quimica orgánica wade

21-12 Resumen de la química de los ésteres 1023

Formación de lactonas Las lactonas sencillas que contienen anillos de cinco y seis miem- O
bros con frecuencia son más estables que los hidroxiácidos de cadena abierta. Estas lactonas se
forman de manera espontánea en condiciones ácidas (por medio de la esterificación de Fischer). O CH3
acetato de (Z)-11-hexadecenilo
OH Hϩ O
COOH ϩ H2O Los insectos por lo regular usan fero-
monas como señales químicas para
27% O identificar su especie, como señal
de alarma o para encontrar pareja.
73% Los ésteres, en particular los de ace-
tato, son algunas de las feromonas
Las lactonas que no están favorecidas por su energía pueden sintetizarse desplazando el sexuales de insectos más comunes.
equilibrio hacia los productos. Por ejemplo, la lactona del ácido 9-hidroxinonanoico de diez
miembros se forma al reaccionar en una disolución diluida de benceno que contiene una traza La polilla de la manzana, Argyresthia
de ácido p-toluensulfónico. La reacción se desplaza hacia la lactona destilando el azeótropo de conjugella, es una plaga que atraviesa
benceno/agua para eliminar el agua y desplazar el equilibrio a la derecha. las manzanas inmaduras y se las come
desde adentro. Una de sus feromonas
OH Hϩ O H2O sexuales es el acetato de (Z)-11-hexa-
COOH benceno ϩ decenilo, el cual se usa para atrapar
(eliminada) insectos adultos. Los atrayentes de in-
ácido 9-hidroxinonanoico O sectos son sustancias químicas impor-
tantes debido a que las trampas crea-
lactona del ácido 9-hidroxinonanoico das con estas feromonas están permi-
(95%) tidas para el control de insectos de
acuerdo con las reglas de la agricul-
Las lactonas son comunes entre los productos naturales. Por ejemplo, el ácido L-ascórbico tura “orgánica”.
(vitamina C) es necesario en la dieta humana para evitar la enfermedad del tejido conectivo co-
nocida como escorbuto. En disoluciones ácidas, el ácido ascórbico está como una mezcla en polilla de la manzana
equilibrio de las formas cíclica y acíclica, pero la forma cíclica predomina. La eritromicina
es un miembro del grupo de los antibióticos macrólidos (lactonas de anillos grandes), la cual
se aísla a partir de la Streptomyces erythraeus. Inhibe la síntesis de proteínas bacterianas, por
tanto detiene el crecimiento y el desarrollo bacteriano. La eritromicina es efectiva contra una
gama amplia de enfermedades, incluyendo los estafilococos, los estreptococos, la clamidia y
la enfermedad del legionario.

COOH H CH3 H3C H H3C OH
&
C9 OH H CH2OH HH
' HO C O
C9 OH H+ "O HO ' O9 azúcar
OH
HOH 99&&&99 HOH O H CH3
H HO O CH3
HO
H3C ' H
CH2OH H CH2CH3 O H O9 azúcar

ácido l-ascórbico (vitamina C) eritromicina

PROBLEMA 21-33

Proponga un mecanismo para la formación de la lactona del ácido 9-hidroxinonanoico, mostrada en la figura anterior.

PROBLEMA 21-34

Sugiera el reactivo más apropiado para cada síntesis y explique su elección.
O

OH O C CH3 (b) OH OH
COOH COOH C OCH3
(a) O
COOH C OEt
O C NHPh
CH3 CH3 O

(c) (d)

C OCH3 CH2OH
O

1024 CAPÍTULO 21 Derivados de ácidos carboxílicos

PROBLEMA 21-35

Muestre cómo sintetizaría cada compuesto, comenzando con un éster que no tenga más de ocho átomos

de carbono. Puede usarse cualquier otro reactivo necesario.

