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1. Heterociclos Pentagonales Ahora vamos a comenzar el primer seminario de los tres que vamos a ver de heterociclos. Vamos a ver básicamente reactividad de anillos de 5 y 6 eslabones y todo lo que se refiere a síntesis de los mismos lo van a ver o lo estarán viendo en los teóricos.
Antes que nada definamos a que llamamos heterociclos.
Heterociclos: Compuestos cíclicos en los que además de C, hay al menos un heteroátomoformando parte del anillo.
Estos compuestos tienen una gran importancia porque forman parte de muchos compuestos orgánicos de gran importancia biológica.Ahora vamos a comenzar el primer seminario de los tres que vamos a ver de heterociclos. Vamos a ver básicamente reactividad de anillos de 5 y 6 eslabones y todo lo que se refiere a síntesis de los mismos lo van a ver o lo estarán viendo en los teóricos.
Antes que nada definamos a que llamamos heterociclos.
Heterociclos: Compuestos cíclicos en los que además de C, hay al menos un heteroátomoformando parte del anillo.
Estos compuestos tienen una gran importancia porque forman parte de muchos compuestos orgánicos de gran importancia biológica.
2. Características Presentan características de compuestos aromáticos:
Planos
Cíclicos
Máximo número de insaturaciones
Cumplen la regla de Hückel
Estos compuestos cumplen con una serie de requisitos que los hacen aromáticos.
Máximo número de insaturaciones: no hay presentes C sp3. Cada átomo de C adopta hibridación sp2 al igual que el heteroátomo.
Regla de Hückel: la deslocalización del par de electrones no compartidos del heteroátomo completa el sexteto requerido para la aromaticidad.
El orden de aromaticidad de estos compuestos es:
Tiofeno> Pirrol > Furano
Este orden se explica, por un lado, por el orden de electronegatividad S < N < O. Cuanto menos electronegativo es elheteroátomo, más disponible estáel par de e-ppara conjugarse en el anillo.
Estos compuestos cumplen con una serie de requisitos que los hacen aromáticos.
Máximo número de insaturaciones: no hay presentes C sp3. Cada átomo de C adopta hibridación sp2 al igual que el heteroátomo.
Regla de Hückel: la deslocalización del par de electrones no compartidos del heteroátomo completa el sexteto requerido para la aromaticidad.
El orden de aromaticidad de estos compuestos es:
Tiofeno> Pirrol > Furano
Este orden se explica, por un lado, por el orden de electronegatividad S < N < O. Cuanto menos electronegativo es elheteroátomo, más disponible estáel par de e-ppara conjugarse en el anillo.
4. Estas moléculas se consideran como híbridos de resonancia de distintas estructuras
Como podemos ver sobre los carbonos hay exceso de carga por lo que estos compuestos se denominan pi excedentes
El otro grupo de heterociclos tiene un anillo de 5 átomos en el cual el heteroátomo aporta un par electrones:
Consecuentemente con el aporte del par electrónico por parte del heteroátomo los átomos de carbono del anillo incrementan su densidad electrónica. La figura muestra la densidad electrónica de los carbonos del pirrol y del furano:
Como podemos ver sobre los carbonos hay exceso de carga por lo que estos compuestos se denominan pi excedentes
El otro grupo de heterociclos tiene un anillo de 5 átomos en el cual el heteroátomo aporta un par electrones:
5. Reacciones Estos compuestos dan reacciones de SUSTITUCIÓN
SN en el heteroátomo
SE en posiciones 2, 3, 4 y 5 Como vimos anteriormente, al ser compuestos aromáticos pi excedentes son muy reactivos frente a la SEA.
Los tres heterociclos dan SAE. Son más reactivos que el benceno. Hay carga negativa neta y no una densidad negativa
El orden de reactividad observado es pirrol>furano>tiofeno>benceno.
El pirroles el más reactivo por ser el más pexcedente.
Como vimos anteriormente, al ser compuestos aromáticos pi excedentes son muy reactivos frente a la SEA.
Los tres heterociclos dan SAE. Son más reactivos que el benceno. Hay carga negativa neta y no una densidad negativa
El orden de reactividad observado es pirrol>furano>tiofeno>benceno.
El pirroles el más reactivo por ser el más pexcedente.
6. Los tres tienen gran reactividad frente a agentes electrofílicos comunes. Esto se debe a la distribución asimétrica de las cargas por lo cual los átomos de carbono tienen una mayor carga negativa.
7. La sustitución, de preferencia, se efectúa en el carbono 2 porque el estado de transición tiene menor energía
9. Heterociclos sustituidos Aunque el sustituyente desempeña un papel decisivo en el proceso de sustitución, el heteroátomo también ejerce una fuerte influencia directriz al orientar a la posición alfa (posición 2). El efecto orientador del sustituyente tiene menos importancia que el efecto del heteroátomo (sustitución en a). Cuanto menos reactivo es el heterociclo, más importancia tiene el efecto orientador del heteroátomo.
Puede generalizarse la distribución de productos en anillos pentagonales aromáticos p-excedentes sustituidos de la siguiente manera:
El efecto orientador del sustituyente tiene menos importancia que el efecto del heteroátomo (sustitución en a). Cuanto menos reactivo es el heterociclo, más importancia tiene el efecto orientador del heteroátomo.
