1 nomenclatura heterociclicosorg306_transp1

Química Orgánica Heterocíclica

1

QUÍMICA ORGÁNICA HETEROCÍCLICA .

1) NOMENCLATURA

TRIVIALESNo contiene información estructural útil, por ejemplo:

N CH3

picolina (latín picatus:alquitranado)

O CH2OH

furfurol (aceite de salvado)

N

Hpirrol (griego:rojo encendido) reconocido por IUPAC

Triviales reconocidos: ver Tabla 1

Nombres triviales deheterociclos saturados nose utilizan en sistemasfusionados

N

O

H

3,4-dihidro-2H-1,4-benzoxazina

benzomorfolina

NOMBRES

TRIVIALES

DE REEMPLAZO:Según el

hidrocarburo cíclicoanálogo

HÍBRIDOS: Entretriviales y sistemáticos(Hantzsch-Widman)

IUPAC Blue Book, Nomenclature ofOrganic Chemistry, Secciones A-H,

Pergamon Press, Oxford, 1979


2


2’

Tabla 1 (Continuación)

TeTelurofeno O

Te

Fenoxatelurina

Te

N

H

Fenotelurazina

NS

Isotiazol

NO

Isoxazol

SeSelurofeno

O

Se

FenoxaseleninaSe

N

H

Fenoselenazina

N

N

Ftalazina

N

N

Quinoxalina

NN

Cinnolina

NN

1,8-Naftiridina

N

12

34 5

6

789

10

Acridina

P

H

Fosfindol

P

Fosfinolina

P

Isofosfinolina O

PH

Fenoxafosfina

As

H

1H-Arsindol

As

Arsinolina

As

IsoarsinolinaN

P

Fenofosfazina

As S

S

Arsantridina Tiantreno

As

AcridarsinaN

As

Fenarsacina

N

Pirrolizina N

N

Fenantrolina

O

S

Fenoxatiino

NN

H

ββββ-Carbolina

O

Cromeno

O

Isocromeno

O

Isocromano

O

Xanteno


3

SISTEMÁTICA (HANTZSCH-WIDMAN)

MONOCICLOS:

Elemento Valencia Prefijoa

Oxígeno II OxaAzufre II TiaSelenio II SelenaTelurio II Telura

Nitrógeno III AzaFósforo III FosfaArsénico III Arsa

Silicio IV SilaGermanio IV Germa

Boro III BoraTabla 2- Prefijos comunes en orden de prioridad (para ciclos con más de unheteroátomo y asignación de localizadores).a La “a” se elimina cuando el prefijo va seguido por una vocal

Tamaño del anilloa Anillo insaturadob Anillo saturado3 ireno N: irina irano N: iridina4 ete etano N: etidina5 ol olano N: olidina6 ina P,Ar,B: inina inano ox,ti,selen,telur: ano7 epina epano8 ocina ocano9 onina onano

10 ecina ecanoTabla 3- Sufijos comunes.a Para sistemas heterocíclicos de más de 10 átomos se recomienda el uso denomenclatura de reemplazo. b Número máximo de dobles enlaces, no acumulados.

PREFIJO:Heteroátomo presente

(según Tabla 2)

SUFIJO: Tamaño del anillo,

saturado o insaturado(según Tabla 3)


4

Desde 1983 no se utilizan sufijos para ciclos parcialmente insaturados.Se utiliza el sufijo del heterociclo insaturado y se indica la presencia de la saturacióncon un localizador (normal) y la letra H (en cursiva), uno a continuación del otro. Sise puede elegir se le asigna el menor localizador.

NH

O

N

O

NNHN

N

1H-Azirina 2H-Azirina

1

231

2

3

1

2

34

5

6

1

2

3

2H-1,3-Oxazina 6H-1,3-Oxazina 3H-Azepina 1H-Pirrol (no 1H-Azol)

ANILLOS FUSIONADOS:

a) Se elige nombretrivial (si existe), delheterociclo “mayor”.