(a) Ph3C ¬ OH (b) 1PhCH222CHOH (c) PhCONHCH2CH3

(d) Ph2CHOH (e) PhCH2OH (f) PhCOOH

(g) PhCH2COOCH1CH322 (h) PhCH29&C(CH2CH3)2 (i) HO ¬ 1CH228 ¬ OH

OH

Prueba de inflación de un satélite Poliésteres En este momento, es probable que esté usando al menos cinco cosas que estén
Echo en un hangar de dirigibles hechas de poliésteres. Su ropa quizá tenga algo de la fibra del poliéster Dacrón®, y segura-
en Weeksville, NC, el 5 de agosto mente están cosidas con hilo de Dacrón®. Su computadora usa discos floppy hechos de
de 1965. Mylar® y la película óptica en su DVD está hecha de Mylar®. Algunos de los componentes
electrónicos de su teléfono celular probablemente están protegidos (cubiertos y aislados de
descargas eléctricas) con la resina del poliéster Glyptal®. El refresco que tiene en su mano
viene en una botella de plástico que fue moldeada por soplado a partir de una resina del
poli(tereftalato de etileno), mejor conocida como PET.

Todos estos plásticos son el mismo compuesto, y están formados por ácido tereftálico
(ácido para-ftálico) esterificado con etilenglicol. Este poliéster se produce por medio de una
transesterificación catalizada por base del tereftalato de dimetilo con etilenglicol a una tempera-
tura de alrededor de 150 °C. A esta temperatura, el metanol escapa como un gas, haciendo que
la reacción se complete totalmente. En el capítulo 26 estudiaremos con más detalles los poliés-
teres y otros polímeros.

OO

CH3O C C OCH3 ϩ HO CH2CH2 OH calor, pérdida de CH3OH
NaOCH3
etilenglicol

tereftalato dimetílico

OO OO

C C O CH2CH2 O C C O CH2CH2 O

n

poli(tereftalato de etileno) o PET, también llamado poliéster de Dacrón® o película de Mylar®

21-13 Síntesis de amidas Las amidas son los derivados de ácido menos reactivos y pueden pro-
ducirse a partir de cualquiera de los demás. En el laboratorio, las amidas por lo común se sin-
Resumen de la tetizan por medio de la reacción de un cloruro (o anhídrido) de ácido con una amina. La síntesis
química de industrial más común involucra el calentamiento de un ácido con una amina (a temperaturas
las amidas altas, en ausencia de oxígeno) para eliminar el agua y favorecer la condensación. Esta técnica
industrial sencilla rara vez funciona bien en el laboratorio, pero puede tener éxito si se usa un
reactivo de acoplamiento (sección 24-11). Los ésteres reaccionan con aminas y amoniaco para
formar amidas y la hidrólisis parcial de los nitrilos también forma amidas.

O ϩ RЈ9NH2 calor O H2O (sección 20-12)
' (300 ˚C) ' (secciones 20-15 y 21-5)
R9 C9 OH amina R9 C9NHRЈ ϩ ϩ (sección 21-5)

ácido ϩ 2 RЈ2NH amida RЈ2NH2 ClϪ
RCOOH
O amina O ϩ
' '
R9 C9 Cl ϩ RЈ2NH R9 C9NRЈ2

cloruro de ácido amina amida

OO O ϩ
'' '
R9 C9 O 9 C9R R9 C 9 NRЈ2

anhídrido amida

21-13 Resumen de la química de las amidas 1025

O ϩ RЈ9NH2 O ϩ RЈЈOH (sección 21-5)
' ' 1Њ amida (sección 21-7D)
R9 C9 ORЈЈ amina R9 C9NHRЈ

éster ϩ H2O H+ o −OH amida

R9 C#N O
'
nitrilo R9 C9NH2

Reacciones de las amidas Debido a que las amidas son los derivados de ácido más esta-
bles, no se convierten con facilidad a otros derivados por medio de la sustitución nucleofílica en
el grupo acilo. Desde el punto de vista sintético, su reacción más importante es la reducción
a aminas, la cual es uno de los mejores métodos para sintetizar aminas. El reordenamiento
de Hofmann (sección 19-19C) convierte a las amidas en aminas, con la pérdida de un átomo de
carbono. Las amidas se hidrolizan con un ácido fuerte o una base fuerte. Así como los nitrilos
se hidrolizan a amidas, las amidas pueden deshidratarse para formar nitrilos.

