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El método del árbol de síntesis (página 2)




Enviado por Wilbert Rivera Muñoz



Partes: 1, 2, 3

En cambio la
metodología del Análisis Lógico, tiene como uno de
sus propulsores y defensores a otro químico
orgánico contemporáneo. J.E. Corey, también
premio Nóbel por su aporte a la síntesis.
La metodología supone la elección y
aplicación de una determinada estrategia como
el empleo
táctico de los diferentes recursos que la
moderna química
orgánica nos ofrece y constituye "una
metodología limitada únicamente por las fronteras
de la química y el poder creador
de la inteligencia
humana"
[1]

El punto central de esta metodología es un
análisis racional y penetrante de la estructura
molecular de la Molécula Objetivo (MOb)
y de las moléculas precursoras generadas en sentido
antitético. La mejor aplicación se ha encontrado en
una serie de Software creados, para
generar las diferentes rutas de síntesis.

"El químico sintético es más
que un lógico y un estratega; es un explorador fuertemente
inclinado a especular, imaginar e incluso crear". E.J. Corey.

El método se
conoce como el "método de las desconexiones" o el
"método del sintón" y se basa en un nuevo paradigma de
la química orgánica, conocida como la
RETROSÍNTESIS.

La mayoría de los químicos
orgánicos, planean las síntesis, con un
mínimo de análisis lógico, haciendo uso
simultáneamente las metodologías de la
"asociación directa" y de "análisis lógico",
lo que origina consiguientemente la metodología de la
"aproximación intermedia". Los métodos
que mejor se conocen dentro de esta metodología y el
paradigma retrosintético, son:

El "árbol de síntesis" y

Las "Hojas de síntesis"

Por ser esta sección sólo una
introducción a la síntesis
orgánica, limitaremos el estudio al método del
árbol de síntesis.

La
elaboración de un plan de
síntesis

Un plan de
síntesis para una molécula con cierta complejidad
en su estructura, dentro el paradigma retrosintético y
cualquiera sea el método empleado para su diseño,
toma en cuenta los siguientes elementos generales:

En principio, uno debe conocer y familiarizarse
con todo los detalles estructurales de la molécula
objetivo (MOb).

Cuando se trata de una sustancia natural, es
necesario disponer de toda la información posible, sobre los antecedentes
químicos de la molécula y en consecuencia deducir
sus probables propiedades, como también es imprescindible
conocer sus propiedades físicas.

La "regla de oro" para
elaborar un plan de síntesis, es proceder en sentido
inverso (antitético) al que en la práctica se
seguirá en el laboratorio
químico. Se empieza con la MOb y se hace una
"degradación mental" de su estructura, lo que genera una
secuencia de moléculas precursoras que también son
sometidos a similar análisis, hasta llegar a los materiales de
partida, que a su vez deben ser simples y fácilmente
asequibles.

2.1. MÉTODO DEL ÁRBOL DE
SÍNTESIS

La elaboración de un "árbol de
síntesis" a base de generar moléculas intermedias o
precursoras, paso a paso en dirección antitética
(retrosíntesis), es decir a partir de la molécula
objetivo, constituye un método que puede comprenderse
mejor al considerar los siguientes principios
generales de dicho proceso.

Comenzar con la estructura final (MOb). Partiendo
de la estructura final, la molécula objetivo, se trabaja
hacia atrás (retrosíntesis) hasta lograr materias
primas fácilmente accesibles. Si la materia prima
de partida está especificada en el problema de
síntesis, esto tan sólo limita el número de
posibles rutas sintéticas a ser encaradas.

Caracterización de la molécula
objetivo (MOb). Al examinar la estructura de la molécula
objetivo, es necesario responder las siguientes
interrogantes:

¿Qué tipo de compuesto es?

¿Qué grupo (s)
funcional (es) contiene?

Cuál es la naturaleza del
esqueleto carbonado?

¿Tiene la molécula una cadena
alquílica normal o con ramificaciones?

¿Contiene anillos y son éstos
cicloalquílicos o aromáticos?.

¿La MOb tiene simetría real o
potencial?

El Grupo Funcional. Sobre el particular
será también bueno responder a las siguientes
interrogantes:

¿Es conocida la reactividad, sensibilidad
e inestabilidad de los grupos
funcionales que posee la MOb?

¿Qué métodos generales se
tiene disponibles para su preparación?

¿Cuál de ellos es aplicable al
grupo funcional específico de la molécula
problema?

Aspectos estereoquímicos. Se
analizará en la MOb, preferentemente:

Centros de quiralidad

Conformación y configuración de
anillos

Efectos de proximidad entre grupos

El esqueleto carbonado. El principal problema en
la mayoría de las síntesis orgánicas es la
construcción del esqueleto carbonado. El
intercambio de grupos funcionales (IGFs) a menudo es simple de
hacer, como por ejemplo, cetona a alcohol,
aldehído a ácido ó alcohol a bromuro. Las
preguntas que se hace con respecto a la construcción de
enlaces C-C se relacionan con las que ya se han planteado a
propósito del grupo funcional.

¿Algunos de los métodos disponibles
para formar grupos funcionales, son aplicables para generar
enlaces C-C?.. Si es así.

¿Es compatible el método con el
esqueleto carbonado específico de la molécula
objetivo?. Si no lo es.

¿Hay un procedimiento
para formar una cadena carbonada que produzca una función
convertible en la requerida?

