Clase22 - Química Orgánica

ÉTERES
NOTAS ADICIONALES DE NOMENCLATURA
PROPIEDADES FÍSICAS, PREPARACIÓN Y QUÍMICA
Nomenclatura y Propiedades Físicas de los Éteres
Los éteres son, formalmente, derivados de los alcoholes en los que el protón del hidróxido ha
sido reemplazado por un grupo alquilo.
alquilo Ya vimos,
vimos al tratar la nomenclatura general de los
compuestos orgánicos, que en el sistema de la IUPAC, los éteres se nombran como
alcoxialcanos, en los que el sustituyente de menor tamaño se considera como parte del grupo
alcoxi y la cadena mas larga define el sistema alcano:
EEn la
l nomenclatura
l
común,
ú se nombran,
b
en orden
d alfabético,
lf bé i los
l dos
d grupos alquilo
l il ,seguido
id
de la palabra éter . Así, CH3OCH3 es dimetil éter, CH3OCH2CH3 es etil metil éter, etc.
Los éteres son, generalmente, muy poco reactivos (Exeptuando los éteres cíclicos, con
tensión de anillo,
anillo como veremos luego) y es por ello,
ello precisamente,
precisamente que suelen usarse como
solventes en muchas reacciones orgánicas. Algunos de esos solventes son éteres cíclicos que
pueden contener una ó varias funciones éter y tienen todos ellos nombres comunes
Los éteres cíclicos , son miembros de la clase de compuestos orgánicos denominados
heterocíclos , en los que uno ó más átomos de carbono de un cicloalcano se han
reemplazado
p
por un heteroátomo,, en éste caso,, oxígeno.
p
g
El sistema mas simple para nombrar los éteres cíclicos está basado en la raiz oxacicloalcano ,
en la que el prefijo oxa indíca el reemplazo de carbono por oxígeno en el anillo. Así, los éteres
cíclicos de tres miembros son oxaciclopropanos (nombrados también como: oxiranos,
epóxidos, y óxidos de etileno) , los sistemas de cuatro miembros son oxaciclobutanos ( ó
también oxetanos ), y los próximos dos homólogos superiores son oxaciclopentanos ( ó
tetrahidrofuranos ) y oxaciclohexanos ( ó tetrahidropiranos ). Los compuestos se numeran
empezando siempre por el átomo de oxígeno y siguiendo en torno al anillo, para localizar los
sustituyentes.
Poliéteres
lié
cíclicos,
í li
que contienen
i
múltiples
úl i l grupos funcionales
f i
l éter
é
y en los
l que se repite
i una
unidad básica de 1,2‐etanodiol , se nombran como éteres corona, debido a que las moléculas,
en estado cristalino , y presumiblemente en solución, adoptan conformaciones que recuerdan
a una corona . En
E la
l Figura
Fi
se muestra
t ell poliéter
liét 18‐corona‐6.
18
6 El mapa de
d potencial
t i l
electrostático, a la derecha, muestra que el interior del anillo es simetricamente rico en
electrones, como cosecuencia de los pares de electrones de los oxígenos éter
La Ausencia de Enlaces por Puente de Hidrógeno Afecta las Propiedades Físicas
de los Éteres
La fórmula
L
fó
l molecular
l
l de
d éteres
ét
simples
i l
es CnH2n+2O,
O idéntica
idé ti
a la
l de
d sus alcoholes
l h l
isómeros. Sin embargo, debido a la ausencia de enlaces por puente de hidrógeno, los
puntos de ebullición de los éteres son mucho más bajos que los de los
correspondientes alcoholes.
alcoholes Los dos miembros más bajos en la serie son miscibles,
miscibles en
alguna proporción, con el agua, pero los éteres se hacen menos solubles en agua a
medida que aumenta el tamaño del resto hidrocarbonado. Por ejemplo, el dimetil éter es
completamente soluble en agua,
agua mientras que el dietil éter forma una disolución acuosa
de , aproximadamente, sólo el 10% en volumen.
Los poliéteres solvatan iones metálicos: Éteres corona y Ionóforos
Como ya sabemos, el oxígeno, en los éteres, al igual que en los alcoholes se comporta
como una base de Lewis,
Lewis esto es,
es los pares de electrones no enlazantes pueden
coordinarse con metales deficientes en electrones , tal como ya vimos para el magnesio
en los reactivos de Grignard. Este poder de solvatación es particularmente notable en
los poliéteres,
poliéteres en los que varios de tales átomos de oxígeno pueden rodear a un ión
metálico. La estructura de los éteres corona les permite funcionar como efectivas
“fundas” para cationes, incluyendo aquellos que se encuentran en sales ordinarias. De
esta forma,
forma los éteres coronas pueden lograr que sales inorgánicas se hagan solubles
en solventes orgánicos. P.ej., permanganato potásico, un sólido de color violeta
profundo, completamente insoluble en benceno, se disuelve facilmente en dicho
solvente si se le añade 18
18-corona-6.
corona 6. Esta solución es útil porque permite llevar a cabo
oxidaciones con permanganato potásico en solventes orgánicos.
