143. HETEROCICLOS DE SEIS

ESLABONES CON UN HETEROATOMO

El ejemplo más importante de esta categorÃa es la piridina (azabenceno), C5H5N:.

Problema 20.17. EscrÃbanselas fórmulas estructurales e indÃquenselos nombres de las metilpiridinas isómeras.

Hay tres isómeros.

Problema 20.18. (a) JustifÃquese la aromaticidad de la piridina, una estructura plana con ángulos de enlace de 120°. (b) EscrÃbase la ecuación de la reacción de la piridina con HGI.

(a)  La piridina (azabenceno) es el análogo nitrogenado del benceno, y ambos tienen el mismo esquema de orbitales (Figs. 10.1 y 10.z). Los tres dobles enlaces proporcionan seis electrones p

para el sistema deslocalizado, de acuerdo con la regla de Hückel.

(b)  SÃ. A diferencia del pirrol, la piridina no necesita el par de electrones sin compartir sobre el N para su sextete aromático. El par de electrones queda disponible para enlazarse con los ácidos.

Cuanto menos carácter s en el orbital que contiene el par de electrones sin compartir, más básico es este centro.

Problema 20.19. ExplÃquese por qué la piridina (a) sufre la sustitución electrófila en la posición , y (b) es menos reactiva que el benceno.

(a)Â Â El R+ se forma por ataque del E+ en las posiciones o de la piridina que tienen estructuras resonantes (I, IV) con una carga positiva sobre el N teniendo un sextete de electrones. Estas son estructuras de elevada energÃa.

Con el ataque en la carga + se distribuye en el intermedio sólo en los C. Una carga + sobre C con seis electrones no es tan inestable como una + sobre el N con seis electrones, ya que el N es más electronegativo que el C. La sustitución electrófila en  conduce a un intermedio más estable.

(b)  El N retira electrones por inducción y desestabiliza los intermedios R+ formados de la piridina. Además, el átomo de N reacciona con electrófilos para formar un catión piridinio cuya carga + disminuye la reactividad.

Problema 20.20. ¿En qué se diferencian los espectros rmn 1H de la piridina y benceno?

Ambos compuestos son aromáticos, y sus señales de H del anillo decididamente a campo bajo. Como todos los hidrógenos del benceno son iguales, se observa una señal. La piridina da tres

señales (sin contar los acoplamientos espÃn–espÃn): = 8,5 (dos H, C2), = 7,06 (dos H, C3) y

= 7,46 (un H, C4). Obsérvese que la señal del H, C2 es la de campo más bajo ya que el N es atractor de electrones y menos apantallante.

Problema 20.21. IndÃquense las fórmulas estructurales y los nombres de los productos formados cuando la piridina reacciona con (a) Br2 a 300 °C; (b) KNO3, H2SO4 a 300 °C y luego KOH; (c) H2SO4 a 350 °C; (d) CH3COC1/AIC13.

Problema 20.22. Compárese y explÃquese la diferencia, con respecto a la reactividad hacia la sustitución electrófila, entre la piridina y el pirrol.

El pirrol es más reactivo que la piridina ya que su intermedio es más estable. En ambos compuestos el intermedio tiene una carga + sobre el N. Sin embargo, el intermedio del pirrol es relativamente estable puesto que cada átomo tiene un octete completo, mientras que el intermedio de la piridina es muy inestable ya que el N tiene sólo seis electrones.

Problema 20.23. Si la oxidación de un anillo aromático es un ataque electrófilo, predÃgase el producto formado cuando se oxida la –fenilpiridina.

El anillo de piridina es menos reactivo, y el anillo de benceno se oxida a ácido –picolÃnico (–NC5H4COOH).

Problema 20.24. PredÃgase y justifÃquese el producto obtenido y las condiciones utilizadas en la nitración de la 2–aminopiridina.

El producto es el 2–amino–5–nitropiridina puesto que la sustitución ocurre preferentemente en la posición para al NH2 estéricamente menos impedida. Las condiciones son más suaves que las de la nitración de la piridina, ya que el NH2 es activante.

Problema 20.25. ExplÃquese por qué (a) la piridina y NaNH2 forman –aminopiridina, (b) 4–cloropiridina y NaOMe forman 4–metoxipiridina, (c) 3–cloropiridina y NaOMe no dan reacción.

El N atractor de electrones facilita el ataque de nucleófilos fuertes en las posiciones a y y. El intermedio es un carbanión estabilizado por deslocalización de la carga – en el N electronegativo. El carbanión intermedio revierte rápidamente al anillo aromático estable por

salida de un H:– en (a) o un – en (b).

(c) El ataque nucleófilo en no forma un intermedio con – en el N.

Problema 20.26. IndÃquese el producto(s) formados cuando la piridina reacciona con (a) BMe3, (b) H2SO4, (c) EtI,         (d) t–BuBr.

La piridina es una tÃpica amina  sulfato de piridinio; (c) [C5H5N+–Et]I–, yoduro de N–etilpiridinio; (d) C5H5NH+Br– + Me2C=–CHMe (el haluro 3.° sufre la eliminación con preferencia a la sustitución SN2);

Problema 20.27. JustifÃquense los siguientes órdenes de reactividad:

(a) Frente al H3O+: 2,6–dimetilpiridina (2,6–lutidina) > piridina

(b) Frente al ácido de Lewis BMe3: piridina > 2,6–lutidina

(a) Los grupos alquilo son dadores de electrones por inducción y aumentan la basicidad. (b) El BMe3 es más voluminoso que un H3O+. Los Me en C2

y C6 rodean al N e impiden estéricamente la aproximación del BMe3, siendo en consecuencia la 2,6–lutidina menos reactiva que la piridina. Este es un ejemplo de tensión F (tensión frontal).

Problema 20.28. Compárense y justifÃquense los productos formados en la nitración de la piridina y el N–óxido de la piridina.

La piridina sólo se nitra en posición en condiciones vigorosas [véase el Prob. 20.21(b)]. Sin embargo, su N–óxido se nitra fácilmente en la posición g; el intermedio formado por este ataque es muy estable ya que todos los átomos tienen un octete de electrones. El N–óxido se comporta como el ion fenóxido, C6H5O– [Prob. 19.18(a)].

Problema 20.29. El N–óxido de la piridina se transforma en piridina con PC15 o con cinc y ácido. UtilÃcese esta reacción para la sÃntesis de 4–bromopiridina a partir de piridina.

Problema 20.30. JustifÃquese el hecho de que los CH3 de las y –picolinas (metilpiridinas) sean más ácidos que el CH3 del tolueno

Reaccionan con bases fuertes para formar aniones estabilizados por resonancia con – en el N.

Problema 20.31. Formúlense los productos formados cuando la g–picolina reacciona con C6H5Li y luego con (a) CO2 luego H3O+; (b) C6H5CHO y luego H3O+.

Problema 20.32. Prepárese a partir de las picolinas (a) la vitamina niacina (ácido 3–piridincarboxÃlico), (b) la droga antituberculosa isoniazida (hidrazida del ácido 4–piridincarboxÃ-lico).