Alcoholes - Estructura, Síntesis y Reacciones (Capítulos 10-11)

Estructura, Propiedades Físicas y Nomenclatura de los Alcoholes I. Estructura y clasificación de los Alcoholes Los alcoholes son derivados de agua, en cual un átomo de carbono está enlazado a un grupo hidroxilo (—OH). El átomo de oxígeno en ambos compuestos tiene una hibrida...

Estructura, Propiedades Físicas y Nomenclatura de los Alcoholes I. Estructura y clasificación de los Alcoholes Los alcoholes son derivados de agua, en cual un átomo de carbono está enlazado a un grupo hidroxilo (—OH). El átomo de oxígeno en ambos compuestos tiene una hibridación sp3, pero difieren en los ángulos de enlace. El ángulo de enlace H—O—H del agua es de104.5°, mientras los alcoholes como metanol tienen un ángulo de enlace C—O—H mayor de aproximadamente de 108.9°. Esto se debe a que el grupo alquilo es más grande que un átomo de hidrógeno y puede contrarrestar la compresión del ángulo de enlace ocasionada por los pares de electrones no enlazados del oxígeno. Otra diferencia es la longitud de enlace. En los alcoholes la longitud del enlace C—O (1.4 Å) es mayor que la longitud del enlace O—H (0.96 Å). Esto se debe a que el átomo de carbono tiene un radio atómico mayor que hidrógeno. El átomo de carbono enlazado al grupo — OH se llama carbono carbinol. Los alcoholes se pueden clasificar según la ramificación del carbono carbinol. El carbono carbinol con un grupo alquilo (o arilo) enlazado se clasifica como un alcohol primario (1°). Si el carbono carbinol tiene dos grupos alquilos (y/o arilos) enlazados entonces es un alcohol secundario (2°). Si el carbono carbinol tiene tres grupos alquilos (y/o arilos) enlazados entonces es un alcohol terciario (3°). Si el grupo hidroxilo esta enlazado directamente a un anillo aromático de benceno, este alcohol se llama fenol. II. Propiedades Físicas de los Alcoholes Interacciones dipolo-dipolo El átomo de oxígeno es muy electronegativo por lo cual un polo negativo se localiza sobre el átomo de oxígeno y sus pares de electrones solitarios, mientras el átomo de hidrógeno enlazado al oxígeno y los carbonos tienen cargas parcialmente positivas. La polaridad del grupo hidroxilo crea un dipolo capaz de hacer interacciones dipolo-dipolo. El grupo hidroxilo también es capaz de formar enlaces de hidrógenos con uno de los pares de electrones solitarios del átomo de oxígeno de otra molécula de alcohol o una molécula de agua. Las interacciones dipolo-dipolo y los puentes de hidrógeno son las fuerzas intermoleculares que predomina en los alcoholes. Las interacciones dipolo-dipolo y los puentes de hidrógeno aumentan los puntos de ebullición de los alcoholes en comparación con los otros hidrocarburos y los éteres de masas moleculares similares. Aunque las interacciones dipolo-dipolo de los éteres son interacciones fuertes, no son lo suficientemente fuertes para superar las interacciones de enlaces de hidrógeno de los alcoholes. A tener un enlace O—H, los alcoholes pueden hacer enlaces por puentes de hidrógeno entre sí y sus puntos de ebullición son mayores que de los éteres con masas moleculares similares. Puntos de ebullición: Alcano < Éter < Alcohol < Agua  El grupo hidroxilo de los alcoholes es hidrofílico (significa “amigo del agua”) porque puede formar puentes de hidrógeno con agua. Estas interacciones aumentan la solubilidad de los alcoholes en disolventes próticos. Los alcoholes de baja masa molecular son miscibles (soluble) con el agua. A ser polar, los alcoholes son buenos disolventes para otros compuestos polares y compuestos iónicos que se pueden disolver en algunos de los alcoholes de baja masa molecular. La cadena de carbono de un alcohol no puede formar puentes de hidrógeno y actúa como un grupo no-polar. Este grupo alquilo es hidrofóbico porque repela al agua. El número de átomos de carbonos afecta la solubilidad de estos compuestos en agua. Al aumentar el número de carbono, disminuye la solubilidad en agua. Alcoholes con tres o menos átomos de carbono son solubles en agua. El alcohol ter-butílico (4 carbonos) es soluble en agua porque la ramificación de la cadena de carbono aumenta la solubilidad del alcohol. Los alcoholes con cadenas de carbonos largas son solubles en disolventes orgánicos no polares. El número de grupos