El tamaño de la “cavidad” en un éter corona puede ser diseñada a la medida, para
permitir la unión selectiva a sólo ciertos cationes- aquellos cuyo radio iónico se
acomode mejor
j
al p
poliéter. Este concepto
p
se ha extendido, con éxito, a tres
dimensiones, mediante la síntesis de poliéteres cíclicos denominados criptandos,
altamente selectivos en su unión a metales alcalinos y otros metales. El interés de
esos compuestos fué reconocido en la concesión del premio Nobel de Química en
1987, compartido por Cram, Lehn y Pedersen.
Los éteres
L
ét
corona y los
l criptandos
i t d son llamados
ll
d , a menudo,
d agentes
t
d transporte
de
t
t
iónico y forman parte de una clase general de compuestos denominados ionóforos,
que se autoorganizan en torno a cationes por coordinación. En general, el resultado de
esta interacción es que la naturaleza polar,
polar hidrofílica del ión queda enmascarada por
una capa hidrofóbica que hace que el ión sea mucho más soluble en solventes no
polares. En la Naturaleza, los ionóforos pueden transportar iones a través de las
membranas celulares,
celulares hidrofóbicas.
hidrofóbicas El balance iónico entre el interior y el exterior de la
célula debe estar regulado cuidadosamente para asegurar la supervivencia de la célula
y cualquier alteración indebida es causa de destrucción celular.
Esta propiedad es útil en medicina, en la lucha contra microorganismos invasores,
mediante antibióticos con estructura poliéter. Sin embargo, debido a que el transporte
iónico jjuega
g un p
papel
p importantes
p
en la transmisión nerviosa, algunos
g
ionóforos
naturales, presentes en muchos organismos,fundamentalmente de la fauna marina, son
altamente tóxicos y, en ocasiones mortales.
Síntesis de Williamson de éteres
Los alcóxidos son excelentes nucleófilos. Así, el modo mas simple de sintetizar un éter
es hacer reaccionar un alcóxido con un haluro de alquilo
q
ó con un éster sulfonato
(normalmente un tosilato) primarios, bajo condiciones típicas SN2. Esta metodología se
conoce como Síntesis de éteres de Williamson. Como solvente puede usarse el
alcohol ácido conjugado del alcóxido, pero, a menudo, otros solventes polares
apróticos, tales como dimetilsulfóxido (DMSO) ó hexametilfosfórico triamida (HMPA),
son mejor elección.
Recuerda que los alcóxidos son, también, bases fuertes y, por tanto, su uso en la
síntesis de éteres está restrigido a agentes alquilantes primarios (sin impedimento
estérico); de otra manera, se formarían cantidades significativas de alquenos vía el
mecanismo E2.
Los éteres ciclicos también pueden preparase mediante síntesis de Williamson
intramolecular
La síntesis de Williamson intramolecular permite la preparación de éteres cícícos de
varios tamaños,
tamaños incluyendo anillos pequeños.
pequeños En aquellos caso en que la reacción SN2
intermolecular compite con su contrapartida intramolecular, el proceso intermolecular
puede suprimirse, de manera efectiva, usando condiciones de alta dilución, lo que
reduce drásticamente la velocidad del proceso bimolecular.
bimolecular
El tamaño del anillo controla le velocidad de formación de éteres cíclicos. El efecto de
grupo vecino
Datos experimentales muestran que las velocidades relativas de formación de éteres
cíclicos, mediante la síntesis de Williamson, siguen la siguiente pauta:
¿Qué factores están operando aquí?. La respuesta incluye contribuciones tanto
entálpicas como entrópicas a las energías de los correspondietes estados de transición.
El efecto de entalpía mas obvio es la tensión de anillo, y, si fuera dominante, los anillos
mas tensionados debería formarse a velocidad más baja, aunque el efecto de tensión
no p
pueda manifestarse totalmente en la estructura del estado de transición. Sin
embargo, otros dos factores contrarestan esta tendencia. Por un lado la entropía, que
favorece la formación de anillos más pequeños. Para alcanzar el estado de transición
que da lugar a la formación de anillo, los extremos opuestos de la molécula deben
aproximarse el uno al otro. En esta conformación, la rotación en torno a los enlaces
sencillos carbono-carbono que intervienen está restringida y se reduce la dispersión de
energía en la molécula. Este efecto es más severo para cadenas largas, lo que hace
más
á dificil
difi il la
l formación
f
ió de
d anillos
ill de
d tamaño medio
di ó grande.
d En
E contraste, la
l formación
f
ió
de anillo a partir de cadenas más cortas requiere menos restricción de rotación de
enlace y, por tanto, una reducción desfavorable de entropía, más pequeña.
