Cloruro de acilo

En química orgánica, un cloruro de acilo (o cloruro de ácido) es un compuesto orgánico con el grupo funcional −C(= O)Cl. Su fórmula suele escribirse R−COCl, donde R es una cadena lateral. Son derivados reactivos de ácidos carboxílicos (R−C(=O)OH). Un ejemplo específico de cloruro de acilo es el cloruro de acetilo, CH₃COCl. Los cloruros de acilo son el subconjunto más importante de haluros de acilo.

Nomenclatura

Cuando la fracción cloruro de acilo tiene prioridad, los cloruros de acilo se nombran tomando el nombre del ácido carboxílico original y sustituyendo cloruro de -ilo por ácido -ico. De este modo:

ácido acético (CH₃COOH) → cloruro de acetil (CH)₃COCl)

ácido benzoico (C)₆H₅COOH) → cloruro de benzoilo (C)₆H₅COCl)

Cuando otros grupos funcionales tienen prioridad, los cloruros de acilo se consideran prefijos — clorocarbonilo-:

ácido acético (CH₃COOH) → (clorocarbonilÁcido acéticoClOCCH₂COOH)

Propiedades

Al carecer de la capacidad de formar enlaces de hidrógeno, los cloruros de acilo tienen puntos de ebullición y fusión más bajos que los ácidos carboxílicos similares. Por ejemplo, el ácido acético hierve a 118 °C, mientras que el cloruro de acetilo hierve a 51 °C. Como la mayoría de los compuestos carbonílicos, la espectroscopia infrarroja revela una banda cercana a 1750 cm⁻¹.

El cloruro de acilo estable más simple es el cloruro de acetilo; El cloruro de formilo no es estable a temperatura ambiente, aunque se puede preparar a –60 °C o menos.

Los cloruros de acilo se hidrolizan (reaccionan con agua) para formar el ácido carboxílico y el ácido clorhídrico correspondientes:

${displaystyle {ce {RCOCl + H2O - titulada RCOOH + HCl}}$

Síntesis

Rutas industriales

La ruta industrial para obtener cloruro de acetilo implica la reacción de anhídrido acético con cloruro de hidrógeno:

${displaystyle {ce {(CH3CO)2O + HCl CH3COCl + CH3CO2H}}$

El cloruro de propionilo se produce mediante la cloración del ácido propiónico con fosgeno:

${displaystyle {ce {CH3CH2CO2H + COCl2] CH3CH2COCl + HCl + CO2}}$

El cloruro de benzoílo se produce mediante la hidrólisis parcial del benzotricloruro:

${displaystyle {ce {C6H5CCl3 + H2O - Propiedad C6H5C(O)Cl + 2 HCl}}}$

De manera similar, los benzotricloruros reaccionan con los ácidos carboxílicos para formar el cloruro de ácido. Esta conversión se practica para la reacción de 1,4-bis(triclorometil)benceno para dar cloruro de tereftaloilo:

${displaystyle {ce {C6H4(CCl3)2 + C6H4(CO2H)2 - titulada 2 C6H4(COCl)2 + 2 HCl}}$

Métodos de laboratorio: cloruro de tionilo

En el laboratorio, los cloruros de acilo generalmente se preparan tratando ácidos carboxílicos con cloruro de tionilo (SOCl₂). La reacción está catalizada por dimetilformamida y otros aditivos.

El cloruro de tionilo⁠ es un reactivo muy adecuado como subproducto (HCl, SO₂) son gases y el cloruro de tionilo residual se puede eliminar fácilmente gracias a su bajo punto de ebullición (76 °C).

Métodos de laboratorio: cloruros de fósforo

El tricloruro de fósforo (PCl₃) es popular, aunque se requiere un exceso de reactivo. El pentacloruro de fósforo (PCl₅) también es eficaz, pero solo se transfiere un cloruro:

${displaystyle {ce {RCO2H + PCl5 - confianza RCOCl + POCl3 + HCl}}$

Métodos de laboratorio: cloruro de oxalilo

Otro método implica el uso de cloruro de oxalilo:

${displaystyle {ce {RCO2H + ClCOCOCOCl - confianza[DMF] RCOCl + CO2 + HCl}}}$

La reacción es catalizada por dimetilformamida (DMF), que reacciona con cloruro de oxalilo para dar el reactivo de Vilsmeier, un intermedio de iminio que reacciona con el ácido carboxílico para formar un iminoanhídrido mixto. Esta estructura sufre una sustitución de acilo con el cloruro liberado, formando el anhídrido de ácido y liberando la molécula regenerada de DMF. En comparación con el cloruro de tionilo, el cloruro de oxalilo es más caro pero también es un reactivo más suave y, por tanto, más selectivo.