NH

INDOL, se prefiere a PIRROL

S

Tiireno

N

H

1H-azirina

O

Oxirano

N

H

Aziridina

N

N

1,3-Diazete

O P

1,2-Oxafosfetano

O NH

1,2-Oxazetidina

N

O

O

O

SNH

1,3-Oxazol 1,3-Dioxolano 1,3-Tiazolidina

N

O

H

O

O

S SN

N

N

1,2,4-Triazina 1,4-Oxazinano 1,4-Dioxano 1,3-Ditiano

S S

NTiepina Tiepano Azocina


5

b) Si la fusión es de dos o más componentes con nombre individual, se elige uno comocomponente base (SUFIJO):

b1) Se elige como componentebase aquel heterociclo que contiene N

b1.1) No hay N: se toma elheterociclo que poseea el heteroátomoque aparece más arriba en la Tabla 2.

b1.2) Hay más de un heterocicloposible con N: se toma el de mayortamaño.

b2) Hay más de un anillo con N yde igual tamaño:

b2.1) Se elige el componente queinvolucre mayor número de anillos.

b2.2) Sino se elige el heterociclocon mayor número de heteroátomos

b3.1) Anillos con igual número deN, igual tamaño y diferente número deheteroátomos: Se elige el que contengamayor número de heteroátomos.

b3.2) Anillos con igual número deheteroátomos, igual tamaño y diferentenúmero de N: Se elige el anillo conheteroátomos ubicados prioritariamenteen la Tabla 2.

O

N

��

sufijo: PIRROL

S

Osufijo: FURANO

��

��

N

O1,3-Oxazol

Azepina

sufijo: AZEPINA

��

N N

N��

pirazina

piridina sufijo: QUINOLINA

pirimidinapiridina

sufijo: PIRIMIDINAN N

N

��

NO

NH��

��

sufijo: 1,2-OXAZOL (ISOXAZOL)

NN

Osufijo: OXAZOL


6

b4) Anillos con igual número de N,igual tamaño e igual número de heteroátomo:se elige el anillo con heteroátomos ubicadosprioritariamente en la Tabla 2.

b5) Anillos con igual número de N, igual tamaño, igual número y tipo deheteroátomos: se elige el anillo en el que los heteroátomos tengan los menoreslocalizadores (¡¡ ANTES DE LA FUSIÓN !!).

N

N NN N

N N

N

N

N

N

N1

21

2

3

1

2

1

2

3

1

2

3

4

1

2

��

��

��

��

sufijo: PIRAZOL sufijo: PIRIDAZINA sufijo: PIRIDAZINA

c) El segundo componente se pone como prefijo, con su nombre sistemático,reemplazando la “a” final por “o”. Excepciones:

O

N

NH

NN N S

FURO IMIDAZO ISOQUINO PIRIDO QUINO TIENO

d) La fusión se indica con:• un paréntesis recto, que contenga• localizadores numéricos (por ej. 3,4), que indican las posiciones del heterociclo

prefijo involucradas en la fusión; el orden de estos localizadores está dado por launión con el heterociclo sufijo,

• seguido de un guión y una o más letras (en cursiva, minúscula) que indican el o losenlaces de unión del heterociclo sufijo.

Ubicado entre el prefijo y el sufijo, sin dejar espacios ni guiones:

NN

ON

NH 1

23

��

N

Oa

b��

Imidazol 1,3-Oxazol

Imidazo[2,1-b]1,3-oxazol

��

NN

N

��

NNH

12

3

45

�� N

Na

b

c��

Imidazol Piridazina

Imidazo[1,5-b]piridazina

N

ON

S

��

sufijo: OXAZOL


6’

INDIQUE LA RAÍZ DE LOS NOMBRES DE LOS SIGUIENTES HETEROCICLOS:

N

Se

N

S

N

N

NH

O

O

O

O

N

N

S

OTROS ELEMENTOS EN NOMENCLATURA DE HETEROCICLOS:

1) EN HETEROCICLOS PARCIALMENTE SATURADOS SE INDICA EL ÁTOMO DEHIDRÓGENO COMO “1,2-DIHIDRO”, JUNTO CON LA NOTACIÓN 1H SI ESNECESARIA.