Sin embargo, la entropía, por si sola, no puede explicar porqué los anillos de tres
miembros son los que se generan mas rapidamente. En 2-haloalcóxidos,
especialmente,
p
opera
p
un segundo
g
fenómeno entálpico,
p
que ha sido denominado
q
efecto de proximidad ó efecto de participación de grupo vecino. Para
comprenderlo, es necesario recordar que todas las reacciones SN2 adolecen, en
grado variable, de impedimento estérico en el nucleófilo. En 2-haloalcóxidos (y en
precursores relacionados de anillos de tres miembros) , la parte nucleofílica de la
molécula está tan próxima al carbono electrofílico que, parte de la tensión del estado
de transición está ya presente en el estado fundamental. En otras palabras, la
molécula es activada a lo largo de la coordenada de reacción del proceso de
sustitución “normal”(no tensionado).
La síntesis de Williamson intramolecular es estereoespecífica
De acuerdo con lo esperado para un mecanismo SN2 , el proceso transcurre con
inversiòn de configuraciòn en el àtomo de carbono que porta el grupo saliente.
Solamente una conformaciòn del haloalcòxido puede sufrir sustituciòn de forma
eficiente.
fi i
P j La
P.ej.
L formaciòn
f
iò de
d oxaciclopropano
i l
requiere
i
una disposiciòn
di
i iò antii del
d l
nucleòfilo y el grupo saliente. Las dos conformaciones “gauche” alternativas, no
pueden dar el producto
Quimioluminiscencia de 1,2-dioxaciclobutanos (dioxetanos)
Un ejemplo de cómo la Naturaleza ya hacìa uso de síntesis de éteres, tipo
williamson para producir el fenómeno de la quimioluminiscencia.
williamson,
quimioluminiscencia
Síntesis de Èteres a Partir de Alcoholes
Una ruta más simple, aunque menos selectiva, para obtener èteres, es la reacciòn de
un àcido inorgànico fuerte (p
(p.ej.
ej H2SO4),con
) con un alcohol
alcohol. La protonaciòn del grupo OH de
un alcohol, genera agua como grupo saliente. El desplazamiento nucleofìlico del agua
por una segunda molècula de alcohol, da el correspondiente alcoxialcano.
Este mètodo p
permite p
preparar,
p
, unicamente,, èteres simètricos.
Por otra parte, si se emplean temperaturas más altas, lo que se observa es la
eliminaciòn de agua para dar el correspondiente alqueno, a travès de un proceso E2,
en el que una molècula neutra de alcohol actùa como base
Èteres secundarios y terciarios pueden, tambièn, prepararse mediante esta
metodologìa. Sin mbargo, en este caso se forma inicialmente un carbocatiòn que es
atrapado por otra molècula de alcohol , en un proceso tipicamente SN1.
La principal reacciòn secundaria en este caso
caso, es la eliminaciòn E1,
E1 que de nuevo
nuevo, se
hace la reacciòn principal a temperaturas más elevadas.
Más complicado resulta obtener, por èste mètodo, èteres conteniendo dos grupos
alquilo diferentes,
diferentes ya que la mezcla de dos alcoholes en presencia de un àcido,
àcido
resulta, usualmente, en la formaciòn de los tres productos posibles. Sin embargo, se
pueden preparar, con buen rendimiento, èteres mixtos , conteniendo un grupo alquilo
terciario y uno primario ò secundario,
secundario en la presencia de àcidos diluidos.
diluidos En esas
condiciones, el carbocatiòn terciario, que se forma mucho más rapidamente, es
atrapado pr el otro alcohol.
Los Èteres tambièn pueden obtenerse por alcoholisis
Los èteres terciarios y secundarios pueden formarse tambièn por alcoholìsis de los
correspondientes haloalcanos ò sulfonatos de alquilo.
alquilo Simplemente ,el
el material de
partida , se disuelve en un alcohol hasta que el proceso SN1 se haya completado.
Reacciones de los Èteres
Como ya mencionamos,
mencionamos los èteres son , normalmente bastante inertes; sin embargo,
embargo
reaccionan lentamente con oxìgeno mediante un mecanismo radicalario para dar
hidroperòxidos y peróxidos. Los peróxidos pueden descomponerse explosivamente,
por lo que deben tomarse precauciones extremas con muestras de èteres que hayan
estado expuestas al aire por varios días.
Una reacciòn mas ùtil es la apertura de èteres por àcidos fuertes. El oxìgeno de los
èteres, al igual que el de los alcoholes, puede protonarse para generar iones alquiloxonio. La reactividad subsiguiente
g
de esos iones depende
p
de los sustituyentes
y
alquilo . Con grupos alquilo primarios y àcidos “nucleofílicos” fuertes, tales como HBr,
se produce desplazamiento SN2.
