apuntes quimica heterociclica

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

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


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.


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


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


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


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.

TammyNota adhesivahttps://www.google.com.mx/search?q=condensacion+aldolica&client=firefox-a&hs=4a7&rls=org.mozilla:es-MX:official&channel=sb&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=XUqXU6_MFsT9oASnlYDgAg&ved=0CAgQ_AUoAQ&biw=1252&bih=602#channel=sb&q=condensacion+aldolica+de+aldehido&rls=org.mozilla:es-MX:official&tbm=isch&facrc=_&imgdii=_&imgrc=ARvTr82uDHUSbM%253A%3BX8_c1SrimFswoM%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.uam.es%252Fdepartamentos%252Fciencias%252Fqorg%252Fdocencia_red%252Fqo%252Fl15%252Fimage97.GIF%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.uam.es%252Fdepartamentos%252Fciencias%252Fqorg%252Fdocencia_red%252Fqo%252Fl15%252Faldol.html%3B472%3B228

TammyResaltado


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)


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.


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:


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


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.


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


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


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:


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:


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


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:


(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.


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:


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.


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.


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


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.


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:


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


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.


(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?


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


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


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


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


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


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


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_


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-


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


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


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


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


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


- 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


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


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


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


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


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:


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


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


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)


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


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.


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.


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


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.


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


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


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


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.


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.


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.


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.


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


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%.


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

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