Tema 2 heterociclos pentatómicos

5/14/2018 Tema 2 heterociclos pentat micos - slidepdf.com

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HETEROCÍCLICOS AROMÁTICOSPENTATÓMICOS

Bibliografía sugerida:ORGANIC CHEMISTRY. Marc Loudon and David Allen 2nd. Edition.Editorial BenjaminORGANIC CHEMISTRY Jonathan Clayden,Nick Greeves, Stuart Warren,and Peter Wothers, Ed 2000 Oxford University Press.



O S N

H1

2

34

α' α

β

5

I II III

I: EterII: TioeterIII: Amina secundaria

Furano Tiofeno Pirrol

β

Si fuesen dienos Eres » 3 Kcal/mol

Sin embargo presentan:Eres= 13-30 Kcal/mol



al comparar longitudes de enlace con dienos…..

O S N

H

1.43 Å

1.35 Å

1.36Å

1.42 Å

1.37 Å

1.71Å

1.43 Å

1.37 Å

0.993 Å

1.38 Å

CH2 CH CH2CH

1.46 1.33



Heterociclos pentacíclicos condensados

Heterociclos aromáticos pentatómicos con excesoelectónico π (sistemas π-excesivos)

Heterociclos pentacíclicos

Heterociclos pentacíclicos con dosheteroátomos



Relación entre la electronegatividad del heteroátomo y la Eres del heterociclo:O (3.5) > N (3.0) > S (2.5)



ENERGÍA DE RESONANCIA DE COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS YCOMPUESTOS AROMÁTICOS

N

O SN

HFurano

16 Kcal/molTiofeno29 Kcal/mol

Pirrol21-22 Kcal/mol

Benceno34-36 Kcal/mol

Naftaleno61 Kcal/mol

Piridina23-28 Kcal/mol



Furano

O O O O O

1 2 3 4 5

4n + 2 = 6

n = 1

O

.

2 y 5: Sistema conjugado cruzado por cargas.

1: Forma inexitada 2, 3, 4 y 5: Formas iónicas

3 y 4: Sistema conjugado extendido entre cargas.



Momento dipolar de furano y tetrahidrofuranoInfluencia de la aromaticidad

O O

µ = 0.7 DPeb = 31.4º C

µ = 1.7 DPeb = 67º C

O O O O O



Pirrol

.




N

1 2 3 4 5H

N

H

N

HN

H

N

H

H

4n + 2 = 6n = 1

N



Comparación de los momentos dipolares de furano y pirrol

O

µ = 0.7 D

N

H

µ = 1.80 D

N

H

µ = 1.57 D

FURANO PIRROL PIRROLIDINA

Señal para el C2-H en 1H-RMN:en pirrol: δ= 6.41

en pirrolidina: δ= 2.82



tiofeno

.




S S S S S

1 2 3 4 5

4n + 2 = 6n = 1

S



ACIDEZ Y BASICIDAD:Concepto de Brφwsted-Lowry:En forma general:

H-A + :B A:

-

+ H-B

+

Ácido Base Base Ácidoconjugada conjugado

O

H

ClH

H

H

Cl O H

H

O

H

HHN

HH OH HN

HH

H

Ácido Base Base Ácidoconjugada conjugado



N H A N H A

Base deLewis

Basicidad de las aminasReaccionan con ácidos de Lewis para formar sales ácido-base:

La forma más conveniente de medir la basicidad de una amina es observando la

acidez (pKa) de la correspondiente sal de amonio.



Ácidos fuertes è Alto valor de Ka è Bajo valor de pKaÁcidos débiles è Bajo valor de Ka è Alto valor de pKa

Ejemplo CH3-CH2OH H-O-H H-CN CH3-COOH HNO3 HClpKa 16.00 15.74 9.2 4.72 -1.3 -7.0

Ácido FuerteBase Fuerte



B NH2 R B H NH R

ÁcidoConjugado BaseConjugado

AMIDA

Na NH3

Fe 3+

Na NH2 H2pKa ≅ 35

(H3C)2HC

N

(H3C)2HC

H Li

(H3C)2HC

N

(H3C)2HC

Li

ACIDEZ DE LAS AMINAS

pKa≈ 35Practicamente:

Bases más fuertes que enolatos y acetiluros



BNH

N N N

N N

H B

NH

I) ∅, K° metálicoII) KOH anhidro

N

K

H2O

NH

KOH

pKa ≅ 17.5

PIRROLCarácter ácido



NH

B

N N

BH

NH

C6H5-Mg-BrN

Mg-Br

C6H6

Mg-BrC6H5

NH

C6H5

C6H5 MgBr

NMg-Br

N

Mg-Br

C6H6

Las mismas conclusiones pueden extraerse para el caso de INDOL (núcleo heterociclo de pirrolconjugado con un fenilo).

Esta acidez se pone de manifiesto en la reacción frente a derivados organominerales

Mecanismo:



HH H

H pKa = 15

NN

H pKa = 17.5

H

Comparar:

con

N

H3O

N

H

H2O pKa = 5.2

Y con



IMIDAZOL:

Tiene dos nitrógenos: A- uno que posee características pirídicasB- uno que posee características pirrólicas

pKa = 6.95

N

NH

H3O

N

NH

H

H2O

N

NH

HA

B

Estabilización del ácido conjugado con dos formas contribuyentes iguales.Más básico que piridina.

NN H

N

N

H



Ej. Acción como base en reacciones de formación de siliéteres



N

S

H3O

HN

S

HN

S

HN

S

TIAZOL

¿Por qué no ocurre esta protonación?

N

NH

H3O

N

N

HH

.