Los èteres terciarios son grupos protectores para los alcoholes.
Los èters que contienen grupos alquilo terciarios
terciarios, se transforman
transforman, incluso con àcidos
diluidos, para dar carbocationes terciarios, intermedios que pueden ser atrapados en
procesos SN1, en presencia de buenos nucleófilos, ó deprotonados en su ausencia:
Debido a que, como ya vimos, los èteres terciarios pueden obtenerse en condiciones,
similarmente suaves a partir de alcoholes, se usan, con frecuencia, como grupos
protectores para la funciòn hidroxi.
hidroxi Un grupo protector, logra que una funcionalidad
especìfica en una molécula se haga no reactiva con respecto a reactivos y condiciones
que, de otra manera, normalmente la transformarían. Dicha protección permite hacer
química en cualquier otro lugar de la molécula,
molécula sin interferencia.
interferencia Posteriormente,
Posteriormente la
funciòn original que había sido protegida, puede ser reestablecida (desprotecciòn). Un
grupo protector, para que sea efectivo, debe poder introducirse de manera reversible,
de forma sencilla y con alto rendimiento. Los èteres terciarios cumplen con tales
requisitos y protegen a los alcoholes de: bases, reactivos organometálicos, oxidantes y
agentes reductores. Otro mètodo de protección de alcoholes es la esterificación.
El uso de grupos protectores, es un procedimiento común en síntesis orgánica, que
permite a los químicos llevar a cabo muchas transformaciones que serían imposibles de
otra manera. A lo largo del curso,veremos estrategias para la protecciòn de otros
grupos funcionales.
Un ejemplo de la protección de grupos alcohólicos en síntesis orgánica
Reacciones de Oxaciclopropanos (Epóxidos)
Aunque los éteres ordinarios son relativamente inertes, la estructura tensionada de los
epóxidos hacen posible reacciones de apertura nucleofílica del anillo.
La apertura nucleofílica del anillo de oxaciclopropanos en procesos SN2 es
regioselectiva y estereoespecífica.
El oxaciclopropano (óxido de etileno) es abierto, en una rección bimolecula, por
nucleófilos aniónicos. Debido a la simetría del sustrato, la sustitución ocurre por igual
extensión en cualquiera de los dos carbonos. La reacción procede por ataque
nucleofílico, actuando el oxígeno del éter como un grupo saliente intramolecular.
Esta transformación SN2 is poco usual por dos razones.
razones En primer lugar,
lugar los alcóxidos
son grupos salientes muy pobres. En segundo lugar, el grupo saliente no “sale”
realmente, sino que permanece unido a la molécula . La fuerza impulsora de la reacción
es el alivio de tensión al abrirse el anillo.
anillo
¿Qué ocurre con epóxidos asimétricos, p.ej. en la reacción del 2,2dimetiloxaciclpopropano con metóxido?. En este caso, hay dos posibles sitios de
reacción: en el carbono primario (a), para dar 1
1-metoxi-2-metil-2-propanol,
metoxi 2 metil 2 propanol, y en el
carbono terciario (b), para producir 2-metoxi-2-metil-1-propanol. Evidentemente, este
sistema se transforma unicamente a través del camino (a).
Este resultado no es sorprendente
p
yya q
que,, como sabemos,, si hayy más de una
posibilidad, el ataque en un proceso SN2 ocurrirá sobre el carbono menos sustituido. A
este tipo de selectividad en la apertura nucleofílica de oxacicloprpanos sustituidos se le
g
, yya q
que de dos “regiones”
g
posibles y similares el
p
denomina regioselectividad
nucleófila ataca solamente una.
Además, si el anillo es abierto en un estereocentro, se produce inversión de la
configuración
fi
ió y, así,
í la
l estereoespecificidad
t
ifi id d observada,
b
d para los
l procesos SN2 , en llos
derivados de alquilo simples, también aplica para los éteres cíclicos tensionados.
LiAlH4 y reactivos organometálicos, convierten los éteres cíclicos tensionados en
alcohole.
Los éteres
L
ét
ordinarios,
di i
que no poseen la
l tensión
t
ió de
d anillo
ill presente
t en oxaciclopropanos,
i l
no reaccionan con LiAlH4
Los epóxidos son reactivos suficientemente electrofílicos como para ser atacados por
compuestos organometálicos. Así, los reactivos de Grignard y los compuestos alquil-litio
sufren 2-hidroxietilación p
por reacción con un epóxido,
p
siguiendo
g
el mecanismo SN2 .
Esta reacción, constituye una homologación en dos àtomos de carbono de una
cadena alquílica en contraste con la homologación, en un solo átomo de carbono,
producida en la reacción de un reactivo organometálico con formaldehído.
Apertura de Oxaciclopropanos, catalizadas por ácidos
¿ Es, también, esta reacción regioselectiva y estereoespecífica?. La respuesta es Sí,
pero los detalles son diferentes.
