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1. Introducción, clasificación y nomenclatura.
2. Heterociclos p-excedentes.
2.1. Estructura.
2.2. Acidez y basicidad
2.3. Reacciones.
a) Sustitución Aromática Electrófila.
3. Heterociclos p-deficientes.
3.1. Estructura.
3.2. Basicidad
3.3. Reacciones.
a) Sustitución Aromática Electrófila
b) Sustitución Aromática Nucleófila
4. Otros heterociclos.
Tema 4.- HETEROCICLOS
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Introducción, clasificación y nomenclatura.
clorofila
La clorofila y grupo hemo constituyen el grupo prostético de las cromoproteínas porfirínicas.
Se nombran como cicloalcanos con los siguientes prefijos en orden
decreciente de prioridad:
oxígeno oxa
azufre tia
selenio selena
nitrogeno aza
fósforo fosfa
arsénico arsa
silicio sila
•Si hay más de un hetoátomo, se nombra antes al que está más
arriba en la lista anterior, y se le asigna la posición 1.
Nomenclatura
Tiene preferencia el de grupo más alto del sistema periódico y dentro de cada grupo los de número atómico más bajo
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3 iridina (con N) irano irina (Insaturado con N) ireno
4 etidina etano eto etonio
5 olidina olano ol ol
* * *
*
* * * * *
c.2. Nomenclatura sistemática (Hantzsch-Widman)
*
*
*
*
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6 inano ano ina inio
7 epano epano epina epina
* * * * *
* * *
c.2. Nomenclatura sistemática (Hantzsch-Widman)
*
2H-pirano 4H-pirano
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Introducción, clasificación y nomenclatura.
c.3. Nomenclatura de anillos de 5 miembros y 2 ó más heteroátomos
2H-imidazol
(no aromático)
S tiene prioridad sobre N
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Introducción, clasificación y nomenclatura.
c.3. Nomenclatura de anillos de 6 miembros y 2 ó más heteroátomos
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Heterociclos p-excedentes. Estructura.
• Presentan anillos de cinco miembros (pirrol , furano y tiofeno). • Cada átomo de carbono y el heteroátomo (N, O, S) adoptan hibridación sp2.
• El heteroátomo (N, O, S) contiene un par de electrones en el orbital p, que participa en la resonancia del anillo.
• Son compuestos aromáticos en los que el par de electrones no compartido
del heteroátomo completa el sextete de electrones requerido (Regla de Hückel).
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Heterociclos p-excedentes. Estructura.
• Energías de resonancia: 16 kcal/mol (Furano), 22 kcal/mol (Pirrol) y 29 (Tiofeno).
• Heterociclos en los que hay exceso de carga sobre los átomos de C se denominan p-excedentes.
• La capacidad de deslocalización del par de
electrones no compartido del heteroátomo es inversamente proporcional a la electronegatividad del mismo lo que se refleja en la aromaticidad.
• El furano es el menos aromático, al ser el oxígeno más electronegativo.
• Electronegatividad del heteroátomo : O (3.5) > N (3.0) > S (2.5).
Heterociclos p-excedentes. Acidez y basicidad
La carga se reparte en otras dos posiciones
• El pirrol no presenta carácter básico (pKb = 13.6).
• El par de electrones del heteroátomo está implicado en la aromaticidad. • Al protonarse , el átomo de nitrógeno cambia su hibridación de sp2 a sp3 y se pierde la aromaticidad.
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Heterociclos p-excedentes. Acidez y basicidad
N H
N a N H 2
N N a
M e I
N M e
• El pirrol puede actuar como ácido, cediendo el protón sobre el N en presencia de bases fuertes.
•Las sales sódicas y potásicas son iónicas y el anión tiende a sufrir reacciones en el nitrógeno.
• La piridina es más reactiva que el benceno frente a la sustitución aromática nucleófila.
• Ejemplo: reacción de Chichibabin entre la piridina y el amiduro sódico.
• La reacción transcurre mediante un mecanismo de adición-eliminación. • El anión intermedio recupera aromaticidad por pérdida de hidruro.
Heterociclos condensados: Indol Indol es un heterociclo p-excedente, activado hacia la sustitución aromática electrófila.
El ataque en C-3 conserva la aromaticidad en el anillo de benceno
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Heterociclos condensados: Indol
Ejemplos de SAE
Quinoline Isoquinoline
Heterociclos condensados: Quinolina e isoquinolina La quinolina y la isoquinolina son heterociclos p-deficientes, desactivados hacia la sustitución aromática electrófila. Los electrófilos atacan preferentemente al anillo de benceno en las posiciones
C5 y C8 del anillo bencénico.
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Heterociclos condensados: Quinolina e isoquinolina
Ejemplos de SAE
Chichibabin reaction
Heterociclos condensados: Quinolina e isoquinolina
Ejemplos de SNA
Los nucleófilos atacan preferentemente al anillo de piridina en las posiciones C2 de la quinolina y C1 de la isoquinolina.
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Heterociclos con varios heteroátomos
N
N H
N H 2
Histamina •Implicada en respuestas locales del sistema inmune.
• Entre los heterociclos con más de un heteroátomo, cabe destacar los azoles, estructuras presentes en muchos fármacos y sustancias de interés biológico.
Heterociclos con varios heteroátomos
Imidazol: Heterociclo aromático de 5 miembros con dos átomos de N.
• El par de electrones libre de uno de los átomos de nitrógeno está en un orbital sp2 que no está involucrado en el sistema aromático y es básico (nitrógeno piridínico). • El otro átomo nitrógeno usa su tercer orbital sp2 para unirse a un hidrógeno, y su par de electrones libres es parte del sextete aromático (nitrógeno pirrólico). Este N no es muy básico.
N piridínico N pirrólico
• Dos formas idénticas y estables. • Nitrógenos químicamente equivalentes
pKa = 7.1
• El imidazol tiene un par no compartido como en la piridina; el otro tiene un par como en el pirrol que se incorpora al sistema π aromático.
• Propiedades anfotéricas.
• El imidazol es un poco más básico que la piridina. • Cuando el imidazol actúa como una base de Brønsted, la protonación
de su nitrógeno tipo piridina permite que se retenga la aromaticidad al dejar intacto el nitrógeno tipo pirrol.
Heterociclos con dos heteroatomos. Basicidad del imidazol.
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N
Me I
N
Me+ I
_
O
O
O OH O
O
O
R X
O
R OR
+ Pyr
+Pyr
R1-OH1
X = OAc, Cl, Br
Heterociclos p-deficientes. Alquilación en el nitrógeno.
La piridina es un buen disolvente en las reacciones de acilación. Actúa como base y como catalizador
N
O R
+
Acil piridinio
intermedio que
es atacado por
el R’OH
E.g.
El nitrógeno se puede alquilar:
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La DMAP es mejor catalizador que la Py.
pKb 4.3 -base más fuerte que la piridina -mejor nucleófilo
+ AcOH
Heterociclos p-deficientes. El N de la DMAP como nucleófilo