hidroxilo afecta la solubilidad de los alcoholes en agua. Mientras más grupos de hidroxilo tenga la molécula, mayor será su solubilidad en agua. Por ejemplo, el hexan- 1-ol con seis átomos de carbono y un grupo hidroxilo es poco soluble en agua, mientras el hexano- 1,6-diol con dos grupos hidroxilos es miscible en agua. Los fenoles con 6 carbonos tienen una estructura compacta y pueden formar un puente de hidrógeno con su grupo hidroxilo que facilita su solubilidad en agua. Los puentes de hidrógenos formados por los fenoles son más fuertes que los puentes de hidrógenos de los otros alcoholes. III. La acidez de los Alcoholes Los alcoholes son ácidos de Brønsted que se pueden desprotonar por una base fuerte produciendo un ion alcóxido. La acidez del protón hidroxilo de un alcohol depende de la sustitución de los grupos alquilos. Un aumento en la sustitución de los grupos alquilos disminuye la solvatación del ion alcóxido. La disminución de la solvatación resulta en una disminución en la estabilidad del alcóxido y el equilibrio favorece el alcohol (el equilibrio se desplaza hacia la izquierda).  La acidez de los alcoholes típicamente se expresa con el valor de los logaritmos negativos de la constante de disociación de ácido (pKa). Los ácidos más fuertes tienen valores de pKa más pequeños. Los grupos electroatrayentes como los halógenos retiran densidad electrónica del ion alcóxido por efecto inductivo estabilizando al alcóxido. Esto facilita la desprotonación del grupo hidroxilo. Por esta razón el 2-cloroetanol es más ácido que el etanol. Mientras más electronegativo sean los grupos electroatrayentes, mayor será la acidez del compuesto. Como estos grupos retiran densidad electrónica por efecto inductivo, su efectividad depende de su proximidad al grupo hidroxilo. Mientras más cerca estén los grupos electroatrayentes del grupo hidroxilo, mayor será la acidez del compuesto. La acidez también aumenta con un aumento en el número de grupos electroatrayentes. La desprotonación del protón hidroxilo de un fenol produce un ion fenóxido estabilizado por resonancia. La conjugación de la carga negativa con los doble enlaces del anillo aromático permite que la carga negativa este deslocalizada sobre el átomo de oxígeno y tres átomos de carbono del anillo. En los alcoholes alifáticos la carga negativa está localizada solamente sobre el átomo de oxígeno. La estabilización por resonancia del fenóxido aumenta la acidez de su protón hidroxilo en comparación con alcoholes alifáticos. Por ejemplo, el pKa de ciclohexanol es de 18, mientras el fenol tiene un pKa de 10. Dado el aumento en la acidez del protón hidroxilo de los fenoles, los fenoles se pueden desprotonar con una disolución acuosa de hidróxido de sodio o potasio.  Los alcóxidos son nucleófilos fuertes (y bases fuertes) que se utilizan en síntesis orgánicas. Típicamente los iones alcóxidos se forma a partir de la reacción del alcohol con sodio o potasio metálico. Alcoholes primarios como metanol y etanol se pueden desprotonar con sodio metálico. Los alcoholes secundarios (como el propan-2-ol) y terciarios (como el alcohol ter-butílico) son menos ácido, por lo cual se necesita utilizar potasio metálico. Para los alcoholes que reaccionan muy lento con potasio, se puede utilizar una solución de hidruro de sodio en tetrahidrofurano (THF) IV. Nomenclatura de los Alcoholes 1. Ácidos 2. Ésteres 3. Cloruro de ácido 4. Amidas 5. Nitrilos 6. Aldehídos 7. Cetonas 8. Alcoholes 9. Tioles 10. Aminas 11. Alquenos 12. Alquinos 13. Alcanos 14. Éteres 15. Sulfuros 16. Haluros 17. Nitro Según el orden de prioridad para asignar los nombres IUPAC para todos los grupos funcionales, los alcoholes tienen mayor prioridad que los tioles, aminas, alquenos, alquinos, alcanos, éteres sulfuros, haluros y grupo nitro. Cuando el grupo hidroxilo (—OH) es el sustituyente de mayor prioridad, el nombre del compuesto termina en -ol. La cadena se enumera para el número más pequeño posible para el grupo hidroxilo y esta posición se indica en el nombre del compuesto. Recuerden, la cadena principal puede ser un anillo o una cadena acíclica (lineal), no puede ser los dos a la misma vez, tienen que escoger. Para poder determinar cuál de los dos es la cadena principal, busquen a sustituyente de mayor prioridad. Si