manual qir · alquenos y dienos 329 tema 5. alquinos 343 ... los átomos de o, n, y los halógenos...

Manual QIR

VOLUMEN VB: MANUAL DE QUÍMICA ORGÁNICA

Autor: Dr. Melvin M. Morales Aguilera

Editora: Dra. Iliana Perdomo López

Manual QIR. VOLUMEN V: MANUAL DE QUÍMICA

INORGÁNICA Y ORGÁNICA

Autor: Dr. Melvin M. Morales Aguilera

© Iliana Perdomo López (editora). Depósito legal: DLC 616-2012

Reservado todos los derechos. Está prohibido, bajo las sanciones penales y el resarcimiento civil previsto en las leyes, reproducir, registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente por cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio, sea mecánico, electrónico, magnético, por fotocopia o por cualquier otro, sin la autorización previa por escrito de la editora.

UNIDAD II ÍNDICE DE QUÍMICA ORGÁNICA

TEMA 1.INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS GENERALES 293

TEMA 2. HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS. ALCANOS 315

TEMA 3. HALOALCANOS ( DERIVADOS HALOGENADOS) 321

TEMA 4. ALQUENOS Y DIENOS 329

TEMA 5. ALQUINOS 343

TEMA 6. COMPUESTOS ORGANOMETÁLICOS 351

TEMA 7. ALCOHOLES, FENOLES Y TIOLES 365

TEMA 8. ÉTERES Y EPÓXIDOS. TIOÉTERES 377

TEMA 9. BENCENO. SISTEMAS AROMÁTICOS 385

TEMA 10. ALDEHÍDOS Y CETONAS 393

TEMA 11. ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Y DERIVADOS 411

TEMA 12. COMPUESTOS DIFUNCIONALIZADOS 425

TEMA 13. CARBOHIDRATOS 431

TEMA 14. SÍNTESIS DE PÉPTIDOS 443

TEMA 15. AMINAS 449

TEMA 16. HETEROCICLOS 457

TEMA 17. REACCIONES PERICÍCLICAS 479

TEMA 18. PRODUCTOS NATURALES 489

TEMA 19. POLÍMEROS 501

ANEXOS 507

BIBLIOGRAFÍA 521

Química Orgánica InspiracleQIR/2015

293

TEMA 1. INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS GENERALES. (2003) 114, 122, 135;

(2004) 116, 121, 126, 130; (2005) 98, 99, 102, 103, 105, 106, 107, 118, 119, 121, 123, 127; (2006) 93, 95, 96,

103, 106, 109, 119; (2007) 127, 132, 133; (2008) 92, 97, 101, 103, 123, 131; (2009) 13, 36, 39, 40, 140, 255;

(2010) 88, 97, 98, 115, 116, 254; (2011) 94, 103, 109, 120, 128; (2012) 105, 226, 230, 232; (2013) 77, 115;

(2014) 76.

QUÍMICA ORGÁNICA: rama de la Química que estudia la estructura, propiedades,

aplicaciones, síntesis y reactividad de los compuestos cuyo elemento básico de constitución es el

átomo de carbono; por ello, con frecuencia, esta parte de la ciencia es denominada QUÍMICA

DEL CARBONO.

ENLACE EN LOS COMPUESTOS DEL CARBONO (MOLÉCULAS ORGÁNICAS):

El átomo de C presenta una extraordinaria capacidad para combinarse consigo mismo y con otros

elementos, frecuentemente con los átomos de H, O y N, y con kenor asiduidad los átomos de S, P

y halógenos.

En estas uniones, el átomo de C forma enlace covalente. Su estructura electrónica es 1s2 2s2 2p2 y

tiende a adquirir una estructura más estable (la estructura del gas noble Ne, con 8 electrones en la

capa de valencia 1s2 2s2 2p6) compartiendo sus 4 electrones más externos.

La teoría de LEWIS constituye una visón simplificada y clásica, y muy útil en Química Orgánica,

del enlace covalente. La descripción mecánico-cuántica del enlace basada en la HIBRIDACIÓN

DE ORBITALES. También permite explicar la tetravalencia del átomo de C. Según esta teoría el

átomo de carbono forma enlaces covalentes por solapamiento de orbitales atómicos híbridos. Son

posibles tres tipos de hibridación:

Hibridación sp3 sp2 sp

Lewis

C

Enlaces π perpendiculares

entre sí y enlace σ(sp-sp)

Ángulo de enlace 109,28º 120º 180º

Geometría Tetraédrica Trigonal Plana Lineal

Ejemplo y

representación

Preg 128 (2011).