2) SI HAY UNA CARGA POSITIVA DEBE IR EL SUFIJO “IO”3) CUANDO ESTÁ PRESENTE UN CARBONILO, TIOCARBONILO O IMINO DEBE IR:

ONA, TIONA O IMINA INMEDIATAMENTE ANTES DEL NOMBRE DELHETEROCICLO, EXCEPTO QUE SE USEN NUMERALES PARA DESIGNAR LAPOSICIÓN DE LOS HETEROÁTOMOS.

4) LOS DOS PUNTOS (:) PODRÁN USARSE DENTRO DEL PARÉNTESIS RECTO PARASEPARAR CONJUNTOS RELACIONADOS DE LOCALIZADORES. CUANDO SEREQUIERE UN NIVEL MÁS ALTO DE SEPARACIÓN SE PODRÁ EMPLEAR PUNTO YCOMA (;)

N

N

N

N

S

N

OO

O

N NH

OO

O

ON

N


7

e) La numeración final del sistema fusionado se realiza de la siguiente forma:

• Se proyecta el sistema cíclico encoordenadas rectangulares de manera talque el mayor número posible de ciclosqueden en el eje horizontal,

• El máximo número de ciclos queden en elcuadrante derecho,

• La numeración es en sentido horario, comenzando por el átomo vecino al cabezade puente que se encuentra más a la derecha en el cuadrante superior derecho:1. Asignando el menor localizador a los heteroátomos, y a los C cabeza de puente,2. A los C cabeza de puente se les asigna localizador del tipo número-letra

(número del localizador anterior, acompañado por las letras a ó b),3. A los heteroátomos que sean cabeza de puente se les asigna localizadores del

tipo numérico (correlativos).Ejemplos:

O1

2

33a4

5

6

7 7aN

N

SS

O

N12

3

456

78 1

2

3

45

6

78

12

3

4567

89

N

N

N

NN

N

N

N

N

N N

O H

12

3

456

7

8

Pirido[2,3-d]pirimidina

1abc

d2

3

12

3

456

78

Pirido[3,2-d]pirimidina

abcd

1 2

3

1

23

4

5

678

910

a bc

123

4

Pirido[4,3-c]quinolina

1

2 3

4

56

7

89

1011

12

1314

9H-Dibenzo[e,g]pirazolo[1,5-a]1,3-diazocin-10-ona

abcd

ef

g21

5

N NS

NH

NH

1

2

3456

78 8a

Indolizina

12

3

45

67

89 9a

Quinolizina

12

3456

7

89 10

Fenotiazina

12

34

4a4b5

6

7

88a

99a

Carbazol (mantienenumeración antigua)

S��

CORRECTO

S��

��

INCORRECTO

S

S

CORRECTO INCORRECTO


8

NUMERACIONES NO VALIDASPirido[1',2':1,2]imidazo[4,5-b]quinoxalina

cba

54 3 2

12'1'

Heteroátomos: 561112C cabeza de puente: 4a5a10a11a12a

12a12

11a11

10a10

9

87

6 5a5

4a4

3

21


12a12

11a11

10a10

9

87

6a6

5a 5 43

21

12aHeteroátomos: 561112C cabeza de puente: 4a5a6a11a12a

1211a1110

9

87

6a6

5a5

4a4

3

21


1211a11

10a10

9

8

76a

65a

54a 4

3

2

1

N

N N

N

N

NN

N

N

N N

N

N

NN

N

POLICICLOS:

O

O Cl

ClCl

Cl

N

N

O

O O

N

N O

S

N

O

CO2Et

S

NO

CO2Et

S

N

O

EtO2C

S

N S

N

12

3

4567

8

910

ab

cdef

2,3,7,8-Tetraclorodibenzo[b,e]1,4-dioxina

1231' 2'

3'abcd

e f

Difuro[2,3-b:2',3'-e]pirazina Difuro[2,3-b:3',2'-e]pirazina

��

Fenotiazina

1,4-Oxazina 12

312

3

4 56

7

891011

12

NUMERACION NO VALIDA

ab

cdefghi j k l

12

34

1,4-Oxazino[2,3,4-kl]fenotiazina-6-carboxilato de etilo

1

23

4

5 1

2

34

NUMERACION NO VALIDA (14 mayor que 13)

ab123

4 51' 2'3'

