apuntes quimica heterociclica
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quimica heterociclicaTRANSCRIPT
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FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS
Qumica Heterocclica Apuntes
MC Edgardo Hernndez Chavero
18/01/2013
Sumario de temas selectos para apoyar la asignatura, relativos a las estructuras de compuestos heterocclicos tpicos donde se especifica la relacin estructura- actividad si como sus propiedades, reacciones y sntesis orgnica
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MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 2
CONTENIDO
Unidad Pgina
1.- Enoltatos y carbaniones .. 3
2.- Adicin conjugada . 18
3.- Sistemas Heterocclicos 32
4.- Sistemas heterocclicos -excedentes, de cinco eslabones 46
5.- Sistemas heterocclicos pentagonales con dos heterotomos 50
6.- Sistemas de anillos fusionados con pirrol, furano y tiofenos....... 62
7.- Sistemas heterocclicos -deficientes. I.. 73
8.- Sistemas heterocclicos -deficientes. II 78
9.- Sistemas heterocclicos -deficientes. III 85
10.- Propiedades y sntesis de compuestos heterocclicos selectos...... 101
11.- Bibliografa 233 12.- Problemario .. 233
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UNIDAD 1
Enolatos y Carbaniones
En ste captulo discutiremos la reactividad de aldehdos y cetonas en la
posicin alfa (), es decir el carbono contiguo al grupo funcional. El carcter polar del
grupo carbonilo tiene un efecto acidificante sobre los hidrgenos y permite la
formacin de alcoholes -insaturados (enoles) y sus aniones correspondientes (iones enolatos).
Los pKa de aldehdos y cetonas van de 19 a 21, valores considerablemente
inferiores a los pKa del eteno (44) o etino (25), aunque mayores que los de los alcoholes
(15-19) Cul es la razn de la relativa acidez de los aldehdos y cetonas? Existen dos
razones fundamentales: una es el efecto inductivo atrayente de electrones del carbono
carbonlico, polarizado positivamente y otra de mayor importancia, es que los iones
enolatos formados se hallan estabilizados por resonancia.
A continuacin veremos las reacciones del carbono , fruto de la enolizacin
como tambin los mtodos sintticos y reacciones de sistemas -insaturados de cetonas y aldehdos.
REACCIONES DE SUSTITUCIN ALFA DE GRUPOS CARBONILOS DE
CETONAS Y ALDEHDOS:
Las reacciones de sustitucin alfa ocurren en la posicin contigua al grupo
carbonilo -la posicin alfa ()- e implican la sustitucin de un tomo de hidrgeno alfa por algn otro grupo. Se verifican a travs de la formacin de un enol o ion enolato
como intermedios. Su estudio se iniciar aprendiendo un poco ms de estas dos
especies.
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TAUTOMERA CETO-ENOL.
Los compuestos carbonlicos que tienen tomos de hidrgenos en sus carbonos
alfa se interconvierten en forma rpida con sus correspondientes enoles (eno + ol,
alcohol insaturado). Esta rpida interconversin entre dos especies qumicamente
distintas es una clase especial de isomera conocida como tautomera. A los ismeros
individuales se les llama tautmeros.
En el equilibrio, la mayora de los compuestos carbonlicos existen casi
exclusivamente en la forma ceto, y suele ser difcil aislar el enol en forma pura. Por
ejemplo, a temperatura ambiente la ciclohexanona contiene slo alrededor de 0.0001%
de su tautmero enol, y la acetona slo alrededor de 0.0000001% de su enol. El
porcentaje del tautmero enol es an menor en los cidos carboxlicos y en sus
derivados de acilo, como steres y amidas. Si bien los enoles son difciles de aislar y
en el equilibrio estn presentes slo en pequea cantidad, son extremadamente
importantes e intervienen en gran parte de la qumica de los compuestos
carbonlicos.
Ciclohexanona
99.999 9% 0.000 1%
Acetona
99. 999 999 % 0.000 001%
La tautomera ceto-enol de los compuestos carbonlicos eat catalizada tanto por
cidos como por bases. La catlisis cida implica la protonacin del tomo de oxgeno
del carbonilo (una base de Lewis), para formar un catin intermediario que puede perder
un protn del carbono y producir enol neutro.
La formacin de un enol catalizada por base ocurre va una reaccin cido-base
entre el catalizador y el compuesto carbonlico. Este ltimo acta como un cido prtico
dbil y dona a la base uno de sus hidrgenos . Entonces el anin resultante -un ion enolato- vuelve a protonarse para producir un compuesto neutro.
Mecanismo de la formacin del enol catalizada por
cido Mecanismo de la formacin del enol catalizada por
Base
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PREPARACIN DE ENOLATOS:
Cuando cetonas y aldehdos se tratan con bases fuertes, stas provocan la
desprotonacin del carbono ; debido al carcter cido de estos hidrgenos. Los pKa de aldehdos y cetonas van de 19 a 21, valores considerablemente inferiores a los pKa de
alquenos y alquinos, aunque mayores a los de los alcoholes. Los aniones formados por
desprotonacin, los iones enolato, se hallan estabilizados por resonancia.
Producir cantidades estequiomtricas de un enolato a partir de un aldehdo es
difcil debido a las reacciones secundarias (condensacin aldlica). Las cetonas, sin
embargo, pueden desprotonarse con diisopropilamiduro de litio o hidruro potsico.
RESUMEN DE LAS REACCIONES
I.- Sntesis y reacciones de enolatos y enoles
Ejemplos
1.- Preparacin de enolatos
2.- Alquilacin de enolatos
TammyResaltado
TammyResaltado
TammyResaltado
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3.- Alquilacin va enaminas
4.- Equilibrio ceto-enol
En medio cido
En medio Bsico
5.- Halogenacin
(va enolato)
(va enol)
6.- Condensaciones aldlicas
TammyResaltado
TammyResaltado
TammyResaltado
TammyResaltado
TammyResaltado
TammyResaltado
TammyResaltado
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Condensacin aldlica mixta (un aldehdo no
enolizable)
Condensacin entre cetonas
Condensacin aldlica intramolecular:
Se forman anillos sin tensin, preferentemente
(cinco y seis tomos).
II.- Sntesis aldehdos y cetonas -insaturadas
Ejemplos
6.- Condensaciones aldlicas.
Ver ejemplos anteriores
7.- Bromacin-deshidrobromacin de
aldehdos y cetonas.
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TammyResaltado
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8.- Reaccin de Wittig con iluros
estabilizados.
9.- Oxidacin de alcoholes allicos.
10.- Isomerizacin de aldahdos -insaturados.
III.- Reacciones de aldehdos y cetonas
-insaturados.
Ejemplos
11.- Hidrogenacin. (Reducciones)
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12.- Adicin de halogenos.
13.- Adicin de cianuro de hidrgeno.
14.- Adicin de agua, alcoholes y aminas.
15.- Adicin de reactivos organometlicos.
16.- Condensacin con derivados de aminas.
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G = -OH, -NH2, -NHR, etc.
17.- Reaccin de Michael.
18.-Anelacin de Robinson.
Consiste en una : Michael y a continuacin
una
Aldlica - intramolecular.
ALQUILACIN SENCILLA Y DOBLE DE ENOLATOS.
La mayora de alquilaciones tiene lugar sobre el carbono , la reaccin constituye un procedimiento general de introduccin de un sustituyente alquilo en la
posicin contigua a un carbonilo. Uno de los problemas de este tipo de reaccin es
controlar la dialquilacin. En las condiciones de reaccin, la cetona monoalquilada
puede ser desprotonada por el enolato de partida y ser objeto de alquilaciones sucesivas.
Otra complicacin es la que surge al alquilar cetonas asimtricas, ambas posiciones pueden sufrir el ataque del electrfilo.
Ejemplos:
27% 38%
53% 47%
Mecanismo de la alquilacin de la ciclohexanona:
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ALQUILACIN VA ENAMINAS.
Las enaminas son ricas en electrones debido a la presencia del sustituyente
nitrgeno. La resonancia entre el par de electrones solitario de dicho nitrgeno y el
doble enlace posibilita el que ste pueda ser atacado por electrfilos. En efecto, las
enaminas en presencia de haloalcanos se alquilan en el carbono dando sales de iminio. El tratamiento acuoso de stas las hidroliza por un mecanismo inverso al formulado
para su formacin. El resultado final es una cetona alquilada y la amina secundaria
original.
Ejemplos:
Enamina de ciclohexanona 2-Butilcicloxexanona (44%)
2,2-Dimetilbutanal (70%)
Mecanismo de la alquilacin va enamina para la 3-Pentanona:
2-Metilpentanona
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HALOGENACIN DE ALDEHDOS Y CETONAS A TRAVS DE
INTERMEDIOS DE TIPO ENOLATO O ENOL.
Los aldehdos y cetonas reaccionan con halgeno mediante el carbono al grupo carbonilo. En presencia de cido, por ejemplo, la halogenacin suele detenerse
tras la incorporacin del primer halgeno. La velocidad de halogenacin catalizada por
cidos es independiente de la concentracin de halgeno, lo cual sugiere un primer paso
determinante de la velocidad que involucra al sustrato carbonlico. Dicho paso es la
enolizacin. El halgeno ataca a continuacin al doble enlace para dar un
halocarbocatin intermedio, estabilizado por el oxgeno. La desprotonacin
subsiguiente de dicha especie proporciona el producto.
Ejemplos:
Propanona Bromopropanona
2-Metilciclohexanona 2-Cloro-2-metilciclohexanona
Mecanismo de la bromacin catalizada por cido de la propanona (acetona):
ETAPA 1.- Enolizacin
ETAPA 2.- Ataque del halgeno
ETAPA 3.- Desprotonacin
La entrada de un segundo halgeno es prcticamente nula. Para poder repetir la
enolizacin, el compuesto halocarbonlico debe enolizarse de nuevo por el mecanismo
habitual catalizado por cidos. Sin embargo, la capacidad atrayente de electrones del
halgeno hace que la protonacin, el primer paso de la enolizacin, sea ms difcil que
en el compuesto carbonlico original. Los rendimientos de la monohalogenacin suelen
ser altos.