El átomo de C presenta tetravalencia en los compuestos orgánicos mientras que en el caso del

átomo de nitrógeno forma 3 enlaces (trivalente) y el oxígeno y el azufre dos (divalente). El

hidrógeno y los halógenos normalmente forman un enlace (monovalente).

InspiracleQIR/2015 Química Orgánica

294

Existen compuestos, donde no todos los electrones de la capa de valencia están compartidos entre

dos átomos. Estos electrones, que no son compartidos entre dos átomos reciben el nombre de

electrones no enlazantes o par solitario. Los átomos de O, N, y los halógenos (F, Cl, Br, I)

normalmente tienen electrones no enlazantes en sus compuestos estables. Estos pares de

electrones no enlazantes ayudan a determinar la relatividad de sus compuestos.

Carbono Nitrógeno Oxígeno Halógenos

Valencia 4 3 2 1

Pares solitarios 0 1 2 3

Resonancia.

Algunas moléculas no pueden describirse mediante una única estructuras de Lewis. Son

moléculas cuya descripción más adecuada es un promedio (HÍBRIDO DE RESONANCIA) de

varias estructuras de Lewis denominadas ESTRUCTURA DE RESONANCIA o formas

canónicas. Estas estructuras se caracterizan por interconvertirse moviendo pares de electrónicos

sin alterar la posición de los núcleos atómicos.

Para dibujar correctamente estas estructuras debe tomar las siguientes precauciones:

Los átomos no se cambian de posición

La deslocalización de los electrones se indica por líneas curvas. La punta de la flecha siempre

indica hacia donde se mueven los electrones. De esta forma se pasa de una estructura a otra.

OJO Las estructuras canónicas no existen, ni los electrones realmente se mueven, solo es

la forma de construir las estructuras.

Estas estructuras contribuyen de forma desigual al híbrido siendo la estructura de menor

energía la más contribuyente

La molécula se estabiliza (pierde energía) al delocalizar sus electrones. La energía disipada es

la energía de resonancia. A mayor energía de resonancia mayor estabilidad.

Entre las estructuras canónicas se coloca y todas se encierran entre corchetes. Así se indica

que, la molécula real es la contribución de estas estructuras.

Un átomo neutro negativo cede 1 par de e- → se transforma en neutro.

Un átomo positivo acepta (coge) 1 par de e- → se transforma en neutro.

Un caso especial de deslocalización o resonancia de electrones π lo constituyen los sistemas

con cuatro electrones π delocalizados en tres átomos que se conocen como 1,3-dipolo (Preg

114, 2003).


299

Están favorecidas por una débil diferencia de polaridad entre A y B.

Tienen lugar en fase gaseosa o en disolventes no polares; muchas sólo transcurren a

temperaturas elevadas.

Se ven afectadas por catalizadores que son compuestos de los metales de transición.

Se forman radicales que atacan a otras moléculas, con lo que el proceso se propaga dando

lugar a una reacción en cadena, cuya terminación tiene lugar al desaparecer los radicales por

unión entre sí.

La activación fotoquímica favorece este tipo de rupturas. Es un ejemplo característico la

halogenación (bromación, cloración) fotoquímica de alquenos.

RUPTURA HETEROLÍTICA: sólo uno de los dos átomos enlazados retiene los dos electrones

del enlace. Se forman CATIONES y ANIONES.

Están favorecidas por una fuerte diferencia de polaridad entre A y B.

Tienen lugar en solución, y sólo muy raramente en fase gaseosa, estando favorecidas por los

disolventes de constante dieléctrica elevada.

Se ven afectadas por catalizadores de tipo electrolito, como los ácidos y las bases.

La velocidad de reacción aumenta al elevarse la temperatura.

Su cinética es simple, y son frecuentes las reacciones de segundo orden.

Carbocatión o ión carbonio:

Cuando los dos electrones del enlace se separan con el sustituyente X, el fragmento orgánico

resultante se denomina ión carbonio o carbocatión, y el átomo de carbono procedente del enlace

soporta una carga positiva. Los carbocationes son iones positivos que contienen un átomo de

carbono con solo seis electrones en tres enlaces. Son planos y tienen hibridación sp2.

Debido a su deficiencia electrónica, los carbocationes tienen gran tendencia a captar electrones y

completar así su octete. Los sustituyentes que ceden electrones estabilizan los carbocationes por

efecto +I (disminuyen densidad de carga positiva), mientras que los aceptores de electrones lo

desestabilizan por efecto –I (incrementan densidad de carga positiva). En el caso de los

carbocationes bencilo y alilo, estos son más estables (Preg 149, 2007) por estar estabilizados

por resonancia.


300

Un catión con una carga positiva en uno de los dos átomos de carbono de un doble enlace

C=C se conoce como catión vinilo (Preg 127, 2005).

