INTRODUCCIN A LA SNTESIS ORGNICA INTRODUCCIN A LA SNTESIS ORGNICA

1

MONOCCLICOS BICCLICOS

AROMTICO ALICCLICOAROMTICOO

THF

OOXIRANO

N

PIRIDINA

N

QUINOLINAN

CH3

TROPANO

ALICCLICOS

2

NH

H

H H

H

:

. .

.

..

.

En el N no hay un H sino un par de e- no compartido en un orbital sp2 que es el responsable de las propiedades bsicas de la piridina (pKa=5.2)

( El par de e- no est implicado en el sextete aromtico !!)

Anloga al benceno, el cambio de CH por N origina unas diferencias entre ambos compuestos, de las que cabe destacar:

Debido a la presencia del heterotomo, no es un hexgono regular, los enlaces C-N son ms cortos

3

Posee un fuerte momento dipolar debido a la mayor electronegatividad del N en comparacin con la del C ( =2.2 D)

Debido a la electronegatividad del N se origina una polarizacin por el efecto I en el esqueleto (fundamentalmente) y tambin en el sistema pipipipi .

El N estabiliza aquellas formas resonantes con separacin de cargas que siten sobre l la carga negativa:

N N N N N+

+

+

- - - 4

Como el efecto inductivo (-I) y el conjugativo (-K) operan en el mismo sentido, la piridina est polarizada permanentemente hacia el N :

En posiciones y existe una mayor deficiencia de carga

Debido a esta deficiencia electrnica en los C de la piridina, a ella y a los heterociclos relacionados con ella se les denomina HETEROCICLOS POBRES

EN e- o HETEROCICLOS pipipipi-DEFICIENTES

Tambin por esta causa, la piridina reacciona con:

Nuclefilos en las posiciones - y - Electrfilos en el N y con ms dificultad en la posicin

N N

5

E+

E+E+

DIFERENCIAS CON SISTEMAS BENCNICOS:

EXPERIMENTA CON DIFICULTAD REACCIONES CON ELECTRFILOS

EXPERIMENTA CON FACILIDAD REACCIONES CON NUCLEFILOS

N

Nu- Nu-

Nu-

6

Comparando el de la piridina con el de la piperidina, nos damos idea dela polarizacin asociada al esqueleto y de la asociada con la distorsindel sistema pipipipi :

Las longitudes de enlace en la piridina son:

N

1.40

1.39

1.34

N NH

2.2D 1.17D

7

Son heterociclos de seis miembros con dos Nitrgenos en el anillo.

Sus estructuras son anlogas a la de la piridina:

Su basicidad es menor que la de la piridina debido al efecto -I del segundo nitrgeno que desestabiliza el catin monoprotonado

N NN

N

N

N

N

pKa 5.2 2.3 1.3 0.65

NN

H

H

H H

NN

H

H H

H

NN

H

H H

H

:

..

.

.

. .

.

.

:

.

.

. .

.

. ..

:

.

.

. .

.

.

:

8

En estos compuestos existen ms formas resonantes con separacin de carga, pues hay 2 N que pueden estabilizar la carga en vez de uno.

NN

NN

NN

NN

NN

NN

NN

NN

NN

---

+

+

+

+

+

+

- --

9

NN

N

NN

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

---

+

++

+

+ +

- --

N

N

10

NN

N

N N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

N

---

+

+

+

+

+ +

- --

NO EXPERIMENTAN SEAr. CON E+ REACCIONAN EN EL N

REACCIONAN BIEN CON NUCLEFILOS

N

N

11

La adicin electroflica al N piridnico genera IONES PIRIDINIO. El ms sencillo es el 1H-piridinio, isoelctrico con el benceno con la nica diferencia de poseer un N cargado positivamente.

La carga positiva del N hace ms deficitarias en carga a las posiciones - y - con respecto a la piridina ms reactivas frente a nuclefilos. La densidad electrnica en la posicin - tambin es menor que en la piridina.

Los cationes piridinio son aromticos, tienen 6 e- pi

N

H

H

H H

H

H N H+

. .

.

..

. +

NH

NH

NH

NH

NH

++ +. . . .. .