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La halogenacin catalizada por bases es totalmente diferente. En este caso lo
difcil es detener la reaccin, por lo que no suele tener utilidad. Con metilcetonas, sin
embargo, el sustituyente trihalometil resultante acta como grupo saliente en
condiciones bsicas y el producto final es en muchos casos un cido carboxlico y el
trihalometano (Reaccin del haloformo).
3-Metil-2-butanona 1,1,1-Tribromo-3-Metil-2-butanona cido 2-Metilpropanoico Bromformo
Mecanismo de bromacin catalizada por base de una metil cetona:
ETAPA 1.- Formacin del enolato
ETAPA 2.- Ataque nuclefilo sobre el bromo
ETAPA 3.- Bromacin completa
ETAPA 4.- Formacin de cido carboxlico
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CONDENSACIN ALDLICA.- ATAQUE DE ENOLATOS SOBRE LA
FUNCIN CARBONILO.
Los enolatos pueden atacar al carbono carbonlico para dar compuestos hidroxi-
carbonlicos. La eliminacin subsiguiente de agua conduce a aldehdos y cetonas -insaturados. La secuencia global de ambos pasos constituye una reaccin de
condensacin.
La condensacin aldlica es general para aldehdos, aunque tambin puede
realizarse con xito sobre cetonas. El mecanismo de esta reaccin es un ejemplo
caracterstico de la qumica de enolatos. En condiciones bsicas empleadas, existe un
equilibrio entre aldehdos y su enolato correspondiente. ste, que se halla rodeado de
aldehdo en exceso, utiliza su carbono nuclefilo para atacar al carbonilo de una
molcula de aldehdo. La protonacin del alcxido resultante proporciona el aducto
aldlico inicial, el 3-hidroxibutanal, al cual se le ha dado el nombre corriente de aldol.
Mecanismo de formacin del aldol:
ETAPA 1.- Formacin del enolato.
ETAPA 2.- Ataque nuclefilo.
ETAPA 3.- Protonacin.
A temperaturas elevadas el aldol se convierte en su enolato, que sufre una
eliminacin de ion hidrxido para dar lugar al producto final. El resultado neto es la
deshidratacin del aldol catalizada por hidrxido. Las condensaciones aldlicas suelen
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ser de diferentes tipos, entre las que estn las intramoleculares que conducen a la
formacin de anillos.
Mecanismo de la deshidratacin:
Ejemplos de condensaciones aldlicas:
2-Metilpropanal 3-Hidroxi-2,2,4-trimetilpentanal
PREPARACIN Y QUMICA DE LOS ALDEHDOS Y CETONAS -INSATURADOS.-
Los aldehdos y cetonas -insaturados contienen dos grupos funcionales. Al igual que otros compuestos difuncionales, su qumica puede ser simplemente una
composicin de las reactividades de los dos tipos de doble enlace o bien, puede
involucrar a la funcin enona de forma global. En este apartado revisaremos los
mtodos de preparacin de dichas molculas.
Los aldehdos y cetonas -insaturados pueden prepararse por reacciones ya conocidas por el estudiante que han sido comentadas con anterioridad en este captulo,
conjuntamente con otras ya estudiadas, como por ejemplo las eliminaciones. ste es el
caso de la halogenacin en el carbono y posterior eliminacin en medio bsico.
Ciclopentanona 2-Ciclopentenona (73%)
En este caso el doble enlace
carbono-carbono puede formarse en
la posicin contigua al carbonilo
mediante la cloracin en medio cido
seguida de una deshidrocloracin
catalizada por base, con buenos
rendimientos.
Otro mtodo eficaz de formar cetonas y aldehdos -insaturados es por la reaccin de Wittig. Por ejemplo, el 2-cloroetanal puede convertirse en la sal de fosfonio
y posteriormente ser desprotonado al iluro correspondiente; que reacciona un aldehdo
para dar la formacin de un aldehdo -insaturado.
Ejemplo:
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Iluro estabilizado
Heptanal 2-Nonanal (81%)
Los iluros formados de esta
manera no reaccionan con
cetonas. Son posibles otras
reacciones anlogas con otros
iluros de alcanolo.
Otro de los mtodos empleados comnmente para la preparacin de los
aldehdos y cetonas -insaturados es la isomerizacin en medio cido o bsico de
sistemas -insaturados. As por ejemplo, los compuestos carbonlicos -insaturados se transponen fcilmente a sus ismeros conjugados. Se dice que el doble enlace
carbono-carbono entra en conjugacin con el grupo carbonilo.
Ejemplos:
3-Butenal 2-Butenal
3-Ciclohexanona 2-Ciclohexanona
La ruta catalizada por cidos transcurre a travs del dienol conjugado. La
protonacin en el extremo ms alejado del grupo hidroxilo genera un carbocatin
estabilizado por resonancia que se desprotona en el oxgeno para dar el producto. En la
reaccin catalizada por bases, el intermedio es el ion dienolato conjugado, que sufre
reprotonacin en el carbono extremo. Ambos mecanismos se ilustran a continuacin:
Mecanismo de la isomerizacin catalizada por cidos de compuestos carbonlicos - insaturados:
Mecanismo de la isomerizacin catalizada por bases de compuestos carbonlicos
-insaturados:
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REACCIONES QUE SUFREN LOS ALDEHDOS Y CETONAS
INSATURADOS.
Los aldehdos y cetonas -insaturados dan lugar a muchas reacciones perfectamente predecibles a partir de la qumica ya conocida de los dobles enlaces
carbono-carbono y carbono-oxgeno. Por ejemplo la hidrogenacin con paladio sobre
carbono da el compuesto carbonlico saturado. Ciertos catalizadores especiales
provocan la reduccin selectiva del grupo carbonlico sin afectar al doble enlace del
alqueno.
El hidrgeno empleado con
Paladio/Carbono, produce solamente la
hidrogenacin del enlace carbono-
carbono, de manera casi cuantitativa
(95%) Cuando se emplea hidrgeno en presencia
de xido de plata, sulfato de hierro y
acetato de cinc, y adems a bajas
presiones de obtiene la hidrogenacin del
grupo carbonilo sin daar el enlace
carbono-carbono.
La halogenacin es otra de las reacciones que sufre solamente el doble enlace
carbono-carbono. Por ejemplo la bromacin proporciona un compuesto
dibromocarbonlico.
3-Penten-2-ona 3,4-
Dibromo-2-pentanona
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Unidad 2
Adicin conjugada
ADICIONES 1,4 A ALDEHDOS Y CETONAS -INSATURADOS.
Las reacciones anteriormente comentadas pueden clasificarse como adiciones
1,2 a alguno de los enlaces del sistema, ya sea el carbono-carbono o el carbono-oxgeno. Sin embargo, algunos reactivos se adicionan de forma 1,4 al sistema
conjugado, lo que se denomina adicin conjugada. En tales transformaciones la parte
nuclefila del reactivo se une al carbono y la electrfila (normalmente un protn) se une al oxgeno carbonlico . El producto inicial es un enol, que sufre posteriormente un
reordenamiento a la forma ceto.
Adicin 1,2 de un reactivo polar A-B a
una enona conjugada.
Adicin 1,4 de un reactivo polar A-B a
una enona conjugada.
Las adiciones 1,4 son realizadas tanto en medio cido como medio bsico.
Ejemplos:
(a) Adicin de cianuro de hidrgeno.
Mecanismo de adicin:
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(b) Adiciones 1,4 de Agua, Alcoholes y Aminas.
Adicin de Agua:
Adicin de Aminas:
Adicin de Alcoholes:
Mecanismo de adicin:
(c) Los reactivos organometlicos dan adiciones del tipo 1,2 1,4.
Los reactivos organometlicos pueden adicionarse a la funcin carbonilo
-insaturada de forma 1,2 1,4. Los reactivos organolticos, por ejemplo, reaccionan preferentemente mediante ataque nucleoflico sobre el carbono carbonlico. En cambio
las adiciones 1,4 suelen ocurrir con reactivos del tipo R2CuLi, mediante un mecanismo
bastante complejo para discutir en este captulo.
Adicin 1,2:
Adicin 1,4:
REACCIN DE MICHAEL Y ANELACIN DE ROBINSON.
Los iones enolatos dan adiciones conjugadas a aldehdos y cetonas
-insaturados, una reaccin que se conoce como reaccin de Michael[1]. Dicha
transformacin funciona mejor con enolatos derivados de compuestos -dicarbonlicos, si bien tambin tiene lugar con sistemas ms sencillos. El mecanismo de la reaccin de
Michael incluye el ataque nuclefilo del ion enolato sobre el carbono del compuesto carbonlico insaturado, seguido de protonacin.
Ejemplos de reaccin de Michael.
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Mecanismo de la reaccin de Michael:
Los productos obtenidos por la reaccin de Michael en ciertos casos pueden dar
lugar a una posterior condensacin aldlica intramolecular, con la formacin de un
anillo. La secuencia sinttica, que comprende una adicin de Michael seguida por una
condensacin aldlica intramolecular, se llama tambin anelacin de Robinson[2]
. La
anelacin de Robinson ha sido empleada extensamente en la sntesis de anillos.
Ejemplos de Anelacin de Robinson:
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Producto final de la reaccin de Robinson (86%)
SISTEMAS CONJUGADOS
SISTEMAS ALLICOS:
Cuando se trata el 2-buten-1-ol con bromuro de hidrgeno a 0 C se produce una
mezcla de 1-bromo-2-buteno y 3-bromo-1-buteno. Una mezcla semejante se obtiene al
tratar 3-buten-2-ol con HBr en las mismas condiciones:
Este hecho experimental se explica mediante la formacin de un intermedio
carbocatinico en el que la carga positiva se deslocaliza entre dos carbonos.
