Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
1
CuprinsII. Grupa benzopiranului ........................................................................................................ 2
II.1. Benzo--pirona (cumarina) ........................................................................................ 2
II.2. Benzo--pirona (cromona) ......................................................................................... 2
II.3. Flavona (2-fenilcromona) ........................................................................................... 2
II.4. Săruri de benzopiriliu ................................................................................................. 2
III. Grupa xantenei ................................................................................................................. 3
III.1. Xantona (dibenzo--pirona) ...................................................................................... 3
III.2. Xantena (dibenzo--piranul) ..................................................................................... 4
IV. Grupa piridinei și compușilor cu inel piridinic ................................................................ 5
IV.1. Piridina ...................................................................................................................... 5
IV.2. Compuși piridinici cu grupe funcționale ................................................................ 11
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
2
II.Grupabenzopiranului
II.1.Benzo‐‐pirona(cumarina)
II.2.Benzo‐‐pirona(cromona)
II.3.Flavona(2‐fenilcromona)
II.4.Săruridebenzopiriliu
Metode de preparare
Prin tratarea aldehidei salicilice cu acetaldehidă în prezența unui acid mineral.
Fenolii di- și trihidroxilici pot reacționa cu -dicetone în prezența unor soluții de HCl în
CH3COOH sau HCOOH.
Prin adiția compușilor organomagnezieni la cumarina.
Structura sărurilor de benzopiriliu
Aceste combinații acceptă ca formulare un cation „oxoniu” și un altul „carbeniu”, astfel:
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
3
Aceștia au fost puși în evidență prin unele reacții specifice.
Prin nitrarea percloratului de flaviliu s-a obținut percloratul de 3‘-nitroflaviliu, fapt
care demonstrează existența cationului „carbeniu”.
Clorurile de benzopiriliu prin tratare cu o moleculă de FeCl3 formează săruri frumos
cristalizate ale anionului [FeCl4]- ceea ce demonstrează existența cationului „oxoniu”.
III.Grupaxantenei
III.1.Xantona(dibenzo‐‐pirona)
O
O
xantona(dibenzo- -pirona)
1
2
3
45
6
7
8
10
9
Metode de preparare
Din acid o-clorobenzoic prin tratare cu fenoxid de sodiu în prezență de cupru la 200°C
(reacția Ulman). Se formează intermediar o-carboxidifenileterul care ulterior ciclizează.
Din 2,2‘-dihidroxibenzofenonă prin ciclizare în cataliză acidă.
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
4
Xantona este o substanță cristalină, incoloră, greu solubilă în apă și solvenți
organici. Prin topire alcalină se transformă în acid salicilic și fenol. Este rezistentă la încălzire
până la temperaturi ridicate.
Momentul de dipol mare (= 3D) sugerează existența ei într-o formă cetonică în
rezonanță cu o formă dipolară ionică.
Aceasta explică inerția grupei carbonilice față de reactanții săi specifici. Xantona dă
reacții de substituție electrofilă la nucleele benzenice laterale întocmai ca și antrachinona, dar
este mult mai reactivă decât aceasta.
III.2.Xantena(dibenzo‐‐piranul)
O
H
xantena(dibenzo- -piranul)
1
2
3
45
6
7
8
10
9H
Metode de preparare
Prin reducerea xantonei pe catalizator de nichel.
Prin tratarea alcoolului o-hidroxibenzilic cu rezorcină rezultă un derivat hidroxilat al
xantenei.
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
5
+
alcool o-hidroxibenzilic
OH-2 H2O
CH2
rezorcinaO
H H
3-hidroxixantena
OH H
HO OH OH
Prin tratarea anhidridei ftalice cu rezorcină la 200°C în prezență de ZnCl2 anhidră rezultă
fluoresceina, un derivat de xantenă.
În soluție alcalină fluoresceina dă o fluorescență galben-verzuie care persistă la
diluții foarte mari.