el sustituyente de mayor prioridad se encuentra en el anillo, entonces este anillo es la cadena principal. El átomo de carbono del grupo hidroxilo en un anillo se enumera carbono 1 y el resto del anillo se enumera para darle a los otros sustituyentes el número más pequeño posible. Se utiliza el prefijo “ciclo” antes del nombre de la cadena principal. Para los alcoholes con dobles enlaces, la configuración del doble enlace (cis, trans, Z o E) se incluye al principio del nombre. La posición del doble enlace (-#-en-) se escribe después del nombre de la cadena principal pero antes del sufijo —ol del alcohol. Para los alquinos, se le incluye la posición del triple enlace (-#-in-) se escribe después del nombre de la cadena principal pero antes del sufijo —ol del alcohol. Los alcoholes con dos grupos —OH se conocen como dioles. Para nombrar un diol se utiliza las posiciones de ambos grupos hidroxilos antes del sufijo -diol. Cuando los dos grupos hidroxilos se encuentran en carbonos adyacentes, este diol vecinal se llama glicol. En otras palabras, un glicol es un 1,2-diol o diol vecinal. Un fenol es un anillo de benceno (anillo de 6 carbonos con tres doble enlaces alternados) que tiene un grupo hidroxilo (—OH). En el caso de los fenoles, el anillo de benceno es la cadena principal y el grupo hidroxilo se encuentra en el carbono 1. Para nombrar los fenoles, se enumerar el resto de los sustituyentes del anillo para darle a los otros sustituyentes el número más pequeño posible. Referencias: Wade, L.G., (2012) Química Orgánica Vol. 1 (7ma ed.), México: Universidad Autónoma de México. Páginas 421-428 y 431-433 Jones Jr., M. (2000) Organic Chemistry (2da ed.), W. W. Norton & Company, New York, N.Y., USA. Páginas 762-770  Introducción a la Síntesis de los Alcoholes I. Síntesis de Alcoholes a partir de la sustitución nucleofílica Los alcoholes son intermediarios sintéticos importantes que se sintetizan directamente a partir de una gran variedad de grupos funcionales. Una forma de sintetizar alcoholes es la conversión de haluros de alquilo mediante la sustitución nucleofílica (SN1 y/o SN2). Los átomos de halógenos son buen grupo saliente. Cuando el nucleófilo ataca al carbono con el halógeno, el halógeno sale como un anión ( X ). La sustitución nucleofílica mediante un mecanismo SN2 involucra una inversión de configuración del carbono asimétrico. En la reacción del yodometano (CH3I) con el ion hidróxido, el ion hidróxido que es un nucleófilo fuerte ataca el átomo de carbono asimétrico por el lado opuesto del halógeno (el grupo saliente) invirtiendo la configuración. Esta es una reacción concertada, que significa que la ruptura y formación de enlaces ocurre simultáneamente en un solo paso. La reacción SN2 necesita un nucleófilo fuerte y un sustrato que no esté demasiado impedido. Si el nucleófilo es débil y el sustrato tiene impedimento estérico, la reacción ocurre mediante el mecanismo SN1. Por ejemplo, agua es un nucleófilo débil, y el bromuro de ter-butilo es un haluro terciario impedido. Los mecanismos SN1 ocurren en tres pasos: la ionización del haluro de alquilo (el paso limitante de la rapidez), el ataque nucleofílico por el disolvente (nucleófilo débil) y una desprotonación. Como el carbocatión formado en el paso 1 es plano y aquiral, el nucleófilo puede atacar al carbocatión por cualquier lado. Si el compuesto original era quiral, este mecanismo genera los dos enantiómeros del producto que es en una mezcla racémica. Paso 1: Ionización lenta para formar un carbocatión. Paso 2: Ataque nucleofílico sobre el carbocatión por una molécula de agua. Paso 3: Desprotonación para formar el producto. II. Hidratación de un alqueno catalizada por ácido La hidratación de un alqueno catalizada por un ácido fuerte (como H2SO4 o HNO3) con agua en exceso producir un alcohol. En esta reacción un átomo de hidrógeno se adiciona a un carbono y un grupo hidroxilo se adiciona al otro carbono del alqueno. Paso 1: La protonación del enlace doble para forma un carbocatión. Paso 2: El ataque nucleofílico por agua sobre el carbocatión. Paso 3: La desprotonación del oxígeno produce el alcohol con el grupo —OH en el carbono más sustituido Este mecanismo es regioselectivo y sigue la regla Markovnikov. La protonación del alqueno ocurre en el carbono menos sustituido para producir el carbocatión más estable sobre el carbono más sustituido del alqueno. El ataque nucleofílico por el agua ocurre sobre el carbocatión más sustituido que después de una desprotonación resulta en el producto Markovnikov (el alcohol con el grupo —OH en el carbono más sustituido).  