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Los intermedios carbocatinicos de las reacciones precedentes se describen
como hbridos de resonancia de dos estructuras importantes. El ms sencillo de tales
cationes es el 2-propen-1-ilo o catin alilo.
catin alilo
hbrido
Tambin se conocen los radicales alilo y los aniones alilo, siendo stos tambin
estables por resonancia:
Radical alilo
hbrido
Anin alilo hbrido
La estabilizacin por resonancia del sistema (alilo) puede tambin describirse
en trminos de orbitales moleculares, una aproximacin mecnico-cuntica ms
sofisticada. El esqueleto molecular consta de tres carbonos, cada uno de ellos con
hibridacin sp2 y con un orbital p perpendicular al plano molecular, Figura 22.1. Puede
considerarse como un enlace doble al que se le ha aadido un carbono sp2
adicional. La
molcula sin embargo es simtrica, con las mismas longitudes de enlace C-C.
FIGURA 23.1.- Catin alilo, descripcin orbitlica.
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Ignorando el esqueleto , podemos combinar matemticamente los tres orbitales
p para dar tres orbitales . Este procedimiento es anlogo a la mezcla de dos orbitales
atmicos para dar los dos orbitales moleculares que describen el enlace , excepto por la presencia de un tercer orbital. De los tres orbitales moleculares, uno es enlazante y no
tiene ningn nodo (1), uno es no enlazante (tiene la misma energa que los orbitales p
sin interaccionar) y tiene un nodo (2) y uno es antienlazante, con dos nodos (3), Figura 23.2. Una vez se han derivado los orbitales moleculares podemos llenarlos con el
nmero adecuado de electrones, Figura 23.3.
FIGURA 23.2.- Orbitales moleculares
del 2-propenilo (obsrvese que el
tamao de los distintos lbulos no el mismo).
FIGURA 23.3.- Llenado de los orbitales
moleculares del catin, radical y anin 2-propenilo (alilo).
El nodo que pasa por el carbono central en 2 tiene una consecuencia importante: cualquier exceso (o defecto) de densidad electrnica se manifestar
primordialmente en los dos carbonos terminales, tal como esperaramos a partir de las
estructuras de resonancia. Por tanto, en promedio, hay aproximadamente la mitad de
una carga positiva localizada sobre estos carbonos en el catin 2-propenilo (alilo) y la
mitad de una carga negativa en el anin. La posicin central permanece neutra, con su
octeto completo. En el radical neutro cada carbono tiene un electrn y las posiciones
terminales muestran un 50% de carcter radicalario.
CONSECUENCIA DE LA DESLOCALIZACIN: QUMICA DEL SISTEMA 2-PROPENILO (ALILO)
CATIN ALLICO:
Cuando un catin allico reacciona con un agente nucleoflico, puede reaccionar
en cualquiera de los centros positivos y generalmente se produce una mezcla de
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productos. Las reacciones que evolucionan va cationes allicos parecen dar con
frecuencia como resultado productos reordenados. Dichas reacciones reciben el nombre de reordenamiento allicos. Adems de formar carbocationes relativamente
fcil, los haluros y alcoholes allicos tambin experimentan la sustitucin mediante el
mecanismo SN2 ms rpidamente que los sistemas anlogos saturados.
CONTROL CINTICO Y CONTROL TERMODINMICO:
Para la discusin del control cintico o termodinmico, analicemos la hidrlisis
del 1-cloro-2-buteno como la del 3-cloro-1-buteno, dado que dan la misma mezcla de
alcoholes. La razn es la presencia del mismo catin alilo intermedio.
Resulta curioso que el producto mayoritario de esta hidrlisis sea el 3-buten-2-
ol, a pesar de que se forme un alqueno terminal, y por ende menos favorecido
termodinmicamente. Debe existir un efecto cintico, es decir, el ismero menos estable
debe formarse ms rpidamente, la pregunta es Por qu?. La diferencia reside en la
distribucin electrnica en el catin allico intermedio. Esta molcula es asimtrica, por
lo que deberamos esperar una distribucin desigual de carga entre los carbonos C1 y C3.
Dicho de otra forma el producto mayoritario procede de un carbocatin secundario
allico mucho ms estable.
Que el producto de la hidrlisis est controlado cinticamente puede demostrarse
por equilibracin de los productos. Calentando la mezcla de butenoles se obtiene la
proporcin termodinmica, con predominio del 2-buten-1-ol. En condiciones de baja
temperatura y tiempos cortos de reaccin se dice que son de control cintico y las altas
temperaturas y tiempos largos de reaccin se dice que son condiciones de control
termodinmico. La situacin puede ilustrarse en un diagrama de energa potencial,
Figura 23.4. El alcohol cintico se forma primero pero su formacin es reversible lo que
permite que al final se forme lentamente el producto termodinmico.
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FIGURA 23.4.- Control cintico frente al control termodinmico para el catin allico
RADICAL ALLICO:
Los radicales allicos tambin estn estabilizados por resonancia, de una forma
similar a como lo estn los cationes allicos, por lo que en molculas asimtricas se ver
favorecida la formacin de la forma resonante ms estable de acuerdo a la estabilidad de
los radicales libres, es decir 3ario
> 2ario
>1ario
.
Una de las reacciones importantes de los radicales allicos, es justamente la
bromacin allica, mediante el uso del reactivo N-bromosuccinimida. La reaccin se
lleva normalmente a cabo en tetracloruro de carbono en el que tanto el reactivo N-
bromosuccinimida como la succinimida producto de la reaccin son insolubles. La
reaccin tiene lugar en parte sobre la superficie de la N-bromosuccinimida, aunque el
reactivo realmente activo parece ser el bromo formado en disolucin diluida a partir de
la reaccin de trazas de cido y humedad con la bromoimida.
El bromo participa luego en la bromacin radicalaria en cadena del hidrgeno
allico. Bajo estas condiciones de alta dilucin no tiene lugar la adicin del bromo al
doble enlace. Para el mecanismo vase el captulo 9, pginas 175-177. Otra alternativa
de halogenacin allica es emplear halgeno en bajas concentraciones y temperaturas
elevadas, cuyo mecanismo se comenta en el captulo 14, pgina 258.
Ejemplo:
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DIENOS CONJUGADOS:
Los dienos conjugados son significativamente ms estables de lo que cabra
esperar para un compuesto con los dobles enlaces completamente independientes. Esta
relativamente pequea pero significativa diferencia se atribuye a dos factores. Primero,
las longitudes de los dobles enlaces son normales esencialmente, pero el enlace sencillo
que los separa es ms corto que la distancia de 1.54 asociada a los enlaces sencillos
carbono-carbono, vase por ejemplo el 1,3-butadieno.
Esta disminucin de la longitud de enlace en parte es consecuencia de la
disminucin del carcter s de los orbitales de los carbonos que forman este enlace; el
enlace sencillo entre los dobles enlaces puede ser descrito como Csp2-Csp
2
aproximadamente. Este enlace ms corto, es algo ms fuerte que los enlaces carbono-
carbono que poseen menos carcter s. Segundo, los orbitales pz sobre C2 y C3 pueden
tambin solaparse para dar algo de carcter de doble enlace al enlace sencillo C2-C3 (en
el butadieno). Este factor contribuye tambin algo a la estabilidad extra del sistema de
dobles enlaces conjugados. Figura 23.4.
La prueba de la estabilidad extra de los dienos conjugados proviene de
mediciones de los calores de hidrogenacin. As, el 1,4-pentadieno tiene un Hhidrog = 60.8 kcal/mol, mientras que el 1,3-butadieno tiene un Hhidrog = 57.1 kcal/mol. El 1,3-butadieno es aproximadamente 3,7 kcal/mol ms estable de lo predicho
tericamente.
FIGURA 23.5.
La estructura electrnica del 1,3-butadieno puede describirse mediante cuatro orbitales moleculares construidos a partir de los cuatro orbitales atmicos p. Los
orbitales moleculares de energa ms baja,, no tiene ningn nodo y presenta
interacciones enlazantes entre los distintos lbulos. El orbital 2 tiene slo un nodo y por tanto una interaccin antienlazante. Este orbital todava es enlazante ya que la
interaccin antienlazante de los lbulos centrales se compensa con las interacciones
enlazantes de los extremos. Tanto 1 como 2 tienen una energa menor que los
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 27
orbitales p aislados. El orbital 3 tiene dos nodos y, en conjunto es antienlazante,
mientras que 4 es completamente antienlazante, con tres nodos, Figura 23.6. Los cuatro
electrones ocupan los dos orbitales moleculares enlazantes y as se explica la estabilidad neta del sistema respecto a los cuatros orbitales p independientes.
FIGURA 23.6.- Descripcin mediante orbitales moleculares del 1,3-butadieno.
LOS DIENOS CONJUGADOS SON ATACADOS POR ELECTRFILOS Y
RADICALES LIBRES.
Los dienos conjugados son centros de elevada densidad electrnica debido a la
presencia de los electrones . De hecho, a pesar de ser termodinmicamente ms estables que los dienos con dobles enlaces independientes, los dienos conjugados son
ms reactivos en presencia de electrfilos y otros reactivos. As, frente a HX y X2 dan
los producto de adicin 1,2- y 1,4-. La generacin del primer producto puede
comprenderse fcilmente con la qumica de alquenos ordinaria (captulo 14), es el
resultado de una adicin Markovnikov a uno de los dobles enlaces. Cmo se explica el
segundo producto?. Veamos dos ejemplos:
(1) Adicin de bromo al 1,3-butadieno
Cmo es posible explicar la formacin de los productos de adicin 1,4?. La
respuesta es que en las reacciones participan carbocationes allicos como intermedios.