Eosina (tetrabromfluoresceina) se obține prin bromurarea fluoresceinei în soluție
alcoolică. Sarea de sodiu a eosinei este roșie și prezintă fluorescență verde intensă.
IV.Grupapiridineișicompușilorcuinelpiridinic
IV.1.Piridina
Este principalul reprezentant al compușilor heterociclici de șase atomi monoheteroatomici.
Molecula piridinei este plană, iar atomii de carbon și atomul de azot sunt trigonali (hibridizați
sp2 – vezi Combinații sărace în electroni – structura piridinei).
Cele 3 metil piridine se numesc picoline (); dimetilpiridinele se numesc lutidine, iar
trimetilpiridinele colidine.
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
6
Metode de preparare
Se izolează din gudroanele cărbunilor de pământ în care se găsesc într-un procent de
0.1%. Piridina însăși constituie materie primă pentru obținerea compușilor cu inel
piridinic.
Metoda Hantsch. Esterii -cetonici și -dicetonele pot reacționa cu aldehide și amoniac
cu formare inițială de 1,4-dihidropiridine, care prin dehidrogenare conduc la piridine
substituite. Mecanismul reacției implică formarea inițială a esterului -aminocrotonic prin
reacția unei molecule de ester -cetonic cu amoniac precum și formarea unui ester -
nesaturat prin reacția celei de-a doua molecule de ester -cetonic cu aldehida.
Esterii I și II reacționează între ei astfel:
- HN
H CH3ROOC
COOR
CH3
H
H3C N
CH3
ROOCCOOR
CH3H3C
esterul acidului 1,4-dihidrocolidin--3,5-dicarboxilic
- H2
esterul acidului colidin--3,5-dicarboxilic
2 H2O
-2 ROH-2 CO2 N
CH3
CH3H3C
colidina
Prin încălzirea clorhidratului pentametilendiaminei se formează inițial piperidină care
prin dehidrogenare conduce la piridină.
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
7
Prin condensarea acroleinei cu amoniac la 350°C în prezență de Al2O3 drept catalizator.
Condensarea acetonei cu aldehidă acetică și amoniac la 250°C în prezență de Al2O3.
Prin tratarea piridinei cu halogenuri de alchil la 300°C. Se obțin alchil-piridine în urma
migrării grupei alchil de la N la nucleu.
Prin tratarea sărurilor de piriliu cu amoniac se obțin piridine substituite (vezi săruri de
piriliu – proprietăți).
Proprietăți fizice
Este un lichid incolor cu miros pătrunzător neplăcut. Este miscibilă cu apa, alcoolul
și eterul. Reprezintă un bun solvent pentru substanțele greu solubile în dizolvanți obișnuiți.
Sărurile piridinei cu acizii tari sunt solubile în apă.
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
8
Reacții caracteristice compușilor cu inel piridinic
Prezența atomului de azot în molecula piridinei dezactivează nucleul față de
reactanții electrofili (prin efect –I puternic) și în mod selectiv în poziția și prin efect de
conjugare (-E).
Pozițiile și au în schimb afinitate față de reactanții nucleofili, proprietate care
domină chimia piridinelor.
Bazicitate. Săruri de piridiniu.
Piridina are caracter bazic și nucleofil datorat electronilor neparticipanți ai atomului
de azot. Bazicitatea scăzută a piridinei se datorează hibridizării sp2 a atomului de azot în
contrast cu hibridizarea sp3 a atomului de azot din amine alifatice terțiare (vezi Combinații
sărace în electroni – bazicitatea piridinei).
Cu acizii minerali tari piridina dă săruri a căror cation este stabilizat prin conjugare.
Substituția electrofilă la piridină.
Se produce în poziția , mai puțin sărăcită în electroni comparativ cu pozițiile și .
Substituția electrofilă are loc cu viteză redusă și în condiții deosebit de drastice. Așa
spre exemplu halogenarea, nitrarea sau sulfonarea sunt reacții care se produc la temperaturi
cuprinse între 250 și 300°C.