Moléculas Precursoras (MP)

El análisis de la estructura de la
molécula problema y la consideración de las
preguntas planteadas en las etapas 1) a 5), dará
origen a dos posibles tipos de moléculas
precursoras. Uno de ellos es un grupo funcional equivalente
al de la estructura final.

El otro es un conjunto de compuestos con
menos átomos de carbono
que la molécula objetivo. Cuando se juntan estos
últimos, se logra la cadena carbonada final.

La generación de cualquiera de estos
tipos de molécula precursora, debe resultar una
simplificación del problema.

En general, si una ruta proyectada conduce
a precursores más difíciles de sintetizar que
el problema mismo (objetivo) debe buscarse otro camino

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ARBOL DE SÍNTESIS

Sintetizar el 2,3-dimetil-2-penteno (MOb 01),
partiendo de materiales simples con no más de dos
átomos de carbono, como por ejemplo, haluro de alquilo,
formaldehído, ácido acético, etc.

Solución

Analizando en sentido retrosintético, se
concluye que la MOb.01, es un alqueno no simétrico.

Recuérdese que los mejores sustratos
o precursores de los alquenos son los alcoholes o haluros de alquilo, que por
reacciones de eliminación forman el alqueno
correspondiente. Por lo tanto una buena molécula
precursora (o mejor sustrato) de la MOb 01, será el
2,3-dimetil-3-pentanol, que tratado con ácido
sulfúrico concentrado, producirá la MOb
01.

Este alcohol puedo haber sido preparado a
partir de otras moléculas precursoras como son la
2-butanona y un reactivo de Grignard, bromuro de isopropil
magnesio, que se obtiene a partir del bromuro de isopropilo
con Mg metálico.

El bromuro requerido, se prepara a partir
del alcohol isopropílico y tribromuro de
fósforo.

La cetona a su vez, se prepara a partir de
la oxidación del precursor 2-butanol, el cual es
también preparado a través de una
reacción de Grignard bromuro de etil magnesio con el
acetaldehído.

El Grignard es consecuencia de la
reacción del bromuro de etilo con Mg metálico
en éter seco. Se llega al Grignard a través
del bromuro de etilo.

Se ha recurrido a la reacción de
Grignard, por el nivel de conocimiento sobre las reacciones
orgánicas, hasta el momento abarcado.

Desde luego que existen otras rutas, en
función de las reacciones a ser utilizadas.

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2.2. Ejemplos de síntesis.

Partiendo de materiales simples y los reactivos
necesarios, proponer un plan de síntesis para las
siguientes moléculas:

MOb02. N-Hexanol

La MOb 02, es un alcohol primario, cuya
cadena carbonada no presenta ramificaciones.

Por lo tanto, la estrategia se reduce en
buscar reacciones que permitan hacer crecer la cadena en un
buen número de átomos de carbono. No es
aconsejable que el crecimiento de la cadena sea de uno en
uno, ya que dicho camino conduciría a un plan de
síntesis con muchas etapas, consiguientemente un
bajo rendimiento.

En tal virtud, la apertura de anillos
epóxido por un compuesto de Grignard se puede
adecuar a este propósito; como también se
puede combinar con la síntesis acetilénica
(utilización de derivados del acetiluro de sodio y
posterior saturación del triple enlace).

El epóxido necesario para que se
combine con el Grignard se prepara a partir de un alqueno y
un ácido perácido. Así, se llega a
deducir el presente plan de síntesis, donde los
materiales de partida pueden ser el acetileno y el
etanol.

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MOb 03. 7-metil-3-penteno

La MOb 03, es un alqueno no
simétrico.

La mejor opción para generar una
molécula precursora es recurrir a la síntesis
acetilénica, es decir considerar al alqueno, como un
producto
de una hidrogenación parcial del triple enlace del
alquino, para ello la mejor opción es la
utilización del catalizador de Lindlar.

Posteriormente se hace reaccionar los
haluros de alquilo respectivos con los acetiluros de sodio
que se forman con la sodamida.

Nuevamente encontramos como molécula
intermedia precursora un alcohol, que requiere ser
preparado por apertura de epóxido.

Los materiales de partida son el acetileno
y el acetaldehído

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MOb 04. Hexanodial

El Hexanodial, es una molécula
simétrica y la extensión de la cadena,
sugiere que la misma sea producto de la apertura de un
anillo de seis miembros. Adicionalmente el grupo formilo
del aldehído es muy reactivo y tendrá que
haberse formado el mismo también de manera
preferente en la última etapa de la ruta de
síntesis.

Estas consideraciones, permiten proponer
como molécula precursora de la MOb. Un cicloalqueno,
que por una ozonólisis reductiva, formará el
hexanodial.

El ciclohexeno, puede ser preparado por
diferentes vía, se indican dos alternativas. La
alternativa que se reduce al etanal (acetaldehído)
como material de partida es la que se aproxima mejor a un
material de partida simple y asequible.

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MOb 05. 4-metoxi-1, 2- pentanodiol

La MOb 05. es polifuncional presenta un diol y un
grupo éter, que también es portador de un grupo
alcohol. No es posible pensar en formar el grupo éter
selectivamente frente a los otros alcoholes. Pero si es posible
formar un diol estando presente un grupo éter como
protector de otro grupo –OH en la MOb.

Por lo tanto es correcto proponer como
molécula precursora el 4-metoxi-1-penteno, que por
hidroxilación con tetróxido de osmio, seguido
de acidificación forma el diol correspondiente, sin
afectar al grupo éter.

Este grupo puede formarse estando presente
un doble enlace, a través de la metilación
con sulfato de dimetilo, como se señala en el
árbol de síntesis

.

