Cloruro de acilo: reacciones y síntesis

Publicado el 7 septiembre, 2020 por Rodrigo Ricardo

Cloruros de acilo y grupos funcionales relacionados

Los cloruros de acilo , a veces llamados cloruros de ácido , a menudo son compuestos orgánicos malolientes que son muy reactivos. El término cloruro de acilo describe un grupo funcional que contiene un grupo carbonilo (C = O) y un átomo de cloro (Cl). Las moléculas que contienen este grupo funcional se pueden denominar en sí mismas cloruros de acilo. Se utilizan en síntesis orgánica para convertir ácidos carboxílicos en otros grupos funcionales debido a su alta reactividad.

Recuerde, un grupo funcional es simplemente una disposición de átomos en una orientación particular en una molécula. Algunos de los átomos de un grupo funcional pueden tener múltiples enlaces. Los grupos funcionales más importantes en esta lección son ácido carboxílico , cloruro de acilo , anhídrido de ácido , éster y amida :


Grupo funcional ácido carboxílico y grupos funcionales derivados
derivados del ácido carboxílico

Observe que cada uno de estos grupos funcionales contiene un grupo carbonilo (un carbono con doble enlace a un oxígeno). Si hay un grupo OH próximo al grupo carbonilo, la molécula es un ácido carboxílico; si hay un átomo de Cl, la molécula es un cloruro de acilo.

Cloruros de acilo en síntesis

Los cloruros de acilo, los anhídridos de ácido (o simplemente ‘anhídridos’), los ésteres y las amidas son todos derivados de los ácidos carboxílicos, pero es difícil producirlos directamente a partir de este grupo funcional. Esto se debe a que el grupo OH en el ácido carboxílico es difícil de reemplazar con un nuevo grupo; Los ácidos carboxílicos no son muy reactivos de esta manera. Al convertir un ácido carboxílico en el cloruro de acilo más reactivo, podemos sintetizar muchos derivados del ácido carboxílico.

Formación de cloruro de acilo

Pongámonos nuestras gafas de seguridad y veamos algunas de las reacciones que podemos hacer en el laboratorio con los cloruros de acilo. En primer lugar, los ácidos carboxílicos se pueden convertir en cloruros de acilo mediante tratamiento con cloruro de tionilo. Asegúrese de tener una buena ventilación, ¡porque el cloruro de tionilo es un compuesto maloliente! La reacción se ve así:


Reacción de un ácido carboxílico para formar un cloruro de acilo.
reacción de un ácido carboxílico para formar un cloruro de acilo

Observe en el intermedio de reacción que se muestra entre llaves que el átomo de oxígeno del ácido carboxílico se une al átomo de azufre del cloruro de tionilo. Se forma un intermedio de reacción cuando las reacciones tienen múltiples pasos distintos en el camino hacia la formación del producto. Para formar el intermedio mostrado, un átomo de cloro sale de la molécula de cloruro de tionilo. El intermedio contiene un buen grupo saliente, que son las piezas de la molécula que pueden salir de la molécula porque son relativamente estables por sí mismas. Cuando el intermedio se convierte en el producto, el átomo de cloro que se liberó en el primer paso regresa y reemplaza al grupo saliente que contiene azufre, formando el cloruro de ácido.

Reacción de cloruros de acilo con un nucleófilo genérico

Luego, los cloruros de ácido reaccionan con nucleófilos para producir derivados de ácido carboxílico. Los nucleófilos son grupos que tienen electrones que están disponibles para formar enlaces en una reacción orgánica. Su nombre, literalmente, significa ‘amante del núcleo’, lo que implica que se sienten atraídos por porciones positivas o parcialmente positivas de una molécula. Decimos que los nucleófilos “atacan” a los electrófilos en una reacción orgánica. Los electrófilos ‘aman los electrones’ y son partes de una molécula orgánica que son positivas o parcialmente positivas.

