabo dicha deshidratación,
mientras que cuando se usa ácido esta suele ocurrir a temperatura ambiente, por lo que
e concluye que para obtener el producto aldolico es mas viable hacerlo por vía la
catálisis de una base. El proceso de deshidratación lo podemos ver en el siguiente
esquema :
Medio básico
OH
O
O
H C C C C
H H
H C C C C
H
OH
H
H
-
Medio ácido
OH
O
H C C C C
H H
H
+
H
OH2
O
H C C C C
H H
O
H C C C C
H
H
H
H 2O
Hasta ahora hemos considerado aquel caso en donde la condensación se da entre
compuestos carbonilo iguales, es decir, entre dos moléculas del mismo reactivo.
Pero las condensaciones también pueden ocurrir entre dos moléculas de compuestos
diferentes, por ejemplo :
a) OH
O
O
H
+
c) OH
O
H
-
O
+
H
B
H
b)
OH
O
d)
H +
OH
O
H
En el esquema anterior podemos notar que la condensación aldolica entre dos
compuestos carbonilos diferentes no es de utilidad, ya que como podemos ver se llega
a tener una mezcla de productos de reacción. Por ejemplo, el compuesto a es el
correspondiente cuando han reaccionado dos moléculas del acetaldehído, el producto
b cuando han reaccionado dos moléculas del propanaldehído, el producto c cuando han
reaccionado una molécula de acetaldehído, quien sufre el ataque nucleófilico ( la
adición), con una molécula de propanaldehído que se convierte al ion enolato y el
producto d que es cuando han reaccionado también una molécula de acetaldehído y una
de propanaldehído, pero en esta el propanaldehído es el sufre el ataque nucleofilico y
el acetaldehído es el que se convierte al ion enolato. Bajo estas condiciones no es
posible orientar hacia un solo tipo de producto nuestra reacción.
Pero por otro lado, es posible llevar a cabo reacciones de condensación entre dos
compuestos carbonilos diferentes, obteniendo solo un producto de reacción con un
alto rendimiento, si se cumplen las siguientes condiciones :
1.- Si uno de los compuestos carbonilos no contiene hidrógenos a ( y por lo tanto no
pueden formar un ion enolato), pero que si contienen un grupo carbonilo que es el que
sufrirá el ataque nucleofilico. Por ejemplo, podemos mencionar al benzaldhído y
formaldehído :
O
O
O
+-
H
Na OC 2 H5
EtOH
+
78%
2.- Si uno de los compuestos carbonilo es mucho mas ácido que el otro y es
fácilmente convertido a enolato, por lo que una mezcla de aldoles es poco probable de
llevarse a cabo. Por ejemplo cuando el acetato de etilo es utilizado como el
componente que se convertirá en el ion enolato :
O
O
O
O
O
+-
Na OEt
EtOH
+
O
O
80%
También existen aquellas reacciones de condensación aldolica que se presentan en
compuestos dicarbonilicos, es decir, en compuestos que tienen dos grupos carbonilos,
generándose una reacción intramolecular, generando compuestos cíclicos. Por
ejemplo, el tratamiento de una 1,4-dicetona, como por ejemplo la 2,5-hexanodiona, en
medio básico, genera la 3-metil-2-ciclopenten-1-ona.:
O
O
NaOH
EtOH
O
LA CONDENSACION DE CLAISEN
Los esteres, como los aldehidos y cetonas, son ligeramente ácidos. Cuando un éster
con a-hidrogenos es tratado con 1 equivalente, como el Na+-Oet, se da una reacción de
condensación que origina un ? -ceto éster. Esta reacción entre dos esteres se conoce
como la condensación de Claisen. Por ejemplo :
O
2
1) +Na OC 2 H5
+
2) H3O
O
Acetato de etilo
O
O
?
O
?
Acetoacetato de etilo
El mecanismo de reacción de esta ecuación es similar al establecido para la
condensación aldolica, se ve involucrado un ataque nucleofílico de un enolato de éster
al grupo carbonilo de una segunda molécula de éster :
CH3
-
O
C
H O
O
H O
C C
C C O C C
O C C
C C
O C C
-
O
C C
O
C
O
C C C C
? ?
O C C
O C C
C O
O
C
C
Al igual que en la condensación aldolica, en la de Claisen se pueden hacer reaccionar
compuestos carbonilos diferentes, en donde se vuelve útil que alguno de ellos no
tengan ? -hidrógenos, para evitar la formación de una mezcla de productos.