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 28
(2) Adicin de cloruro de hidrgeno al 1,3-butadieno
CONTROL CINTICO CONTRA CONTROL TERMODINMICO DE LAS
REACCIONES:
La adicin de electrfilos a dienos conjugados a temperatura ambiente o
menores suele formar una mezcla de productos, en la cual el aducto 1,2 predomina
sobre el 1,4. Sin embargo, cuando la misma reaccin ocurre a temperaturas mayores, a
menudo cambia la relacin de productos y el aducto 1,4 es el que predomina. Por
ejemplo, la adicin de HBr a 1,3-butadieno a 0 C produce una mezcla 71:29 de aductos
1,2 y 1,4, pero la misma reaccin a 40 C genera una mezcla 15:85. Adems, cuando la
mezcla de productos formada a 0 C se calienta a 40 C en presencia de ms HBr, la
relacin de aductos cambia lentamente de 71:21 a 15:85. Cmo pueden explicarse
estas observaciones?
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 29
En condiciones suaves a baja temperatura (0 C), el HBr se agrega al 1,3-
butadieno bajo control cintico, para formar una mezcla 71:29 de productos con
predominacin del aducto 1,2. Puesto que estas condiciones suaves no permite que los
productos alcancen el equilibrio, predomina el producto que se forma primero
(proveniente del carbocatin allico secundario, formado en primer lugar). Sin embargo,
en condiciones ms vigorosas a altas temperaturas (40 C), la reaccin ocurre
reversiblemente bajo control termodinmico para formar una mezcla 15:85 de
productos, en la que predomina el aducto 1,4, ms estable (alqueno disustituido). La
mayor temperatura proporciona ms energa para que las molculas de producto
asciendan la barrera de alta energa que conduce al carbocatin allico primario, menos
estable, y por tanto resulta una mezcla de productos de equilibrio. Figura 23.7.
FIGURA 23.7.-
REACCIN DE CICLOADICIN DE DIELS-ALDER:
Una segunda reaccin importante de los dienos conjugados es que experimentan
una reaccin de adicin con alquenos aislados para formar ciclohexenos sustituidos
como productos. Este proceso, llamado reaccin de cicloadicin de Diels-Alder en
honor a sus descubridores, es una reaccin muy til en qumica orgnica debido a que
forma dos enlaces carbono-carbono en un solo paso, y es uno de los pocos mtodos de
que se dispone para la formacin de molculas cclicas.
Ejemplos:
1,3-Butadieno + Eteno Ciclohexeno (20%) 1,3-Butadieno + 3-Buten-2-ona (96%)
El mecanismo de la cicloadicin de Diels-Alder difiere del de las otras
reacciones que se han comentado en este captulo. No es una reaccin polar ni por
radicales, sino un proceso pericclico. Las reacciones pericclicas no sern estudiadas en
este libro por lo que si el estudiante tiene inters en saber ms sobre ellas puede
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 30
remitirse a la bibliografa citada al principio del libro de apuntes. La reaccin en s
ocurre en un solo paso, sin intermedios, e implica una redistribucin cclica de los
electrones de enlace. Los dos reactivos simplemente se unen a travs de un estado de
transicin cclico en el cual los dos nuevos enlaces carbono-carbono se forman al
mismo tiempo.
La naturaleza concertada de esta reaccin puede apreciarse en el estado de
transicin deslocalizado en el que los seis electrones se indican por un circulo punteado o utilizando flechas.
Dieno Dienfilo Producto de la cicloadicin [4+2]
En la reaccin de Diels-Alder se retiene la estereoqumica del dienfilo:
Ejemplos:
Se obtiene el cis-2-Butendiato de dimetilo,
dado que el reactivo es cis.
Se obtiene el trans-2-Butendiato de dimetilo,
dado que el reactivo es trans.
En la reaccin de Diels-Alder se mantiene la estereoqumica del dieno:
Ejemplos:
trans,trans-2,4-Hexadieno Se obtiene producto cis
cis,trans-2,4-Hexadieno Se obtiene producto trans
Otra caracterstica estereoqumica importante de la reaccin de Diels-Alder es
que los compuestos dieno y dienfilo se disponen de manera que se forma el endo-
producto en vez que el exo-producto alternativo. Los prefijos endo- y exo- se utilizan
para indicar la estereoqumica relativa al hacer referencia a estructuras bicclicas, como
norbonanos sustituidos. Un sustituyente en un puente se considera exo si es sin (cis)
respecto al menor de los otros dos puentes, y se considera endo si es anti (trans). Por
analoga, se dice que una reaccin de Diels-Alder tiene estereoqumica endo si el
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MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 31
sustituyente que atrae electrones en el dienfilo es sin respecto al puente insaturado de
dos carbonos en el producto.
Cicloadiciones exo:
El producto exo no se forma El producto exo no se forma
Cicloadiciones endo:
El producto endo se forma en un 100%
La reaccin de Diels-Alder normalmente transcurre con selectividad endo; es
decir, slo se forma el producto endo. Este resultado se conoce como la regla endo.
Cuando los dienfilos son alquinos se obtienen 1,4-ciclohexadienos:
Los alquinos tambin pueden actuar como dienfilos en cicloadiciones [4+2].
Pueden reaccionar tanto uno solo como los dos enlaces del alquino. La adicin simple lleva a derivados del 1,4-ciclohexadienos.
Ejemplos:
En la tabla 23.1. se presentan algunos de los dienos y dienfilos en la reaccin
de Diels-Alder, si uno tiene en cuenta las posibles combinaciones, los productos pueden
resultar bastante interesantes.
TABLA 23.1.- Algunos dienos y dienfilos que participan en reacciones
Diels-Alder
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MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 32
DIENOS NOMBRE DIENFILOS NOMBRE
1,3-butadieno
Tetracianoeteno
2,3-Dimetil-1,3-Butadieno
cis-1,2-Dicianoeteno
trans-trans-2,4-Hexadieno
cis-2-Butendiato de dimetilo
1,3-Ciclopentadieno
trans-2-Butendiato de dimetilo
1,3-ciclohexadieno
Anhdrido 2-Butendioico
5-metilen-1,3-
ciclopentadieno
Butindiato de dimetilo
1,2-Dimetilenciclohexano
Propenal
Unidad 3
SISTEMAS HETEROCICLOS
Un compuesto heterocclico es una sustancia que contiene un anillo formado por
ms de un tipo de tomo. Existen compuestos monocclicos, bicclicos y mayores, todos
ellos con gran inters para los qumicos y bioqumicos.
Pirrol Furano Tiofeno Imidazol Oxazol Tiazol
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 33
Pirazol 3-Pirrolina Pirrolidina Piridina Pirimidina Purina
Muchos compuestos naturales presentan en su estructura anillos tipo
heterocclicos, como los que mostramos a continuacin:
Cocana, estimulante,
anestsico local; se
encuentra en las hojas de la
coca.
Dietilamina del cido
lisrgico (LSD) psicomimtico
Nicotina, se
encuentra en las
hojas secas del
tabaco entre el 2%
y el 8%.
Penicilina G, antibitico
Como puede verse los compuestos heterocclicos aparecen en varias molculas
de inters biolgico: son heterociclos los carbohidratos, como tambin la clorofila y
hemina, que dan el color verde a las hojas y rojo a la sangre, dndole vida a las plantas
y animales. Los sitios reactivos de muchas enzimas y coenzimas son heterociclos. La
herencia tiene su asiento, por ltimo, en la secuencia de unin especfica de media
docena de anillos heterocclicos a largas cadenas de cidos nucleicos.
Muchos de los heterociclos tienen nombres comunes. Adems, hay varias
formas alternativas de nombrar a los heterociclos que requieren memorizacin, no son
de aplicacin universal y, a veces se prestan a confusin. Para compuestos monocclicos
sencillos se utiliza prefijos para indicar la presencia y la identidad del heterotomo: aza-
para nitrgeno, oxa- para oxgeno, tio- para azufre, fosfa- para fsforo y as
sucesivamente.
Oxaciclobutano Azaciclopentano Oxaciclohexano Tiociclohexano 3-metiloxaciclohexano
La estructura de compuestos heterocclicos
La mayora de los compuestos qumicos consisten en molculas. La clasificacin de tales
compuestos est basada en la estructura de stas molculas, la cual est definida por el tipo y el
nmero de tomos as como los enlaces covalentes entre ellos. Existen dos principales tipos de
estructuras:
Donde los tomos forman cadenas..= compuestos alifticos (acclicos) Donde los tomos forman anillos= compuestos cclicos
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 34
Los compuestos cclicos en los cuales el anillo est conformado de tomos de un solo elemento
se llaman compuestos isocclicos. Si el anillo consiste solo de tomos de carbono (C), entonces estamos hablando de compuestos carbocclicos, por ejemplo:
( 4-dimetilaminofenil) pentazol isocclico Ciclopenta-1,3-dieno isocclico y
Carbocclico
Los compuestos cclicos con al menos dos tomos diferentes en el
anillo (como tomos de anillo miembros de los anillos) son conocidos
como compuestos
heterocclicos. El anillo por si solo es
llamado heterociclo. Si el anillo no contiene tomos de carbono, entonces estamos hablando
de un heterociclo inorgnico, por ejemplo:
Si al menos un tomo del anillo es un tomo de carbono entonces la molcula es un compuesto
heterocclico orgnico.
En este caso, todos los tomos del anillo que no son carbono (C), son llamados heterotomos, por ejemplo:
oxazole 3,4-H-1,4-tiazina
heterotomos: O y N heterotomos: S y N
En principio, todos los elementos excepto los metales alcalinos pueden ser tomos de un anillo.
A lo largo de los tipos de tomos de un anillo, el nmero total es importante, ya que, determina
el tamao del anillo. El anillo ms pequeo es de tres miembros. Los anillos heterocclicos ms
importantes son los de 5 y 6 miembros. No hay lmite superior. Existen heterociclos de 7, 8, 9 y
con ms miembros an.