En un mecanismo de reacción orgánica, mostramos flechas para realizar un seguimiento de dónde van los electrones, y estas flechas siempre se originan en un nucleófilo y apuntan al electrófilo. El mecanismo general para la reacción de un cloruro de ácido con un nucleófilo es:


Mecanismo de reacción general del cloruro de acilo
Mecanismo de reacción general del cloruro de acilo

En el primer paso de nuestro mecanismo, el nucleófilo genérico (Nu con un par de electrones en la imagen) ataca al átomo de carbono del carbonilo. El átomo de oxígeno del grupo carbonilo es electronegativo , en otras palabras, le gusta atraer electrones hacia sí mismo a través de enlaces. Este efecto de atracción de electrones aleja los electrones del átomo de carbono al que está unido. El oxígeno en el carbonilo es, por lo tanto, un punto rico en electrones en la molécula (un nucleófilo) y el átomo de carbono adyacente al que el oxígeno le ha ‘robado’ su densidad electrónica es deficiente en electrones o ligeramente electropositivo (lo que lo convierte en un electrófilo).

Entonces, nuestra primera flecha en el mecanismo se origina en el nucleófilo y ataca al átomo de carbono del carbonilo. Para que no rompamos la regla del octeto, debemos mostrar una segunda flecha que convierte los electrones del doble enlace en un par solitario en el oxígeno cuando ataca el nucleófilo. Esto forma un intermedio que está unido a cuatro grupos, llamado intermedio tetraédrico .

El intermedio tetraédrico no se queda mucho tiempo. Esta molécula contiene un grupo saliente: el átomo de cloro. Los electrones que fueron empujados hacia el oxígeno regresan, formando un doble enlace y eliminando el cloro de la molécula como grupo saliente. El mecanismo de reacción general del cloruro de ácido que hemos mostrado aquí se puede aplicar para mostrar cómo los cloruros de ácido se pueden convertir en otros derivados del ácido carboxílico.

Conversión de cloruros de acilo en otros grupos funcionales

Ahora que hemos visto cómo formar cloruros de acilo a partir de ácidos carboxílicos y su reacción general con nucleófilos, veamos algunos nucleófilos específicos que pueden reaccionar con cloruros de acilo para formar derivados de ácido carboxílico.

Reacciones de cloruros de acilo con nucleófilos.

En la reacción (a), podemos ver que los cloruros de acilo pueden reaccionar con el agua para formar ácidos carboxílicos. Por lo tanto, cualquier reacción orgánica que ejecute que tenga un cloruro de acilo como material de partida debe estar muy seca si está tratando de formar un derivado funcional. Esta reacción también produce una molécula de ácido clorhídrico (HCl).

En la reacción (b), vemos que los cloruros de acilo se pueden convertir en ésteres. En este ejemplo, el material de partida es cloruro de acetilo. Sobre la flecha, tenemos un alcohol (metanol) y una base amina (trietilamina). Agregar esta base de amina previene la formación de HCl, como lo hicimos en la primera reacción, y en su lugar producimos una sal de amina. Esto es beneficioso en esta reacción, porque el HCl puede reaccionar con el éster recién formado, produciendo un alcohol y un ácido carboxílico. Entonces, la adición de una base de amina nos ayuda a prevenir una reacción secundaria no deseada aquí.

En la reacción (c) estamos formando una amida a partir de nuestro cloruro de acilo haciéndolo reaccionar con 2 moles de amoníaco. El segundo mol de amoníaco sirve para producir la sal de cloruro de amonio que también es un producto de la reacción.

En nuestra reacción final (d), se produce un anhídrido. La reacción de un cloruro de acilo con la sal de sodio de un ácido carboxílico puede lograr esto. El producto secundario de esta reacción es cloruro de sodio (NaCl).

Resumen de la lección

Los cloruros de acilo son moléculas orgánicas reactivas que pueden usarse para formar una variedad de derivados funcionales de ácidos carboxílicos. Contienen un grupo carbonilo (C = O) y un átomo de cloro. Estos compuestos reactivos se pueden formar a partir de ácidos carboxílicos y luego reaccionar con una variedad de nucleófilos. En esta lección, ha aprendido cómo se puede usar la reacción con nucleófilos específicos para convertir cloruros de acilo en ácidos carboxílicos, ésteres, aminas y anhídridos.

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