Síntesis
de moléculas polifuncionales

Para la síntesis de moléculas
polifuncionales, es necesario la aplicación de los
principios generales y fundamentalmente de simetría,
selectividad y control, de
acuerdo a las características de la molécula
objetivo que se desee sintetizar.

MOb. 07. Proponer un plan de
síntesis para el 2-metil-3-etil-2,6-hexanodiol.

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Solución. LA MOb 7 es bifuncional
y los grupos son hidroxílicos: uno terciario y otro
primario. El esqueleto carbonado presenta dos ramificaciones: un
metilo y un etilo. Puesto que la molécula posee poca
simetría, es improbable que ambos grupos puedan
introducirse simultáneamente.

Para empezar por el final, considérese
cómo se podría intentar la introducción de
una función, en presencia de la otra. En forma arbitraria,
inténtese introducir un grupo oxhidrilo primario en una
molécula precursora que tenga el OH terciario. Para esto
se tiene dos posibilidades: Hidroboración/oxidación
de una olefina terminal y adición de un reactivo de
Grignard al formaldehído.

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Si se analiza con detenimiento, la segunda
ruta es improbable, puesto que es imposible formar un
compuesto de Grignard del mismo ya que el OH terciario es
suficientemente ácido como para descomponer el
Grignard que estuviera formándose. La
reacción de hidroboración/oxidación
del primer camino resulta ser un proceso selectivo: no
afecta el grupo hidroxilo ya existente en una
molécula.

Se debe considerar ahora cómo formar el
alcohol olefínico terciario requerido para la
reacción de hidroboración. Puesto que este alcohol
también contiene dos funciones;
nuevamente se debe considerar la introducción de un grupo
funcional en presencia de otro.

Los alcoholes terciarios se forman
comúnmente por adición de un reactivo de
Grignard una cetona y el doble enlace no altera la
reacción, siendo por lo tanto también
selectiva. De este modo, puede prepararse el alcohol
partiendo de un precursor cetónico no saturado.

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Ahora se puede centrar la atención en la construcción
del esqueleto carbonado. Se puede recurrir para ello
nuevamente a una síntesis de Grignard; sin embargo
se puede observar que el último precursor
está estructuralmente relacionado con el
éster acetoacético ya que la estructura
típicamente se puede obtener a partir del
éster acetoacético o es una metil cetona o es
un producto de transformación de ella.

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En consecuencia, se puede obtener el compuesto
intermedio por alquilización del acetoacetato de etilo:
primero con bromuro de etilo y luego con bromuro de alilo, luego,
se hidroliza y descarboxila el producto, para generar la MOb
7.

El bromuro de alilo se prepara de la
siguiente manera:

 

 

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MOb 08. Las feromonas, son agentes
químicos que utilizan los insectos para sus comunicaciones. El atrayente sexual de la
polilla tiene la siguiente estructura:

Proponer un plan de síntesis para la
misma

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Solución:

El grupo funcional de la molécula es
un epóxido, su esqueleto carbonado tiene una sola
ramificación: un grupo metilo. El epóxido es
un isómero geométrico del tipo cis.

Con estas consideraciones se puede
mencionar a continuación, que para la
preparación de un grupo epóxido se dispone de
los métodos de la reacción de un alqueno con
un perecido y un alqueno con hipodromito seguido de la
acción de una base
hidróxilica.

a)

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b)

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Por otra parte, el isómero
geométrico epóxido tiene que obtenerse de su
similar alqueno cis. Entonces el alqueno precursor debe ser:

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La deshidratación de un alcohol,
normalmente genera el alqueno trans, por lo que el
precursor "no será" un alcohol y por lo tanto debe
desecharse esta posibilidad, por tal razón el
método más adecuado para la formación
del alqueno será una reducción parcial de un
compuesto acetilénico sustituido, es decir, un
acetileno interno.

El plan de síntesis que se propone a
continuación se basa en las consideraciones
anteriormente descritas.

Los compuestos (A) y (B), deben ser
todavía sintetizados a partir de moléculas
más simples.

Las aplicaciones en los siguientes
capítulos estarán centradas en las
interrogantes: ¿cómo se justifica la
siguiente transformación?. ¿Cómo se
sintetiza la siguiente molécula?. En la
solución de ellos se irán ampliando más aspectos de
la síntesis orgánica.

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MOb 09.
(1E,4E)-hepta-1,4-dienilcyclopentano

Proponer un plan de síntesis, a
partir de materiales simples y los reactivos necesarios,
para la siguiente molécula:

Solución. Una adecuada
combinación de la síntesis acetilénica
y de Grignard, permite elaborar un plan de síntesis
factible a partir del ciclopentanol y el
acetaldehído.

Es necesario hacer notar que a esta altura
de los conocimientos de las reacciones, no permite
aún plantearse la preparación del anillo de
cinco miembros.

Es necesario tener cuidado que el haluro
que reacciona con el ión acetiluro deba ser
necesariamente primario, con los haluros secundarios y
terciarios, la reacción que predomina es la de
eliminación y no ocurre la sustitución.

Se aprovecha adecuadamente la
bromación del sistema
alílico que se forma con la succinimida,

Los acetiluros también son
nucleófilos que pueden atacar un epóxido
formando, luego de la hidrólisis ácida un
alcohol.

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MOb. 10.

¿Cómo se efectúa la
transformación siguiente?

Utilice todos los reactivos necesarios con
la finalidad de justificar la transformación
indicada.