Así, la metanolisis catalizada por ácido de 2,2
Así
2 2-dimetilciclopropano
dimetilciclopropano, procede con
apertura del anillo por el àtomo de carbono más impedido, exclusivamente.
¿
¿Porqué
q es atacada la posición
p
más impedida?.
p
La p
protonacíón del oxígeno
g
del éter
genera un ión alquiloxonio reactivo, intermedio, con enlaces
oxígeno-carbono polarizadoos sustancialmente . Esta
polarización coloca las cargas parciales positivas sobre los
carbonos del anillo. Puesto que los grupos alquilo actúan como
dadores de electrones, se localiza más cantidad de carga
positiva sobre el carbono terciario que sobre el primario. Esta
diferencia
f
se puede apreciar en el mapa de potencial
electrortático de la derecha, en el que la molécula se ve desde
la perspectiva del nucleófilo atacante. El carbono terciario, en el
f d es más
fondo
á positivo
iti
(
(azul),
l) que ell primario
i
i vecino,
i
arriba
ib
(verde).
Esta distribución de carga, desigual, contraresta el impedimento estérico: el metanol es
atraido, por fuerzas culómbicas, más hacia el centro terciario que hacia el primario.
Aunque
q
el resultado está claramente delimitado en este ejemplo,
j p no lo está tanto en
casos dónde los dos carbonos no son tan completamente diferentes. Por ejemplo, en la
apertura catalizada por ácido de 2-metiloxaciclopropano, se forman mezclas de los dos
productos isómeros.
¿Porqué no escribimos, simplemente, los carbocationes como los intermedios en la
apertura de anillo catalizada por ácido?.
ácido? La razón es,
es que resulta inversión de la
configuración cuando la reacción tiene lugar sobre un centro estereogénico. De la
misma forma que en la reacción de oxaciclopropanos con nucleófilos aniónicos, el
proceso catalizado por ácido implica desplazamiento por el lado opuesto, del grupo
saliente; en este caso, sobre un ión alquiloxonio cíclico altamente polarizado.
Resolución Cinética Hidrolítica de Oxaciclopropanos
Esta reacción ha sido optimizada,
optimizada al punto de requerir menos de 1 kg de
catalizador para obtener 1 tonelada del producto y es usada por Daiso Co. En
Japón a una escala de 50 toneladas /año .
Anàlogos de alcoholes y éteres con azufre
El azufre está localizado directamente debajo del oxìgeno en la tabla periódica. Las
diferencias principales son que el azufre es más grande, mas polarizable y hace uso de
orbitales d en sus enlaces, lo que le permite la expansión de su octete. Veremos como
afectan èstos hechos al comportamiento de los análogos con azufre de alcoholes y
éteres.
Tioles y Sulfuros
Los tioles forman enlaces de hidrógeno con mayor dificultad y son más ácidos
que los alcoholes
El azufre,
azufre debido a su gran tamaño,
tamaño sus orbitales difusos y el enlace S–H,
S H relativamente
poco polarizado, no forma enlaces por puente de hidrógeno con mucha eficacia; de ahí,
que los puntos de ebullición de los tioles no sean tan anormalmente altos como los de
los correspondientes alcoholes; mas bien sus volatilidades se aproximan a los de
haluros de alquilo análogos.
Debido
D
bid también,
t bié en parte,
t a la
l debilidad
d bilid d relativa
l ti
d l
del
enlace S–H, los tioles son también más ácidos que el
agua y que los alcoholes. Así, pueden ser
deprotonados más facilmente por iones hidróxido y
alcóxido.
Los Tioles y Sulfuros reacciónan de manera muy similar a alcoholes y éteres
Muchas de las reacciones de tioles y éters se asemejan a las de sus correspondientes
análogos con oxígeno.
oxígeno El azufre en esos compuestos es,
es como ya sabemos,
sabemos mas
nucleofílico y mucho menos básico que el oxígeno de alcoholes y éteres. Así,los tioles y
sulfuros se preparan facilmente por ataque nucleofílico de aniones RS– ó HS– sobre
haloalcanos con muy poca eliminación competitiva.
haloalcanos,
competitiva En la preparación de tioles se usa
un gran exceso del anión HS– , para asegurar que el producto no reacciona con el
haluro de partida para dar sulfuros de dialquilo.
Los sulfuros se preparan de análoga manera, por alquilación de tioles en presencia de
bases, tales como hidróxido. La base genera el alcanotiolato, que reacciona con el
haloalcano mediante un proceso SN2. Debido a la fuerte nuclefilicidad de los tiolatos, no
hay competencia por parte del hidróxido en este desplazamiento.
La nucleofilicidad del azufre explica, también, la habilidad de los sulfuros para atacar a
los haloalcanos para dar sales de sulfonio.