O H2O O (sección 21-7C)
R C NHRЈ H+ o −OH
R C OH ϩ RЈNH2
amida (1) LiAlH4
(2) H2O ácido
O
R C NH2 Br2, −OH R CH2NHRЈ (secciones 19-19B y 21-8C)
(reordenamiento
amida 1° de Hofmann) amina

POCl3 R NH2 ϩ CO23Ϫ (sección 19-21D)
(o P2O5)
amina 1°

RCN (sección 21-13)

nitrilo

Deshidratación de amidas a nitrilos Los agentes deshidratantes fuertes pueden eliminar

agua de una amida primaria para formar un nitrilo. La deshidratación de amidas es uno de los

métodos más comunes para la síntesis de nitrilos. El pentóxido de fósforo (P2O5) es el reactivo
tradicional para esta deshidratación, pero el oxicloruro de fósforo (POCl3) en ocasiones da
mejores rendimientos.

O POCl3 RCN
(o P2O5)
R C NH2 nitrilo

amida primaria

Ejemplo

CH3CH2 O NH2 P2O5 CH3CH2 N

CH3CH2CH2CH2 CH C CH3CH2CH2CH2 CH C

2-etilhexanamida 2-etilhexanonitrilo (90%)

Formación de lactamas Las lactamas de cinco miembros (g-lactamas) y las lactamas de
seis miembros (d-lactamas) se forman con frecuencia al calentar o al adicionar un agente des-
hidratante a los g- y d-aminoácidos correspondientes. Las lactamas que contienen anillos más
pequeños o más grandes no se forman de manera rápida en estas condiciones.

NH2 calor NH H2O
COOH ϩ

ácido g-aminobutírico O

g-butirolactama

1026 CAPÍTULO 21 Derivados de ácidos carboxílicos

NH2 calor NH H2O
COOH ϩ

ácido d-aminovalérico O

d-valerolactama

Reactividad biológica de las B-lactamas Las b-lactamas por lo general son amidas
reactivas y son capaces de acilar a una gran variedad de nucleófilos. La tensión grande en el
anillo de cuatro miembros es la fuerza motriz para la reactividad inusual de las b-lactamas.
Cuando una b-lactama acila a un nucleófilo, el anillo se abre y se libera la tensión del anillo.

H H Nuc Ϫ H H H H H H
HC CH HC CH HC CH HC CH
H NϪ
NC N C Nuc HOH NH2 C Nuc
HO H OϪ O
C Nuc
b-propiolactama O

El anillo de b-lactama se encuentra en tres clases importantes de antibióticos, todos ais-
lados de hongos. Las penicilinas tienen un anillo de b-lactama fusionado con un anillo de cinco
miembros que contiene un átomo de azufre. Las cefalosporinas tienen un anillo de b-lactama
fusionado con un anillo de seis miembros insaturado que contiene un átomo de azufre. Los car-
bapenemos tienen un anillo de b-lactama fusionado con un anillo de cinco miembros insatu-
rado con un átomo de azufre enlazado al anillo. Las estructuras de la penicilina V, la cefalexina
y el imipenemo ejemplifican estas tres clases de antibióticos.