Puede generalizarse la distribución de productos en anillos pentagonales aromáticos p-excedentes sustituidos de la siguiente manera:
10. Sustituyente atractor de e- en 3
16. Protonación El pirrol es una base muy débil (pKa: 0.4)
Se protona de preferencia en un átomo de C del anillo
En el pirrol el producto más estable es el catión 2H-pirrolio que es el responsable de la acidez observada en pirroles (pKa= -3,8). Son por ello bases muy débiles.
En el pirrol el producto más estable es el catión 2H-pirrolio que es el responsable de la acidez observada en pirroles (pKa= -3,8). Son por ello bases muy débiles.
17. Los furanos reaccionan violentamente en medio ácido fuerte. En condiciones controladas (ácidos diluidos) se obtienen compuestos 1,4-dicarbonílicos.
El furano, si el medio es acuoso, se produce le ataque de agua al catión protonado en C3, produciéndose la apertura del anillo. Esta reacción se ha aplicado a la preparación de compuestos 1,4-dicarbonílicos.
El tiofeno es estable, pero en medios fuertemente ácidos se produce protonación en C2 preferentemente y el producto puede polimerizar o degradarse.
El furano, si el medio es acuoso, se produce le ataque de agua al catión protonado en C3, produciéndose la apertura del anillo. Esta reacción se ha aplicado a la preparación de compuestos 1,4-dicarbonílicos.
El tiofeno es estable, pero en medios fuertemente ácidos se produce protonación en C2 preferentemente y el producto puede polimerizar o degradarse.
18. Nitración
19. Sulfonación En el caso del furano y del pirrol no puede utilizarse el ácido sulfúrico porque en dicho medio vimos anteriormente que se polimezarían. Por esta razón es que se utiliza el complejo trióxido de azufre – pirimidina para formar el sulfato de piridonio como agente para sulfonar.En el caso del furano y del pirrol no puede utilizarse el ácido sulfúrico porque en dicho medio vimos anteriormente que se polimezarían. Por esta razón es que se utiliza el complejo trióxido de azufre – pirimidina para formar el sulfato de piridonio como agente para sulfonar.
20. Halogenación Pirrol: se halogena muy rápidamente por lo que a menos que se controlen cuidadosamente las condiciones el producto obtenido es el tetrahalopirrol.
Furano: Se ha conseguido la monocloración y monobromación a baja temperatura, pero no la reacción con yodo. La reacción transcurre a través del producto de adición 2,5 con posterior eliminación de HX.
Pirrol: se halogena muy rápidamente por lo que a menos que se controlen cuidadosamente las condiciones el producto obtenido es el tetrahalopirrol.
Furano: Se ha conseguido la monocloración y monobromación a baja temperatura, pero no la reacción con yodo. La reacción transcurre a través del producto de adición 2,5 con posterior eliminación de HX.
21. Acilación
22. Reacción de Vilsmeier La reacción de formilación de Vilsmeier se lleva a cabo con oxicloruro de fósforo y dimetilformamida a temperatura ambiente. Una vez formado el electrófilo este reacciona con el heterociclo, se forma una imina intermediaria que luego es hidrolizada en el medio básico para dar el correspondiente aldehído.
La reacción de formilación de Vilsmeier se lleva a cabo con oxicloruro de fósforo y dimetilformamida a temperatura ambiente. Una vez formado el electrófilo este reacciona con el heterociclo, se forma una imina intermediaria que luego es hidrolizada en el medio básico para dar el correspondiente aldehído.
23. Reacción con Dienófilos Debido a la baja aromaticidad del furano, éste se comporta más como un dieno, por lo tanto puede dar reacciones del tipo Diels-AlderDebido a la baja aromaticidad del furano, éste se comporta más como un dieno, por lo tanto puede dar reacciones del tipo Diels-Alder
24. Condensación c/ aldehidos y cetonas
26. Sustitución Nucleofílica Sólo ocurre con bases muy fuertes
Grupos atractores de electrones facilitan la SN El tratamiento del pirrol con una base muy fuerte como amiduro de potásico o n-BuLi lo convierte en el correspondiente anión pirrolio. Aunque la reacción del anión con electrófilos conduce normalmente al producto de N-sustitución, también puede obtenerse el producto de C-sustitución.
Los reactivos de Grignard de pirrolio se obtienen por tratamiento de un pirrol no sustituido en el nitrógeno con un magnesiano de alquilo y tienden a reaccionar en el carbono 2 preferentemente con agentes alquilantes y acilantes.
La reacción de pirroles N-sustituidos con n-BuLiconduce a litiaciónen C2y a pirroles 2-sustituidospor posterior reacción con electrófilos.
El tratamiento del pirrol con una base muy fuerte como amiduro de potásico o n-BuLi lo convierte en el correspondiente anión pirrolio. Aunque la reacción del anión con electrófilos conduce normalmente al producto de N-sustitución, también puede obtenerse el producto de C-sustitución.
Los reactivos de Grignard de pirrolio se obtienen por tratamiento de un pirrol no sustituido en el nitrógeno con un magnesiano de alquilo y tienden a reaccionar en el carbono 2 preferentemente con agentes alquilantes y acilantes.
La reacción de pirroles N-sustituidos con n-BuLiconduce a litiaciónen C2y a pirroles 2-sustituidospor posterior reacción con electrófilos.
27. Reacción con bases