Aunque se han sintetizado heterociclos inorgnicos, este libro se limita solo a compuestos
orgnicos. Entre los compuestos orgnicos, el heterotomo ms comn es el tomo de N. Los
siguientes en importancia son el O y el S. Los heterociclos con Se-, Te-, P-, As-, Sb-, Bi-, Si-,
Ge-, Sn-, Pb- B- son menos comunes.
NN
NN
N
NMe2
MeO
P
SS
S
P
S
OMe
NH
BH
BH
NH
NH
BH
Borazina
2,4-bis (4- metoxifenil)-1,3-ditiodifosfetan-2,
4-disulfuro (reactivo de Lawessooo)
O
NNH
S
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 35
Para determinar la estabilidad y reactividad de los compuestos heterocclicos, es til
compararlos con sus anlogos carbocclicos. En principio, esto es posible para obtener cada
heterociclo, mediante la sustitucin de grupos CH2 CH por heterotomos. Si se limita solo a
los sistemas monocclicos, se pueden distinguir los siguientes 4 tipos de heterociclos:
Heterocciclos saturados (alcanos heterocclios), por ejemplo:
Ciclohexano x= O oxano x= O 1,4-
x= NH piridina x= NH dipiridina
X= S x= S 1,4-
En sta categora, no hay enlaces mltiples entre los tomos del anillo. Los compuestos
reaccionan en gran medida como sus anlogos alifticos, por ejemplo: oxano (tetrahidropirano)
y dioxano se comportan como dialquilteres, el tiano y 1,4-ditiano como dialquilsulfuros, y la
piperidina y piperatina como aminas alifticas secundarias.
Sistemas parcialmente insaturados (alquenos heterocclicos), por ejemplo:
Ciclohexeno x= O 3,4-dihidro-2H-pirano
x= S
x= NH
x= O 3,4-dihidro-1,4-dioxina x= O+
x= S x= S+
x= NH x= NH 2,3,4,5-tetrahidripiridina
Si los enlaces mltiples estn entre dos tomos de carbono del anillo, por ejemplo, en 3,4-
dihidro-2H-pirano, los compuestos reaccionan esencialmente como alquenos o alquinos. El
heterotomo tambin puede tener un doble enlace. En el caso de x= O+, los compuestos se
comportan como sales de oxonio, en el caso donde x= S+, como sales de sulfonio, y en el caso
de que x=N, como iminas (azometinos).
Sistemas con el mayor nmero posible de dobles enlaces (heteroanulenos), por ejemplo:
[6] anuleno x= O+ sal de pirilium x=N pirimidina
Benceno x= S+ sal de tinium
X= N piridina
X
X
X
X
X
X
X
X-
X-
X-
X- X_
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 36
x=O furano [8] anuleno x= O+
x=S tiofeno ciclooctatetrano x= S+
x= NH pirrol x= N azocina
X= N 1,3-diazocina x= O oxepina
x= S tiepina
x= NH azepina
De los anulenos se pueden obtener formalmente dos tipos de heterociclos:
Sistemas donde el tamao del anillo es igual, si CH es reemplazado por X. Sistemas donde el tamao del anillo es el tamao inferior inmediato, si HC=CH es
reemplazado por X.
En ambos casos, los heterociclos resultantes son iso--electrnicos con sus anulenos correspondientes, por ejemplo, el nmero de electrones en el anillo es el mismo. Esto es porque en las sales de pirilium y tinium, como tambin en la piridina, pirimidina, azocina y 1,3-
diazocina, cada heterotomo dona un par de electrones de no enlace no contribuye.
Sin embargo, con el furano, tiofeno, pirrol, oxepina, tiepina y azepina, un par de electrones de
heterotomo es incorporado dentro del sistema conjugado (deslocalizacin de electrones).
Donde el nitrgeno es el heterotomo, sta diferencia puede expresarse por la designacin
pyridine-like N-atom pyrrole-like N-atom.
Sistemas heteroaromticos
Esto incluye a los heteroanulenos, los cuales se ajustan con la regla de Hckel, es decir los
cuales possen (4N +2) electrones deslocalizados sobre el anillo. El grupo ms importante de estos compuestos se deriva del [6] anuleno (benceno). Estos son conocidos como
heteroarenos, por ejemplo el furano. Tiofeno, pirrol, piridina, y el in pirilium y tinium. Por lo que se refiere a la estabilidad y reactividad, se pueden comparar con sus compuestos
bencenoides correspondientes.
Los sistemas antiaromticos, es decir, sistemas que contiene 4n electrones deslocalizados, por
ejemplo oxepina, azepina, tiepina, azocina, y 1,3-diazocina, as como sus anulenos
correspondientes, son, por el contrario, mucho menos estables y muy reactivos.
La clasificacin de heterociclos como heterocicloalcanos, heterocicloalquenos,
heterocicloanulenos y heteroaromticos permiten una estimacin de su estabilidad y reactividad.
En algunos casos, esto tambin puede ser aplicado a heterociclos inorgnicos. Por ejemplo, la
porazina, un lquido incoloro, con punto de ebullicin de 550C, se clasifica como un sistema
heteroaromtico.
X_
X-
X-
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 37
Nomenclatura Sistemtica de compuestos
Heterocclicos
Muchos de los compuestos orgnicos, incluyendo compuestos heterocclicos, tienen un nombre
trivial. Estos se originan usualmente a partir de su preparacin o de propiedades especiales.
La derivacin del nombre sistemtico de un compuesto heterocclico est basado en su
estructura. Las reglas de nomenclatura han sido establecidas por la comisin IUPAC y debern
aplicarse al escribir tesis, tesinas, publicaciones y patentes.
Estas reglas estn enlistadas en la seccin R-2 del ms reciente Libro Azul de la IUPAC junto con ejemplos (H.R Panico, W.H. Powell, J.-C. Richer. A Guide to IUPAC nomenclature of
organic compounds, Recommendations 1993; Blackwell Scientific: Oxford,1993; el Libro azul
pervio de la IUPAC: J. Rigandy, S.P. Klesney Nomenclature of organic chemistry; Pergamon:
Oxford,1979).
Las reglas de la IUPAC no se dan detalladamente aqu, y no se dan instrucciones para la
formulacin sistemtica de nombres con la debida referencia al Libro azul.
Cada compuesto heterocclico puede ser referenciado a un sistema de anillos padre. Estos
sistemas tienen solo tomos de H unidos a los tomos del anillo. Las reglas de la IUPAC
permiten dar nomenclaturas. La nomenclatura Hantesach- Widman est recomendada para
heterociclos de 3 a 10 miembros. Para heterociclos de anillos ms grandes, la nomenclatura de
sustitucin se debe de usar.
NOMENCLATURA HANTESACH-WIDMAN .
Tipo de heterotomo
ESTRUCTURA
NOMBRE TRIVIAL
NOMBRE SISTEMTICO
O
xido de etileno
Oxirano
O
O
OH
cido pyromucic
Furano-2-cido carboxlico
N
O
OH
cido micotnico
Piridina-3-cido carboxlico
O O
Cumarina
2H-chromen-2-ona
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 38
El tipo de heterotomo est indicado por el prefijo de acuerdo a la tabla 1. La secuencia en esta
tabla tambin indica el orden de preferencia de los prefijos (principio de prioridad decreciente).
Tabla 1. Prefijos para indicar heterotomos
Elemento Prefijo Elemento Prefijo
O oxo Sb stibo S tio Bi bismo
Se seleno Si silo Te teluro Ge germa N azo Sn stao P fosfo Pb plumbo
As arsa B boro
Tamao del anillo
El tamao del anillo est indicado por el sufijo de acuerdo a la tabla 2. Algunas de estas slabas
se derivan de nmeros en latn, llamados ir de tri, et de tetra, ep de hepta, oc de octa, on de nona
y ec de deca.
Tabla 2. Como se debe indicar el tamao del anillo de heterociclos
Tamao del anillo Insaturado Saturado
3 irenea iranob 4 ete etanob 5 ole olanob
6Ac ine ano 6Bc ine inano
6Cc inine inano
7 epme epano 8 ocine ocano 9 onine onano
10 ecine ecano
a El trmino irene debe usarse para anillos que solo contengan N.
b El trmino tradicional irine, etidine y olidine se prefieren para anillos que contiene N y son usados para heteromonocclos saturados que tiene 3, 4 y 5 miembros en el anillo,
respectivamente.
c El trmino para anillos de 6 miembros de 6 miembros depende del heterotomo menos
preferido en el anillo, que precede inmediatamente al trmino. Para determinar el trmino
correcto apara una estructura, se selecciona el conjunto al cual pertenece heterotomo menos
preferido.
6A: O, S, Se, Te, Bi, Hg; 6B: N, Si, Ge, N, Pb; 6C: B, P, As, Sb
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MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 39
Sistemas monocclicos
El compuesto con el nmero mximo de dobles enlaces no acumulables, se considera como el
compuesto padre de los sistemas monocclicos para un tamao de anillo dado. El nombramiento se lleva a cabo mediante combinacin de uno o ms prefijos de la tabla 1, con
un sufijo de la tabla 2, por ejemplo azirina (no azairina).
Azirina azete pirrol
Piridina Azepine Azocine
Ntese que los nombres triviales estn permitidos para algunos sistemas, por ejemplo pirrol,
piridina. Los nombres triviales permitidos se pueden encontrer en el ltimo Libro azul de la IUPAC en las pginas 166 a 172; si un nombre trivial se permite entonces se puede utilizar.
Los anillos parcial o completamente saturados se indican mediante los sufijos acordados en la
tabla 2. Si no se especifica la terminacin se pueden utilizar los prefijos dihidro-, tetrahidro-,
etc.
2, 3-dihidropirrol pirrolidina 1,4-dihidropiridina piperidina
(hexahidropiridina)
Sistemas monocclicos, un heterotomo
El nombramiento de tales sistemas empieza en el heterotomo.