C

- Plano (sp2)- orbital p vacío

Estabilidad: Bencilo alilo > 3º > 2º > 1º > CH3+

Preg 105 (2012)

Carbanión:

Cuando los dos electrones del enlace quedan con el fragmento orgánico resultante, se origina un

carbanión, y el átomo de carbono soporta carga negativa. Los carbaniones son iones

negativamente cargados que contienen un átomo de carbono con tres enlaces y un par electrónico

sin compartir.

Tienden a ceder su par de electrones no compartido para formar un enlace covalente coordinado.

La estabilidad de los carbaniones también está muy influenciada por la naturaleza de los átomos o

sustituyentes unidos al átomo de carbono deficitario en electrones. Así, los sustituyentes que

ceden electrones desestabilizan los carbaniones por efecto +I (aumentan la densidad de carga

negativa), mientras que los aceptores de electrones lo estabilizan por efecto –I (reducen la

densidad de carga negativa.

C

- Carbono sp3, piramidal, con 2 e- en orbital no enlazante

Estabilidad: CH3- > 1º > 2º > 3º

Las reacciones que suceden en una sola etapa, la formación de los nuevos enlaces se produce al

mismo tiempo que la ruptura de los enlaces, se denominan concertadas y transcurren sin

formación de intermedios. Las reacciones en varias etapas sí originan intermedios (y el número de

intermedios es el número de etapas menos uno). Preg 115 (2013); Preg 76 (2014).

De particular interés resultan los carbaniones alílicos y bencílicos puesto que están estabilizados

por resonancia.

Carbenos:

En ciertas reacciones se forman especies altamente reactivas como los carbenos, cuyo átomo

de carbono presenta 6 electrones de valencia. Preg 101 (2008); Preg 13 (2009); Preg 115 (2010).

El carbeno más sencillo es el metileno (CH2:) el cual se forma por el calentamiento (exposición a

la luz o en presencia de Cu metálico) del diazometano, liberándose nitrógeno.


312

Racemización: es la transformación de un compuesto ópticamente activo por combinación

con su enantiómero (opuesto óptico) o por conversión en racémico. Es la pérdida de

actividad óptica que ocurre cuando una reacción no muestra total retención de la

configuración ni total inversión de la configuración (Preg 121, 2005).

8) Resolución: separación de los dos enantiómeros de una mezcla. Preg 100 (2011). Métodos:

Método Pasteur: separación mecánica de cristales de los dos enantiómeros.

Conversión en diastereoisómeros.

Separación o resolución cinética: los enantiómeros se hacen reaccionar con reactivo

quiral no racémico. Se separan porque las velocidades de los enantiómeros son

diferentes (Preg 126, 2004; Preg 94, 2005).

9) Rendimiento óptico: exceso enantiomérico de los productos en relación a los materiales de

partida (Preg 108, 2004; Preg 107, 2005).

10) Reacciones estereoselectivas: reacciones que conducen a la formación preferente de un

estereoisómero sobre otros que podrían formarse. Preg 88 (2010).

11) Nomenclatura eritro y treo:

Los términos eritro y treo se utilizan en moléculas disimétricas, cuyos extremos son

diferentes. El diastereómero eritro es el que tiene los grupos similares al mismo lado en la

proyección de Fischer, mientras que el diastereómero treo tiene grupos similares en lados

opuestos de la proyección de Fischer.

12) Molécula Proquiral: Compuestos aquirales que se convierten en quirales a través de una

sencilla transformación.


313

Ejemplos de Casos posibles. P reg 232 (2012).

1 centro asimétrico 2n = 21 = 2 estereoisómeros R y S son enantiómeros

2 centros asimétrico (A - B) 2n = 22 = 4 estreoisómeros 2 pares de enantiómeros

Ejemplo: 2-bromo-3-clorobutanodiferentes

CH

CH3

C

Br

ClH

CH3

CH

CH3

C

Br

HCl

CH3

CH3

BrH

Cl

CH3

H

CH3

BrH

H

CH3

Cl

No son imágenesespeculares

1

2

3

4

1 1 1

2 2 2

33 3

4 4 4

R

S

R S S

S S S

(2S,3R) (2S,3R) (2S,3S)(2R,3R)

enantiómeros enantiómeros

CH3

HBr

OH

CH3

Cl

1

2

3

4

S

R

(2R,3S)

CH3

HBr

Cl

CH3

H

1

2

3

4

R

R

(2S,3S)

diastereómeros entre sí

Dos compuestos en que todos sus carbonos asimétricos tienen configuraciones opuestas son enantiómeros

Dos compuestos en que no todos sus carbonos asimétricos tienen configuraciones opuestas son enantiómeros