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Solución:

La MOb 10, incrementa en un grupo metilo la
cadena alquílica del compuesto aromático. El
punto de instauración sugiere que el mismo puede
prepararse a partir de la deshidratación de un
alcohol. Esto permite pensar que el grupo metilo proviene
de un compuesto de Grignard, que a su vez forma
simultáneamente el alcohol.

Esta reacción sólo
podrá ocurrir si la molécula precursora es un
aldehído, el cual a su vez es formado por la
oxidación de un alcohol, con PCC.

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El alcohol requerido puede formarse por
hidroboración de la molécula de partida que
es el estireno

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Compuestos
aromáticos

4.1. PROBLEMAS
RESUELTOS

Proponer un plan de síntesis para las siguientes
moléculas, a partir del tolueno o xileno:

(MOb 12)

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1-isopropil-7-metilnaftaleno

(MOb 13)

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2,7-dimetilnaftaleno

(MOb 14)

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1-isopropil-6-metilnaftalen

 

(MOb 15)

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4-metox-1,2,7-trimetilnaftaleno

Solución:

(MOb 12). En la estrategia se toma en cuenta que la
última etapa tiene que ser un proceso de
"aromatización", por lo cual se propone que la
molécula precursora presenta un anillo no
aromático, con un doble enlace sobre el carbono que
contiene el doble enlace y al grupo alquílico.

Esta estructura se puede conseguir por la acción
del un Grignard sobre un carbonilo y la posterior
deshidratación del alcohol formado.

La cetona se forma por la acilación sobre el
compuesto bencénico adecuado con el anhídrido
succínico y sus posteriores cierres

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intramoleculares de acilación de Friedel
-Crafts.

(MOb 13). Nuevamente la molécula
precursora tiene que se "aromatizada", la estrategia mas
adecuada de entre otras se basa en la combinación de
acilación con anhídrido succínico
sustituido y la reducción de Clemmensen.

El carbonilo final se reduce a alcohol que
será deshidratado luego con hidrogeno molecular y un catalizador
denominado cromilo de cobre.

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(MOb 14). La aromatización final se consigue,
luego de reducir un grupo carbonílico a alcohol y
luego deshidratarse el mismo. La molécula precursora
de consigue con una acilación con el
anhídrido succínico.

E l carbonilo que tiene que ser atacado por un Grinard
para introducir el grupo alquilo y general el alcohol que
será deshidratado, es protegido temporalmente como
un cetal cíclico.

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MOb 15. El anillo mas sustituido se
considera que corresponde al anillo aromático que
por una acilación adecuada con un derivado del
anhídrido succínico, permitirá el
cierre de un anillo, con una combinación inteligente
de la acilación y reducción del
carbonilo.

El anillo bencénico con la
funcionalidad requerida se prepara a partir del o-xileno,
que es sulfonado y el grupo –OH se protege
eterificándolo hasta el final.

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La acilación del naftaleno está sujeta a un
interesante efecto del disolvente. La reacción en
disulfuro de carbono o disolvente halogenados, produce un ataque
predominantemente en la posición ( , sin embargo, en
solución de nitrobenceno, el tamaño del agente
electrofílico atacante se incrementa por
solvatación con el nitrobenceno, atacándose la
posición(, que es menos impedida estéricamente.

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La succinoilación del naftaleno en
nitrobenceno produce una mezcla separable de
isómeros ( y (, los cuales se usan en la
síntesis de derivados del fenantreno

 

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El tetralín, se acila exclusivamente
en la posición(, lo que demuestra la resistencia de los derivados 2-ftaloilo a
ciclarse en la posición 3 para dar productos condensados lineales.

 

 

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Ejemplo: Sintetizar el ácido p-bromobenzoico a
partir del benceno.

(MOb 16). Es necesario preguntarse
"¿Cuál es un precursor inmediato del
ácido p-bromobenzoico?"

El análisis sintético hacia
atrás (retrosintético) de la Mob 16,
revela dos rutas válidas que van del benceno al
ácido p-bromobenzoico.

 

 

 

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Un segundo ejemplo de interés,
es la síntesis del 4-cloro-1-nitro-2-propilbenceno (Mob.
17) a partir de benceno, en principio hay tres posibles
precursores disustituidos, pero sólo uno de ellos es el
adecuado.

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La síntesis final de la MOb 17, se puede encarar
por medio de una ruta de cuatro pasos a partir del
benceno:

Primero se acila el benceno con un cloruro de propanoilo
catalizado por un acido de Lewis.

El anillo acilado luego de clora con cloro
molecular. El orientador cetónico dirige a un
posterior electrófilo

Cl+ hacia

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la posición meta requerida

Preguntas: Cuáles son las reacciones que
justifican las siguientes transformaciones?.

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MOb. 20

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MOb. 24

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MOb. 21

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MOb. 25

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MOb, 22

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MOb 26

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MOb 23

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MOb. 27

Soluciones:

MOb. 20. No existe la posibilidad de que el
ion acetiluro actúe directamente sobre el benceno,
por consiguiente el triple enlace se obtiene a partir de un
grupo alquilico vec-dibromado, que se obtiene por
Bromación del estireno, obtenido previamente por una
deshidrobromacion de un haluro de bencilo formado por una
Bromación por el mecanismo de radicales libres

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sobre el etilbenceno

MOb. 21 . El para nitroestireno, no es
posible obtener por nitración directa del estireno,
debido a que el grupo etenilo unido al anillo es inestable
en las condiciones de la nitración.

En tal virtud la molécula precursora
tendrá un grupo que sea fácil de
deshidrobromar.

