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QUÍMICA ORGÁNICA AVANZADA Examen Final

31 de enero de 2007

1. (3 puntos) a) Proponga un mecanismo razonable que justifique los siguientes hechos experimentales: La reacción es de sustitución electrófila aromática y, por tanto, se produce en dos pasos. La relación de constantes kH/kD claramente indica que en el primer caso no hay efecto isotópico cinético primario mientras que en el segundo sí lo hay. En el primer caso, la etapa lenta de la velocidad será la formación del intermedio I, mientras que en la segunda es la salida del hidrógeno (deuterio) para recuperar la aromaticidad. O

N 2+

O H(D)

E.L.V.

+

O-

H(D) N N

+

- H (D ) Cl

k1

SO 3-

N

+

Cl

k2 SO 3-

SO 3-

Cl

I

k1 < k2

N 2+

N

k H / k D = 1.0

H(D) O+

-

k1

H(D) N N

O 3S

SO 3-

Cl

Cl

- H + (D +)

O

k1 > k2

k2 E.L.V.

-

N N

O 3S

Cl

Ok H / k D = 6.65

I

Por último, la diferencia en la velocidad en cada una de las reacciones se debe a la mayor reactividad de los hidrógenos en posición α (segundo caso) de un fragmento de naftaleno frente a aquellos de las posiciones β (segundo caso). b) Justifique, utilizando los orbitales moleculares frontera, los productos obtenidos en las siguientes reacciones: CO2Et

B

Ph

+ Ph N N N

A

Energias OMF y coeficientes E HOMO (eV) + Ph N N N 1

-9.5

E LUMO (eV) -0.2

N1(HO) 1.55

N3(HO) -0.72

N1(LU) 0.37

N3(LU) 0.76

3

E HOMO (eV)

E LUMO (eV)

C1(HO)

C2(HO)

C1(LU)

C2(LU)

1 2

Ph

-9.0

1.0

1.50

0.90

1.20

-0.70

-10.9

0.0

0.80

1.20

1.80

-0.40

1 2

CO2Et

1

Ph N N N EtO 2C

CO 2Et

Ph N N N

Ph

+ Ph N N N

A Ph

B

1.80

Ph

LUMO EtO 2C

N

N

N 0.76 0.37

-0.40

1.0 0.0

-0.2

Ph N N N

eV

8e

A Ph

V

B

5

8.

EtO 2C

9.

Ph N N N

Reacción HOMO-controlada

Reacción LUMO-controlada -9.5

-9.0

-10.9

HOMO

1.50

Ph N

HOMO

N

N

0.90

Ph

1.55 -0.72

2.- (3 puntos) (a) Formule una síntesis razonable para cada uno de los siguientes compuestos utilizando como compuesto de partida el indicado en cada caso: IGF

O O

EtO2C

IGF

HO

O

HO O

1,2-diX NaOEt

+ O

EtOH

LiAlH4

/ pTsOH

EtO2C

O CO2Et + Br

Br

Br 1,2-diX EtO2C

EtO2C

a) NaH

O

Br

EtO2C

1,2-diX

O

NaOEt

O

EtO2C Br O

EtOH

b) BuLi

O

1,2-diX Ph

O

O

O

+ Ph

Ph

O

O

a) TMSCl b) TiCl4 + enona

IGF O

1,2-diX HO

O a) Base o H+ b) Δ

* Para ambos casos se pueden plantear otras rutas alternativas.

2

HO

O

O

(b) Complete el siguiente esquema de reacción, formulando cada una de las etapas del mismo:

O O

+ H CO 3

O

LDA / THF OCH3

- 78 ºC

CO2Me

THPO CO2Me G (O-alquilación) NaH 150 ºC (Claisen) Br

O THPO

CO2Me B

O

O H+ anh.

CO2Me

O

F

O

H+ anh.

A (C8H12O3)

O

THPO

O

OH

HO

HO

mCPBA

O

a) H3O+

CO2Me

CO2Me

O

D

E

O

b) NaOEt/EtOH C

CO2Me OH

a) B2H6

O

Δ

O

PPh3P-CH3 Br-

+

-

H anh. (trazas) THPO

b) H2O2/OH THPO H

BuLi O O I (C15H22O5)

CO2Me

THPO O

O J

O

H3O+ dil.