2 centros asimétricos3 estereoisómeros 1 par de enantiómeros y una forma MESO

de igual composición(A - A)

CH

COOH

C

OH

OHH

COOH

CH

COOH

C

OH

HHO

COOH

COOH

OHH

OH

COOH

H

COOH

OHH

H

COOH

HO

No son imágenesespeculares

1

2

3

4

1 1 1

2 2 2

33 3

4 4 4

R

S

R

R RS

R R

(2R,3S) (2S,3R) (2S,3S)(2R,3R)

mismo estereoisómero enantiómeros

Ej: ácido tartárico (ácido 2,3-hidroxi-butanodioico)

COOH

HHO

OH

COOH

HO

1

2

3

4

S

R

(2R,3S)

COOH

HHO

OH

COOH

H

1

2

3

4

S

S

(2S,3S)

forma MESO

diastereómeros entre sí

La forma MESO es un diastereoisómero respecto de cualquiera de los dos enantiómeros. Es un compuesto simétrico (presenta plano de simetría y un centro de simetría), y por ello no es ópticamente activa. Es un estreoisómero que noes quiral a pesar de presentar C*


314

Topicidad

En Química, la topicidad es la relación estereoquímica que se establece entre dos grupos que están

unidos a un mismo átomo. Desde el puto de vista estereoquímico, y dependiendo de esa relación,

esos grupos pueden ser homotópicos, enantiotópicos o diasterotópicos.

Los grupos homotópicos son aquellos donde todos los grupos son equivalentes. Dos átomos A y B

son homotópicos si la molécula permanece igual (estereoquímicamente) cuando estos grupos

dichos grupos pueden intercambiarse con el resto de los grupos y la estructura de la molécula no

se afecta. Por ejemplo, los cuatro átomos de hidrógeno del metano (CH4) son homotópicos. Lo

mismo pasa con los átomos de hidrógeno del cloruro de metileno (CH2Cl2).

El término enantiotópico se refiere a la relación que se establece entre dos átomos, los cuales, si

uno de ellos es reemplazado, se generará un compuesto quiral, dando una mezcla de

enantiómeros. Así, si un átomo de carbono está unido a dos hidrógenos y a dos grupos

diferentes, los dos hidrógenos se denominan enantiotópicos (Preg 133, 2007).

butano (R)-2-bromobutano (S)-2-bromobutano

El término diastereotópico se refiere a la relación que se establece entre dos átomos, los cuales, si

uno de ellos es reemplazado, una mezcla de diastereoisómeros:

(S)-2-bromobutano (2S,3R)-2,3-dibromobutano (2S,3S)-2,3-dibromobutano


321

TEMA 3. HALOALCANOS (DERIVADOS HALOGENADOS). (2005) 91, 96;

(2008) 90; (2009) 7, 9; (2010) 130); (2012) 88; (2013) 95, 108; (2014) 104.

Los haloalcanos representan una de las familias de compuestos orgánicos que han encontrado

gran aplicación industrial. Por ejemplo, un grupo de compuestos clorofluorcarbonados

llamados freones han sido utilizados como refrigerantes, propelentes y disolventes (Preg 128,

2007; Preg 110, 2008).

Propiedades físicas: Preg 65 (2012)

F Cl Br I

Tamaño

Electronegatividad

Longitud de enlace: aumenta al aumentar X

Polaridad de enlace: enlaces polares

Fuerza de enlace: disminuye al aumentar X (Preg 257, 2005; Preg 153, 2007)

C X

Cuanto más polar es X mayor polarización del enlace

Puntos de ebullición: más elevados que en alcanos debido a que las fuerzas de interacción entre moléculas son mayores. Además, mayores al aumentar el tamaño de X

Preg 116 (2010)

REACTIVIDAD CARACTERÍSTICA

Reacciones de Sustitución:

Mecanismo SN2 (sustitución nucleófila bimolecular): Preg 253, 259 (2011); Preg 87 (2012).

- Reacción concertada (1 etapa). Preg 129 (2010).

- Reacción bimolecular y sigue una cinética de orden 2 [ ][ ]v k RX Nu

- Estereoquímica Inversión de la configuración del centro atacado. (Estereoespecífica).

(Preg 104 (2014).

- Ataque dorsal


327

El ión -OH (hidróxido), RO- (alcóxido), -NH2 y otras bases fuertes son grupos salientes malos en

las reacciones SN2. Por ejemplo, el grupo OH de un alcohol es un grupo saliente malo porque

tendría que liberarse como ión hidróxido.

