A- SUBSTITUCION NUCLEOFILICA
Los alcoholes no pueden llevar a cabo directamente reacciones de substitución nucleofílica porque el grupo OH es fuertemente básico y un mal grupo saliente: no puede ser desplazado por un nucleofilo: ROH + Nu ----> NR
La forma indirecta de lograr este tipo de reacción con los alcoholes es convirtiendo el OH en un buen grupo saliente (base débil). Hay varios métodos para lograr ésto:
a) Protonación: la protonación convierte el grupo saliente de OH (base fuerte) en H2O (base débil).Esta última puede ser facilmente desplazada por un nucleofilo:
ROH2+ + + Nu ----> R-Nu + H2O
Alcoholes primarios, secundarios y terciarios forman halogenuros de alquilo cuando reaccionan con HI, HBr o HCl. Por lo general, cuando se usa HCl se le añade ZnCl2 (reactivo de Lucas), para acelerar la reacción.
Alcoholes terciarios y secundarios reaccionan primordialmente por un mecanismo SN1:
Bajo este mecanismo siempre debe considerarse la posibilidad de rearreglos del carbocatión. Alcoholes primarios reaccionan via SN2:
b) Se obtienen mejores rendimientos y se evitan los carbocationes si se usa un trihalogenuro de fósforo: PCl3, PBr3, o PI3 (este último se forma "in situ" por la reacción P + I2). Tambien se puede usar cloruro de tionilo, SOCl2. Como son reacciones del tipo SN2, éstas se limitan sólo a alcoholes primarios y secundarios. Los alcoholes terciarios dan bajos rendimientos (para éstos se usa HX):
La piridina se añade para capturar el HCl que se genera.
B- CONVERSION EN ESTERES DE SULFONATO
La activación de un alcohol para su subsecuente reacción con un nucleofilo puede hacerse mediante la conversión del alcohol en un éster de sulfonato:
Los cloruros de sulfonilo más usados son el cloruro de para-toluen sulfonilo (cloruro de tosilo: TsCl) y el cloruro de metanosulfonilo (cloruruo de mesitilo:MsCl):
Los ésteres de sulfonato son muy eficiente en reacciones SN1 y SN2 porque el anión sulfonato es un excelente grupo saliente (base débil):
DESHIDRATACION DE ALCOHOLES:
Los alcoholes sufren reacciones de eliminación al perder el grupo OH de un carbono y un H de un carbono adyacente. El resultado es la formación de agua, por lo que la reacción se denomina como una deshidratación y sigue un mecanismo E-1 (alcoholes terciarios y secundarios) o E-2 (alcoholes primarios). Esta requiere de un ácido fuerte (ácido sulfúrico o fosfórico) y calentamiento. El mecanismo E-1 involucra carbocationes por lo que siempre hay la posibilidad de rearreglos de éstos.
Alternativamente, un alcohol se puede deshidratar bajo condiciones menos severas usando oxicloruro de fosforo: POCl3. En este caso, el mecanismo es primordialmente E-2, por lo que no hay formación de carbocationes.
ETERES - REACCIONES DE SUBSTITUCION
Los éteres, R-O-R, son muy poco reactivos y no dan reacciones de substitució nucleofílica porque el grupo RO es una base muy fuerte y un mal grupo saliente. Contrario a los alcoholes, no reaccionan con PCl3, PBr3 0 SOCl2 o con cloruros de sulfonilos. Sí pueden ser activados por protonación, pero sólo con HI o HBr. En este caso el producto será un alcohol (ROH) y un halogenuro de alquilo (RX). La reacción será SN1 o SN2 dependiendo de la estructura de los grupos R del éter. Si uno de éstos es terciario o secundario, la reacción será por SN1 y de ese grupo R se formará el carbocatión que, a su vez, reaccionará con el ion halogenuro para formar RX. Ese carbocatión puede rearreglarse. Si ambos grupos R son primarios, el ion halogenuro atacara al menos impedido:
Si se usa un exceso de HX el alcohol que se obtiene reacciona para producir otro molélula de RX:
ROH + HX ----> RX + H2O
EPOXIDOS
Son éteres ciclicos de tres miembros en el anillo, mucho más reactivos que los éters de cadena abierta. Las reacciones de los epóxidos causan la apertura del anillo. La reacción puede ser con nucleofilos débiles (medio ácido) o con nucleofilos fuerte (medio alcalino o básico).