Sistemas monocclicos, dos o ms heterotomos idnticos
Los prefijos di; tri; tetra; etc, son utilizadas para dos o ms heterotomos del mismo tipo.
Cuando se quiere indicar las posiciones relativas de los heterotomos, el principio de la ms
baja numeracin posible se aplica, es decir, la numeracin del sistema debe llevarse a cabo de
tal manera que los heterotomos dan el menor conjunto posible de locants.
1,2,4-triazol (no 1,3,5-triazol) pirimidina (1,3-diazina, no 1,5-diazina)
NH
N NH
NN NH
NH
NH
NH
NH
NH
N
NN
N
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 40
En tal secuencia numrica, los nmeros anteriores prevalecen, por ejemplo 1,2,5 es menor que
1,3,4.
Sistemas monocclicos, dos o ms heterotomos diferentes
Para heterotomos de diferentes tipos, los prefijos son utilizados en el orden en el cual aparecen
en la tabla 1, por ejemplo tiazol, no azatiol; ditiazina, no azaditina. El primer heterotomo en la
tabla 1 est localizado en la posicin 1 en el anillo. Los heterotomos restantes restantes son
asignados al menor nmero posible de locants:
Tiazole isotiazole 1,4,2-ditiazina
Sin embargo en el primer ejemplo el nombre sustemtico es 1,3-tiazole, los locants son
generalmente omitidos porque, excepto para el isotiazol (1,2-tiazol), no existen otros ismeros
estructurales. Reglas similares se aplican al oxazol (1,3-oxazol) e isoxazol (1,2-oxazol).
Sistemas idnticos conectados por un enlace simple
Tales compuestos estn definidos por los prefijos bi-, tert-, cuater-, etc, de acuerdo con el
nmero de sistemas, y los enlaces se indica la siguiente:
2,2`-bipiridina
2,2`:4`,3-tertiofeno
Sistemas bicclicos con un anillo benceno
Los sistemas en los cuales al menos 2 tomos vecinos son comunes en 2 ms anillos son
conocidos como sistemas fusionados. Para varios heterociclos benzo-fusionados, se permiten
los nombres triviales, por ejemplo:
Indol quinolina isoquinolina
Si este no es el caso, y un heterociclo tiene un nombre trivial, entonces el nombre sistemtico se
formula del prefijo venzo y el nombre trivial del componente heterocclico como se muestra a
continuacin:
Benzo [b] furano furano
S
N
SN N
S
S
S
S
S
N N
NH
N
N
O O
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 41
El sistema es diseccionado en sus componentes. El componente heterocclico se considera como
el componente base.
Los enlaces entre los tomos del anillo se indican de acuerdo a los nmeros sucesivos de los
tomos del anillo por las letras a, b, c, etc. La letra b entre corchetes entre benzo y el nombre del
componente base denota los tomos del componente base que tiene en comn ambos anillos. La
letra debe de estar tan pronto como sea posible en orden alfabtico y, por tanto el benzo [d]
furano es incorrecto.
Est generalmente aceptado que la numeracin del sistema completo en el caso de bi- y tambin
sistemas policclicos debe ser independientemente de la numeracin de los componentes, y
como se muestra a continuacin:
El anillo se proyecta en coordenadas rectangulares de tal manera que.
- El mayor nmero de anillos como sea posible posicionada en una fila horizontal. - El nmero mximo de anillos est en el cuadrante superior derecho.
El sistema orientado es despus numerado en direccin a las agujas del reloj comenzando con el
tomo, el cual no est comprometido en el anillo fusionado y el cual est ms a la izquierda.
- En el anillo superior - En el anillo ms a la derecha en la fila superior
Los tomos de carbono (C), los cuales pertenecen a ms de un anillo son omitidos. Sin embargo
los heterotomos en tales posiciones son incluidos. Si hay varias orientaciones posibles en aquel
sistema de coordenadas, los heterotomos soportan la ms baja localizacin, es vlido:
Si el componente base no tiene nombre trivial, el sistema entero se enumera como se explic
anteriormente y las posiciones resultantes de los heterotomos se colocan antes del prefijo
benzo:
1,2,4-benzoditrazina 3,1-benzoxazepina
Bi- y sistemas policclicos con dos ms heterociclos
Primero se establece el componente base. Con este fin, se aplican los criterios en el orden que se
indican a continuacin, uno por uno, para llegar a una decisin. El componente base es:
- Un componente que contiene nitrgeno.
ON
SS
N
N
O
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 42
- Un componente con un heterotomo, otro distinto al nitrgeno, el cual est lo ms arriba posible en la tabla 1.
- Un componente con varios anillos como sea posible (por ejemplo, sistemas bicclicos condensados o sistemas policclicos, los cuales tiene nombres triviales).
- El componente con el anillo ms grande. - El componente con ms heterotomos. - El componente con el mayor nmero de heterotomos de diferentes tipos. - El componente con el mayor nmero de heterotomos los cuales estn en lo ms alto de
la tabla 1.
- El componente con heterotomos, los cuales tiene el menor nmero de locants.
Dos ismeros se dan como ejemplos:
Primero, el sistema es diseccionado en sus componentes. El componente base no puede
establecerse hasta que se alcanza el quinto criterio: pirimidina. El enlace entre los tomos del
anillo son marcados por letras consecutivas de acuerdo a la numeracin serial del componente
base. En contraste con el ejemplo en p9, el componente fusionado debe ser tambin numerado,
siempre observando el principio de asignacin a los menores localizantes posibles. El nombre
del componente fusionado, por el reemplazado de la terminal e con o, es puesto antes del nombre en el componente base. Los tomos comunes entre ambos anillos son descritos por
nmeros y letras en los corchetes, donde la secuencia de nmeros debe corresponder a la
direccin de la rotulacin del componente base. Finalmente todo el sistema se enumera.
Hidrgeno indicado
En algunos casos, en los sistemas heterocclicos pueden producirse uno o ms ismeros
estructurales los cuales difieren solo en la posicin de un tomo de H. Estos ismeros son
designados indicando el nmero correspondiente a la posicin del hidrgeno en frente del
nombre, seguido por una H itlica mayscula. Esa H prominente se denomina un tomo de
hidrgeno, se indica y se debe asignar el locant ms bajo posible.
N
N
N
NH
N
N
N
NN
N
N
N
N
NN
N
N
N
NH
N N
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 43
Pirrol 2H-pirrol 3,4-dihidro-2H-pirrol
(no 5H-pirrol) (no 4-5-dihidro-3H-pirrol pirolina)
El nombre pirrol indica la posicin 1 para el tomo de hidrgeno (H).
Los compuestos heterocclicos de los cuales un tomo de carbono (C) en el anillo, es parte del
grupo carbonilo, es nombrado con ayuda con un hidrgeno indicado. Como se muestra a
continuacin:
Fosfina-2-(1H)-ona pirazina-2-(3H)-ona
NOMENCLATURA DE REEMPLAZO
Sistemas monocclicos
El tipo de heterotomo esta indicado por el prefijo de acuerdo en la tala 1. Todos los prefijos
terminan con la letra a, la nomenclatura de remplazo se conoce tambin como nomenclatura a. La posicin y el prefijo para cada heterotomo estn escritos en frente del nombre del
correspondiente hidrocarbono. Esto se deriva del sistema heterocclico por el reemplazo de cada
heterotomo por CH2, CH C:
Ciclopentadiieno ciclohexano
Silaciclopenta-2,4-dieno 1-tio-4-azo-2-siliciclohexano
La secuencia y la numeracin de los heterotomos siguen las reglas dadas en la tabla 2.1. Los
dos componentes escogidos como ejemplos pueden tambin ser nombrados por el sistema
Hantesach-Widmach: silol, 1,4, 2-tiazasilano.
Sistemas Bi- y policclicos
Otra vez, la posicin y los prefijos son puestos en frente del nombre del hidrocarbonado
correspondiente, pero la numeracin del hidrocarbonado se mantiene:
PH
ON
N
O
SiH2SiH2
S
NH
N
N
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 44
3, 9-diazofenantieno fenantieno
7-oxabiciclo[2.2.1] heptano biciclo [2.2.1] heptano
La nomenclatura Hantesach-Widman puede solamente ser aplicada en el primer ejemplo y estos
despus resultan en diferente numeracin:
Pirido [4.3-C] quinolina
EJEMPLOS DE NOMENCLATURA SISTEMTICA
Finalmente, la nomenclatura sistemtica de un compuesto heterocclico ser ilustrado por unos
pocos ejemplos complejos:
O
N
N
N
NH
O
N
N
NH
NH
NH
pirazol
1,3-diazocina
N
NH
O
N
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 45
dibenzo [e, g] pirazol [1,5-a][1,3] diazocina-10(9H) ona
Un anlisis del sistema revela dos anillos de benceno, uno de pirazol, 1,3-diazocina, y el ltimo
anillo llega a ser el componente base de acuerdo al cuarto criterio. Los corchetes (1, 3) indican
que la posicin de dos heterotomos no es la base para la numeracin del sistema.
a)
Imidazole quinoxalina
b)
pirido [1`,2`: 1,2] imidazol [4,5-b] quinoxalina
De acuerdo al tercer criterio, la quiroxalina es el compuesto base. El heterociclo imidazol, el
cual esta fusionado al componente base, es numerado en forma usual: el anillo de prirdina, sin
embargo, es denotado por el 1`, 2`, etc, y no es necesario marcar los dobles enlaces. Pirido [1`,
2`: 1, 2] imidazol denota un anillo fusionado, imidazol [4,5-b] quinoxalina, el otro. Para
numerar sistemas policclicos, anillos de cinco miembros deben de ser dibujados como e mostr
anteriormente y no como un pentgono regular.
Para la orientacin en un sistema coordinado, y una regla adicional se observa, nombra los
tomos de C comunes para dos ms anillos debe darse los menores locants posibles. La
numeracin en (b) es por lo tanto correcta, mientras que en (a) es equivocada, porque 10a < 11a.