Menos básico que imidazol, sus formas contribuyentes no son equivalentes



PIRROL

NH

H3ON

HH

N

HH

NO PLAUSIBLE:

N con 10 e-

N

H

HRUPTURA DEL SISTEMA

π CÍCLICO

Sin embargo, con ácido fuerte pirrol puede protonarse:

NH

H3O

NH

H

H NH

H

H NH

H

H

pKa ≅ -4

El catión puede estabilizarse por resonancia



La reacción prosigue:

NH

H

H

NH

NH

H

H NH

NH

H

H NH

POLÍMEROS

Planteos similares pueden hacerse para otras posiciones.



QUÍMICA DE FURANO, PIRROL Y TIOFENOSustitución electrofílica. Principalmente en la posición 2.

O

H3C O

O O

CH3

BF3

CH3COOH O

O

CH3

CH3COOH

Acilación de Fridel - Crafts 75% de rendimiento

S

HNO3Ac2O

S NO2

S

NO2

70% 5%

NH

HNO3Ac2O

NH

NO2

NH

NO2

50% 15%

20ºC



El peso de las formas canónicas para pirrol:

N

H

N

H

N

H

N

H

N

H

N

H

I II III IV V VI

62% 1% 14.5% 14.5% 4% 4%

Entonces:1.Estabilización adicional del anillo.

2.Anillo π excesivo susceptible al ataque electrofílico.3.Formas iónicas III y IV más estables.Posiciones α más susceptible al ataque electrofílico.



NH

HNO2

NH H

NO2

NH H

NO2

NH H

NO2

NH

NO2

NH

H

NO2

NH

NO2

H

NH

NO2

H

NH

No2

Estabilidad relativa del intermedio.Sustitución en la posición 2:

Sustitución en la posición 3:

“La reacción que involucra al intermedio más estable procede más rápidamente” (Postulado de Hammond)



Progreso de la reacción

E

∆G*

Progreso de la reacción

E

∆G*



Además el orden de reactividad de los anillos heterocíclicos hacia la sustitución aromática electrofílica esparalela al orden de los siguientes derivados de benceno:

NH3C CH3O CH3

S CH3

> >

No existe paralelismo entre el carácter aromático y la reactividadfrente a SEAFURANO PIRROL TIOFENO

Eres (Kcal/mol) 16 21-22 29

VELOCIDADES RELATIVAS DE SUSTITUCIÓN (en bromación)PIRROL > FURANO > TIOFENO > BENCENO

2.1018 6.1011 5.109 1

LA REACTIVIDAD ES PARALELA A LA CAPACIDAD DEL HETEROÁTOMO PARA

DISPERSAR LA CARGA POSITIVA EN EL CARBOCATIÓN INTERMEDIO



INFLUENCIA DE LOS SUSTITUYENTES PRESENTES EN LA ACTIVACIÓN YDIRECCIÓN DE SUSTITUYENTES AROMÁTICOS EN LOS HETEROCICLOS

•1. Influencia del sustituyente según las reglas usuales en SE Ar.

•2. Influencia directriz del heteroátomo

S

C

O

OH

Br2

AcOHS

C

O

OH

S

C

O

OH

Br Br

meta (1,3)

Rend. 69%Procede según 1 y 2

No observadoSólo según 2



INFLUENCIA DE LOS SUSTITUYENTES PRESENTES EN LA ACTIVACIÓN YDIRECCIÓN DE SUSTITUYENTES AROMÁTICOS EN LOS HETEROCICLOS

•1. Influencia del sustituyente según las reglas usuales en SE Ar.

•2. Influencia directriz del heteroátomo

O

CH3COH N(CH3)2

POCl3 O

CH3C

O

H

para (1,4)

Rend. 96%

Reacción deVilsmeier

Mecanismo



S

NO2

metadirectriz

heteroátomo dirigeposición α

HNO3

øS

NO2

S

NO2

O2N

O2N

56% 44%

60%

Cuando ambas posiciones están ocupadas:

O

CH3H3C

H3C

C O

O

C O

H3C

O

CH3H3C

C

O

CH3

BF3

AcOH

AcOH



Imidazol también da SEAr

Equilibrio tautomérico

El tautomerismo puede frenarse por alquilación de uno de los Nitrógenos con un electrófilo

Ejemplo



Sustituciones en anillos benzofusionados

La SEAr en indol se da en posición 3

Ataque en 3

Ataque en 2

Intermedio con el anillo bencénico no aromático



REACCIONES DE ADICIÓNSe presentan en furano, debido a que posee menor carácter aromático.

O

Br2

O

Br

H

Br

H

CH3OH

SN1 rápidoO

MeO

H

OMe

H




Reacciones de Diles-Alder

O O

O

O

O O

O

O

Dieno Dienófilo Rend. > 90%

N

O

O

O

NO

O

OH

H




Reacciones de Diles-Alder

Br

F

Na amalgama O O

Mecanismo:

Reacción de Diles-Alder con bencino como dienófilo:

Br

F

Na amalgama

F

Na

F

OO



La gran aromaticidad hace que tiofeno no sea reactivo frentea dienos enreacción de Diels-Alder

Puede oxidarse a sulfona para que pierda aromaticidad



9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.00.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

6.16

6.16

6.17

6.18

6.186.74

6.74

6.74

6.75

6.76

6.76

9.03

N

H H

H

H

H

119 118 117 116 115 114 113 112 111 110 109 1080

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

108.20118.50 NH

9.0 8.5 8.0 7.5 7.00.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

7.13[4a,5a]7.13[4a,5a]

7.70[2a]

7.70[2a]

7.70[2a]

9.09[3a]

5

4N3

2N1

H5a

H4a H

3a

H2a

136 135 134 133 132 131 130 129 128 127 126 125 124 123 122 1210

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

121.90(1;3)

135.40(2)

1

NH

0 2

N03

Tema 2 heterociclos pentatómicos

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