Este precursor se obtiene por
Bromación de radicales del grupo etilo ligado al
anillo bencénico, que previamente fue nitrado
mayoritariamente en la posición para.

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MOb. 22. La simetría de la
molécula permite pensar en una estrategia que tome
en cuenta la reacción de Corey-House.

También es una buena ruta si se
utiliza el PhCH2CH2Cl, sobre el benceno o se toma en cuenta
una acilación con PhCH2COCl y posterior
reducción del grupo carbonilo por la
reducción de Clemmensen.

 

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MOb 23. La molécula precursora puede
ser una cetona, cuyo grupo carbonilo es reducido a metileno
por el reductor de Wolf-Kischner.

De este modo se evita la presencia del Zn
en medio "acido que afectaría al grupo nitro. Otra
molécula precursora puede ser, el haluro siguiente:
O2N-PhCH2Cl que actúe sobre una molécula de
benceno,

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MOb. 24. La posición del bromo en la
molécula precursora, es la típica
posición alílica, la que se obtiene por
Bromación de radicales del esqueleto carbonado
correspondiente.

El grupo alquilico, sobre el anillo
bencénico no se puede obtener del haluro
correspondiente, por que se presentaría
transposición. Entonces se recurre a la
acilación y posterior reducción del grupo
carbonilo, con amalgama de cinc en medio acido
(reducción de Clemmensen

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MOb. 25. El diol de esta molécula
puede obtener por un hidroxilación selectiva del
estireno, como molécula precursora. El estireno se
forma a partir de la deshidrobromacion, como en anteriores
casos.

 

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MOb. 26. La molécula precursora,
señala que una posible ruta toma en cuenta la
formación del grupo etenilo a partir de un
halogenuro y se aprovecha el grupo voluminoso del t-Butil,
para introducir en la posición para el grupo acilo
portador del grupo etilo.

 

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MOb. 27. La estrategia pasa por definir la
inclusión del bromuro en una molécula
precursora que no permita la formación de
ningún isómero.

El alqueno menos sustituido es el que
obligatoriamente se forma por una deshidrohalogenacion, de
un grupo formado por Halogenación de radicales.

 

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4.2. PROBLEMAS PROPUESTOS:

A partir de materiales simples y asequibles como
materiales de partida, proponer un plan de síntesis para
la preparación en el laboratorio de las siguientes
moléculas:

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Alcoholes

5.1. PROBLEMAS RESUELTOS

Proponer un plan de síntesis, para las moléculas
objetivo señaladas a partir de moléculas simples
que se indican (MOb 26 -38). Para ello utilice los reactivos y
condiciones de reacción que crea necesarios:

Estrategia: La molécula de partida (MOb
28) ha sido deshidratada y en la posición
alílica referida al doble enlace se ha sustituido un
hidrógeno por el grupo ciano o
nitrilo. Esta última reacción ocurre
sólo si la molécula precursora es un haluro
de alílico, razón por la cual se propone como
precursora de la MOb 28 una sustancia con esta
estructura.

El Br se introduce en la.

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posición deseada con el NBS y el alqueno es
producto de la deshidratación de la molécula
de partida

Estrategia: Se trata de un tío
éter, la molécula precursora necesaria
será un haluro del 1,3-ciclopentadieno.

Este haluro se prepara por la acción del NBS,
sobre el cicloalqueno dienico, el cual a su vez es
preparado por la deshidrobromación de la
molécula precursora, al que se llega por la
acción del NBS sobre el cicloalqueno formado
previamente por deshidrohalogenación de la
molécula de partida bromada por radicales

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Estrategia: Es similar a la utilizada en la
obtención de la MOb 28

 

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Estrategia: La MOb 31 tiene un incremento de
dos grupos alquilo (metilo y etilo) en relación a la
molécula de partida, los cuales se introducen en
diferentes etapas, por lo cual se propone como precursora
una cetona, portadora del grupo etilo, que es introducido
en el aldehído obtenido del alcohol de partida.

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Estrategia: La MOb 32, muestra
que un grupo etilo inicial fue transformado en
aldehído, que obviamente se formará a partir
de un alcohol, y este ultimo por hidratación de un
alqueno, al que se llega por deshidrobromación de
una molécula bromada por radicales, del material de
partida

 

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Estrategia: Se propone como
molécula precursora un alqueno, que es bromado en
condiciones antimarkovnikov. El alqueno se preparó
por deshidratación del alcohol formado, por la
acción de un Grignard sobre una cetona, que es
preparada por oxidación del ciclohexanol.

 

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Estrategia: La MOb, tiene el doble
de átomos de C, que el de partida. Entonces se
propone un alcohol como precursor, el mismo que será
preparada entre un Grignard y un aldehído formados
de la misma molécula de partida

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Estrategia: La cetona metílica de la MOb
35, puede prepararse por oxidación de un grupo
acetiluro con sales de Hg (II) en medio ácido, el
alcohol no es afectado por este reactivo.

El alcohol se formó por la acción del
acetiluro de sodio sobre una cetona derivada del alcohol de
partida por oxidación.

 

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Estrategia: El material de partida se oxida a
aldehído con disiamilborano, que atacado por un
Grignard adecuado para formar la MOb 36

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Estrategia: Como la MOB 37 es un
aldehído, se propone un alcohol como la
molécula precursora, que a su vez, es preparado por
apertura de un epóxido con un Grignard formado a
partir del bromuro de la molécula de partida.
Ésta es bromada por radicales, para tener el
compuesto necesario.

