13.7: Reducción del Grupo Carbonilo - Síntesis de Alcoholes 1º y 2º

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Reducción de Aldehídos y Cetonas

Las fuentes más comunes del hidruro nucleófilo son el hidruro de litio y aluminio (LiAlH ₄) y el borohidruro de sodio (NaBH ₄). ¡Nota! El anión hidruro no está presente durante esta reacción; más bien, estos reactivos sirven como fuente de hidruro debido a la presencia de un enlace polar metal-hidrógeno. Debido a que el aluminio es menos electronegativo que el boro, el enlace Al-H en LiAlH ₄ es más polar, por lo que el LiAlH ₄ es un agente reductor más fuerte.

La adición de un anión hidruro (H: ^-) a un aldehído o cetona da un anión alcóxido, que tras la protonación produce el alcohol correspondiente. Los aldehídos producen alcoholes 1º-y las cetonas producen 2º-alcoholes.

En reducciones de hidruros metálicos las sales alcóxido resultantes son insolubles y necesitan ser hidrolizadas (con cuidado) antes de que el producto alcohólico pueda ser aislado. En la reducción de borohidruro de sodio el sistema solvente de metanol logra esta hidrólisis automáticamente. En la reducción de hidruro de litio y aluminio se suele añadir agua en una segunda etapa. El litio, el sodio, el boro y el aluminio terminan como sales inorgánicas solubles al final de cualquiera de las reacciones. ¡Nota! LiAlH ₄ y NaBH ₄ son capaces de reducir aldehídos y cetonas al alcohol correspondiente.

Formalmente, ese proceso se denomina reducción. La reducción generalmente significa una reacción en la que se agregan electrones a un compuesto; se dice que el compuesto que gana electrones se reduce. Debido a que el hidruro puede pensarse como un protón más dos electrones, podemos pensar en la conversión de una cetona o un aldehído en un alcohol como una reducción de dos electrones. Un carbonilo (aldehído o cetona) más dos electrones y dos protones se convierte en un alcohol.

Ejemplo 1

Mecanismo

Este mecanismo es para una reducción de LiAlH ₄. El mecanismo para una reducción de NaBH ₄ es el mismo excepto que el metanol es la fuente de protones utilizada en la segunda etapa.

1) El anión hidruro nucleopílico reacciona con el carbono carbonílico electrófilo forzando a los electrones pi al átomo de oxígeno electronegativo.

2) El alcóxido está protonado.

Reducción Biológica

La adición a un carbonilo por un hidruro semianiónico, tal como NaBH ₄, da como resultado la conversión del compuesto carbonilo en un alcohol. ^{El hidruro del anión BH ₄ actúa como nucleófilo, añadiendo H ^- al carbono carbonílico.} Una fuente de protones puede protonar entonces el oxígeno del ion alcóxido resultante, formando un alcohol.

Los aldehídos, cetonas y alcoholes son características muy comunes en las moléculas biológicas. La conversión entre estos compuestos es un evento frecuente en muchas vías biológicas. Sin embargo, los compuestos semianiónicos como el borohidruro de sodio no existen en la celda. En cambio, una serie de donantes biológicos de hidruro juegan un papel similar.

El NADH es un agente reductor biológico común. NADH es un acrónimo de nicotinamida adenina dinucleótido hidruro. Insetad de un donador aniónico que proporciona un hidruro a un carbonilo, el NADH es en realidad un donador neutro. Suministra un hidruro al carbonilo en circunstancias muy específicas. Al hacerlo, forma un catión, NAD ⁺. Sin embargo, el NAD ⁺ se estabiliza por el hecho de que su anillo de nicotinamida es aromático; no fue aromático en NADH.

Reducción de Ácidos Carboxílicos y Ésteres

Los ácidos carboxílicos se pueden convertir a 1 ^o alcoholes usando hidruro de litio y aluminio (LiAlH ₄). Tenga en cuenta que el NaBH ₄ no es lo suficientemente fuerte como para convertir ácidos carboxílicos o ésteres en alcoholes. Un aldehído se produce como intermedio durante esta reacción, pero no se puede aislar porque es más reactivo que el ácido carboxílico original.

Los ésteres se pueden convertir a 1 ^o alcoholes usando LiAlH ₄, mientras que el borohidruro de sodio (\(NaBH_4\)) no es un agente reductor lo suficientemente fuerte como para realizar esta reacción.

Resumen de la reacción de reducción

En la siguiente tabla se resumen las reacciones de reducción cubiertas hasta el momento en nuestro texto. Es importante distinguir entre la reactividad de los grupos funcionales a medida que agregamos más vías sintéticas de múltiples etapas.

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