Otros métodos de laboratorio

Los cloruros ácidos se pueden utilizar como fuente de cloruro. Así, el cloruro de acetilo se puede destilar a partir de una mezcla de cloruro de benzoílo y ácido acético:

${displaystyle {ce {cH3CO2H + C6H5COCl] CH3COCl + C6H5CO2H}}$

Otros métodos que no forman HCl incluyen la reacción de Appel:

${displaystyle {ce {RCO2H + Ph3P + CCl4] RCOCl + Ph3PO + HCCl3}}$

Otro es el uso de cloruro cianúrico:

${displaystyle {ce {RCO2H + C3N3Cl3] RCOCl + C3N3Cl2OH}}$

Reacciones

El cloruro de acilo son reactivos reactivos y versátiles. Los cloruros de acilo tienen una mayor reactividad que otros derivados de ácidos carboxílicos como anhídridos, ésteres o amidas de ácido:

Reacciones nucleófilas

Los cloruros de ácido son útiles para la preparación de amidas, ésteres y anhídridos. Estas reacciones generan cloruro, que puede ser indeseable. Los cloruros de acilo se hidrolizan, dando el ácido carboxílico:

Esta hidrólisis suele ser una molestia más que intencionada. Los cloruros de acilo se utilizan para preparar anhídridos, amidas y ésteres de ácido, haciendo reaccionar cloruros de ácido con: una sal de un ácido carboxílico, una amina o un alcohol, respectivamente.

Mecanismo

Se cree que la alcoholisis de los haluros de acilo (la alcoxi-deshalogenación) se produce mediante un mecanismo SN2 (Esquema 10).⁠ Sin embargo, el mecanismo también puede ser tetraédrico o SN1 en disolventes altamente polares⁠ (mientras que el S _{La reacción de N2 implica una reacción concertada, la vía tetraédrica de adición-eliminación implica un intermedio discernible).}

Las bases, como la piridina o la N,N-dimetilformamida, catalizan las acilaciones. Estos reactivos activan el cloruro de acilo mediante un mecanismo de catálisis nucleófila. La amina ataca el enlace carbonilo y presumiblemente⁠ primero forma un intermedio tetraédrico transitorio y luego forma una sal de acilamonio cuaternario mediante el desplazamiento del grupo saliente. Esta sal de acilamonio cuaternario es más susceptible al ataque de alcoholes u otros nucleófilos.

El uso de dos fases (acuosa para la amina y orgánica para el cloruro de acilo) se denomina reacción de Schotten-Baumann. Este método se utiliza en la preparación del nailon mediante el llamado truco de la cuerda de nailon.⁠

Conversión a cetonas

Los nucleófilos de carbono, como los reactivos de Grignard, convierten los cloruros de acilo en cetonas, que a su vez son susceptibles al ataque del segundo equivalente para producir el alcohol terciario. La reacción de los haluros de acilo con ciertos reactivos de organocadmio se detiene en la etapa de cetona. La reacción con reactivos de Gilman también produce cetonas, lo que refleja la baja nucleofilicidad de estos compuestos de litio y diorganocobre.

Reducción

Los cloruros de acilo se reducen mediante hidruro de litio y aluminio e hidruro de diisobutilaluminio para dar alcoholes primarios. El hidruro de litio tri-terc-butoxialuminio, un donante de hidruro voluminoso, reduce los cloruros de acilo a aldehídos, al igual que la reducción de Rosenmund utilizando gas hidrógeno sobre un catalizador de paladio envenenado.

Acilación de arenos

Con catalizadores ácidos de Lewis como el cloruro férrico o el cloruro de aluminio, los cloruros de acilo participan en las acilaciones de Friedel-Crafts, para dar arilcetonas:

Debido a las duras condiciones y la reactividad de los intermedios, esta reacción, que de otro modo sería bastante útil, tiende a ser complicada y perjudicial para el medio ambiente.

Adición oxidativa

Los cloruros de acilo reaccionan con centros metálicos de baja valencia para dar complejos de acilo de metales de transición. Es ilustrativa la adición oxidativa de cloruro de acetilo al complejo de Vaska, que convierte el Ir(I) plano cuadrado en Ir(III) octaédrico:

${displaystyle {ce {IrCl(CO)(PPh3)2 + CH3COCl CH3COIrCl2(CO)(PPh3)2}}}$

Peligros

Los cloruros de acilo de bajo peso molecular suelen ser lacrimantes y reaccionan violentamente con agua, alcoholes y aminas.