OH OH OH
Ph CH C N CH3CH
PhOCH2 C N S CH3 S NH
O
N CH3 NH2 N N SCH2CH2N9 C9H
O O CH3 H
COOH
COOH COOH
penicilina V, cefalexina (Keflex®), imipenemo (Primaxin®),
una penicilina
una cefalosporina un carbapenemo

Las bacterias resistentes a los Estos antibióticos b-lactámicos es muy probable que funcionen interfiriendo la síntesis de
fármacos inactivan los antibióticos las paredes celulares bacterianas. La figura 21-11 muestra cómo el grupo carbonilo de la b-lac-
B-lactámicos hidrolizando el enlace tama acila un grupo hidroxilo (de un residuo de serina) en una de las enzimas involucradas en
amida del anillo de la lactama. la formación de la pared celular. La enzima acilada se inactiva para la síntesis de la proteína
El Augmentin® es una mezcla de un de la pared celular. Este paso de acilación es inusual debido a que convierte una amida en un
antibiótico B-lactámico (amoxicilina) éster, una reacción desfavorecida (cuesta arriba) ya que es endotérmica. Sin embargo, la b-lac-
y clavulanato de potasio, un com- tama libera la tensión del anillo de cuatro miembros activando a la amida lo suficiente para
puesto que bloquea a la enzima acilar a un alcohol y formar un éster; este paso es exotérmico porque libera energía.
responsable de la hidrólisis. Esta
combinación permite que la O O
amoxicilina no sea desactivada
por la enzima. PhOCH2C NH S CH3 PhOCH2C NH
O S CH3
a FIGURA 21-11 N CH3
Acción de los antibióticos b-lactámicos. O ON
Los antibióticos b-lactámicos funcio-
nan por medio de la acilación e inacti- COOH CH3
vación de una de las enzimas necesarias
para formar la pared celular bacteriana. OH H COOH

enzima acilada,
activa enzima
inactiva

21-14 Resumen de la química de los nitrilos 1027

PROBLEMA 21-36

Muestre cómo lograría las siguientes transformaciones sintéticas. Puede usar cualquier reactivo

necesario.

(a) N-etilbenzamida : benciletilamina (b) benzoato de etilo : N-etilbenzamida

(c) pirrolidina : N-acetilpirrolidina (d) ácido g–aminobutírico : pirrolidina

PROBLEMA 21-37

Muestre cómo lograría las siguientes síntesis usando amidas como intermediarios. Puede usar cualquier

reactivo necesario.

(a) ácido benzoico : bencildimetilamina (b) pirrolidina : N-etilpirrolidina

(c) ácido ciclopentanocarboxílico : ciclopentanocarbonitrilo

Poliamidas: nailon El descubrimiento del nailon en 1938 hizo posible la fabricación de Producción de filamentos continuos
muchas fibras, telas y plásticos altamente resistentes, que usamos en la actualidad. A la forma de nailon.
más común del nailon se le llama nailon 6,6 debido a que está formado por un diácido de seis
carbonos y una diamina de seis carbonos en unidades repetidas. El nailon 6,6 se forma mez-
clando ácido adípico y hexano-1,6-diamina (nombre común: hexametilendiamina) para formar
la sal de nailon, después se calienta la sal para eliminar el agua y formar los enlaces de amida.
El producto fusionado se extrude en filamentos continuos y se estira para alinear las cadenas del
polímero. La combinación de las cadenas del polímero alineadas en la fibra, más los enlaces por
puentes de hidrógeno fuertes de las amidas entre las cadenas, da a las fibras de nailon una gran
resistencia. En el capítulo 26 consideramos la química del nailon con más detalle.

OO

OO

HO C (CH2)4 C OH ϩ H2N (CH2)6 NH2 ϪO C (CH2)4 C OϪ

ácido adípico hexametilendiamina ϩ ϩ

H3N (CH2)6 NH3

sal de nailon

calor, ϪH2O

OO OO

C (CH2)4 C NH (CH2)6 NH C (CH2)4 C NH (CH2)6 NH
n
poli(hexametilenadipamida), llamada nailon 6,6

Aunque los nitrilos carecen de un grupo acilo, se consideran derivados de ácido debido a que 21-14
se hidrolizan a ácidos carboxílicos. Los nitrilos con frecuencia se forman a partir de ácidos
carboxílicos (con el mismo número de carbonos) por medio de la transformación a amidas Resumen de la
primarias seguida por deshidratación. También se forman a partir de haluros y tosilatos de química de los
alquilo primarios (adicionando un carbono) por medio de la sustitución nucleofílica con el ion nitrilos
cianuro. Los cianuros de arilo se forman por medio de la reacción de Sandmeyer de una sal de
arildiazonio con cianuro cuproso. Los a-hidroxinitrilos (cianohidrinas) se forman por medio
de la reacción de cetonas y aldehídos con HCN.