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Estrategia: Los haluro se obtiene a partir de
alquenos o alcoholes, este último es la mejor
opción, debido a que la acción del grupo de
un Grignard que contenga el grupo fenilo, permite formar el
alcohol requerido como molécula precursora.

 

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5.2. PROBLEMAS PROPUESTOS

1. ¿Qué reactivo de Grignard y que compuesto
carbonílico utilizaría como materia prima
para preparar los siguientes alcoholes?

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  • 2. La testosterona[2]es una de
    las hormonas esteroidales masculinas más importantes.
    Cuando se deshidrata tratándola con acido, se
    efectúa una transposición para dar el producto
    que se muestra. Proponga un mecanismo para explicar dicha
    reacción.

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    • 4. A partir de la testosterona (problema 2),
      ¿Cómo prepararía las sustancias
      siguientes?

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    • 5. Partiendo de materiales simples y asequibles,
      proponer una ruta de síntesis, para cada una de
      las siguientes moléculas:

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    5. Proponer las reacciones
    químicas que respalden la transformación
    que se indica, pueden hacerse en varios pasos y con los
    reactivos que crea más necesarios.

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    • a) 3-metil-2-2-pentanol

    • b) 3-metil-3-pentanol

    A partir del alcohol
    sec-butílico

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Éteres y
epóxidos

6.1. PROBLEMAS RESUELTOS

1. ¿Cómo prepararía los éteres
indicados (MOb 39 al 44)?

Estrategia: La naturaleza de los
sustituyentes en torno al
átomo de oxigeno
en el éter (MOb 39), señalan que la
única posibilidad es que se haya formado a partir de
precursores, como un haluro de propilo y un fenóxido
metálico, lo contrario es imposible, pues un
halobenceno

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no participa de la síntesis de Williamson

Estrategia: El sustituyente alquilico en
torno al oxigeno del éter, debería
proporcionar el haluro de alquilo correspondiente, pero al
ser el mismo secundario, el rendimiento seria demasiado
bajo, ya que es siempre preferible (S. W,) un haluro
primario. Por lo tanto se recurre a la
alcoximercuración – desmercuración, en
base al

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propeno, como se indica en el esquema

Estrategia, La molécula precursora
de un epóxido trans, debe ser un alqueno
también trans, el mismo que se puede obtener por un
hidrogenación parcial de un acetiluro
correspondiente

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Estrategia: La naturaleza de os
sustituyentes, nuevamente, nos induce a pensar en la
alcoximercuración – desmercuración de
un ciclopentenilo, para formar el éter
requerido.

 

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Estrategia; El dieter trans,
requiere de un diol trans como molécula precursora,
la misma se obtiene por apertura acida de un
epóxido, el cual es obtenido por la oxidación
del cicloalqueno con MCPBA.

El ciclohexeno se forma por
deshidrocloración del derivado clorado del
ciclohexano.

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Estrategia: La estructura simple
del éter, permite su preparación a partir del
acetileno, con etanol en medio básico y
aplicación de calentamiento y presión al sistema de
reacción

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2. Justifique con las reacciones necesarias las siguientes
transformaciones.(MOb. 45 al 50 )

Estrategia: La síntesis de
éteres de Williamson es inaplicable para la MOb 46,
por lo que se recurre al método de
alcoximercuración-desmercuración.

Se podría pensar que el alqueno
necesario sea el ciclohexeno, pero es incorrecto ya que de
todas maneras el alcohol secundario, debería ser
preparado previamente. El diseño propuesto es mas
consistente y produce mayores rendimientos de la
reacción

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Estrategia. Una reacción
directa del éter de partida con HBr, no produce el
haluro con la estequiometría indicada, entonces
primero se hace reaccionar con HBr y el alcohol formado
(mas el bromuro de metilo como subproducto), es sometido a
la acción del tribromuro de fósforo, para
llegar a la MOb. 46

 

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Estrategia: La apertura del
epóxido que se forma a partir del alqueno en medio
acido, permite obtener el dios trans e isomeriza el
hidrógeno unido al grupo isobutilo.

 

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Estrategia: Es posible en esta MOb 48
utilizar la síntesis de Williamson, para lo cual se
generan el haluro de alquilo primario y el alcóxido
metálico correspondiente. El haluro se obtiene por
adición de HBr por radicales sobre la
molécula de partida

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previamente hidrogenada parcialmente hasta el alqueno
respectivo

Estrategia: El éter no
simétrico se puede obtener por la
alcoximercuración – desmercuración en
metanol, sobre el alqueno formado por una saturación
parcial de la molécula de partida.

 

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Estrategia: El diol trans, se
prepara por apertura ácido del epóxido
correspondiente y este último se prepara por
acción del perácido MCPBA sobre un
alqueno.

El alqueno es producto de la
deshidratación de un alcohol formado por la
acción de un reactivo de Grignard sobre la
ciclohexanona de partida.

 

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  • 1. El safrol, una sustancia aislada del aceite de
    sasafrás, se utiliza en perfumería. Proponga
    una síntesis del safrol (MOb 51) a partir del catecol
    (1, 2-bencenodiol)

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6.2. PROBLEMAS PROPUESTOS

1. Partiendo de materiales simples y asequibles, proponer una
ruta de síntesis factibles, para cada una de las
siguientes moléculas:

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2. Proponer las reacciones que ocurren en las transformaciones
que se indican, puede ocurrir la misma en varias etapas.

