domingo, 13 de agosto de 2017

3 SÍNTESIS DE ALCOHOLES


Los alcoholes pueden ser sintetizados por rutas bióticas y abióticas dependiendo de los usos industriales que vengan posteriormente. Por tradición, las aplicaciones como bebidas recreativas se realizan por las rutas biológicas fermentativas.

3.1 Proceso Ziegler-Oxo

En el proceso de Ziegler, los alcoholes lineales se producen a partir de etileno y trietilaluminio seguido de oxidación e hidrólisis (Falbe, Bahrmann, Lipps, & Mayer, 2000). El proceso genera una gama de alcoholes que se separan por destilación. Muchos alcoholes superiores se producen por hidroformilación de alquenos seguido de hidrogenación. Cuando se aplica a un alqueno terminal, como es común, se obtiene típicamente un alcohol lineal.

Alternativamente, se puede oligomerizar etileno para dar mezclas de alquenos, que se someten a hidroformilación, obteniéndose este procedimiento aldehído de número impar, que es subsiguientemente hidrogenado. Por ejemplo, a partir de 1-deceno, la hidroformilación da el alcohol C11:

En el procedimiento de olefinas de Shell, la distribución de la longitud de cadena en la mezcla inicial de oligómeros de alqueno se ajusta de modo que se adapte más a la demanda del mercado. Shell hace esto mediante una reacción de metátesis intermedia. La mezcla resultante es fraccionada e hidroformilada / hidrogenada en una etapa subsiguiente (Jenkins, 2011).

3.2 Hidratación de alquenos con ácido sulfúrico

La hidrataciones son reacciones en las que generalmente se adiciona un grupo hidroxilo a la cadena de carbonos, en otras palabras sintetizan alcoholes. Esta hidratación es especialmente útil en la síntesis de alcoholes de bajo peso molecular a nivel industrial, aunque en algunas ocasiones pueden sintetizarse alcoholes no deseados debido al fenómeno de reorganización. Como se puede deducir del título, los catalizadores son ácidos, en este caso ácido sulfúrico o ácido fosfórico. ¿Alguien nota algo extraño aquí? Nuevamente tenemos ácido sulfúrico en la mezcla, por lo que, ¿Cómo diferenciamos cuando el ácido sulfúrico genera una hidratación catalizada por ácidos o una adición de grupo bisulfato?

La clave es el calor. De hecho ambas reacciones ocurren, o mejor dicho sucede una cadena de reacciones de dos pasos, en primera instancia se da la adición del grupo bisulfato según la regla de Markovnikov si el alqueno no es simétrico, y luego al calentar la mezcla el grupo bisulfato se desprende regenerando su forma ácida, mientras que el carbono libre recibe el grupo hidroxilo proveniente del agua.

¿Muchas palabras no? La clave es o ver un triangulito que indica calor, o que en la flecha de “produce” se encuentra marcada una alta temperatura, en dado caso tendremos la síntesis de alcoholes, si no tenemos eso podremos decir que lo que se genera es un hidrógenosulfato de alquilo. Generalmente, la hidratación de alquenos catalizada por ácidos no sintetiza alcoholes primarios excepto en la síntesis industrial de etanol.

Sin embargo, este tipo de reacciones afronta una pequeña complicación, la ya antes mencionada reorganización. Esto se debe a que el intermediario de la reacción, es decir el momento en que se abre el doble enlace y se adiciona el hidrógeno denominado carbocatión puede cambiar a varias configuraciones posibles, lo que afecta la predictibilidad de la síntesis del alcohol deseado. Sin embargo, aún es posible generar hipótesis  que concuerdan experimentalmente con muchas sustancias, y lo que debemos hacer es seguir la idea de Markovnikov, la reorganización trasladará el grupo hidroxilo al carbono de mayor nivel más próximo.

3.3 Hidratación de alquenos por oximercurización y desmercurización

Se trata de la adición de un grupo hidroxilo a un doble enlace. Los reactivos empleados son regio-selectivos y siguen la regla de Markovnikov, es decir el producto es exactamente igual al de la hidratación de alquenos catalizada por ácidos. Es una reacción de dos pasos: 1-Oximercurización: los reactivos empleados son acetato de mercurio “una sal orgánica” y tetrahidrofurano. El tetrahidrofurano, THF u oxaciclopentano es un éter cíclico de 4 carbonos, el grupo del mercurio pierde un grupo acetato y sirve como un hidrógeno, adicionándose al carbono de menor nivel, mientras que el grupo hidroxilo puede adicionarse según la regla de Markovnikov; 2-Desmercurización: El reactivo es el borohidruro de sodio, el cual se encarga de reducir el grupo acetomercurio reemplazándolo con un hidrógeno.