O POCl3 RCN (sección 21-13)

R C NH2 nitrilo

amida primaria

R X (1°) NaCN R C N ϩ Naϩ XϪ (sección 6-9)
(sección 19-18)
haluro de alquilo nitrilo

ϩ CuCN Ar C N ϩ N2

Ar N N arilnitrilo

sal de diazonio

1028 CAPÍTULO 21 Derivados de ácidos carboxílicos

O HO C N

R C RЈ HCN R C RЈ (sección 18-15)
KCN
cetona o aldehído cianohidrina

Reacciones de los nitrilos Los nitrilos experimentan hidrólisis ácida o básica para formar
amidas, las cuales puede hidrolizarse posteriormente a ácidos carboxílicos. La reducción de un
nitrilo por medio de hidruro de litio y aluminio forma una amina primaria y la reacción con
un reactivo de Grignard produce una imina que se hidroliza a una cetona.

H2O O H2O O (sección 21-7D)
H+ o ϪOH Hϩ o ϪOH (secciones 19-21B y 21-8C)
(1)LiAlH4 R C NH2 R C OH
(2)H2O
amida ácido
RЈMgX
RCN R CH2NH2

nitrilo amina

MgX H3Oϩ O (secciones 18-10 y 21-9)
N
R C RЈ
R C RЈ
cetona
sal de imina

La presencia de nitrilos en la PROBLEMA 21-38
atmósfera de otros planetas es
importante debido a que pueden Muestre cómo convertiría las siguientes materias primas a los nitrilos indicados:
ser precursores para las moléculas (a) ácido fenilacético : fenilacetonitrilo
biológicas. Por ejemplo, los nitrilos (b) ácido fenilacético : 3-fenilpropionitrilo
pueden dar origen a los amino- (c) p-cloronitrobenceno : p-clorobenzonitrilo
ácidos (sección 24-5D), los cuales
dan lugar a las proteínas. PROBLEMA 21-39

Muestre cómo puede efectuar cada transformación usando un nitrilo como intermediario. Puede usar
cualquier reactivo necesario.
(a) hexan-1-ol : heptan-1-amina
(b) ciclohexanocarboxamida : ciclohexil etil cetona
(c) octan-1-ol : decan-2-ona

21-15 La mayoría de los ésteres carboxílicos están compuestos de ácidos carboxílicos y alcoholes. Un
Tioésteres tioéster se forma a partir de un ácido carboxílico y un tiol. A los tioésteres también se les lla-
man tiol ésteres para enfatizar que son derivados de los tioles.

OO

R9 C9 OH ϩ RЈ9 OH R9 C9 O 9RЈ ϩ H2O

ácido alcohol éster

O O

R9 C9 OH ϩ RЈ9SH R9 C9S9RЈ ϩ H2O

ácido tiol tioéster

Los tioésteres son más reactivos hacia la sustitución nucleofílica de los grupos acilos que los
ésteres normales, pero menos reactivos que los cloruros y anhídridos de ácido. Si adicionamos
a los tioésteres al orden de reactividad, tenemos la siguiente secuencia:

Reactividad relativa

O OO O O O

R9 C9 Cl Ͼ R9 C9 O 9 C9R Ͼ R9 C9S9RЈ Ͼ R9 C9 O 9RЈ Ͼ R9 C9NH2

cloruro de ácido anhídrido tioéster éster amida