Como esta reacción involucra un carbocatión, reordenamientos del carbocatión puede ocurrir para formar un carbocatión más estable. Por ejemplo, la hidratación catalizada por un ácido del 3,3-dimetilbut-l-eno experimenta un reordenamiento del carbocatión produciendo el 2,3- dimetilbutan-2-ol como el producto principal. III. Síntesis de alcoholes a partir de la oximercuración-desmercuración de los alquenos Oximercuración Desmercuración El enlace doble de los alquenos se hidrata fácilmente bajo condiciones de oximercuración- desmercuración para producir un alcohol con orientación Markovnikov. En la oximercuración- desmercuración no se produce un carbocatión, por lo cual no se forma un reordenamiento ni mezcla de productos. La oximercuración utiliza acetato mercúrico, Hg(OCOCH3)2 abreviado como Hg(OAc)2, para iniciar la reacción sobre el enlace doble. El acetato mercúrico se disocia para formar una especie de mercurio con carga positiva: +Hg(OAc). El ataque electrofílico del doble enlace al +Hg(OAc) produce un anillo de tres miembros con el ion mercurinio. Los dos átomos de carbono del anillo tienen una carga parcialmente positiva, pero el átomo de carbono más sustituido tiene una carga más positiva por ser más estable. El enlace entre el mercurio y el átomo de carbono más sustituido es más largo y más débil que el enlace entre el mercurio y el átomo de carbono menos sustituido. Paso 1: El ataque electrofílico forma un ion mercurinio y un catión organometálico que contiene un anillo de tres miembros. Carbono más positivo y más electrofílico Paso 2: El agua (disolvente) ataca el carbono más sustituido (más electrofílico) para abrir el anillo y se produce la orientación Markovnikov. ̶ El +Hg(OAc) permanece enlazado al extremo menos sustituido del enlace doble. Paso 3: La desprotonación genera un alcohol organomercurial. La oximercuración-desmercuración involucra dos procesos: la oximercuración y la desmercuración. En la desmercuración se elimina el mercurio con el agente reductor borohidruro de sodio (NaBH4). Esta reacción sustituye al Hg(OAc) con un átomo de hidrógeno. La oximercuracion-desmercuracion genera mejores rendimientos que la hidratación catalizada por ácidos, sin embargo, los compuestos organomercuriales son altamente tóxicos. Paso 4: La reducción del alcohol organomercurial por el borohidruro de sodio (NaBH4) produce el alcohol con orientación Markovnikov. IV. Síntesis de alcoholes a partir de hidroboración-oxidación de los alquenos El diborano (B2H6) es el dímero de borano (BH3). Típicamente en reacciones orgánicas se utiliza el complejo de borano con el éter cíclico tetrahidrofurano (BH3 THF).  En la primera reacción de la hidroboración-oxidación, el borano de este complejo se adiciona al enlace doble de un alqueno para formar un alquilborano con orientación antiMarkovnikov. En la segunda reacción, el peróxido de hidrógeno en medio básico oxida al alquilborano para formar un alcohol. El resultado final de la hidroboración-oxidación es conversión del enlace doble de un alqueno a un alcohol con orientación antiMarkovnikov. El boro y el hidrógeno se adicionan en un solo paso por el mismo lado del enlace doble del alqueno en una adición syn. Como el átomo de boro es electrofílico, este se adiciona en el carbono menos sustituido del enlace doble mientras el átomo de hidrógeno se adiciona al carbono más sustituido. En el estado de transición, el átomo de carbono más sustituido del enlace doble adquiere una carga parcial positiva que es más estable sobre el carbono más sustituido. El impedimento estérico también favorece la adición del boro al carbono menos sustituido (menos impedido) del enlace doble. Se utiliza una mezcla de peróxido de hidrógeno en una solución de hidróxido de sodio para oxidar al alquilborano a un alcohol. Este alcohol tiene orientación anti-Markovnikov debido a que el borano se adiciono al carbono menos sustituido del alqueno y el grupo hidroxi que reemplaza al borano