+

+

12

SON MS REACTIVAS FRENTE A NUCLEFILOS QUE LA PIRIDINA

Nu-

NH

+

Nu- Nu-

13

En el , el oxgeno cargado positivamente an posee un par de e-

en un orbital sp2 en el plano del anillo, igual que la piridina:

La carga positiva se deslocaliza de nuevo en las posiciones 2-, 4- y 6-:

OO O OO++

+

+

+

Como el O es ms electronegativo que el N, tolera peor la carga positiva catin pirilio menos estabilizado que el catin piridinio

O

H

H

H H

H

O+

: :

.

.

..

.

.

+

14

Es isoelectrnico con el anin ciclopentadienilopero elctricamente neutro:

En el pirrol las cinco formas resonantes no son equivalentes: hay una sin separacin de cargas y dos pares de formas cannicas equivalentes en las que existe separacin de cargas y que indican que la densidad electrnica se alejadel nitrgeno

La contribucin de las formas resonantes es distinta:

NH

NH

NH

NH

NH

++++

-

--

-

..

N

H

H

H

H

H

.

..

.

15

La carga negativa parcial se reparte ente los carbonos y el N posee unacarga parcial positiva

La distribucin electrnica en el pirrol es un balance de los dos efectoscontrapuestos, siendo el mesomrico el ms significativo

El efecto inductivo desplaza carga hacia el N debido a su mayor electronegatividad

NH

NH

1.57D 1.55 (2.15)Dsegn el disolvente

1.37

1.43

1.38

Las longitudes de enlace son concordantes con esto:

NH

16

Debido a que en el pirrol la densidad electrnica se aleja del N hacia los C se

dice que es un Heterociclo rico en e- o Heterociclo pipipipi-excedente

El par de electrones forma parte del sextete aromtico:

N

H

H

H

H

H

.

..

.

17

Sus estructuras son anlogas a las del pirrol, salvo que el NH est reemplazado por un S o por un O

Tienen:1 par de e- en un orbital sp2 (plano del anillo)1 par de e- en el sextete aromtico

Z

H

HH

H

:

. .

..

En ambos casos se pueden escribir formas cannicas anlogas a las del pirrol

O

S

18

Las formas con separacin de carga (carga + en O en S) tienen una menor contribucin

El efecto I del heterotomo es, en ambos casos, superior al efectomesomrico y esto hace que sean dipolos dirigidos hacia el heterotomo

SS1.87D 0.52

1.37

1.42

1.71

OO1.68D 0.71

1.35

1.44

1.37 19

El mayor tamao del tomo de S es uno de los motivos que hace al tiofeno ms estable (ms aromtico) que al pirrol o al furano:

Los ngulos de enlace son mayores y se evita la tensin angular

Otra contribucin significativa a la estabilizacin del tiofeno radica en laparticipacin de los orbitales d del AZUFRE

S

H

HH

H

:

. .

..

O

H

HH

H

:

. .

..

S S S S- -

..

..

.......

.. ..

.... ..

+

+

20

z

EXPERIMENTAN SEAr. CON E+ REACCIONAN EN LOS C

(las condiciones de reaccin dependen del heterotomo)

REACCIONAN MAL CON NUCLEFILOS

E+ E+

E+E+

21

Los 1,3- y los 1,2-azoles son heterociclos de cinco eslabones con dos heterotomos

N

N

HS

N

O

N

NN

HS

NO

N

22

NN

H

HH

H

..

..

..

SN

H

HH

..

..

..

: ON

H

HH

..

..

..

:

N

N

N

N

N

N

N

NH

N

NH H H H

N

NH

N

NH

N

NH

-

+++--

-

+..

-

+.. - +.. -

+

..

N

Y

Uno de los heterotomos es anlogo a los del pirrol, furano y tiofeno y el otro (un N) es del tipo azometnico (como en la piridina)

23

NY

E+

E+Nu-

EXPERIMENTAN SEAr CON E+ REACCIONANDO EN N-3 Y EN C-5

REACCIONES CON NUCLEFILOS EN C-2

24

NN

NN

NN

NH

NN

N

NH

N

HHHH

NH

NNH

NNH

N

-

+++--

-

+..

.. .. -

+

.. -+ ..

-

+

NN

HH

H

H

... .

..

ON

HH

H ... .

..

:SN

HH

H ... .

..

