Reacciones orgánicas

halogenación de cetonas es un tipo especial de halogenación, o sea, la reacción de adición de un halógeno a una cetona.

Productos formados

En disolución básica

La posición alfa (siguiente) respecto del grupo carbonilo en una cetona se halogena fácilmente, debido a la capacidad de formar un enolato en disolución básica, o unenol en disolución ácida. Un ejemplo es la bromación de la acetona en disolución básica:¹ Esta reacción fue estudiada en 1904 por Arthur Lapworth, en la Universidad de Mánchester.

La velocidad de reacción depende de la concentración de acetona y de base, pero no de la concentración de bromo.²

La reacción catalizada por bases transcurre tan rápidamente que sólo es posible aislar el compuesto trisustituido, la 1,1,1-tribromoacetona.

En disolución ácida

En disolución ácida, por lo general sólo un hidrógeno en posición alfa es sustituido por un halógeno, ya que cada halogenación sucesiva es más lenta que la primera. El átomo de halógeno disminuye la basicidad del oxígeno del carbonilo, haciendo menos probable la protonación. Sin embargo, en disolución básica, las halogenaciones sucesivas son cada vez más rápidas, ya que el halógeno atrae electrones por inducción y los restantes hidrógenos se hacen más ácidos. En el caso de las metilcetonas , el resultado es lo que se llama la reacción del haloformo.³

Las cetonas monosustituidas se emplean como gases lacrimógenos y en síntesis de heterociclos.

halogenación de Hell-Volhard-Zelinsky, es una reacción de sustitución en la que átomos de hidrógeno unidos al carbono α de un ácido carboxílico son sustituidos por átomos de halógeno. La reacción es llamada así por los químicos alemanes Carl Magnus Von Hell, Jacob Volhard y el ruso Nikolay Zelinsky.^1 2 3 4

Resumen de la Halogenación de Hell-Volhard-Zelinsky.

El PBr₃ sustituye el hidroxilo (OH) del grupo carboxílico con un bromuro, resultando en un bromuro de ácido carboxílico.

Entonces, el haluro de acilo puede tautomerizar a un enol,

El enol reacciona rápidamente con el Br₂ halogenando por segunda vez en la posición del carbono alfa.

En solución neutra acuosa o levemente ácida, la hidrólisis del bromuro de α-bromo acilo ocurre espontáneamente, dando como producto el α-bromo ácido carboxílico en un tipo de reacción de sustitución nucleófila acílica.

Mecanismo

Además de las cuatro fases ya vistas (formación del haluro de acilo, enolización, halogenación e hidrólisis), el mecanismo es algo más complejo, con más estados intermedios, como se muestra en los siguientes diagramas que explican el ataque de losdifrentes reactivos y la reorganización atómica que transcurre posteriormente..

A diferencia de otras reacciones de halogenación, ésta tiene lugar en ausencia de un transportador de halógenos. La reacción es iniciada por la adición de una cantidadcatalítica de PBr₃, sobre la cual se agrega un equivalente molar de Br₂

Mecanismo de reacción resumido de la halogenación de Hell-Vollhard-Zelinsky.

En el caso de que se use una solución acuosa durante la reacción, necesitaremos de un equivalente molar de PBr₃ para interrumpir el proceso catalítico. Si existe una pequeña cantidad de solvente nucleofílico, la reacción del bromuro de α-bromo acilo con el ácido carboxílico nos da el ácido α-bromo carboxílico y regenera el bromuro de acilo intermedio. En la práctica, se usa un equivalente molar de PBr₃ para poder aumentar la cinética de la reacción que es lenta.

El mecanismo descrito para el intercambio entre el bromuro de alcanoílo o acilo y el ácido carboxílico se encuentra debajo. El bromuro de α-bromoalcanoílo posee un grupo carbonilo fuertemente electrofílico debido al efecto electroatrayente de los dos bromuros. El ácido carboxílico actúa como un nucleófilo donde el oxígeno carbonílico del ácido carboxílico posee una carga parcial negativa.

Parte final de la reacción de Hell-Volhard-Zelinsky.

hidroxilación es una reacción química en la que se introduce un grupo hidroxilo (OH) en un compuesto reemplazando un átomo de hidrógeno, oxidando al compuesto. En bioquímica, las reacciones de hidroxilación son facilitadas por enzimas llamadas hidroxilasas, tal como la tirosina hidroxilasa.

Ejemplo de una reacción de hidroxilación en la que se añaden dos grupos hidroxilos al reactivo de la izquierda: . CUCA

En el hígado, por ejemplo, el grupo de enzimas citocromo P450 catalizan la hidroxilación de una gran variedad de compuestos, incluyendo medicamentos.¹ En la hidroxilación de las proteínas, el principal receptor del grupo hidroxilo suele ser la prolina, formandose hidroxiprolina, uno de los principales componentes delcolágeno.

hidroxilación de Milas es una reacción orgánica en donde se convierte un alqueno en un diol vecinal cis. Fue desarrollado por el químico N. A. Milas en los años 1930s.¹ El diol cis se forma por la reacción del alqueno con peróxido de hidrógeno y luz ultravioleta o cantidades catalíticas de óxidos de metales de transición, tales como osmio, vanadio o cromo.

La reacción ha sido superada por otros métodos más modernos, como la hidroxilación de Upjohn y la dihidroxilación asimétrica de Sharpless.

 hidroxilación de Upjohn es una reacción orgánica en la que se convierte a un alqueno en un diol vecinal cis con el uso de tetróxido de osmio; fue desarrollada por V. VanRheenen, R. C. Kelly y D. Y. Cha, de la compañía Upjohn (Upjohn Company), USA en 1976.¹ Esta reacción tiene un sistema catalítico que utiliza N-óxido-N-metilmorfolina (NMO) como reoxidante estequiométrico del OsO₄.

Antes de este método, el uso de cantidades estequiométricas de tetróxido de osmio (tóxico y costoso) era necesario en la mayoría de las ocasiones. La dihidroxilación de Upjohn sigue siendo de uso frecuente para la formación de'dioles vecinales cis; sin embargo, la reacción puede ser lenta y es propensa a un exceso de oxidación del sustrato para dar una dicetona vecinal. Una de las peculiaridades de la dihidroxilación de olefinas es que la método "racémico" estándar es más lenta y que a menudo produce menor rendimiento que el método asimétrico (dihidroxilación asimétrica de Sharpless)

Mejoras

En respuesta a estas problemáticas, Stuart Warren y colaboradores² emplearon condiciones de reacción idénticas a la dihidroxilación asimétrica de Sharpless, reemplazándose los ligandos quirales con un reactivo aquiral (quinuclidina)) para dar una mezcla racémica. Esta aproximación tiene la ventaja que cuando se utilizan ligandos alcaloides de Sharpless, la dihidroxilación es más rápida y con mejores rendimientos que si no los tuviera. Este fenómeno se llegó a conocer como catálisis acelerada del ligando; éste es un término acuñado por Barry Sharpless durante el desarrollo de su reacción asimétrica.