también termina en el carbono menos sustituido. El grupo hidroxilo se adiciona en la misma posición estereoquímica que el boro y si el carbono es asimétrico el producto final es quiral. V. Hidroxilación syn de los alquenos La adición de un grupo hidroxilo a ambos átomos de carbono de un enlace doble para formar un glicol se conoce como hidroxilación (o dihidroxilación) del enlace doble. La hidroxilación de alquenos con estereoquímica syn típicamente se lleva cabo utilizando el tetraóxido de osmio y el permanganato de potasio. En presencia de permanganato de potasio frio, los alquenos se oxidan y producen un glicol. El permanganato se adiciona al enlace doble del alqueno en un paso concertado en una adición con estereoquímica syn (por la misma cara del enlace doble) para formar un éster cíclico que se hidroliza por la solución básica produciendo el cis-glicol y un precipitado de dióxido de manganeso (MnO-2). De igual manera que el permanganato de potasio, el tetraóxido de osmio (OsO4) reacciona con alquenos en un paso concertado para formar un éster osmiato cíclico. Este éster osmiato se puede hidrolizar con peróxido de hidrógeno (H2O2) o un óxido de amina terciaria (R3N+—O—) produciendo el cis-glicol y regenerando al tetraóxido de osmio. Referencias: Wade, L.G., (2012) Química Orgánica Vol. 1 (7ma ed.), Pearson Educación México, México. Páginas 229, 243, 334-343, 360-361 y 434-436 Jones Jr., M. (2000) Organic Chemistry (2da ed.), W. W. Norton & Company, New York, N.Y., USA. Páginas 330-331, 335-345, 370-373, 392-393, 777-780  Síntesis de los Alcoholes a partir de compuestos carbonílicos I. Adición de acetiluros a compuestos carbonílicos La desprotonación del protón acetilénico (≡ C —H) de los alquinos terminales produce un carbanión llamado ion acetiluro. Solamente las bases fuertes como el amiduro de sodio (NaNH2) y el hidruro de sodio (NaH) pueden desprotonar a los alquinos terminales para formar los iones acetiluro. El carbono terminal de los acetiluros tiene una carga negativa y son nucleófilos fuertes. Los acetiluros de sodio pueden reaccionar con haluros de alquilo mediante un mecanismo SN2 para formar nuevos enlaces carbono-carbono. El grupo carbonilo (C=O) es un grupo polar porque el átomo de oxígeno es más electronegativo que el carbono. La diferencia de electronegatividad entre estos átomos causa el átomo de carbono tenga una carga parcialmente positiva y sea electrofílico. Los acetiluros se adicionan al átomo de carbono del grupo carbonilo creando un nuevo enlace carbono-carbono y produciendo un alcóxido. El alcóxido que es una base fuerte se protonar en un paso subsecuente. Paso 1: El ataque nucleofílico por el acetiluro al compuesto carbonílico produce un ion alcóxido. Paso 2: La adición de un ácido diluido protona al alcóxido para formar el alcohol. Si compuesto carbonílico es formaldehído (H2C=O), este proceso produce un alcohol primario. Si compuesto carbonílico es un aldehído, este proceso produce un alcohol secundario. Si compuesto carbonílico es una cetona, este proceso produce un alcohol terciario. II. Reactivos Organometálicos Los compuestos organometálicos tienen un enlace covalente entre un átomo de carbono y metal (M) tal como magnesio o litio. Como los átomos metálicos son menos electronegativos que el carbono, este enlace es polarizado y el átomo de carbono tiene una carga parcialmente negativa. La reacción de un haluro de alquilo (excluyendo a fluoruros) en una solución de magnesio metálico en éter seco (anhidro) produce el reactivo organometálico llamado reactivos de Grignard. Los reactivos de Grignard cuya fórmula general es de R—Mg—X, se forman a partir de haluros de alquilo primarios, secundarios, terciarios, vinilo y arilo. Mientras menos electronegativo sea el haluro, más rápido reacciona bajo estas condiciones. Por lo cual, los fluoruros de alquilo por lo general no reaccionan. La reacción de un haluro de alquilo con litio metálico produce los reactivos organolitio. Esta reacción se da con los mismos haluros de alquilo, haluros de vinilo y haluros de arilo que la reacción con magnesio. Esta reacción puede utilizar una variedad de disolventes no necesariamente tiene que ser éter. Al contrario, los reactivos de Grignard necesitan éteres como disolventes para solvatar y estabilizar al reactivo de Grignard.  