:

YN

Uno de los heterotomos es anlogo a los del pirrol, furano y tiofeno y el otro (un N) es del tipo azometnico (como en la piridina)

25

N

N

H

E+

E+

EXPERIMENTAN SEAr CON E+ REACCIONANDO EN N-2 Y EN C-4

REACCIONES CON NUCLEFILOS EN C-5 MEJOR QUE EN C-3

Nu-

Nu-

26

Son anlogas al naftaleno con un anillo de piridina y otro de benceno fusionados:

N

H

H

H

H

H

H

H

.

..

. .

.

..

..

.

.

N

HH

H

H

H

H

.

..

. .

.

..

..

.

.

27

Es un sistema fusionado con un anillo de pirrol y otro de benceno:

N

H

H

H

H

H

. .

. .

..

..

Las formas resonantes de estos biciclos condensados se pueden escribir deacuerdo a las del benceno y a las de los heterociclos correspondientes

Las formas cannicas en que se pierde la aromaticidad de ambos anillostienen muy escasa contribucin

28

N N N N N

+

---

+

....

+

N Nu-

Nu-

E+

E+

N

29

NN N N N N

+

---

+

....

+

Nu-Nu-

E+

E+

N

30

NH

NH

NH

NH

-

-

+

....

+

..

NH

E+E+

NH

31

Cuando dos centros alternativos para la protonacin son heterotomos, se establecen equilibrios en disolucin por transferencia intermolecular rpida de protones entre un tomo de N del anillo y un sustituyente con O, S N.

X = O, N, S

Muchos compuestos heterocclicos pueden existir en 2 o ms formas tautomricas

Este es el caso de las piridinas con grupos OH, -SH y NH2 en posiciones 2- y 4-:

El equilibrio 2-Piridona 2-Hidroxipiridina se encuentra muy desplazado(9:1) hacia el tautmero cetnico

Cuando X = S tambin es la tiona el tautmero predominante

Cuando X=NH el tautmero predominante es la aminopiridina

La posicin de estos equilibrios se puede ver afectada por: La naturaleza del disolvente y la concentracin de la disolucin

N XH

N XH NH

X

N

XH

32

En los imidazoles se presenta el fenmeno de la tautomera:

N

NH

N

N

H

En algunos casos uno de los tautmeros es el predominante en el equilibrio:

NH

NO2N

N

NHO2N

400 : 1

Esta caracterstica hace que los imidazoles sustituidos asimtricamente existancomo dos especies inseparables en equilibrio. Un ejemplo es el 4-metilimidazol enequilibrio con el 5-metilimidazol, por convenio se denominan :

NH

NCH3

N

NHCH3 N

NH

CH3

1

1

1

222

3 3

3

4

4

4

5

5

5

33

En los pirazoles se presenta, igual que en los imidazoles, el fenmeno de la tautomera:

NN HN

N

H

Esta caracterstica hace que los pirazoles sustituidos asimtricamente existancomo dos especies inseparables en equilibrio. Un ejemplo es el 3-metilimidazol enequilibrio con el 5-metilimidazol, por convenio se denominan :

NH

N

CH3

NNH

CH3

NNH

CH3

11

12

22

33

3

444

5

55

34

N N

O

HN

N

NHH

N

N

CH3

OH

H

N NH

N

N

OH

N

NO

HNH

H

NH

H

35

Aunque todas las formas resonantes posean cargas nominales (+/), estos compuestos no se comportan como sales sino como compuestos neutros.

Se disuelven en los disolventes habituales de las sustancias orgnicas.

Ejemplos:

ON

N

O

Ph ONN

O-

Ph ONN

O-

Ph ONN

O

PhONN

O

Ph+++++

-

-

-

N

N

Me

O-

N

N

Me

O-

N

N

Me

O

N

N

Me

O

+++

-

etc.-

+

Son aquellas sustancias aromticas para las cuales no es posible escribir estructurascannicas no polarizadas

36

MONOCCLICOS BICCLICOS

AROMTICO ALICCLICOAROMTICOO

THF

OOXIRANO

N

PIRIDINA

N

QUINOLINAN

CH3

TROPANO

ALICCLICOS

37

Es el sistema de uso ms comn, en especial para los heterociclos aromticos.Es un hbrido de nombres triviales y sistemticos que utiliza prefijos y sufijos estndar.