En la siguiente tabla resumimos como pueden ocurrir los procesos de sustitución o eliminación en

función del tipo de R-X o Nucleófilo o base (A:; A¯) que reaccionan entre sí


328


329

TEMA 4. ALQUENOS Y DIENOS. (2003) 92, 93, 95, 99, 123, 124; (2004) 82, 95, 98, 109,

118; (2005) 110, 120, 134; (2006) 100, 112, 113, 127; (2007) 145, 151, 167; (2008) 81, 122, 126; (2009) 10, 15,

16, 24, 25, 29, 42, 45, 46, 47; (2010) 85, 89, 91, 94, 95, 114, 123; (2011) 84, 101; (2012) 61, 62, 72, 77, 90,95,

96; (2013) 72, 80, 82, 89, 110; (2014) 81, 90, 102, 115.

Alquenos: hidrocarburos que contienen dobles enlaces C=C.

Fórmula CnH2n.

Son hidrocarburos que también reciben el nombre de olefinas.

Nomenclatura E-Z: (YA VISTA ANTEIORMENTE EN ESTEREOISOMERÍA: Regla

Cahn-Ingold-Prelog).

Estructura electrónica y enlace:

- Hibridación sp2 de los átomos de C.

- Doble enlace = σ + π Preg 127 (2006) σ = Csp2-Csp2 π = C2p-C2p

- Geometría trigonal plana para cada átomo de C del doble enlace.

- El doble enlace C=C es más fuerte y de menor longitud que el enlace C-C en alcanos.

- El enlace σ es más fuerte (108 Kcal/mol) que el enlace π (65 Kcal/mol).

- Los alquenos son planos. No existe posibilidad de libre giro alrededor de los dobles

enlaces.

- El doble enlace de los alquenos constituye una región rica en electrones. De esta forma

los alquenos son nucleófilos y reaccionan con electrófilos (Preg 92, 2003).

Estabilidad relativa de alquenos:

La estabilidad de los alquenos es mayor cuanto más sustituidos están y el alqueno trans es más

estable que el cis. Preg 91 (2010).

La variable que permite establecer esta estabilidad es el CALOR DE HIDROGENACIÓN (Preg

95, 2004). Mientras menor calor de hidrogenación mayor estabilidad.

¿Por qué el más sustituido es el más estable? Preg 72 (2012).

Efectos inductivos de los grupos alquilos unidos satisfacen las características aceptoras de e-

de los Csp2 del doble enlace. Además efecto de hiperconjugación. Preg 102 (2014).

¿Por qué el trans es más estable que el cis?


330

En el isómero cis los dos sustituyentes voluminosos del doble enlace interfieren entre ellos, se

produce impedimento estérico y se eleva la energía de tensión de van der Waals; en el isómero

trans, los sustituyentes están más alejados, interferencia estérica menor y por tanto menor energía

(más estable). Preg 47 (2009).

Teniendo en cuenta esto se puede predecir dado una serie de alquenos, cuál de ellos es más

estable (Preg 167, 2007):

2-metil-2-buteno 2-metil-1-buteno (E)-2-buteno

H HH

H(Z)-2-buteno 1-buteno

MÁS ESTABLE

Y en esta otra serie (Preg 101, 2005):

2-metil-1-buteno2-metil-2-buteno 3-metil-1-buteno (E)-2-buteno

H HH

H(Z)-2-buteno 1-buteno

MÁS ESTABLE

¡CUIDADO!: En cicloalquenos de pequeño o mediano tamaño el isómero cis es el más estable.

El cicloocteno trans es el cicloalqueno más pequeño que puede aislarse (los anteriores obligados

a ser cis).

Propiedades físicas de alquenos.

Algunos son débilmente polares (pero aún así son muchos menos polares que haloalcanos y

alcoholes). Estas propiedades se deben a la electronegatividad del Csp2 del doble enlace (recordar

que la electronegatividad de Csp > Csp2 > Csp3; aumenta con el carácter s).

El carácter atractor de e- del Csp2 explica:

1- Los H vinílicos (unidos directamente al C del doble

enlace) son más ácidos que los alquílicos.

2- El momento dipolar neto de los isómeros cis frente a los trans:

Consecuencia: la mayor polaridad del isómero cis hace que las fuerzas intermoleculares

(dipolo-dipolo) sean mayores que en el trans los isómeros cis tienen mayores puntos

de ebullición que los trans.


479

TEMA 17. REACCIONES PERICÍCLICAS. (2003) 104; (2004) 101, 117; (2006) 102,

104, 111; (2007) 138, 160; (2008) 100; (2009) 42; (2011) 120; (2012) 62, 67, 95; (2013) 98; (2014) 100, 112.

Se entiende por reacciones pericíclicas la transformación concertada y estereoespecífica

que sucede a través de un estado de transcición cíclico respecto a núcleos y electrones. Preg 160

(2007); Preg 120 (2011).