Los reactivos de Grignard y organolitio se adicionan a los siguientes doble enlaces C=O, S=O, C=N y N=O. También se adicionan al triple enlace de los nitrilos (C≡N). Estos enlaces son electrofílicos y si una molécula contiene cualquier combinación de estos enlaces, los reactivos organometálicos pueden atacar cualquiera de estos enlaces multiples produciendo una mezcla de productos. Para evitar esto, la molécula debe tener un solo enlace electrofílico. Comunmente, los reactivos de Grignard y organolitio se utilizan en reacciones de adición con compuestos carbonílicos (C=O). ` Los reactivos de Grignard y organolitio reaccionan irreversiblemente con disolventes próticos como agua (O—H), alcoholes (O—H), tioles (S—H) y aminas (N—H). Estos reactivos también reaccionan con el átomo de hidrógeno de un alquino terminal (—C≡C—H) por ser acídico. El agua, alcoholes, tioles, aminas y alquinos terminales son capaces de protonar a los reactivos de Grignard y organolitio, desactivan estos mismo. Por lo cual, es necesario utilizar un disolvente aprótico y seco como los éteres para las reacciones con reactivos de Grignard y organolitio. Usualmente se utiliza dietil éter (CH3CH2OCH2CH3) o tetrahidrofurano (THF). Cuando se escribe las condiciones de reacción, es necesario separar las reacciones del reactivo organometálico de la reacción de protonación. Esta separación de reacción se indica enumerando las reacciones o simplemente escribiendo las reacciones sobre flechas separadas. III. Reacciones de Reactivos de Grignard con compuestos carbonílicos Los reactivos de Grignard son nucleófilos y bases fuertes. El reactivo de Grignard reacciona como un carbanión (R:—) que ataca al carbono del carbonilo reduciéndolo a una sal de alcóxido. En esta primera reacción no puede haber agua ni ácidos presentes porque desactivan al reactivo de Grignard. Después que finalice la primera reacción se puede adicionar agua, un alcohol o una solución diluida de ácido en una segunda reacción para protonar al alcóxido. Reacción 1: Formación del reactivo de Grignard en una disolución de éter anhidro. Reacción 2: El reactivo de Grignard ataca un compuesto carbonílico para formar el alcóxido. Reacción 3: Protonación del alcóxido por ácido diluido (o agua o alcohol) para generar el alcohol Si compuesto carbonílico es formaldehído (H2C=O), este proceso produce un alcohol primario. Si compuesto carbonílico es un aldehído, este proceso produce un alcohol secundario. Si compuesto carbonílico es una cetona, este proceso produce un alcohol terciario. Un cloruro de ácido es un derivado de ácido carboxílico donde el grupo hidroxilo (—OH) se reemplaza por un cloro (—Cl). Un éster es otro derivado de ácido carboxílico donde el grupo hidroxilo se reemplaza por un grupo alcoxi (—OR). El cloruro y el grupo alcoxi activan al grupo carbonilo (C=O) hacia una reacción de adición nucleofílica, en cual estos grupos actúan como grupo saliente. Dos moléculas de reactivo organometálico se pueden adicionar al carbonilo de estos dos derivados de ácido carboxílico produciendo un alcóxido. Después de la protonación el alcóxido se convierte en un alcohol terciario.  La adición del primer equivalente del reactivo organometálico al carbonilo del éster resulta en la expulsión del grupo alcoxi. En el caso del cloruro de ácido, este proceso resulta en la expulsión del cloruro. La adición del segundo equivalente del reactivo organometálico al carbonilo produce el ion alcóxido que se protonar en el último paso para formar un alcohol terciario. IV. Reducción de compuestos carbonílicos Los reactivos hidruro adicionan un ion hidruro (H:—) al grupo carbonilo reduciéndolo. En los laboratorios, los reactivos de hidruros típicamente utilizados son el borohidruro de sodio (NaBH4) y el hidruro de litio y aluminio (LiAlH4). En esto hidruros complejos, los átomos de hidrógeno tienen cargas parcialmente negativas (δ ̶ ). El agente reductor más comúnmente utilizado para los aldehídos y cetonas es el borohidruro de sodio (NaBH4). El NaBH4 reduce los aldehídos a alcoholes primarios y las cetonas a alcoholes secundarios. En la primera reacción, el ion hidruro actúa como nucleófilo y ataca al carbono del carbonilo reduciéndolo a un alcóxido. En una segunda reacción