Tieno[3',2':3,4]ciclopent[1,2-b]azirina


9

COMO SUSTITUYENTES:

N CH(CH3)CH2CO2H

NO

N

NN

N

N

O

��

Ácido 3-(4-piridil)butírico 4-Fenil-3-{[4-(2-pirimidil)-1-piperacinil] metil}-2-óxido-1,2,5-oxadiazol

SISTEMAS HETEROCÍCLICOS IDÉNTICOS UNIDOS POR SIMPLE ENLACE: Seaplican prefijos multiplicadores: bi, tert, quarter, etc.:

N NS S

S

1

2

1'2'

1

2

1'2'

3' 4'

1''2''

3''

2,2'-Bipiridina 2,2':4',3''-Tertiofeno

RECORDAR CONSIDERACIONES DE CENTROS QUIRALES:

N

SH

OCOCH3H

OCH2CH2N(CH3)2

OMe

��

�� (2S,3S)-3-Acetiloxi-5-(2-dimetilaminoetil)-2-(4-metoxifenil)--2,3,4,5-tetrahidro-1,5-benzotiazepin-4-ona

1 23

456

7

8

9

DE REEMPLAZO: Se nombra el carbociclo y luego el heteroátomo comoprefijo, siguiendo la prioridad de Tabla 2.

Se utiliza: 1) con heteroátomos poco comunes2) sistemas con puentes y anillos espiránicos3) cuando Hantzsch-Widman no funciona

N Si

H

N

P

O S

S O

Azabenceno Silabenceno 1-Aza-4--fosfabenceno

Oxaciclopentano 1,4-Ditiaciclohexa- -2,5-dieno

7-Oxabiciclo[2.2.1]hepta- -2,5-dieno

QUÍMICA ORGÁNICA HETEROCÍCLICACURSO DE SEGUNDO NIVEL PEDECIBA-QUÍMICA

CONTENIDO:1. Nomenclatura.1.1. Nombres triviales.1.2. Nomenclatura sistemática (Hantzch-Widman).1.3. Nomenclatura de reemplazo.2. Fisicoquímica de compuestos heterocíclicos.2.1. Heterociclos saturados. Tensión angular. Tensión torsional. Conformaciones preferenciales:efecto anomérico, enlaces de hidrógeno, interacciones dipolo-dipolo.2.2. Heterociclos aromáticos. Heterociclos π-deficientes. Heterociclos π-excedentes. Criterios dearomaticidad: longitudes de enlace, desplazamientos químicos en RMN, espectros ultravioleta,estimaciones termoquímicas, cálculos teóricos. Tautomerismos ceto-enólico, lactama-lactima en2-, 3- y 4-oxo(tioxo, imino) heterociclos. Evidencias experimentales.2.3. Ejemplos.3. Síntesis de heterociclos.3.1. Intermedios de ciclación. Nomenclatura de Baldwin. Factores que influyen en el proceso deciclación. Estrategias para el diseño de estructuras heterocíclicas. Estudios retrosintéticos.3.2. Ciclación vía especies deficientes en electrones. Radicales. Nitrenos y carbenos.3.3. Reacciones pericíclicas. Electrociclaciones. Cicloadiciones.3.4. Síntesis de furanos y tiofenos de Paal-Knorr. Síntesis de pirroles de Knorr. Síntesis detiofenos de Hinsberg. Síntesis de indoles de Fischer. Síntesis de indoles de Madelung. Síntesis deíndoles de Nenitzescu. Síntesis de benzofuranos y benzotiofenos. Síntesis de quinolinas deSkraup. Síntesis de quinolinas de Friedlander. Síntesis de isoquinolinas de Bischler-Napieralski.3.5. Otros ejemplos.4. Espectroscopía de heterocíclicos.4.1. Espectrometría de masas. Patrones de fragmentación para ciclos saturados y aromáticos.4.2. 1H-RMN. Importancia de los desplazamientos químicos y de las constantes de acoplamiento.4.3. 13C-RMN.4.4. Otras espectroscopías.4.5. Ejemplos.5. Revisión sobre reactividad de heterociclos.5.1. Heterociclos π-deficientes. Sustitución electrofílica. Sustitución nucleofílica. Influencia de losN-óxidos en la reactividad. Mecanismo ANRORC. Procesos pericíclios.5.2. Heterociclos π-excedentes. Sustitución electrofílica. Sustitución nucleofílica. Procesospericíclicos. Reactividad de isoxazoles.5.3. Reactividad de cadenas laterales.5.4. Ejemplos.

