Heterociclos Pentagonales

1. Heterociclos Pentagonales Ahora vamos a comenzar el primer seminario de los tres que vamos a ver de heterociclos. Vamos a ver b�sicamente reactividad de anillos de 5 y 6 eslabones y todo lo que se refiere a s�ntesis de los mismos lo van a ver o lo estar�n viendo en los te�ricos. Antes que nada definamos a que llamamos heterociclos. Heterociclos: Compuestos c�clicos en los que adem�s de C, hay al menos un hetero�tomoformando parte del anillo. Estos compuestos tienen una gran importancia porque forman parte de muchos compuestos org�nicos de gran importancia biol�gica.Ahora vamos a comenzar el primer seminario de los tres que vamos a ver de heterociclos. Vamos a ver b�sicamente reactividad de anillos de 5 y 6 eslabones y todo lo que se refiere a s�ntesis de los mismos lo van a ver o lo estar�n viendo en los te�ricos. Antes que nada definamos a que llamamos heterociclos. Heterociclos: Compuestos c�clicos en los que adem�s de C, hay al menos un hetero�tomoformando parte del anillo. Estos compuestos tienen una gran importancia porque forman parte de muchos compuestos org�nicos de gran importancia biol�gica.

2. Caracter�sticas Presentan caracter�sticas de compuestos arom�ticos: Planos C�clicos M�ximo n�mero de insaturaciones Cumplen la regla de H�ckel Estos compuestos cumplen con una serie de requisitos que los hacen arom�ticos. M�ximo n�mero de insaturaciones: no hay presentes C sp3. Cada �tomo de C adopta hibridaci�n sp2 al igual que el hetero�tomo. Regla de H�ckel: la deslocalizaci�n del par de electrones no compartidos del hetero�tomo 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 elhetero�tomo, m�s disponible est�el par de e-ppara conjugarse en el anillo. Estos compuestos cumplen con una serie de requisitos que los hacen arom�ticos. M�ximo n�mero de insaturaciones: no hay presentes C sp3. Cada �tomo de C adopta hibridaci�n sp2 al igual que el hetero�tomo. Regla de H�ckel: la deslocalizaci�n del par de electrones no compartidos del hetero�tomo 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 elhetero�tomo, m�s disponible est�el par de e-ppara conjugarse en el anillo.

4. Estas mol�culas se consideran como h�bridos 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 �tomos en el cual el hetero�tomo aporta un par electrones: Consecuentemente con el aporte del par electr�nico por parte del hetero�tomo los �tomos de carbono del anillo incrementan su densidad electr�nica. La figura muestra la densidad electr�nica 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 �tomos en el cual el hetero�tomo aporta un par electrones:

5. Reacciones Estos compuestos dan reacciones de SUSTITUCI�N SN en el hetero�tomo SE en posiciones 2, 3, 4 y 5 Como vimos anteriormente, al ser compuestos arom�ticos pi excedentes son muy reactivos frente a la SEA. Los tres heterociclos dan SAE. Son m�s 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 m�s reactivo por ser el m�s pexcedente. Como vimos anteriormente, al ser compuestos arom�ticos pi excedentes son muy reactivos frente a la SEA. Los tres heterociclos dan SAE. Son m�s 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 m�s reactivo por ser el m�s pexcedente.

6. Los tres tienen gran reactividad frente a agentes electrof�licos comunes. Esto se debe a la distribuci�n asim�trica de las cargas por lo cual los �tomos de carbono tienen una mayor carga negativa.

7. La sustituci�n, de preferencia, se efect�a en el carbono 2 porque el estado de transici�n tiene menor energ�a

9. Heterociclos sustituidos Aunque el sustituyente desempe�a un papel decisivo en el proceso de sustituci�n, el hetero�tomo tambi�n ejerce una fuerte influencia directriz al orientar a la posici�n alfa (posici�n 2). El efecto orientador del sustituyente tiene menos importancia que el efecto del hetero�tomo (sustituci�n en a). Cuanto menos reactivo es el heterociclo, m�s importancia tiene el efecto orientador del hetero�tomo. Puede generalizarse la distribuci�n de productos en anillos pentagonales arom�ticos p-excedentes sustituidos de la siguiente manera: El efecto orientador del sustituyente tiene menos importancia que el efecto del hetero�tomo (sustituci�n en a). Cuanto menos reactivo es el heterociclo, m�s importancia tiene el efecto orientador del hetero�tomo. Puede generalizarse la distribuci�n de productos en anillos pentagonales arom�ticos p-excedentes sustituidos de la siguiente manera:

10. Sustituyente atractor de e- en 3

16. Protonaci�n El pirrol es una base muy d�bil (pKa: 0.4) Se protona de preferencia en un �tomo de C del anillo En el pirrol el producto m�s estable es el cati�n 2H-pirrolio que es el responsable de la acidez observada en pirroles (pKa= -3,8). Son por ello bases muy d�biles. En el pirrol el producto m�s estable es el cati�n 2H-pirrolio que es el responsable de la acidez observada en pirroles (pKa= -3,8). Son por ello bases muy d�biles.