este alcóxido es protonado con la adición agua (o ácido diluido) para formar un alcohol. Reacción 1: Ataque nucleofílico por el ion hidruro forma un ion alcóxido. Reacción 2: La protonación del alcóxido. El borohidruro de sodio en general no reacciona con los ácidos carboxílicos y ésteres. En la primera molécula, el borohidruro de sodio solamente puede reducir la cetona y no al éster. Para poder reducir a los ácidos carboxílicos y ésteres, se necesita un agente reductor más fuerte como el hidruro de litio y aluminio (LiAlH4). El LiAlH4 puede reducir las cetonas, aldehídos, ácidos carboxílicos, ésteres y otros derivados de ácidos. El LiAlH4 reduce cetonas a alcoholes secundarios, mientras que los aldehídos, ácidos y ésteres se reducen a alcoholes primarios. La primera reacción forma la sal de litio del ion alcóxido. En la segunda reacción, se protona el alcóxido con ácido diluido.  La hidrogenación catalítica de aldehídos y cetonas con el catalizador níquel Raney produce alcoholes primarios y secundarios respectivamente. Esta reacción involucra la adición de dos átomos de hidrógeno al enlace doble del carbonilo. El níquel Raney también reduce a los alquenos, aunque esta reducción es más lenta que la reducción del grupo carbonilo. Si se desea reducir selectivamente al grupo carbonilo de los aldehídos y cetonas en presencia de un alqueno, es mejor utilizar el borohidruro de sodio. Referencias: Wade, L.G., (2012) Química Orgánica Vol. 1 (7ma ed.), Pearson Educación México, México. Páginas 436-494 Jones Jr., M. (2000) Organic Chemistry (2da ed.), W. W. Norton & Company, New York, N.Y., USA. Páginas 734-740 y 778-779  Tioles (Mercaptanos) I. Introducción Los tioles son análogos de los alcoholes, en cual el átomo de oxígeno del grupo hidroxilo (—OH) es reemplazado por un átomo de azufre resultando un grupo mercapto —SH. Los tioles forman derivados estables de metales pesados tales como mercurio. Por esta razón, los tioles también se llaman mercaptanos que significa captura mercurio. Los tioles también tienen beneficios a la salud. Por ejemplo el olor característico del ajo se debe a compuestos mercaptos. Estos compuestos también son responsables por algunos de los beneficios medicinales del ajo. Dado su olor fuerte y característico, los tioles (como el etanotiol) se adiciona al gas natural para poder detectar una fuga, dado que el gas natural no tiene olor. El 3- metilbutano-1-tiol es el componente principal y es el responsable de olor fuerte del gas rociado por los zorrillos. II. Nomenclatura de las Cetonas y Aldehídos Según el orden de prioridad para asignar los nombres IUPAC para todos los grupos funcionales, los tioles tienen menor prioridad que los alcoholes, pero mayor prioridad que las aminas, alquenos, alquinos, alcanos, éteres sulfuros, haluros y grupo nitro. Cuando el grupo mercapto (—SH) es el sustituyente de mayor prioridad, el nombre del compuesto termina en -tiol. La cadena se enumera para el número más pequeño posible para el grupo mercapto y esta posición se indica en el nombre del compuesto. En el caso de un compuesto que tenga un grupo hidroxilo (—OH) y un grupo mercapto (— SH), el grupo mercapto no es el sustituyente de mayor prioridad. En esta situación como el grupo mercapto es el sustituyente de menor prioridad se le llama -mercapto y se escribe al principio del nombre IUPAC con los otros sustituyentes de menor prioridad en orden alfabético. Nombre IUPAC: (sustituyentes de menor prioridad en orden alfabético) cadena principal - (si tiene un alqueno o alquino) - sustituyente de mayor prioridad III. Acidez de los Tioles Los átomos de azufre son más grandes y polarizable que los átomos de oxígeno. El tamaño del átomo de azufre aumenta la longitud del enlace S—H en comparación con el enlace O—H. Mientras más largo es el enlace, más débil y más fácil es romper el enlace. Como el átomo de azufre es más grande que oxígeno, la desprotonación del tiol produce un anión cuya carga negativa esta deslocalizada en un área mayor que la nube electrónica de un átomo de oxígeno. Esta estabilización de la carga negativa por el átomo de azufre causa que el ion tiolato (R—S ̶ ) sea una base conjugada más estable que el ion alcóxido (R—O ̶ ). Por estos dos factores, los tioles son más acídicos que los