Apuntes de Bioquímica: Reactividad del Grupo Carbonilo

Reactividad del Grupo Carbonilo

Reducción de Ácidos y Derivados

• Reacciones de los derivados de ácido.
• Obtención de derivados de ácido mediante sustitución nucleofílica en el grupo acilo
• Condensación de Claisen.

Ácido Carboxílico

• Considerado un grupo funcional clave en la reactividad del grupo carbonilo.

Reacciones

• Desprotonación.
• Reducción.
• Sustitución, incluyendo la sustitución nucleofílica en el acilo.

Sustitución Nucleofílica en el Acilo

• -OH, -X, -OR', -NH2, -OCOR' se consideran buenos grupos salientes.
• Las reacciones en ácidos y derivados ácidos son frecuentemente sustituciones nucleofílicas entre estos grupos.

Tipos de Reacciones Según la Estructura

• Ácidos carboxílicos: Buenos grupos salientes debido a su capacidad para estabilizar la carga negativa.
• Derivados de ácido: Se obtienen a partir de ácidos carboxílicos por reacciones de sustitución nucleofílica.

Reactividad de los Derivados de Ácido

• Orden de reactividad (de mayor a menor): Halogenuro de ácido > Anhídrido > Éster > Amida > Ácido.
  • Este orden se basa en:
    • Menor impedimento estérico.
    • Bases débiles (facilidad para salir).
    • Autoestabilización por resonancia (facilidad para salir).
• Un derivado de ácido más reactivo puede convertirse en uno menos reactivo, pero no al contrario.

Obtención de Halogenuros de Ácido

• Usando cloruro de tionilo ($SOCl_2$):
  • Ácido carboxílico + $SOCl<em>2$ → Cloruro de acilo + Dióxido de azufre ($SO</em>2$) + Cl⁻
• Usando tribromuro de fósforo ($PBr_3$):
  • Ácido carboxílico + $PBr<em>3$ → Bromuro de acilo + $HOPBr</em>2$
• Ejemplo de reacción con $PBr_3$:
  • a) $H<em>3C-C(=O)-OH + PBr</em>3 →$
  • b) $H_3C-C(=O)-Br$
  • c) $H<em>3C-C(=O)-Br + HOPBr</em>2$

Obtención de Anhídridos de Ácido

• Deshidratación de 2 moléculas de ácido carboxílico con fuerte calentamiento.
• Importante reconocer al grupo saliente que se elimina en la sustitución.

Obtención de Ésteres

• Reacción de un ácido carboxílico con un alcohol en medio ácido (esterificación de Fischer).
• Ejemplo general:
  • $Ph-C(=O)-OH + CH<em>3O-H \xrightarrow{H^+} Ph-C(=O)-OCH</em>3 + H_2O$
• Se indica que ciertos enlaces se rompen y se forman nuevos enlaces durante la reacción.

Reacciones de los Derivados de Ácido

• Hidrólisis: Reacción con agua.
• Alcohólisis: Reacción con un alcohol.
• Amonólisis: Reacción con amoniaco.
• Reducción: Reducción del derivado de ácido.

Hidrólisis

*Reacción con agua de los derivados ácidos para producir un ácido carboxílico y una molécula adicional.
* Puede ser catalizada por ácido o base.

• Hidrólisis básica de un éster (saponificación): Produce una sal de ácido carboxílico (jabón).
• Hidrólisis básica de una amida: Produce una sal de ácido carboxílico y amoniaco.

Alcohólisis

Reacción con un alcohol para producir un éster y otra molécula.

• Reacción general:

  • $R-C(=O)-X + ROH \xrightarrow{(H^+, OR^-)} R-C(=O)-OR' + HX$
  • $R-C(=O)-O-C(=O)-R' + ROH \xrightarrow{Básica} R-C(=O)-OR' + R'-C(=O)-OH$
  • Transesterificación: $R-C(=O)-OR + R'-OH \rightleftharpoons R-C(=O)-OR' + R'-C(=O)-OH$

• Alcohólisis básica de un anhídrido de ácido:
  Anhídrido acético + Ácido salicílico → Aspirina

Amonólisis

• Reacción con una amina para producir una amida y otra molécula
• Reacción general:
  • $R-C(=O)-X + RNHR' \xrightarrow{(H^+, NRR’^-)} R-C(=O)-NRR' + HX$
  • $R-C(=O)-O-C(=O)-R' + RNHR' \rightarrow R-C(=O)-NRR' + R'-C(=O)-OH$
  • $R-C(=O)-OR' + RNHR' \rightarrow R-C(=O)-NRR' + R'-OH$

Condensación de Claisen

• Condensación carbonílica entre 2 moléculas de éster.
• Participa un éster que tenga un Hα (hidrógeno alfa).
• Se da en medio básico fuerte.
• El producto es un β-ceto éster.

Mecanismo de la Condensación de Claisen

1. La base abstrae un átomo de hidrógeno ácido α de una molécula de éster, produciendo un ion enolato del éster.
2. El ion enolato se adiciona en una reacción de adición nucleofílica a una segunda molécula de éster, dando un alcóxido tetraédrico intermediario.
3. El intermediario tetraédrico expulsa el ion etóxido para producir un nuevo compuesto carbonílico, acetoacetato de etilo.
   • El ion etóxido es una base lo suficientemente fuerte como para desprotonar al acetoacetato de etilo, desplazando el equilibrio y conduciendo la reacción a su terminación.

• La protonación del ion enolato por la adición de ácido acuoso en un paso posterior produce el producto final β-ceto éster.

Ejemplo

• Condensación de Claisen del propanoato de etilo:
  $CH<em>3CH</em>2C(=O)-OEt + H-CH<em>2C(=O)OEt \xrightarrow[2. H</em>3O^+]{1. Na^+ -OEt} CH<em>3CH</em>2C(=O)-CH(CH_3)-C(=O)OEt + EtOH$

Tipos de Reacciones en Compuestos Carbonílicos

• Condensación aldólica.
• Condensación Claisen.
• Adición nucleofílica (aldehídos y cetonas).
• Sustitución nucleofílica (ácidos y derivados).
• Sustitución en alfa.

Condensación del Grupo Carbonilo

• Aldehídos y cetonas.
• Ácidos y derivados.