Suelen tener como base la fuente natural del compuesto o una de sus propiedadescaractersticas. No contienen informacin estructural til y su uso se estabandonando gradualmente.Actualmente solo alrededor de 60 nombres triviales estn reconocidos por la IUPACy son importantes por utilizarse como base de: otros nombres ms sistemticos,derivados o compuestos policclicos.(Ver lista parcial de compuestos heterocclicos con nombres triviales y sunumeracin)

38

Tabla 1.-Tabla de prefijos comunes

ELEMENTO VALENCIA PREFIJOa

Oxgeno II Oxa Azufre II Tia Selenio II Selena Teluro II Telura

Nitrgeno III Aza Fsforo III Fosfa

Arsnico III Arsa Silicio IV Sila

Germanio IV Germa Boro III Bora

a La a final se elimina cuando el prefijo va seguido por una vocal

Compuestos monocclicos

Los nombres de los heterociclos se construyen con prefijos que indican losheterotomos presentes y terminaciones, que indican el tamao del anillo y si estsaturado (sin dobles enlaces) o insaturado (con el nmero mximo de dobles enlacesno acumulados con la valencia que se indica)

39

Tabla 2.- Tabla de terminaciones

TAMAO DEL ANILLO ANILLO INSATURADO ANILLO SATURADO 3 irenoa iranob 4 ete etanob 5 ol olanob

6 inac inanod 7 epina epano 8 ocina ocano 9 onina onano 10 ecina ecano

aEn anillos de tres miembros con N irina. bEn anillos saturados con N: iridina, etidina y olidina. cSe emplea inina con algunos heterociclos de P, As y B. dSe emplea ano si va precedida inmediatamente de los prefijos: ox, ti, selen o telur

40

Cuando hay dos o ms heterotomos distintos, los prefijos se colocan en elorden en que aparecen en la Tabla 1

S NH O NH

NN

S

N

O

O

N N

N S

N

O

O

Dos o ms heterotomos del mismo tipo se indican con los prefijos: di-, tri-, etc. La numeracin se inicia por el heterotomo que aparece ms arriba en la Tabla 1

y se contina de forma que al resto de los heterotomos les correspondan losnmeros ms bajos posibles

41

NH N

N

O

N

O N

NN

SN

N

SN

S

SH

Cuando un sistema que tiene el mximo nmero de dobles enlaces todavacontiene un tomo saturado en el anillo, esto se indica con un nmero queindica su posicin y la letra H- como prefijo.

Cuando se puede elegir la numeracin, se asigna el nmero lo ms bajo posible ala posicin indicada.

42

NN

N

N

N N

N

NH

O S NH

N

NH

NS

NO

N

Piridina Piridazina Pirimidina Pirazina

PirrolFurano Tiofeno

Imidazol

PirazolIsotiazol Isoxazol

Estos nombres no reemplazan a los nombres triviales reconocidos:

43

Es una forma altenativa de nomenclatura sistemtica que se basa en reemplazaruno o ms tomos de carbono de un sistema carbocclico por heterotomos.

Se nombran anteponiendo al nombre del correspondiente hidrocarburo los

trminos acabados en a de la Tabla 1 precedidos de sus localizadores.

La multiplicidad de un mismo heterotomo en un anillo se indica con los

prefijos: di-, tri-, tetra-, etc. colocados delante del trmino en a .

Cuando hay dos o ms clases de trminos en a se ordenan segn el orden

de preferencia de la Tabla 1.

Se da(n) el (los) nmero(s) ms bajo(s) a(l): los heterotomos segn la Tabla 1 conjunto de heterotomos los enlaces mltiples los sustituyentes en su conjunto los sustituyentes en orden alfabtico

Compuestos monocclicos

44

SN

S

NH

S

N

S

NH

Men-Bu

45

Se emplea principalmente para:

Sistemas heterocclicos con heterotomos poco comunes

Sistemas complejos de anillos fusionados donde la nomenclatura de Hantzsch-Widman es dificil

N

P1-Aza-4-fosfabenceno(1-Aza-4-fosfinina)(ver Tabla 2)

Sistemas con puentes y anillos espirnicos

O

NCH3

O

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

8-Metil-8-azabiciclo[3.2.1]octano

5-Oxaespiro[3.5]nonano

12

345

6

71

2

34

56

7

8 9

1 2

34

5

67

8

46