En medio ácido el nucleofilo débil ataca al carbon más substituído del epoxido por ser una reacción tipo SN1. Ese carbono es el que mejor puede portar unas carga positiva (tipo carbocatión):
En medio básico el nucleofilo fuerte ataca al carbon menos substituído del epoxido por ser una reacción tipo SN2. Ese carbono es el menos impedido:
Los óxidos de arenos son epóxidos formados a partir de hidrocarburos aromáticos por medio de conversiones enzimáticas. Estos reaccionan en dos formas: por un ataque nucleofílico al epoxido para formar un producto de adición, o se pueden rearreglar para formar un fenol:
En medio ácido el nucleofilo débil ataca al carbon más substituído del epoxido por ser una reacción tipo SN1. Ese carbono es el que mejor puede portar unas carga positiva (tipo carbocatión):
COMPUESTOS ORGANOMETALICOS
Son compuestos que contienen eun enlaca carbono-metal. Este enlace es altamente polar y el carbono porta la carga parcial negativa porque el metal es menos electronegativo. El carbono enlazado al metal es nucleofílico (se comporta como un carbanión).
Ejemplo de estos son los organolitios (RLi) y los organomagnesios (reactivos de Grignard) RMgX. Estos se producen de un halogenuro de alquilo, arilo o vinilo de acuerdo a las siguientes reacciones:
2 RX + 2 Li ---> R2Li + X RX + Mg (en éter) -----> RMgX Estos compuestos organometálicos se pueden descomponer si reaccionan con agua o con un compuesto que contenga los siguientes grupos: OH, NH2, NHR, SH, COOH. Con epoxidos, los organolitios o el Grignard reaccionan atacando al carbono menos impedido, formando un alcohol primario con dos carbonos adicionales al grupo R del organoimetálico:
Otro tipo de organometálico es el cuprato o reactivo de Gilman, que se produce de la reacción entre un alquil litio con yoduro cuproso:
La reacción típica de los cupratos es la del acoplamiento:
TIOLES
Son los análogos sulfurados de los alcoholes: RSH. Originalmente se conocían como mercaptanos por su capacidad para formar complejos con mercurio (reacción 1). El grupo -SH se conoce como mercapto.
Los sulfuros o tioéteres son los análogos sulfurados de los éteres: R-S-R. Se forman por la reacción SN2 entre un anión tiolato (RS) y un RX (reacción 2). Los sulfuros reaccionan con halogenuros de alquilo para formar sales de sulfonilo. Estas sales reaccionan con nucleofilos via SN2 ya que el ion sulfonio es un buen grupo saliente (reacción 3)
ELIMINACION DE HOFMANN
Reacción de eliminación beta de un hidróxido cuaternario de amonio. El producto es un alqueno (el menos substituído), una amina terciaria y agua.
El hidróxido cuaternario de amonio se puede obtener de la reacción de una sal cuaternaria ( yoduro cuaternario de amonio) con Ag2O. El yoduro cuaternario se obtiene de la metilación exhaustiva de una amina:
El calentamiento de este hidróxido genera los productos indicados al eliminarse un H del carbono beta menos substituído (con más hidrógenos) con respecto al nitrógeno:
ELIMINACION DE COPE
Eliminación beta del óxido de una amina terciaria (solamente). Este reactante se obtiene de la reacción entre la amina terciaria y peróxido de hidrógeno.