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
9
Substituția în poziția este mai stabilizată prin structurile limită cu sarcină pozitivă
la atomul de carbon, față de substituția în și în care în structurile limită sarcina pozitivă
apare și la atomul de azot.
Substituția nucleofilă la piridină.
Caracteristic pentru piridină este ușurința cu care aceasta dă reacții de substituție
nucleofilă. Prin aceasta se deosebește de benzen și pirol care nu dau astfel de reacții.
Substituția nucleofilă se produce printr-o adiție – eliminare, având ca intermediar un
anion conjugat.
Preferința pentru substituția în și se datorează stabilității mai mari a
intermediarului acestei substituții față de intermediarul format într-o eventuală substituție în
. La substituția în și una din structurile limită are sarcina negativă localizată la atomul de
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
10
azot cu electronegativitate mai mare decât atomul de carbon, fapt care stabilizează
intermediarul de adiție.
atac inN N N NX
YX
YX
Y
Y
X
La substituția în sarcina negativă este localizată la atomii de carbon, mai puțin
electronegativi decât atomul de azot, prin urmare intermediarul format are energie mult mai
mare.
a. Reacția Cicibabin, constă în încălzirea piridinei cu amidură de sodiu la 100°C.
se formează inițial sarea de sodiu a 2-aminopiridinei care la hidroliză pune în
libertate amina.
În această substituție, reactantul nucleofil este ionul amidură (NH2-) puternic
nucleofil.
Hidrura de sodiu rezultată acționează asupra 2-aminopiridinei transformând-o în
sare de sodiu stabilizată prin conjugare. Aceasta prin hidroliză pune în libertate
amina.
b. În mod similar cu KOH se obține 2-hidroxipiridina.
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
11
c. Înlocuirea nucleofilă a halogenului prin hidroliză.
Săruri cuaternare de piridiniu.
Piridina poate suferi la atomul de azot reacții de alchilare, acilare, sulfonare, etc.,
prin tratare cu diverși reactanți:
N
SO3
SO3CH3I
agent de sulfonare
N
N
CrO3
CrO3
N
CH3
I
(CH3CO)2ON
CO CH3
Br2 / HBrN
HBr3 agent de oxidareagent de bromurare
agent de alchilare
agent deacilare
IV.2.Compușipiridinicicugrupefuncționale
a) Hidroxipiridine
și Hidroxipiridinele se obțin ușor din piridină și KOH sau prin înlocuirea Cl cu
grupe OH (așa cum am prezentat anterior). Hidroxipiridinele prezintă tautomerie cu formele
cetonice.
Hidroxipiridinele sunt substanțe solide cu puncte de topire ridicate. Dau cu FeCl3
reacția specifică fenolilor. Spre deosebire de piridină, dau reacții de substituție electrofilă.
b) Aminopiridine
și Aminopiridinele au comportare chimică diferită de izomerul . Spre exemplu
și aminopiridinele nu se pot diazota în soluție apoasă întrucât sarea de diazoniu
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
12
neizolabilă se descompune și dă produși de reacție cu nucleofilii prezenți în mediul de reacție
(apă, acid clorhidric, etc)
-Aminopiridina se comportă ca și aminele aromatice.
c) Acizi piridin – carboxilici
Mai cunoscuți sunt:
Dintre aceștia mai important este acidul nicotinic deoarece amida sa – vitamina
antipelagroasă (factor PP) – intră în constituția codehidrazelor I și II.
Un alt derivat al acidului nicotinic este nicotina care se obține prin tratarea
nicotinatului de metil cu N-metilpirolidona astfel:
În cantități mici, nicotina este un excitant al nervilor centrali periferici. În cantitate
mai mare devine un toxic general cauzator de maladii canceroase (esofag, stomac, plămân).
Curs 08 Ch.Heterociclurilor Inele de 6 atomi monoheteroatomice
13
Acidul izonicotinic obținut din -picolină prin oxidare, servește la fabricarea
hidrazidei sale, medicament antituberculos.