Los tres tipos de reacciones pericíclicas más importantes son las cicloadiciones, los

reordenamientos sigmatrópicos y las reacciones electrocíclicas. Preg 138 (2007).

16.1. Reacciones de cicloadición (Cicloadiciones).

Una cicloadición es una reacción pericíclica (y, por lo tanto, concertada y

estereoespecífica) en la que dos enlaces π se pierden para formar dos nuevos enlaces σ. Las

cicloadicioens se describen en función del número de electrones (e-) π de cada uno de los

reactivos. Las reacciones que involucran 4n+2 e- π suelen ser térmicas y las cicloadiciones 4n e- π

son activadas fotoquímicamente.

16.1.1. Reacción de Diels-Alder. Preg 62, 95 (2012).

Cicloadición concertada (única etapa) y estereoespecífica que sigue la regla endo y tiene

lugar entre un dieno s-cis y un dienófilo para formar un anillo de 6 miembros. Preg 42 (2009);

Preg 111 (2006); Preg 117 (2004).


480

La reacción es mucho más efectiva cuando se combinan un alqueno deficitario en

electrones (dienófilo) y un dieno rico en electrones. La introducción de sustituyentes atrayentes de

electrones sobre el alqueno y dadores de electrones sobre el dieno constituye una combinación

óptima para esta reacción.

Dienófilo: Sustituyen aceptores de e- pueden interaccionar por resonancia. Por ejemplo,

los sustituyentes carbonilos y nitrilos son buenos aceptores de densidad electrónica, en los que

hay un átomo de carbono unido por un enlace múltiple a un heteroátomo electronegativo (oxígeno

o nitrógeno). También pueden existir grupos atractores de electrones por efecto inductivo, como

es el caso del grupo trifluormetilo (CF3).

Dieno: sustituido con dadores de e-.


489

TEMA 18. PRODUCTOS NATURALES. (2004) 107; (2005) 109; (2009) 38; (2010) 126;

(2013) 103, 114.

17.1. ALCALOIDES.

La palabra alcaloide significa semejante a la sosa y hace alusión a una de sus propiedades

más comunes: su carácter básico.

Los alcaloides son compuestos nitrogenados de origen natural —excluidos los de

naturaleza proteica—, con carácter básico y dotados de propiedades farmacológicas notables.

Preg 38 (2009); Preg 126 (2010).

En muy pocos vegetales se conocen la función de estas moléculas. Sin embargo en los

animales, pueden presentar distintas actividades farmacológicas: Un ejemplo, lo constituyen los

alcaloides de la amapola del opio: morfina (analgésico central), codeía (analgésico, antitusivo),

papaverina (espasmolítico). En el caso del alcaloide quinina, aislada de la corteza de la cicona, es

el más antiguo agente antimalárico efectivo conocido.

17.1.1. Clasificación:

La variedad y el grado de complejidad estructural de los alcaloides es tal, que según el

autor y el contexto en el que se presente, la clasificación de esta clase de compuestos puede

establecerse desde diferentes puntos de vista: estructural, biogenético, farmacológico…

Atendiendo a la situación que ocupa el nitrógeno en la molécula, los alcaloides podrían

catalogarse en los siguientes grupos:

Aminas 2as y 3as (protonadas o no, según el pH), en las que se incluyen la gran mayoría

de los alcaloides.

Aminas 4as, con carga a todos los pH (tubocurarina, por ejemplo).

Amidas (aminas neutras), donde se agruparían alcaloides del tipo de la colchicina.

En forma de N-óxidos, típicos de los derivados pirrolizidínicos.

Biogenéticamente, la gran mayoría de los alcaloides son construidos a partir de aminoácidos,

pero otros se originan por rutas biosintéticas muy diferentes, pudiendo así derivar de la

purina, de terpenos aminados o incluso proceder de la vía de los poliacetatos.


490

Aunando los dos primeros criterios de clasificación, estructural y biogenético, los

alcaloides pueden clasificarse en tres grandes grupos:

Alcaloides verdaderos (N incluido en heterociclo y derivados de aminoácidos).

Protoalcaloides (N no incluido en heterociclo y derivados de aminoácidos).

Pseudoalcaloides (de naturaleza terpénica o purínica, no derivados de aminoácidos).


491

Alcaloides derivados de Lisina y Ornitina

Ambos aminoácidos siguen rutas similares y son el origen de numerosos alcaloides entre

los que se encuentran los derivados tropánicos de las solanáceas (atropina y análogos) y el

derivado tropánico cocaína.

El núcleo tropano está formado por un anillo piperidínico metilado en el nitrógeno y otro

pirrolidínico.


492

Otra ruta que implica estos dos aminoácidos, junto con la intervención del precursos ácido

nicotínico, es la formación de los alcaloides nicotina y anabasina.