17. Los furanos reaccionan violentamente en medio �cido fuerte. En condiciones controladas (�cidos diluidos) se obtienen compuestos 1,4-dicarbon�licos. El furano, si el medio es acuoso, se produce le ataque de agua al cati�n protonado en C3, produci�ndose la apertura del anillo. Esta reacci�n se ha aplicado a la preparaci�n de compuestos 1,4-dicarbon�licos. El tiofeno es estable, pero en medios fuertemente �cidos se produce protonaci�n en C2 preferentemente y el producto puede polimerizar o degradarse. El furano, si el medio es acuoso, se produce le ataque de agua al cati�n protonado en C3, produci�ndose la apertura del anillo. Esta reacci�n se ha aplicado a la preparaci�n de compuestos 1,4-dicarbon�licos. El tiofeno es estable, pero en medios fuertemente �cidos se produce protonaci�n en C2 preferentemente y el producto puede polimerizar o degradarse.

18. Nitraci�n

19. Sulfonaci�n En el caso del furano y del pirrol no puede utilizarse el �cido sulf�rico porque en dicho medio vimos anteriormente que se polimezar�an. Por esta raz�n es que se utiliza el complejo tri�xido 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 �cido sulf�rico porque en dicho medio vimos anteriormente que se polimezar�an. Por esta raz�n es que se utiliza el complejo tri�xido de azufre � pirimidina para formar el sulfato de piridonio como agente para sulfonar.

20. Halogenaci�n Pirrol: se halogena muy r�pidamente por lo que a menos que se controlen cuidadosamente las condiciones el producto obtenido es el tetrahalopirrol. Furano: Se ha conseguido la monocloraci�n y monobromaci�n a baja temperatura, pero no la reacci�n con yodo. La reacci�n transcurre a trav�s del producto de adici�n 2,5 con posterior eliminaci�n de HX. Pirrol: se halogena muy r�pidamente por lo que a menos que se controlen cuidadosamente las condiciones el producto obtenido es el tetrahalopirrol. Furano: Se ha conseguido la monocloraci�n y monobromaci�n a baja temperatura, pero no la reacci�n con yodo. La reacci�n transcurre a trav�s del producto de adici�n 2,5 con posterior eliminaci�n de HX.

21. Acilaci�n

22. Reacci�n de Vilsmeier La reacci�n de formilaci�n de Vilsmeier se lleva a cabo con oxicloruro de f�sforo y dimetilformamida a temperatura ambiente. Una vez formado el electr�filo este reacciona con el heterociclo, se forma una imina intermediaria que luego es hidrolizada en el medio b�sico para dar el correspondiente aldeh�do. La reacci�n de formilaci�n de Vilsmeier se lleva a cabo con oxicloruro de f�sforo y dimetilformamida a temperatura ambiente. Una vez formado el electr�filo este reacciona con el heterociclo, se forma una imina intermediaria que luego es hidrolizada en el medio b�sico para dar el correspondiente aldeh�do.

23. Reacci�n con Dien�filos Debido a la baja aromaticidad del furano, �ste se comporta m�s como un dieno, por lo tanto puede dar reacciones del tipo Diels-AlderDebido a la baja aromaticidad del furano, �ste se comporta m�s como un dieno, por lo tanto puede dar reacciones del tipo Diels-Alder

24. Condensaci�n c/ aldehidos y cetonas

26. Sustituci�n Nucleof�lica S�lo ocurre con bases muy fuertes Grupos atractores de electrones facilitan la SN El tratamiento del pirrol con una base muy fuerte como amiduro de pot�sico o n-BuLi lo convierte en el correspondiente ani�n pirrolio. Aunque la reacci�n del ani�n con electr�filos conduce normalmente al producto de N-sustituci�n, tambi�n puede obtenerse el producto de C-sustituci�n. Los reactivos de Grignard de pirrolio se obtienen por tratamiento de un pirrol no sustituido en el nitr�geno con un magnesiano de alquilo y tienden a reaccionar en el carbono 2 preferentemente con agentes alquilantes y acilantes. La reacci�n de pirroles N-sustituidos con n-BuLiconduce a litiaci�nen C2y a pirroles 2-sustituidospor posterior reacci�n con electr�filos. El tratamiento del pirrol con una base muy fuerte como amiduro de pot�sico o n-BuLi lo convierte en el correspondiente ani�n pirrolio. Aunque la reacci�n del ani�n con electr�filos conduce normalmente al producto de N-sustituci�n, tambi�n puede obtenerse el producto de C-sustituci�n. Los reactivos de Grignard de pirrolio se obtienen por tratamiento de un pirrol no sustituido en el nitr�geno con un magnesiano de alquilo y tienden a reaccionar en el carbono 2 preferentemente con agentes alquilantes y acilantes. La reacci�n de pirroles N-sustituidos con n-BuLiconduce a litiaci�nen C2y a pirroles 2-sustituidospor posterior reacci�n con electr�filos.

27. Reacci�n con bases