Las sales de sulfonio, sufren ataque nucleofílico sobre el carbono, actuando el
sulfuro como un buen grupo saliente:
La expansión de la capa de valencia del azufre, explica la reactividad especial de
tioles y sulfuros.
Como elemento de la tercera fila de la tabla periódica, con orbitales d, la capa de
valencia del azufre puede expandirse para acomodar más electrones que los permitidos
por la regla del octete. Ya hemos visto que, en algunos de sus compuestos, el azufre
está rodeado por 10 e incluso 12 electrones de valencia. Esta capacidad, habilita a los
compuestos de azufre para sufrir reacciones, que son inaccesibles a los
correspondientes
p
análogos
g del oxígeno.
g
Por ejemplo,
j p , la oxidación de tioles con agentes
g
oxidantes fuertes, tales como peróxido de hidrógeno ò permanganato potásico, produce
los ácidos sulfónicos correspondientes. De este modo, metanotiol es convertido en
ácido metanosulfónico. Los ácidos sulfónicos reaccionan con PCl5 para dar cloruros de
sulfonilo, que son usados en la síntesis de sulfonatos, como ya hemos mencionado
anteriormente.
Una oxidación mas cuidadosa de los tioles, usando yodo como agente oxidante, resulta
en la formación de disulfuros, los análogos con azufre de los peróxidos. Los disulfuros
pueden ser reducidos reversiblemente a los correspondientes tioles, mediante el uso de
metales alcalinos tales como litio disuelto en amoniaco líquido.
Los sufuros son oxidados facilmente a sulfonas, una transformación que procede a
través de un sulfóxido intermedio. P. ej., la oxidación de sulfuro de dimetilo da primero
dimetilsulfóxido (DMSO),
(DMSO) que se oxida posteriormente a dimetil sulfona.
sulfona Ya hemos
mencionado con anterioridad el dimetilsulfóxido como un solvente altamente polar no
prótico, de gran utilidad en química orgánica, particularmete en la sustitución
nucleofílica.
nucleofílica
La formación de disulfuros por oxidación de tioles y el proceso de reducción
inverso, son importantes procesos biológicos, aunque la naturaleza utiliza reactivos
y condiciones mucho mas suaves q
que las mostradas en las dos transparencias
p
anteriores. Muchas proteinas y péptidos contienen grupos SH libres que forman uniones
por puente disulfuro. La naturaleza explota este mecanismo para enlazar cadenas de
aminoácidos, ayudando, así, a controlar la conformación de enzimas en tres
dimensiones, logrando mediante este mecanismo procesos de biocatálisis mucho más
eficientes y selectivos.
P
Propiedades
i d d fisiológicas
fi i ló i
y usos de
d alcoholes
l h l y éteres
ét
Puesto que vivimos en una atmósfera oxidante, no es sorprendente que el oxígeno
aparezca formando parte de muchas moléculas presentes en la Naturaleza.
Naturaleza Muchas de
ellas son alcoholes y éteres con una gran variedad de funciones biológicas, explotados
por la química médica en la síntesis de fármacos. La industria química produce
alcoholes y éteres a gran escala, los cuales son usados como solventes y como
intermedios para síntesis. Daremos aquí una pequeña visión panorámica de los usos,
muy versátiles, de esta clase de sustancias.
Methanol, se obtiene en grandes cantidades por la hidrogenación catalítica de
monóxido de carbono, como ya vimos. Se vende como disolvente para pinturas y otros
para estufas de camping
p g y de sopletes
p
de soldadura,, así
materiales,, como combustible p
como para su uso como reactivo en síntesis. Es altamente tóxico y su ingestión ó
exposición crónica puede dar lugar a ceguera. Se han reportado muertes por la
ingestión
g
de cantidades tan p
pequeñas
q
como 30 ml. En ocasiones, se añade al etanol
comercial para hacerlo no apto para el consumo (alcohol desnaturalizado). La
toxicidad del metanol, parece ser debida a su oxidación metabólica a formaldehido,
CH2O, el cual interfiere con los procesos fisiológicos de la visión. Además, su oxidación
posterior a ácido fórmico, HCOOH, causa acidosis, una bajada inusual del pH
sanguíneo. Esta condición interrumpe el transporte de oxígeno en la sangre, dando
lugar, finalmente, a coma.
Se ha estudiado al Methanol como un posible precursor de la gasolina. P.ej.
Ciertas zeolitas permiten la conversión catalítica del metanol en una mezcla de
hidrocarburos, con longitud de cadena de entre cuatro a diez carbonos, una
composición,
i ió que por destilación
d il ió fraccionada,
f
i
d da
d principalmente
i i l
gasolina.
li
Etanol— Se usa en bebidas alcohólicas,diluido ,en varios volúmenes, con extractos
aromáticos. Farmacológicamente está clasificado como un depresivo general, ya que
p
reversible,, no selectiva,, del sistema nervioso central.
induce una depresión
Aproximadamente el 95% del alcohol ingerido es metabolizado en el cuerpo (
usualmente en el hígado), a productos que son transformados, finalmente, a dióxido de
carbono y agua.
g
Aunque
q alto en calorías, el etanol tiene p
poco valor nutritivo.