N
N
N
N
NHNH
NH
NH
NH
N
NH
N
N
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 46
OP
O
MeMe
PH2
2-etoxi-2,2-dimetil-1,2,3,5-dioxafosfolina
Los nombres de unos grupos sustituyentes de heterociclos univalentes se pueden encontrar en la
lista de nombres triviales
La ms importante fuente de informacin en sistemas heterocclicos e isocclicos es el
Handbook de sistemas de anillos del Chemical Abstrac Service (CAS) publicado por la
American Chemical Society en la edicin 1988 est organizada comos e muestra:
Banda 1: Ring System file I: RF 1-RF 27595,
Banda 2: Ring System File II: RF 27596-RF 52845,
Banda 3: Ring System File III: RF 52846-RF 72861,
Banda 4: Ring Formula Index, Ring name index
Desde 1991, se han publicado suplementos acumulativos
El Ring System File es un catlogo de datos y frmulas estructurales. Este enlista los sistemas
de numeracin consecutiva RF-1RF 72861 en la ba
Unidad 4
Sistemas heterocclicos -excedentes, de cinco eslabones
sustitucin electroflica aromtica de los
1-hetero-2,4-ciclopentadienos
PRODUCTO PRINCIPAL
LAS REACCIONES MS FRECUENTES SON: BROMACIN CLORACIN
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 47
NITRACIN ACILACIN DE FRIEDEL-CRAFTS
SUSTITUCIN ELECTROFLICA AROMTICA DE LOS 1-HETERO-2,4-
CICLOPENTADIENOS.
El pirrol, furano y tiofeno forman productos de sustitucin electroflica porque
son aromticos. Cada uno tiene seis electrones en un sistema conjugado cclico. La qumica de estos compuestos es similar a la de los anillos aromticos bencenoides
activados. Al igual que el benceno, los heterociclos aromticos de cinco miembros
experimentan reacciones de sustitucin electroflica en lugar de reacciones de adicin.
Si se eligen las condiciones de reaccin apropiadas, pueden efectuarse halogenaciones,
nitraciones, sulfonaciones y acilaciones de friedel-Cratfs
CONSECUENCIAS DEL ATAQUE ELECTRFILO EN C2 Y C3 DE
HETEROCICLOPENTADIENOS AROMTICOS:
En donde X = O, N, S
La sustitucin electrofilica de estos anillos aromticos suele ocurrir
preferentemente en el carbono-2, la posicin siguiente al heterotomo, debido a que es
la ms rica en electrones (ms nuclefila) del anillo. En otras palabras, ntese que el
ataque electroflico en C2 forma un intermedio catinico que es ms estable (con ms
formas resonantes) que el ataque en C3, que forma un catin con slo dos formas
resonantes. Normalmente se encuentra que orden de reactividad es furano > pirrol >
tiofeno >> benceno.
Ejemplos:
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 48
2-NITROPIRROL (83%)
2-CLOROFURANO (65%)
2-ETANOIL-5-METILTIOFENO
(70%)
SNTESIS DE PAAL-KNOR DE 1-HETERO-2,4-CICLOPENTADIENOS:
Un mtodo general para ste tipo de anillos es la sntesis de Paal-Knorr. La
molcula deseada se obtiene a partir de un compuesto -carbonlico enolizable por tratamiento con una amina (para pirroles), o P2O5 (para furanos) o P2S5 (para tiofenos).
Formalmente el proceso puede considerarse como una deshidratacin de un doble enol
intermedio (o su equivalente con nitrgeno o azufre) para dar el heterociclo.
Ejemplo:
PREPARACIN DE HETEROCICLOS
REACCIN EJEMPLO
1.- SNTESIS DE AZACICLOPROPANOS
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 49
2.- SNTESIS DE OXACICLOPROPANOS
(REACCIN DE EPOXIDACIN)
3.- SNTESIS DE TIOCICLOPROPANOS
4.- SNTESIS DE
HETEROCICLOBUTANOS VA
UNA SN2 INTRAMOLECULAR.
5.- SNTESIS DE
HETEROCICLOPENTANOS VA
UNA SN2 INTRAMOLECULAR
6.- SNTESIS DE
HETEROCICLOPENTANOS POR
HIDROGENACIN CATALITICA
7.- SNTESIS DE PAAL-KNORR DE 1-
HETERO-
2,4-CICLOPENTADIENOS
8.- SNTESIS DE HANTZSCH DE
PIRIDINAS
9.- SNTESIS DE FISCHER DE INDOLES
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 50
10.- SNTESIS DE FRIEDLNDER DE
QUINOLINAS
11.- SNTESIS DE BISCHLER-
NAPIERALSKI DE
ISOQUINOLINAS
Unidad 5
Sistemas heterocclicos pentagonales con dos
heterotomos
AZOLES
En qumica, son compuestos heterocclicos aromticos en el que alguno de los tomos
de carbn ha sido cambiado por nitrgeno o algn otro elemento. Son ciclos de 5
miembros con dos dobles enlaces.
azol (un tomo de nitrgeno): pirrol
diazol (dos tomos de nitrgeno): pirazol, imidazol
triazol (tres tomos de nitrgeno)
tetrazol (cuatro tomos de nitrgeno)
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 51
pentazol (cinco tomos de nitrgeno)
oxol o furano (un oxgeno)
oxazol o isoxazol (un nitrgeno y un oxgeno)
tiazol o isotiazol (un nitrgeno y un azufre)
dioxol (dos oxgenos)
Usos y aplicaciones
La mayor parte de los azoles se emplean como antifungicos, ya que pueden inhibir la
produccin de ergosterol (un componente importante de la membrana plasmtica
fngica), tambin se emplean como antiartrtico, colorante, antiinflamatorio,
antibacteriano, para tratar ulcera pptica y enfermedades auto inmunes
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 52
Protonacin: el hidrogeno (electrofilo) ataca el nitrgeno de la posicin 2 gracias a que
este presenta una carga parcial negativa, dejando positivo al mismo. Se presenta el
fenmeno de tautomeria con el movimiento de los dos dobles enlaces gracias al electrn
que sobra despues de la adicion del hidrogeno, el cual al migrar obliga el movimiento
de las insaturaciones.
Alquilacin: adicin electrofilica sobre el nitrgeno en la posicin 2. la parte electorfila
del ioduro de metilo (IMe) se adiciona gracias a la carga parcial negativa del nitrgeno.
la simetra en las dos formas de resonancia le da un carcter poco bsico a la molcula.
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 53
Se forma un intermediario de reaccin gracias a la adiccin del grupo nitrono al
nitrgeno en posicin 2, dando lugar tambin al tautomero correspondiente, que se
encuentra en resonancia despus de perder el protn del nitrgeno, que es expulsado
para poder formar una molcula neutra, despus al cido protona esa misma posicin
obligando al desplazamiento de los dobles enlaces posicionando la carga parcial sobre el
nitrgeno de la posicin 2, formando un intermediario de reaccin donde se libera el Ion
nitronio, atacando la posicin 4. dicha posicin se encuentra desactivada por el
nitrgeno adyacente (similar a una posicin B en piridina), por lo que el efecto
inductivo de un grupo activarte en la posicin 3 favorece la reaccin.
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 54
Halogenacion: La base abstrae el hidrogeno que se encuentra en el nitrgeno, dejndolo
con un exceso de electrones, posicionandose primero el halogeno en la posicion 4,
desplazando un proton con el subsecunte traslado de los dobles enlaces, dejando un
exceso de electrones en el mismo nitrogeno, asi llegando hasta la polihalogenacion. La
monohalogenacion se puede conseguir en condiciones controladas.
Acilacin: el nitrogeno debe estar susituido para poder llevar a cavo la reaccin.
Adicin electrofilica en la posicion 4 faborecida por el efecto inductor de los
sustituyentes en los carbonos. El carbono carbonilico se encuentra parcialmente positivo
gracias al efecto electroatractor del oxigeno, lo que facilita el enlace entre este carbon y
el del anillo.
Formilacin: similar a la formilacin de viels-mayer
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 55
La posicin 5 en esta molcula es similar a una posicin alfa en un pirrol. Se forma un
intermediario de reaccin que facilita el ataque del carboxilo en la posicin 5, ya que el
litio es un buen grupo saliente. En el segundo ejemplo el carbono 5 con exceso de
electrones ataca el carbono carbonilito que esta deficiente en electrones debido al efecto
electroatractor del oxigeno, despus el par electrnico se coloca sobre el oxigeno,
dejndolo con un exceso electrnico, para compensarlo es atacado por un protn,
formando una molcula neutra y por ende mas estable. En el tercer ejemplo el oxigeno
que tiene un exceso de electrones despues de haber perdido el potasio abstrae el proton
mas cido (N=H) desplazando el par electrnico asa el nitrogeno, asi mismo el oxigeno
jala un par electrnico, desapareciendo asi el doble enlace entre oxigeno y nitrgeno,
pero formando uno nuevo entre C N. el oxigeno quedando con carga negativa ataca el
azufre desplazando al cloro como grupo saliente.
SINTESIS
Se hacen un par de desconexiones entre el nitrgeno-carbono y x-carbono, para
compensar las cargas positivas se pueden usar grupos funcionales como carboxilos y
para la negativa se emplean protones. El nitrogeno ataca el carbono carboxlico que se
encuentra cargado positivamente, desplazando la carga negativa (el par electrnico del
doble enlace) hacia el oxigeno, por lo que debe abstraer un proton para compensar la
carga, por ultimo se eliminan las molculas de agua para formar los dobles enlaces.