La reacción se lleva a cabo en medio básico. Ambos pasos pueden llevarse a cabo en el mismo frasco, la oximercurización dura entre 20 segundos a 10 minutos y la desmercurización cerca de una hora o menos con un rendimiento cercano al 90%.

3.4 Hidratación de los alquenos por hidroboración-oxidación

La clave de esta propiedad es que opera en sentido anti-Markovnikov, es decir, el grupo hidroxilo se unirá al carbono de menor nivel. Es útil en la síntesis de alcoholes primarios. La reacción opera en dos pasos: 1- La hidroboración es estequimétricamente dependiente, se requieren tres moles del alqueno para generar un ciclo de reacción completo debido a las tres valencias de boro. 2- La oxidación se da gracias al peróxido de hidrógeno en medio básico. El boro se retira y se adiciona el grupo hidroxilo.

Otro detalle es que la hidroboración opera en sentido Sin, es decir, los dos grupos que se unen la doble enlace quedan enfrentados, análogo a un cis. La adición Sin puede verse claramente en fórmulas de cuñas y barras donde se represente mejor la configuración tridimencional de la molécula.

Se representala misma reacción que en la figura anterior, pero mostrando la configuración espacial de los grupos. En la adición Sin puede verse como los grupos que se adicionan quedan enfrentados produciendo el 2-Metilciclohexanol en una posición trans. Abajo puede verse los dos isómeros posibles, A es la molécula que se genera con la adición Sin, mientras que B es la molécula que se genera con la adición Anti.

3.5 Halohidratación

El tratamiento de un alqueno con dibromo o dicloro en presencia de agua da como resultado la adición de OH y Br, o OH y Cl, al doble enlace carbono-carbono para dar lugar a una halohidrina. La adición de (HO)(Cl) y (HO)(Br) es regioselectiva y sigue la regla de Markovnikov (el halógeno se añade al átomo de carbono menos sustituido) y anti estereoselectivo por lo que genera isómeros en trans. Tanto la regioselectividad como la anti-estereoselectividad se ilustran mediante la adición de (HO)(Br) a 1-metilciclopenteno. El bromo y el grupo hidroxilo se añaden entre sí con Br enlazando al carbono menos sustituido y al enlace OH al carbono más sustituido. Se utiliza sulfóxido de dimetilo (DMSO) como cosolvente con agua para aumentar la solubilidad del alqueno.

3.6 Dihidratación de alquenos en Sin con tetraóxido de osmio

Los oxígenos del tetraóxido de osmio abren el doble enlace, generando una configuración Sin para la adición de los grupos hidroxilo. Sin embargo a menos que el alqueno sea cíclico no se generan isómeros cis/tras, debido, nuevamente a que la cadena de carbonos de los alcoholes alifáticos pueden girar debido al enlace sigma. Es una reacción en dos pasos, la primera es la abertura del doble enlace gracias al tetraóxido de osmio utilizando a la piridina como catalizador. En la segunda fase se utiliza bisulfito de sodio que sirve como catalizador para retirar el complejo del tetraóxido de osmio con la cadena de carbonos. El tetraóxido de osmio se rompe dejando los oxígenos unidos a la cadena de carbonos, luego el oxígeno adiciona un protón para generar el diol. En caso de que esta adición se realice a un cicloalqueno, se produce siempre un isómero Cis.

Referencias de libros

(Brown, Iverson, Anslyn, Foote, & Novak, 2018; W. H. Brown & Poon, 2014; Bruice, 2011, 2014a, 2014b, 2016; Carey & Giuliano, 2011; Clayden, Greeves, & Warren, 2012; Favre & Powell, 2013; Klein, 2015; McMurry, Castellion, & Ballantine, 2007; McMurry, 2012; Ouellette & Rawn, 2015; Solomons, Fryhle, & Snyder, 2014; Solomons & Fryhle, 2000, 2004, 2007, 2011; Vollhardt & Schore, 2014; Wade, 2009, 2013)






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