BIBLIOGRAFÍA:• G.R.Newcome, W.W.Paudler, Contemporary Heterocyclic Chemistry, John Wiley & Sons,

1982.• L.A.Paquete, Fundamentos de Química Heterocíclica, Limusa, 1990.• T.Eicher, S.Hauptmann, Chemie der Heterocyclen, Thieme, 1994.• T.L.Gilchrist, Química Heterocíclica, Addison-Wesley, 1995.• M.Fernández, Manual de Nomenclatura de Compuestos Orgánicos, Realigraf, 1999.• A.R.Katristzky, Handbook of Heterocyclic Chemistry, Pergamon, 1975.

EJERCICIOS

1) Nombrar cada uno de los siguientes heterociclos:

NN

N

N

ON

O

S

O

N O

CH2OH

O

CH3

CH3

ON

O

O

HO

O

OH

N

O

O

N

N

H

CH3O

2) Formular heterociclos acordes con los siguientes nombres:

• 8,13-Dihidroindolo[2’,3’:3,4]pirido[2,1-b]quinazolin-5(7H)-ona• 13,13a-Dihidro-3,3-dimetil-9,10-dimetoxi-3H-bisbenzopirano[3,4-b:6’,5’-e]piran-7(7aH)-ona• 5,6,7,8-Tetrahidro-6-metil-4-metoxi-1,3-dioxolo[4,5-g]isoquinolin-5-ol• 1,8-Diazanaftaleno• 1-Oxa-2-azaciclobut-2-eno• Selenaciclopentano• 1-Tia-3-azacicloheptatrieno• 4H-1,3-Tiazino[3,4-a]azepina

3) Los siguientes productos naturales heterocíclicos, conocidos por sus nombres triviales, sonutilizados como agentes terapéuticos antineoplásicos. Indique un nombre sistemático adecuado:

OO

O O

OH

OCH3

OCH3

CH3O

PODOFILOTOXINAN NCH3

O

O

H2N

H3C

OCH3

CH2OCONH2

PORFIROMICINA

4) El espectro ultravioleta del sistema 4-hidroxipiridina/4-piridona en ciclohexano muestraúnicamente absorciones atribuibles al tautómero 4-piridona, mientras que el espectro delderivado 2,6-di-t-butil presenta solamente absorciones debidas al tautómero 4-hidroxipiridina.Sugiera una explicación.5) La reacción del N-óxido A con cloruro de benzoilo en cloroformo produjo un precipitado que,al ser tratado con HCl 1 M, dio los productos que se muestran. Proponga una explicación acordea este hecho.

N+

N

O- AH2N NH2

+ +. 2 Cl- + CH2O + PhCO2H

6) La sal B acetila rápidamente a la piperidina en diclorometano a – 20 ºC. Explique este hecho.

N+

CH3CO2

CH2Ph

ClO4-

B

7) Formular las estructuras tautoméricas alternativas razonables para cada uno de loscompuestos que siguen:• 1-Hidroxiisoquinolina• 3-Aminoquinolina• Pirimidina-4-tiol• 4-Hidroxicinolina• 2-Hidroxifurano• 2,4,6-Trihidroxipirimidina

8) La amina pentacíclica C es una de las bases orgánicas más fuertes conocidas (su pKa enacetonitrilo es 29.22). ¿En cuál de los nitrógenos se protona? ¿Qué factores podrían contribuir asu muy alta basicidad?

N

NN

N

N N

C

9) Explique mecanísticamente el siguiente equilibrio:

O O

CH3

OCH3

CH3O

T.Ambiente

distintosdisolventes

O O

OCH3

CH3O

CH3

1 nomenclatura heterociclicosorg306_transp1

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