Alcaloides piperidínicos no derivados del metabolismo de Lisina.

Constituyen un grupo restringido que comprende un grupo de piperidinas sustituidas por

una cadena alifática lateral corata como la (coniína, pinidina) o larga (carpaína, casina,

prosopina). Estos alcalodes son sintetizados a partir de un poliacetato que incorpora un átomo de

nitrógeno.


493

Alcaloides derivados de la fenilalanina y tirosina.

Un gran número de estructuras alcaloídicas proceden del metabolismo de aminoácidos

aromáticos coo la fenilalanina y tirosina. En primera aproximación, se trata casi siempre de

alcaloides isoquinoleínicos. Estos alcaloides isoquinoléinicos son muy frecuentes en las

papaveraceae. Un grupo de alcaloides con el núcleo isoquinoleínico son los derivados de tipo 1-

bencilisoquinoleína, siendo la papaverina (espasmolítico) un representante de esta familia. Otra

familia estructural son los derivados de tipo morfinanos, que presentan el núcleo estructural de

tipo (isoquinolino-fenantreno), ejemplo de alcaloides de esta familia son la morfina (analgésico),

codeína (analgésico, antitusivo) y tebaína (inactivo). Estos alcaloides son componentes del opio,

látex desecado de las cápsulas de adormidera (papaver somniferum).


496

17.3. TERPENOS Y ESTEROIDES.

Los terpenos y esteroides son elaborados a partir de los mismos precursores. La inmensa

mayoría de los terpenos son específicos del reino vegetal, pero se pueden encontrar en el los

animales: feromonas y hormonas juveniles sesquiterpénicasde los insectos, diterpenos de

organismos marinos (Celentéreos, Espongiarios). Igualmente los triterpenos son específicos del

reino vegetal.

17.3.1. TERPENOS.

Los terpenos están formados por la unión de un número entero de unidades

pentacarbonadas ramificadas derivadas del 2-metil-1,3-butadieno “unidades de isopreno”. Preg

103 (2013).

Biosíntesis.

En la naturaleza son biosintetizados no a partir del isopreno: su

precursor natural es el ácido mevalónico.

Clasificación: Preg 114 (2013).

Se clasifican según su tamaño en:

Monoterpenos: C10 (2xC5) Sesquiterpenos: C15 (3xC5)

Diterpenos: C20 (4xC5) Triterpenos: C30 (6xC5)

Monoterpenos: son el resultado del acoplamiento de dos unidades isoprénicas. Son los

constituyentes más frecuentes de los aceites esenciales.

Sesquiterpenos: El precursor común de los sesquiterpenos es el 2E,6E-pirofosfato de farnesilo

(FPP). Son terpenos constituidos por 3 unidades de isopreno. Preg 109 (2005). Existe un grupo de

sesquiterpenos se caracteriza por la presencia de un γ-lactona. Numerosas lactonas son

antibacterianas, sobre todo frente a bacterias gram (+), un ejemplo es la cnicina del cardo santo.

En el caso de la artemisinina, posee efecto antimalárico.


497

17.3.2. ESTEROIDES

Tienen un origen biosintético común con los triterpenos, pues parten del escualeno

fosforilado (farnesil-farnesil pirofosfato), que sufre una oxidación, con formación de un epoxi que

conduce a la biosíntesis de triterpenos o esteroides, según el siguiente esquema:

La formación de esteroides, supone la desaparición de los metilos situados en los Carbono

C4; C8 y C14 y la presencia de un metilo en C13

Estructura:

Son triterpenos. Presentan una estructura tetracíclica, que consta

de tres anillos ciclohexano y uno de ciclopenteno. Son derivados del

sistema ciclopentanoperhidrofenantreno o gonano. Estos cuatro ciclos se

designan con las letras A, B, C, D. Pueden contener metilos en C10, C13 y

funciones oxigenadas en C3 y C17. Según el tipo de cadena carbonada que


498

peresenten en C17 se clasifican distintos grupos básicos esteroídicos: estrano, androstano,

pregnano, colano, colestano, ergostano.

Están ampliamente distribuidos en el reino animal y vegetal. Se incluyen entre otros:

esteroles, vitaminas, glucósidos cardiotónicos y hormonas.

Nombre # C Fórmula Ejemplo

Estrano 18 18

Estrógenos:

Esteroides C18

Anillo A aromático

OH fenólico en C-3

Cetona u OH en C17

Androstano 19

19

18

Andrógenos:

Esteroides C19

Cetona en C-3

Cetona u OH en C-17

Pregnano 21

20

21

19

18

O

O

O

O

OH

HO OH

Progesterona Hidrocortisona

Colano 24 22

23

24

20

21

19

18

CO2H

HO OH

OH

Ácido Cólico Colestano 27

26

27

22

23

2425

20

21

19

18

HO

Colesterol

Ergostano 28

28

26

27

22

23

2425

20

21

19

18


499

HETEROSIDOS CARDIOTONICOS.