La velocidad de metabolismo de la mayoría de los xenobióticos incrementa con su
concentración en el hígado, pero esto no es verdad con el alcohol, que se degrada
linealmente con el tiempo. Un adulto metaboliza alrededor de 10 ml. de etanol puro (el
contenido aproximado en una lata de cerveza) por hora, Tan poco como la toma de dos
ó tres copas-dependiendo de del peso de la persona, del contenido de alcohol en la
que se consuma-puede
p
producir un nivel de alcohol en
p
bebida y de la velocidad con q
sangre mayor del 0.08%, límite legal superior, para la conducción de vehículos
motorizados, en España.
El Etanol es un veneno.
veneno Su concentración letal en sangre se estima en un 4%.
4% Sus
efectos incluyen euforia progresiva, deshinibición, desorientación y disminución del
juicio (borrachera), seguido de anestesia general, coma y muerte. Dilata los vasos
sanguíneos produciendo un “flujo
sanguíneos,
flujo caliente
caliente”, pero que realmente hace descender la
temperatura corporal. Aunque la ingestión usual, en cantidades moderadas ( el
equivalente a dos cervezas por día), no parece ser dañino, cantidades mayores pueden
ser la causa de una variedad de síntomas fisiológicos
g
y p
psicológicos,
g
, descritos,,
usualmente, con el término general de alcoholismo. Esos síntomas incluyen
alucinaciones, agitación psicomotora, enfermedades hepáticas, demencia, gastritis y
adicción.
El Etanol destinado a consumo humano, se prepara por fermentación de azúcares y
almidón ( arroz, papas, maíz, trigo, flores, frutas, etc.). La fermentación es catalizada
por enzimas en una secuencia multietapas,
p
p
que convierte los carbohidratos en etanol y
q
dióxido de carbono
El alcohol comercial, con no intención para consumo humano, se fabrica industrialmente
por hidratación del eteno.
eteno Se usa como disolvente,
disolvente p.
p ej.
ej en perfumería,
perfumería barnices y lacas
y como un reactivo para síntesis. El interés en la producción de etanol ha
incrementado recientemente, debido a su potencial como un aditivo para la
gasolina ((“gasohol”)
gasohol ).
1,2-Etanodiol (etilen glicol) se prepara por oxidación del eteno a oxaciclopropano,
seguido por hidrólisis de éste último, en cantidades superiores a los 2.5 millones de
toneladas por año (sólo en EE.UU).
EE UU) Su bajo punto de fusión (-11.5º
( 11 5º C),
C) su alto punto de
ebullición ( 198º C) y, su completa miscibilidad con el agua lo hacen un anticogelante
muy útil. Su toxicidad es similar a la de otros alcoholes simples.
1,2,3-Propanotriol (glicerol ò glicerina) , HOCH2CHOHCH2OH,es una sustancia
viscosa, de tacto grasoso, soluble en agua y no tóxico. Se obtiene por hidrólisis alcalina
de los triglicéridos,
g
principal
p
p componente
p
de los tejidos
j
grasos. Las sales de sodio y
g
potasio de los ácidos, con largas cadenas alquílicas (también denominados ácidos
grasos), producidas en éste proceso, se venden como jabones.
Los ésteres fosfóricos de 1,2,3-propanotrioles (fosfoglicéridos), son componentes
fundamentales de las membranas celulares.
1,2,3-Propanotriol se usa en lociones y otros cosméticos, así como en preparaciones
medicinales. Por tratamiento con ácido nítrico da un èster trinitrato conocido como
nitroglicerina usado en medicina para el tratamiento de los síntomas de angina de
nitroglicerina,
pecho, causada por un flujo insuficiente de sangre al corazón. El fármaco relaja los
vasos sanguíneos, incrementando, asì, el flujo de sangre.
Un uso totalmente diferente de la nitroglicerina
g
es como un
explosivo extremadamente potente (dinamita). El potencial
explosivo de ésta sustancia deriva de su descomposición,
inducida por choque y altamente exotérmica, a productos
gaseosos (N2, CO2, H2O gas, O2), elevando la temperatura a
más de 3000º C y creando presiones más altas que 2000
atmósferas en una fracción de segundo.
Etoxietano (dietil éter), fue empleado en otro tiempo como anestésico general.
