10.9: Descarboxilaciones

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La descarboxilación se refiere a la pérdida de dióxido de carbono de una molécula. Este evento generalmente ocurre al calentar ciertos ácidos carboxílicos. No puede ser cualquier compuesto; más comúnmente, debe haber un grupo carbonilo β- al grupo funcional ácido carboxílico.

La presencia del segundo carbonilo en esa posición es crucial para estabilizar el estado de transición de la reacción. Si tratamos de seguir la reacción usando flechas curvas, podemos ver algo similar a lo que ya hemos observado en reacciones pericíclicas como el reordenamiento Cope. Tres pares de electrones en un anillo de seis miembros son los responsables de la reacción.

La pérdida de dióxido de carbono de β-cetoácidos y ésteres es un evento clave en algunos procesos importantes. Algunos métodos sintéticos típicos incluyen la síntesis de éster acetoacético y la síntesis de éster malónico. Estos son dos métodos de α-alquilación. En estos enfoques, la presencia de un carbonilo β- a un segundo carbonilo hace que sea mucho más fácil eliminar el α-protón en el medio. Eso significa que las bases simples como el etóxido de sodio son lo suficientemente buenas para eliminar el protón de manera eficiente y permitir una reacción de alquilación. Sin embargo, una vez que ya no es necesario para este efecto activador, uno de los grupos éster puede ser eliminado por descarboxilación.

La reacción de Knoevenagel es un tercer ejemplo relacionado de una transformación sintética que se basa en la descarboxilación. Se diferencia de los otros dos en que implica una condensación de carbonilo en lugar de una alilación. Una vez más, a la reacción le sigue la descarboxilación.

Las descarboxilaciones también son comunes en la bioquímica. Por ejemplo, la pérdida de CO ₂ del isocitrato proporciona α-cetoglutarato. Este paso es uno de varios eventos exergónicos en el ciclo del ácido cítrico.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Proporcionar un mecanismo para la conversión de isocitrato a α-cetoglutarato.

Muchas reacciones en bioquímica implican descarboxilaciones, incluso sin un grupo estabilizador en la posición β. Por ejemplo, en el punto de entrada al ciclo del ácido cítrico, el piruvato se descarboxila durante la formación de acetil coenzima A.

Sin embargo, una mirada más cercana a las vías mecanicistas de estas reacciones revela que hay algo más que hacer. Los pasos intermedios implican la introducción de estos grupos estabilizantes, que posteriormente se eliminan nuevamente. En el caso de la descarboxilación de piruvato, el compuesto debe activarse mediante la adición de un iluro de tiamina. El grupo iminio en el intermedio resultante juega el mismo papel que el del grupo β -keto en las descarboxilaciones que ya hemos visto.

Los pasos posteriores dan como resultado la pérdida del grupo tiamina y su reemplazo con un enlace tioéster.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Proporcionar productos para cada una de las siguientes reacciones.

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

Los carbonilos no son los únicos grupos que pueden promover la descarboxilación. Proporcionar un mecanismo para cada una de las siguientes reacciones.

Ejercicio\(\PageIndex{4}\)

Proporcionar un mecanismo para la Reacción de Carroll, que implica la formación inicial de un intermedio enol.