alcoholes. IV. Preparación de Tioles La desprotonación de sulfuro de hidrógeno (SH2) por una base fuerte como hidróxido de sodio produce el anión hidrosulfuro de sodio que es un buen nuecleófilo. El hidrosulfuro de sodio se puede utilizar en reacciones SN2 con haluros de alquilo no impedidos para producir tioles. Los tioles son nucleofílicos, por lo cual típicamente se puede alquilar nuevamente resultando en un sulfuro (R—S—R). Para evitar la alquilación del tiol, es necesario utilizar un exceso del hidrosulfuro de sodio. V. Oxidación de los Tioles Los tioles se pueden oxidar en presencia de agentes oxidantes como el permanganato de potasio (KMnO4) o el ácido nítrico (HNO3) resultando en ácidos sulfónicos. Esta oxidación ocurre sobre el átomo de azufre. Como el átomo de azufre tiene orbitales d vacíos, el azufre pueden expandir su capa de valencia para formar hasta 6 enlaces. Esta expansión crea un octeto ampliado. La estructura de resonancia sin cargas formales y cuyo átomo de azufre tenga los seis enlaces, es la estructura principal. La oxidación de los tioles por halógenos (I2 o Br2) generalmente producen un dímero llamado disulfuro. La formación de estos disulfuros ocurre mediante una serie de reacciones de desplazamiento SN2.  El aminoácido cisteína contiene un grupo tiol que se puede oxidar para formar puentes disulfuro entre dos residuos de cisteína. Estos puentes disulfuro le dan estabilidad a la estructura. Referencias: Wade, L.G., (2012) Química Orgánica Vol. 1 (7ma ed.), México: Universidad Autónoma de México. Páginas 455-457 Jones Jr., M. (2000) Organic Chemistry (2da ed.), W. W. Norton & Company, New York, N.Y., USA. Páginas 797-799, 802 y 1285  Capítulo 10: Estructura y síntesis de alcoholes Glosario Ácido sulfonico: Compuesto muy acido de formula R—SO3H, formado por la oxidación vigorosa de un tiol. Alcohol: Compuesto en el que un átomo de hidrógeno de un hidrocarburo ha sido reemplazado por un grupo hidroxilo —OH. Los alcoholes se clasifican como primarios, secundarios o terciarios dependiendo de si el grupo hidroxilo esta enlazado a un átomo de carbono primario, secundario o terciario. Aldehído: Compuesto carbonílico con un grupo alquilo y un hidrógeno en el grupo carbonilo. Átomo de carbono carbinol: En un alcohol, el átomo de carbono enlazado al grupo hidroxilo. Derivados de ácidos: Compuestos que están relacionados con ácidos carboxílicos, pero tienen otros grupos que atraen densidad electrónica en lugar del grupo —OH del ácido. Tres ejemplos son los cloruros de ácido, esteres y amidas. Dialquilcuprato de litio (reactivo de Gilman): Reactivo organometalico utilizado para acoplarse con un haluro de alquilo. Diol: Compuesto con dos grupos alcohol, —OH. Disulfuro: Dímero oxidado de un tiol, R—S—S—R. Epóxidos (oxiranos): Compuestos que contienen oxígeno en un anillo de tres miembros. Fenol: Compuesto con un grupo hidroxilo enlazado directamente a un anillo aromático. Glicol: Un diol vecinal (1,2-diol). Grupo hidroxi (grupo hidroxilo): El grupo —OH, como en un alcohol. Hidrofílico: Significa “amigo del agua”. Es una molécula atraída por el agua que significa que es soluble en agua. Hidrofóbico: Significa “repele al agua”. Es una molécula que rechaza al agua o sea es insoluble en agua. Ion alcóxido: Anión R—O- formado por la desprotonación de un alcohol. Ion tiolato (mercapturo): Anión R—S- formado por la desprotonación de un tiol. Mercaptano (tiol): Análogo sulfurado de un alcohol, R—SH. Miscible: Mutuamente soluble en cualquier proporción. Níquel Raney: Aleación de níquel y aluminio finamente dividida, la cual ha sido tratada con NaOH para disolver la mayor cantidad de aluminio. Se utiliza como catalizador para la hidrogenación de cetonas y aldehídos en alcoholes. Reactivo de Grignard: Haluro de alquilmagnesio escrito de la forma R—Mg—X. Reactivo hidruro: Un compuesto de hidrógeno con un elemento menos electronegativo, por lo que el hidrógeno puede ser donado con su par de electrones a un compuesto orgánico. La transferencia del hidruro reduce el compuesto orgánico. Los reactivos hidruro incluyen hidruros simples como NaH y LiH, así como hidruros complejos como NaBH4 y LiAIH4. Reactivo organolitio: Reactivo organometálico de la forma R—Li. Tiol (mercaptano): Análogo sulfuroso de un alcohol, R—SH.