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 56
Ocurre una desconexin entre el carbono 3 y el 4 y entre el carbono y el heteroatomo de
la molcula, formando asi un dipolo (estructura que presenta dos cargas distintas) y un
dipolarfilo (estructura capas de aceptar ambas cargas). La parte negativa ataca un
extremo del triple enlace y la positiva es capas de aceptar la carga del mismo,
desapareciendo asi el triple enlace para formar un nuevo doble enlace, a esta reaccin se
le conoce como ciclo adicin 1,3 dipolar
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MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 57
Sntesis de isotizol a partir de un isoxazol, el nquel Raney hidrgeno el nitrogeno,
rompiendo asi el ciclo y formndose un doble enlace entre oxigeno y carbon, con el
reactivo de Lowsson (P2S5) el azufre ataca el carbono carbonilico, desplasando asi al
atomo de oxigeno. El iodo puede atacar el azufre, desplasando el dobleenlace hacia el
anillo, lo que obliga aviajar la carga negativa acia el nitrogeno quien tiene que expulsar
el proton. Haora el nitrogeno puede atacar el azure cerrando asi el anillo y expulsando al
iodo como grupo saliente. El segundo ,ecanismo ocurre de igual manera.
1,3 AZOLES
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 58
La nomenclatura de 4(5)metilmidazol se debe a que los tautomeros son inseparables, es
decir no puede existir una forma aislada del tautomero.
El oxigeno electronegativo abstrae al hidrogeno ms cido que es el que se encuentra
directamente enlazado al nitrgeno, desplazando la carga electrnica hacia el nitrogeno
y de ah pasando al hidrogeno y al oxigeno, el cual reacciona con el carbono carbonilico
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MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 59
obligando a la carga a residir sobre el oxigeno. Durante este proceso se rompe el enlace
entre O-H
Adicin electrofilica en el nitrgeno: la parte positiva del ioduro de metilo es atacada
por el nitrgeno con el movimiento de los dobles enlaces propicia la prdida del protn
por parte del nitrgeno, dejando as al mismo nitrgeno listo para sufrir la misma
reaccin.
Acilacin: el nitrogeno al ser electronegativo ataca al carbono carboxlico (deficiente en
electrones debido al efecto electroatractor del oxigeno), dando como resultado una
mezcla de tautomeros.
el oxigeno ataca al carbono carboxlico, obligando as a que el par electrnico se
desplaza hacia el anillo y despus hacia el nitrgeno expulsando el protn. En
condiciones cidas el azol se restablece y se obtiene un ester como producto final.
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 60
La adicin electrofilia se lleva a cabo preferentemente en el C5 debido a que es el que
se encuentra menos desactivado.
Se genera un intermediario de reaccin en el cual el nitrgeno ataca al carbono
carboxlico expulsando al cloro como grupo saliente, se forma el Ion imino en los
nitrgenos, al tratarse con ET2N se forma el Ion iluro permitiendo la entrada del COR
en la posicin 2; al tratarse con agua se expulsa el COR de la posicin 4.
Reaccin con nucleofilos y bases: la base abstrae el protn mas cido, que es el que se
encuentra directamente unido al nitrgeno, formando un intermediario de reaccin
donde el nitrgeno presenta un exceso de electrones, facilitando asi el ataque por parte
del metilo.
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MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 61
la presencia del cloro (buen grupo saliente) en la posicin 2 favorece a que el azufre
pueda entrar desplazando al cloro. El ejemplo del oxazol sigue el mismo mecanismo.
SINTESIS DE 1,3 AZOLES
Se rompen los enlaces formados entre N-C4 y C5-N, las partes positivas de la molcula
se compensan con un carbonilo y un halgeno, las negativas con un protn. El nitrgeno
ataca al halgeno del halocarbonilo expulsndolo, y moviendo el doble enlace al
segundo nitrgeno, el cual ataca al carbono carboxlico, desplazando la carga
electrnica al oxigeno, el cual se protona para estabilizar dicha carga y finalmente es
expulsado como agua para formar un doble enlace.
Los otros ejemplos siguen un mecanismo similar.
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 62
Se rompe el enlace entre el carbono y el oxigeno, compensando la carga positiva con un
carbonilo, el oxigeno reacciona con el carbono carbonilico, desplazando la carga
electrnica hacia el oxigeno, el cual es protonado por el cido, siendo expulsado como
agua y formando un doble enlace.
En el segundo ejemplo el nitrgeno ataca al carbono carbonilico expulsando el cloro, la
base abstrae el protn con lo cual se desplaza la carga electrnica hacia el oxigeno, el
cual ataca el triple enlace cerrando el anillo y formando un oxazol.
Unidad 6
Sistemas de anillos fusionados que incluyen a los
anillos de pirrol, furano y tiofenos.
INDOL.
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 63
NOMBRE (IUPAC) SISTEMATICO.
2,3-Benzopirrol, cetol,
1-benzazol
El Indol es un compuesto orgnico heterocclico, con estructura bicclica que consiste
en un anillo de seis miembros (benceno) unido a otro de cinco miembros (pirrol).
Estos compuestos tienen un anillo excedente y consecuentemente sufren reacciones de sustitucion electrofilica, principalement en la posicion 3.
El indol es un compuesto de reactividad muy parecida a la del pirrol , pero la diferencia
con este es que , frente a reactivos electrofilicos, el indol reaccciona en el carbono 3 ,
mientras que el pirrol lo hace en el carbono 2.
El indol es:
Debilmente acido.
Debilmente basico.
Atacable por eletrofilos.
Resistente a nucleofilos.
REACCIONES DEL INDOL.
PROTONACION.
En este tipo de reaccion lo que se lleva a cabo es una sustitucion eletrofilica (H+),como
primer punto debemos de checar antes que nada la reactividad de los heteroatomos
que tenemos como parte de nuestra reaccion.
El indol esta formado por un benceno y un pirrol, donde sabemos que el pirrol es mas
reactivo frente al benceno , siendo un anillo excedente (cargas negativas deslocalizadas), por lo tanto la reaccion se llevara a cabo en el pirrol de este
compuesto,para saber en que carbono del pirrol se llevara a cabo la reaccion sabemos
que al deslocalizar las cargas en el pirrol estas seran negativas (-), mas sin embargo en
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 64
el heteroatomo de este compuesto la carga presente sera positiva (+), por lo tanto la
reaccion ocurrira en los carbonos del pirrol , en el carbono 2 y 3, prefentemente en el
carbono 3 por su estabilidad eletronica, ya que en el heteroatomo al tener misma carga
que el (H+) como parte de la reaccion estas se repelen.
Si nosotros tenemos como molecula principal el indol, partiendo de la reaccion de
protonacion sabemos que el ataque electrofilico se llevara a cabo en el carbono 3 del
pirrol por ser este mas reactivo frente al benceno, pero en el compuesto intermedio (
Cation 3H-indolio), lo que sucede es que al ocurrir el ataque electrofilico el par de
electrones se transfiere al carbono vecino, generando la carga positiva en el hidrogeno,
compartiendola a la vez con el nitrogeno, en la cual si lo que hacemos es permitir que
este doble enlace pase al hidrogeno para formar el heteroatomo que inicialmente
teniamos ,el carbono quedara con carga positiva (+) permitiendo la adicion de otro
compuesto en este carbono para formar el dimero , asi sucesivamente adicionandose
varias moleculas con el mismo mecanismo de reaccion hasta formar lo que seria el
polimero.
NITRACION.
En este tipo de reaccion del indol se lleva cabo una sustitucion electrofilica.
En la nitracion el reactivo utilizado HNO3, no puede utilizarse solo , sino que se
necesita activar por medio del acido sulfurico mas fuerte que el.
La sustitucin electrfila comienza cuando el Acido sulfurico, por ser un reactivo muy
fuerte, protona al acido ntrico dando H2NO3+ que puede perder agua para formar
NO2+ ( ion nitronio). El acido sulfurico capturando el agua formada. Entonces se lleva
a cabo el ataque electrofilico sobre el ion nitronio (NO2+).
En esta reaccion tenemos como reactivos dos bencenos y un pirrol ( indol) , por lo tanto
tomamos como base los puntos clave de la reaccion de protonacion, donde el pirrol
siendo un anillo excedente con cargas negativas deslocalizadas en sus carbonos la reaccion se llevara a cabo de manera mas rapida frente al benceno, el cual al ponerse en
contacto con el reactivo HNO3 /Ac2O( acido nitrico/anihidrido acetico) a -70 C,se
lleva a cabo el ataque electrofilico sobre el ion nitronio formado, teniendo como
producto final una nitracion en el carbono 3 del pirrol en un porcentaje del 50%.
-
MC Edgardo Hernndez Chavero/ Q. Heterociclica Pgina 65
SULFONACION.
El mecanismo de la reaccin implica la formacin del trixido de azufre (SO3) a partir
del cido sulfrico. El trixido de azufre es un electrfilo fuerte porque el tomo de
azufre necesita ms electrones y por lo tanto ataca al anillo del pirrol .
El pirrol que forma parte del indol por ser mas reactivo es en este anillo en donde ocurre
la reaccion de sulfonacion ( sustitucion electrofilica), el cual al ponerse en contacto con
el trioxido de azufre en presencia de piridina la cual contribuye a que la reaccion sea
menos agresiva, ataca la posicion 3 en forma de SO3, ya que por tener el carbono del
pirrol carga negativa atrae el SO3, llevandose a cabo la reaccion en si.
HALOGENACION.
La molecula de Br2 es debilmente electrofila , sin embargo los halogenos pueden
activarse mediante acidos de Lewis , para dar haluros mas potentes.
Lo que ocurre no es la adicion de dos atomos de bromo al carbono 3 del pirrol, sino la
sustitucion de un hidrogeno por un bromo.
Sabiendo que el pirrol que forma parte de la molecula del indol es mas reactivo que el
benceno, decimo entonces que en este anillo en donde ocurirra la reaccion de
sustitucion electrofilica (carbono 3), llevandose a cabo como primer paso la activacion
del bromo por la piridina para que la reaccion pirrol-bromo t