Por ejemplo :
O
O
O
O
+
B
O
O
-
OH
La condensación de Claisen es un método excelente para la obtención de ? -dicetonas,
como por ejemplo :
O
O
O
+
CONDENSACION
R
O
INTRAMOLECULAR
B
O
-
DE
R
CLAISEN :
CICLACION
DE
DIECKMANN
La condensación intramolecular de Claisen, se puede llevar a cabo mediante el uso de
dicarbonilicos, generando con esto compuestos cíclicos. Por ejemplo ;
O
O
O
O
O
1) +Na OCH 3
2) +
H 3O
O
O
+
CH3 OH
REACCION DE MICHAEL
La reacción de Michael, es aquella que ocurre cuando un nucleófilo, el ion enolato de
algún compuesto carbonilo reacciona con compuesto carbonilo ? ,? -insaturado.
Aprovechando esta características, se tiene el siguiente ejemplo :
O
O
O
O
1)
O
+-
Na OEt
2) +
H 3O
+
O
O
O
Esta reacción se da por la adición de un ion enolato al carbono ? de un compuesto
? ,? -insaturado, como se muestra en el esquema siguiente :
O
O
H
H
O
O
O
O
O
H
-
OEt
O
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
-
H
+
Cabe señalar que en esta reacción existe una gran variedad de iones se pueden utilizar,
estos van desde ? -dicetonas, ? -cetoesteres, esteres malonicos, ? -nitrilos y
nitrocompuestos.
ANILLACION DE ROBINSON
La anillación de Robinson es una reacción de condensación de compuestos carbonilo
útil para la obtención de moléculas policiclicas. Este es un proceso de dos pasos,
donde se da una combinación de una reacción de Michael y una condensación aldolica
intramolecular. Participan un formador de iones enolato tipo Michael, como puede ser
un ? -cetoester o una ? -dicetona y un compuesto ? ,? -insaturado, como por ejemplo :
CO2 C2 H 5
CO2 C2 H 5
+-
Na OEt
O
O
EtOH
O
O
Reacción de Michael
Condensación aldolica
intramolecular
+-
Na OEt
EtOH
CO2 C2 H 5
O
Un ejemplo de lo importante que es esta síntesis es en la producción de la estrona, una
hormona esteroide femenina :
O
O
O
+
Base
H
O
O
O
O
O
Producto de la reaccion de Michael
Base
O
O
O
O
HO
Estrona
Producto de la anelación de Robinson
CONDENSACION DE PERKIN Y DE KNOEVENAGEL
Dos importantes reacciones que permiten generar enlaces carbono-carbono, y que
utilizan carbaniones estabilizados por un grupo acilo para unirlos a aldehídos, son
aquellas que se conocen como la Condensación de Perkin y la de Knoevenagel. Ambas
pueden utilizarse para la obtención de Acidos ? ,? -insaturados, así como esteres.
En la condensación de Perkin, el anion de un anhídrido se adiciona a un aldehído
aromático, para producir un ácido ? ,? -insaturado. En este caso para prevenir
reacciones colaterales, se hace uso de la sal sodica del ácido correspondiente.
Por ejemplo :
O
O
O
H
O
+
CH3 CO2
O
-
OH
Cuyo mecanismo planteamos a continuación :
O
O
O
O
-
H
O
O
O
O
O
O
O
O
-
O
O
H
O
O
-
O
O
O
O
O
O
-
O
O
O
O
O
O
O
O
O
-
O
O
O
O
O
O
H
-
O
O
O
O
O
O
O
O
O
H
O
H
-
O
O
+
OH
Acido cinamico
-H
+ O
O H2
O
O
O
O
-
Por lo que respecta a la reacción de Knoevenagel, en esta se ve involucrado el ataque
del anion del un grupo metileno, el que se puede obtener de un ? -diester, sobre un
aldehído. El producto es un compuesto insaturado, es este caso se puede llevar a cabo
un proceso de destilación para eliminar el agua que se forma durante la reacción. La
reacción general la mostramos en el siguiente esquema :
O
R
O
O
O
O
R
+ R
1
R1
H
CO2R
CO2 R
H
Donde podemos plantear el mecanismo, con el siguiente ejemplo :
O
O
O
O
O
+
O
N
O
H
H
H
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
H
H
NH
O
O
H
O
O
O
+ H+
O
O
O
O
-
O
HO
NH
O
O
O
O
Ignacio Martínez Trejo
Marzo 2001