La digital y otros glucósidos cardíacos tienen en común una poderosa acción sobre el

miocardio de gran utilidad en el tratamiento de la insuficiencia cardiaca. Estos glucósidos se

encuentran presentes en numerosas plantas (digital, estrofanto, escila) y algunos se hallan también

en el veneno de algunos sapos.

Las moléculas de digitálicos están formadas por la unión de una genina con una o cuatro

moléculas de azúcar. La actividad farmacológica reside en el aglicón o genina, pero los azucares

unidos a él modifican la hidro y liposolubilidad y la potencia del glucósido resultante. El aglicón

presenta una estructura básica de un núcleo de ciclopentanoperhidrofenantreno al que se le une, en

posición C-17, un anillo de lactona insaturada que presenta una estructura Δ, y que puede tener 5

o 6 miembros.


507

ANEXOS. (2003) 120; (2004) 88, 89, 119; (2005) 116, 135; (2006) 135; (2007) 140, 154, 165, 170; (2008)

98, 99, 105; (2009) 3, 4, 11, 26, 31, 32; (2010) 106; (2011) 92; (2012) 97; (2013) 83; (2014) 84, 105.

NOMENCLATURA

ORDEN DE PRIORIDAD PARA ELEGIR GRUPO FUNCIONAL. Preg 88 (2004); 11, (2009);

105 (2014)

- Cationes

- Acidos:

Carboxílicos

Tioácidos

Sulfónicos

Sulfínicos

Sulfénicos

- Derivados de ácido:

Anhídridos

Ésteres

Haluros

Amidas

Hidrazidas

Imidas

- Nitrilos e isocianuros

- Aldehídos

Tioaldehídos

Derivados de los aldehídos

- Cetonas

Tiocetonas

Derivados de las cetonas

- Alcoholes y fenoles

Derivados del azufre (tioles)

- Hidroperóxidos

- Aminas, iminas, hidracinas

- Éteres

Sulfuros

- Peróxidos


515

biciclo y por tanto, inestabilidad. La regla que indica, que un compuesto biciclico con puente no

puede tener un doble enlace en la posicion del puente a menos que uno de los anillos contenga

como minimo ocho atomos de carbono se conoce como regla de Bredt (Preg 3, 2009).

Sistemas cíclicos espiránicos.

Se dice que dos anillos están unidos formando un espirano (contienen un carbono espiro)

cuando comparten un solo átomo y ésta es la unión, directa o indirecta, que existe entre ellos.

Preg 99 (2008); Preg 92 (2011). El átomo común, que casi siempre es un carbono, se denomina

“átomo espiránico”. Cuando hay uno, dos, tres, etc. Átomos espiránicos en un sistema, éste se

designa coo monoespirano, diespirano, triespirano, etc. Respectivamente.

Un ejemplo de compuesto natural con sistema espiránico lo constituye el antibiótico

griseofulvina, el cual presenta efectos antifúngico.


518

Tabla de polaridad de solventes Preg 4 (2009)

Solvente momento dipolar (debye) Constante dieléctrica

Formamida 3.37 110

Agua 1.85 78.5

Ácido fórmico 1.41 58

Dimetil sulfóxido (DMSO) 3.96 47.2

N,N-dimethylformamida (DMF) 3.82 38.3

Acetonitrilo 3.92 36.6

Metanol 1.66 32.6

Etanol 1.68 24.3

Acetona 2.72 20.7

1-propanol 1.68 20.1

Butanona 2.78 18.5

1-butanol 1.66 17.8

Amoniaco 1.47 16.9

Cloruro de metileno 1.6 9.08

Tetrahidrofurano (THF) 1.63 7.52

Ácido acético 1.74 6.15

Acetato de etilo 1.78 6.02

Cloroformo 1.03 4.8

Eter dietílico 1.15 4.3

Benceno 0 2.3

Tetraclorurode carbono 0 2.2

Hexano 0 1.9


519

Preg 26 (2009).


521

BIBLIOGRAFÍA

1. Química Orgánica. L. G. Wade. Editorial Pearson. Quinta Edición. 2004.

2. Química Orgánica Moderna. R.W. Griffin Jr. Editorial reverté, s.a. 1981.

3. Química Orgánica. Tercera edición. Volhardt, K. P.C. Omega, Barcelona, 2001

manual qir · alquenos y dienos 329 tema 5. alquinos 343 ... los átomos de o, n, y los halógenos...

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