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Aminas

7.1. PROBLEMAS RESUELTOS

En relación con el estudio de
anticoagulantes[3]se preparó la MOb 52,
cuya estructura sugería una actividad potencial. Proponga
un plan probable de síntesis para esta molécula.
Solución:

La estrategia, pasa por analizar las
reacciones que puede efectuarse para formar el átomo
mas sustituido, que en este caso es el nitrógeno.
Las cadena larga induce a pensar en el grupo (CN),l para
formar la amina e incrementar la cadena en un grupo
-CH2.

Posteriormente la amina se formara por la
reducción de una imina que se forma entre una amina
bencilica y el benzaldehido, catalizado por medio
acido.

El compuesto halonitrilo, se forma por la
sustitución parcial de una dihaluro por NaCN.

El butadieno necesario se obtiene a partir
del ciclohexano por la reacción de
eliminación de Hofmann

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La Efedrina (MOb 53), es un aminoalcohol muy
utilizado en el tratamiento del asma bronquial.
Proponga un plan de síntesis para este fármaco, a
partir de materias primas simples. Solución:

La MOb 53, es un aminoalcohol, los cuales
generalmente se forman por apertura de un grupo
epóxido adecuado por la acción de un
nucleófilo como la metilamina.

La molécula precursora es un
epóxido que por acción de una amina, abre su
anillo y forma la función alcohol requerida.

La amina es preparada a partir del
formaldehído y amoniaco por Aminación
reductiva y el epóxido se forma a partir del
benzaldehido con un reactivo de Wittig. El benzaldehido
puede formarse por la clásica reacción de
formilacion de Gattermann Koch

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La ciclopentamina (MOb 54), es un estimulante del
sistema nervioso
central, semejante a la anfetamina. Proponga una
síntesis de la MOB 54 a partir de materias primas de cinco
carbonos o menos.

Solución:

La MOb 54, es una amina secundaria, que por
su estructura, permite proponer como molécula
precursora una imina, que tiene que ser reducida, esto
conduce a otra molécula precursora, que es una
cetona no simétrica, pero que es del tipo metilica,
que puede formarse por la oxidación de un alquilo
terminal.

El alquilo terminal se prepara por la
síntesis acetilénica, y las moléculas
precursoras que se van generando empiezan en el
ciclohexano.

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La tetracaina (MOb 55) es una sustancia usada en
medicina como
anestésico espinal en punciones lumbares. Proponga un plan
de síntesis razonable. Solución:

L a MOb 55 tiene el grupo funcional amino
en dos posiciones diferentes y además es un
éster aromático.

 

El grupo éster protege un grupo
carboxílico que provendrá de un grupo metilo
sobre el anillo bencénico. Y en la posición,
para (p), está una mina que se puede formar a partir
de una acetanilida, para evitar reacciones secundarias.

 

De este modo los materiales de partida
simples son el benceno, la dietil amina y un
etóxido.

 

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¿Cómo sintetizaría el
estimulante cardiaco propanolol (MOb. 56) a partir de
1-hidroxinaftaleno y cualquier otro reactivo que sea necesario?.
Solución:

La MOb 56. Es un amino alcohol con una
función éter, y el OH se halla a dos
átomos de carbono del grupo amino,.

Entonces, la molécula precursora
puede ser un epóxido que es atacado por el
núcleo isopropil amina, el epóxido tiene un
precursor que debe ser un alqueno.

Éste último se obtiene del
grupo alílico, que reaccionado con NBS, proporciona
el haluro correspondiente para formar el éter con el
naftoxido de sodio correspondiente.

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7.2. PROBLEMAS PROPUESTOS:

El prontosil es un colorante azoico
antibacteriano que alguna vez se utilizo para el
tratamiento de infecciones del tracto urinario.
¿Cómo lo prepararía a partir del
benceno?

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La mefenesina es un fármaco que se
utiliza como relajante muscular y como sedante. Proponga
una síntesis de esta molécula a partir del
benceno y cualquier otro reactivo que sea necesario.

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Proponer una síntesis para el
sulfatiazol a partir del benceno y de cualquier amina que
sea necesaria.

 

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Proponer un plan de síntesis para las
siguientes moléculas:

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  • 1. Justificar las siguientes
    transformaciones químicas:

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Aldehídos
y cetonas

8.1. PROBLEMAS PROPUESTOS I. Proponer rutas de
síntesis factibles para las siguientes
moléculas:

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8.2. PROBLEMAS RESUELTOS

1. ¿Como efectuaría las siguientes
transformaciones químicas?

Estrategia: La MOb 57, es una
cetona metílica asimétrica, siendo uno de los
sustituyentes el grupo n-butilo, que puede prepararse a
partir del alquino de partida, por reducción parcial
y halogenación posterior del alqueno resultante.

La cetona metílica se obtiene a
partir de la introducción del grupo acetiluro, en el
derivado halogenado de la molécula inicial, por la
acción de la sal mercúrica.

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Estrategia: Comparando la
estructura del aldehído MOb 58, con el isobutano
como material de partida, se puede concluir que es
necesario transformar un grupo metilo del isobutano en un
grupo funcional para que se constituya en un precursor
adecuado del aldehído final. Ello ocurre si la
molécula precursora se trata de un alcohol, que
puede ser oxidado por el reactivo de Collins. El alcohol
puede tener como precursor a un alqueno, que requiere ser
hidratado en condiciones antimarkovnikov, esto se da con la
hidroboración – oxidación. El alqueno
requerido es resultado de la deshidrohalogenación de
un derivado halogenado del material de partida.