HO O

O

K

3.- (2 puntos) La melibiosa A ([α]D20 +135º, c=5 (H2O) después de 24h.) es un disacárido empleado, entre otras aplicaciones, en cosmética. Este compuesto se hidroliza por acción de una α-galactosidasa de almendras y por hidrólisis en medio ácido proporciona D-glucosa (1) y una segunda hexosa B. La reacción de A con metanol en medio ácido anhidro da lugar a C el cuál, por tratamiento con sulfato de dimetilo y NaOH permite obtener D. La hidrólisis ácida de D genera dos compuestos: la 2,3,4-tri-O-metilglucosa (E) y F. Considerando que: a) la hexosa B, por reacciones sucesivas con metanol en medio ácido anhidro seguido de tratamiento del producto resultante con cloruro de bencilo (BnCl) en piridina permite obtener un compuesto O; b) que la hexosa B por reacción con metanol en medio ácido anhidro seguida de tratamiento con sulfato de dimetilo y NaOH y posterior hidrólisis proporciona F y c) que el compuesto O puede sintetizarse a partir de D-glucosa (1) de acuerdo con la secuencia de reacciones indicadas en el esquema adjunto, deducir las estructuras de los compuestos A-O. α-galactosidasa

A (Disacárido)

C

MeOH H+ anh. Me2SO4 OH

-

Glucosa (1) + B (Hexosa) OH

D

H 3O +

O

MeO MeO

OH OMe

E

Posiciones 1 y 6 libres

3

+F

Unión α

OH

OH O

HO HO

MeOH

OH

O

HO HO

OH H+ anh.

1 eq. PhCHO OMe

O

Ph O

ZnCl2

OH

O

HO

OMe OH

I

H

BnCl Py OBn

OH O

HO BnO

BnCl (1 eq.)

OMe

Py

OBn

L

a) HCl dil.

O

HO BnO

OMe

O O BnO

Ph

b) MeOH H+ anh.

O OMe OBn

OBn

K

J

CrO3 Py OBn

OBn

OBn

O

BnO BnCl / Py

HO O

NaBH4 OMe

BnO

O

M

N

O

BnO

OMe

BnO

OBn

OH

OBn

OBn

HO a) MeOH H+ anh. OMe b) BnCl / Py HO

OMe OH B (Galactosa)

O

OH

O

OMe

HO

MeO

a) MeOH H + anh.

O

O

b) Me 2SO 4 / OH - MeO c) H 3O +

OMe

HO

OH B (Galactosa)

OH

OH OMe

F

OH

HO

HO

HO

HO MeOH

OH O

+

H anh. O HO OH HO OH A (Melibiosa)

MeO

MeO O

O

OMe

OMe

O

O

OH O

MeO Me2SO 4

OMe O

OH O

HO HO

MeO MeO

OMe OH

OH

MeO H 3O

F

+

+

O OMe

OMe OH O

MeO MeO

OH E

OMe

OMe

4.- (2 puntos) Las encefalinas son pequeños péptidos producidos a partir de un péptido mayor (la βendorfina) con importantes propiedades analgésicas. Una de ellas, la Leu-encefalina 1 es un pentapéptido con estructura referible al opiáceo morfina y cuya síntesis, en forma racémica, puede llevarse a cabo como sigue:

a) NaCN /NH4CN

HO CHO

PhCH2Br

HO CO2-

b) H3O +

K2CO3

BnO CO2-

H3 N

p-hidroxifenilacetaldehido

+

H3N

CO2-

HN B (C23H23NO3)

A (Tyr)

DCC

Acido 2-aminoacético (Gly)

+

H3N

H N

-

CO2

O C (C4H8N2O3)

4

H N

+

H+

H3N

Bn

CO2But

O D (C8H16N2O3)

H N

+ + H3N CO2-

BnO

+

b) H3O dil

O

HN

O

CO2But a) DCC HN

BnO Bn

Bn

H N

N H

CO2H

O

F (C27H28N3O5)

B+D O N-K+

CO2Et

Br

Br2

CO2Et

CO2Et

O

O

N

CO2Et

Malonato de dietilo

O

CO2Et

G

CO2Et

CO2Et a) EtONa / EtOH N

b) PhCH2Br

CO2Et Ph

O

H

O

I

a) NaOH/Δ b) H3O+/Δ +

+

CO2But

H3N

CO2-

H3N

H+ Ph J (Phe)

Ph K

O

BnO

HN

Bn

H N

N H

CO2H

O

O

a) DCC b) H3O+ dil

+ +

HN

BnO

Bn

H N

N H

N H

O

CO2But

H3N

Ph

O

CO2H

M

Ph +

H 3N

+

CO2-

H 3N

PhCH2OH

CO2CH2Ph

H+ Acido 2-amino-4-metilpentanoico (Leu)

N

O

BnO

HN

Bn

H N

N H

+

H3N

N H

O M

Ph

O

CO2H

O DCC BnO

HN

Bn

H N

N H

Ph H N

O N H

O

CO2Bn

O

O

+

CO2CH2Ph

H2/Pd-C

N O

NO

N + NH3 H

H N O

O N H

Ph H N

CO2-

O

Leu-encefalina 1

Duración: 3h (examen completo) 2.15h (segundo parcial; preguntas 2, 3 y 4)

5