Produce inconsciencia por depresión de la actividad del sistema nervioso central; sin
embargo, su uso con tal fin ha sido descontinuado debido a sus efectos adversos, tales
como irritación del tracto respiratorio y nauseas extremas, habiendo sido reemplazado
por 1
1-metoxipropano
metoxipropano (metil propil éter, “neotyl”)
neotyl ) y otros compuestos. El dietil éter y otros
éteres, como ya mencionamos, son explosivos cuando permanecen al aire, durante
periodos largos de tiempo.
Oxaciclopropano (oxirano,
(oxirano óxido de etileno ) se fabrica industrialmente a gran
escala, para su uso como reactivo en síntesis y como agente fumigante para semillas y
granos. En la Naturaleza, derivados del oxaciclopropano, controlan la metamorfósis de
los insectos y se forman en el curso de la oxidación,
oxidación catalizada por enzimas,
enzimas de
hidrocarburos aromáticos , lo que a menudo da lugar a la formación de productos
altamente carcinogénicos.
Muchos productos naturales, algunos de ellos con una elevada actividad fisiológica,
contienen grupos alcohólicos y éteres. P.ej., la morfina es un poderoso analgésico. Su
derivado sintético acetilado, heroína, es una droga
g conocida y muyy p
peligrosa.
g
Tetrahidrocannabinol , es el principal ingrediente activo de la marijuana ( cannabis),
cuyos efectos en la alteración del humor, son conocidos desde hace milenios. Estudios,
aún en marcha, tanto en EE.UU. como en la CC.EE, parecen indicar que la marijuana
tiene un potencial uso médico, al haberse encontrado que produce un alivio notable en
las nausea, dolor y perdida de apetito en pacientes afligidos de cáncer, SIDA, esclerosis
múltiple y otras enfermedades, como el glaucoma.
Los tioles y sulfuros de mas bajo peso molecular, se caracterizan por sus olores
penetrantes y desagradables. Etanotiol es detectable por su olor incluso diluido a 50
partes p
p
por millón en aire. Los componentes
p
volátiles mayoritarios
y
de los sprays
p y
defensivos son: 3-metil-1-butanotiol, trans-2-butene-1-tiol y trans-2-butenil metil
disulfuro.
Curiosamente, cuando tales compuestos de azufre, están altamente diluidos, poseen
olores agradables. P. ej. el olor de cebollas y ajos recién cortados se debe a la
presencia de tioles y sulfuros de bajo peso molecular.
molecular Sulfuro de dimetilo es uno de
los componentes del aroma del té negro. 2(4-metil-3-ciclohexenil)-2-propanotiol
(abajo) es el responsable del sabor único del pomelo ó toronja, en el que está presente
en concentraciones por debajo de 10-4 partes por billón (ppb).
(ppb) En otras palabras,
palabras se
puede notar la presencia de 1 mg de éste compuesto cuando está disuelto en ¡10
millones de litros de agua !.
Muchos fármacos importantes contienen azufre en sus moléculas. En particular, son
bien conocidas las sulfamidas, unas de las primeras sustancias empleadas en
quimioterapia,
q
p q
que son p
potentes agentes
g
antibacterianos.
El Ajo y el Azufre
Los olores y sabores característicos de ajos, cebollas,
puerros, cebollinos y otras aliáceas, se basan en el
mismo
i
elemento:
l
t ell azufre.
f
L sorprendente
Lo
d t es que, en
la mayoría de los casos, los compuestos que dan lugar a
esos olores, deseables, no están realmente presentes en
las plantas intactas,
intactas sino que son biosintetizadas “de
novo” cuando se trocea, aplasta, frie ó hierve “el
material de partida” . P. ej. Un diente de ajo no huele, por
si mismo y las cebollas sin cortar,
cortar no producen lacrimeo.
lacrimeo
Cuando se corta un diente de ajo se libera un enzima denominada allinasa, que
convierte determinados sulfóxidos precursores a ácidos sulfénicos intermedios.
Dichos ácidos sufren p
posterior dimerización, con p
pérdida de agua,
g
a las sustancias
responsables del sabor y olor, tales como la allicina. El ajo genera, de éste modo, una
gran cantidad de otros compuestos, que contienen , todos ellos, grupos funcionales de
azufre: tioles, sulfuros, sulfóxidos y disulfuros.
Algunos de esos compuestos tienen actividades medicinales muy interesantes. Por
ejemplo, la allicina es un poderoso agente antibacteriano. Antes de que estuviesen
disponibles
p
los antibióticos modernos, se usaron p
preparaciones
p
a base de ajo
j p
para el
tratamiento del tifus, el cólera, la disentería y la tuberculosis. Es probable, que la
planta de ajo, utilice esos compuestos a modo de un arsenal de armas químicas
(fitoalexinas)), p
para luchar contra agentes
g
invasores. En China, se ha observado una
reducción significativa de riesgo de cáncer gástrico, paralela al consumo de ajo. El ajo
baja los niveles de colesterol, tiene propiedades cardiovasculares e inhibe la agregación
de las plaquetas de la sangre.