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Estrategia: L MOb 60, es un ceto alcohol,
con dos átomos de C más en una de sus
cadenas, referida a la molécula de partida. Esto
conduce a generar dicho alcohol por la apertura de un
epóxido de etilo, con un nucleófilo,

El nucleófilo lo provee, el Grignard
que se forma a partir del material de partida, previa
protección del grupo cetónico como acetal
cíclico con etanodiol en medio ácido
leve.

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Estrategia: Si bien la MOB 59, una
cetona metílica puede obtenerse a partir de un
acetileno, el hecho de que el mismo tenga el doble de
átomos de C del alcohol inicial, hace pensar que de
éste se puede obtener el nucleófilo
vía formación de un Grignard y el
aldehído necesarios, para preparar el alcohol
precursor de la molécula final, que se desea
sintetizar.

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Estrategia: El grupo funcional
aldehído de la MOB 61, se obtiene a partir de la
oxidación de un alcohol primario como
molécula precursora.

El alcohol se prepara por la
hidroboración – oxidación de un alqueno
formado previamente por la deshidrohalogenación de
la molécula de partida en medio básico.

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Estrategia: La ciclohexanona, MOb
62, se obtiene por oxidación de un alcohol
secundario, que tiene como molécula precursora un
alqueno que fue hidratado por el método de
oximercuración – desmercuración.

A su vez el alqueno se forma por
deshidrohalogenación del derivado halogenado
(bromado) del ciclopentano, material de partida.

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2. Proponer un plan de síntesis para las
moléculas objetivo (63 – 70), a partir de materias
primas simples.

Estrategia: El acido insaturado
MOb 63, puede prepararse por la hidrólisis acida de
un nitrilo también insaturado. El nitrilo tiene como
molécula precursora una cianohidrina, que es
deshidratada por la acción del POCl3. La
cianohidrina se prepara por acción del HCN sobre un
aldehído que es obtenido por oxidación del
alcohol primario 2-metilpropanol. El alcohol primario se
prepara por hidroboración de un alqueno.

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formado entre la cetona y un trifenil
fosforano metílico, mediante la reacción de
Wittig

Estrategia: Para preparar la
función cetona de la MOb 64, se oxida un alcohol
como precursor, protegiendo previamente el grupo funcional
CHO, con un diol.

El alcohol se forma a partir de la
reacción de un Grignard, formado de un haluro
vinculado a la estructura de la molécula inicial y
el acetaldehído.

El haluro requerido se forma a partir de la
halogenación del 4-metilbenzaldehido por NBS.

El aldehído se prepara a partir de
la formilación del tolueno de partida por el
método de Gattermann -Koch

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Estrategia: La estructura
heterocíclica de la MOb 65, un derivado del
hidropyrazol, muestra la presencia de dos átomo de
nitrógeno ligaos entre si, lo que hace pensar que la
hidracina (NH2NH2), participa en dicha
conformación.

Con este propósito se requiere de un
compuesto dicetónico para formar las iminas
correspondientes

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Estrategia: El doble enlace de la
MOb 66, puede formarse por deshidratación de un
alcohol o la reacción regioespecífica de
Wiitig, que es lo que se asume.

Esta estrategia genera dos moléculas
precursoras, (por lo tanto una síntesis convergente)
fáciles de preparar por medio del uso adecuado de la
acilación de Friedel- Crafts. Como se puede ver en
el diseño propuesto.

Los materiales de partida son el benceno y
tolueno.

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Estrategia: De la estructura de la
MOb 67, se puede vislumbrar que el mejor precursor de la
misma es una cetona, que forma el alqueno por una
reacción de Wittig, a su vez la cetona es parte de
una amida, por lo que se prepara la misma por
reacción entre el haluro de benzoilo y la
pirrolidina.

Ello significa que el material de partida
puede ser el tolueno

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Estrategia: La molécula
precursora el prolintano, MOb 68, es una enamina que ha
sido reducida a la amina. La cetona requerida se forma
entre el bromuro de propil magnesio y el benzonitrilo, lo
que orienta que los materiales de partida serán el
tolueno y el n-propanol.

 

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Estrategia: La metanfetamina (MOb
69), tiene como precursora un amino alcohol, que por
deshidratación y reducción catalítica,
origina la misma. La molécula precursora a su vez se
prepara del compuesto cetónico correspondiente, que
ha sido aminado por una reacción básica entre
un haluro y una amina. Esta ruta conduce al benceno como
material de partida

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Es importante recordar, que los diseños de
síntesis propuestos hasta el momento, están
concebidos en base a las reacciones hasta el momento estudiadas,
razón por la cual es necesario destacar que es posible
proponer otras rutas en base a otras reacciones que se
irán estudiando.

Estrategia: La molécula
objetivo 70, es un buen ejemplo, que muestra como se hacen
uso de reacciones básicas y simples para poder
construir dicha molécula.

Sin embargo existen otras reacciones que
podrían disminuir el número de etapas de la
síntesis de manera considerable.

 

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8.3. PROBLEMAS PROPUESTOS II

1. Complete las reacciones que se indican. Si no
ocurre reacción escriba N.R.

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a.

Monografias.comb.

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c.

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d.

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e.

Monografias.comf.

Monografias.comg.

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h.

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i.

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j.

2. Partiendo de materiales simples y asequibles,
proponer un plan de síntesis para las moléculas que
se indican:

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3. Proponer las reacciones que justiquen las
transformaciones que se indican. Pueden ser en varios pasos y
podrá utilizar los reactivos que sean necesarios:

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