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INTRODUCCIÓN Los compuestos heterocíclicos son compuestos químicos orgánicos cíclicos en los que hay al menos un átomo un átomo distinto de carbono de carbono formando parte de la estructura cíclica saturada (sin dobles enlaces) o insaturada (con dobles enlaces). Los átomos distintos de carbono presentes en el ciclo se denominan heteroátomos. El funcionalización de los compuestos heterocíclicos, aromáticos. Reacciones de los heterociclos de cinco miembros: pirrol, tiofeno y furano. Reacciones de sustitución aromática en la piridina. Oxidación de las cadenas laterales de la piridina. Acidez en alquilpiridinas. Heterociclos de cinco miembros con un heteroátomo. Heterociclos de cinco miembros con dos heteroátomos. Heterociclos de seis miembros con un heteroátomo. Heterociclos de seis miembros con dos heteroatomos (diazinas). Síntesis de fármacos que contienen anillos heterocíclicos no condensados. Los ciclos pueden ser de diferente tamaño; los más comunes tienen entre 3 y 6 átomos, pudiendo ser mayores. También pueden contener uno o más heteroátomos diferentes, normalmente oxígeno, nitrógeno o azufre. Pueden ser además aromáticos, insaturados o saturados. La química de heterociclos tiene una enorme importancia, tanto en la industria química farmacéutica como en la bioquímica y la química; química; por ejemplo, las bases las bases nitrogenadas del ADN del ADN son heterociclos. LA ESTUDIANTE
INTRODUCCIÓN Los compuestos heterocíclicos son compuestos químicos orgánicos cíclicos en los que hay al menos un átomo un átomo distinto de carbono de carbono formando parte de la estructura cíclica saturada (sin dobles enlaces) o insaturada (con dobles enlaces). Los átomos distintos de carbono presentes en el ciclo se denominan heteroátomos. El funcionalización de los compuestos heterocíclicos, aromáticos. Reacciones de los heterociclos de cinco miembros: pirrol, tiofeno y furano. Reacciones de sustitución aromática en la piridina. Oxidación de las cadenas laterales de la piridina. Acidez en alquilpiridinas. Heterociclos de cinco miembros con un heteroátomo. Heterociclos de cinco miembros con dos heteroátomos. Heterociclos de seis miembros con un heteroátomo. Heterociclos de seis miembros con dos heteroatomos (diazinas). Síntesis de fármacos que contienen anillos heterocíclicos no condensados. Los ciclos pueden ser de diferente tamaño; los más comunes tienen entre 3 y 6 átomos, pudiendo ser mayores. También pueden contener uno o más heteroátomos diferentes, normalmente oxígeno, nitrógeno o azufre. Pueden ser además aromáticos, insaturados o saturados. La química de heterociclos tiene una enorme importancia, tanto en la industria química farmacéutica como en la bioquímica y la química; química; por ejemplo, las bases las bases nitrogenadas del ADN del ADN son heterociclos. LA ESTUDIANTE
CAPITULO I COMPUESTOS HETEROCICLICOS 1.1. COMPUESTOS HETEROCICLICOS Se llama compuestos heterocíclicos a aquellos que, además de carbono e hidrógeno, poseen al menos un átomo de otro elemento (denominado heteroátomo) formando parte del anillo. Los más comunes son los heterociclos con anillos de 5 o 6 átomos y donde uno o más átomos de carbono están sustituídos por átomos de nitrógeno, oxígeno o azufre. Estos compuestos abundan en la naturaleza y son muy estables: sus anillos están casi libres de tensión. Debemos tener en cuenta que muchos compuestos heteromonociclos se conocen desde hace más de 100 años, y que se aislaron a partir de productos naturales. A falta de una nomenclatura sistemática, se les dio en origen nombres comunes relacionados con su procedencia, con alguna propiedad, ect. Estos nombres están tan arraigados que, aun existiendo alternativas sistemáticas, la IUPAC no aspira a que se empleen, sino que recomienda los primeros.
piridina Se clasifican en dos grupos: alifáticos y aromáticos. Los compuestos alifáticos poseen las propiedades físicas y químicas típicas del heteroátomo específico que incorporan. Por ejemplo H H
O
Tetrahidrofurano (es un éter)
N
N
Pirrolidina (son aminas secundarias)
Piperidina
En los heterociclos aromáticos un orbital p del heteroátomo contiene uno o dos (según el caso) electrones no compartidos que se superponen con los orbitales p de los átomos de carbono formando una nube de 6 electrones
por encima
y debajo del anillo. Ejemplos:
N H
O
Pirrol
Furano
S
Tiofeno
N
Piridina
1.2. ESTRUCTURA DE HETEROCICLICOS Los compuestos orgánicos tienen una gran variedad de estructuras y entre ellas una de las más comunes son los sistemas anulares. Desde el punto de vista de la química orgánica, los compuestos heterocíclicos están formados por ciclos que contienen heteroátomos, esto significa que estos átomos no son ni carbono ni hidrógeno; sino algún otro elemento. Los heteroátomos más comunes son oxígeno, nitrógeno y azufre, dichos elementos reemplazan a uno o más átomos de carbono del anillo o anillos que forman al compuesto [23]. Las estructuras de cerca de la mitad de los compuestos orgánicos conocidos incluyen al menos un componente heterocíclico [24]. Los compuestos heterocíclicos tienen una amplia gama de aplicaciones: predominan entre los compuestos usados como farmacéuticos, agroquímicos y de uso veterinario; se utilizan como aditivos abrillantadores, antioxidantes, inhibidores de la corrosión, como colorantes y pigmentos; y en muchas aplicaciones
más.
Además los compuestos heterocíclicos heterocíclicos se hallan ampliamente distribuidos en la naturaleza. Tienen una importancia fundamental en muchos sistemas vivos, frecuentemente se les encuentra como componentes clave de diversos
procesos biológicos. Las bases de los ácidos nucleicos, por ejemplo, que son derivados de los sistemas anulares de pirimidina y purina, resultan cruciales para el mecanismo de la replicación. La clorofila y el hemo, que son derivados del sistema de la porfirina, son componentes requeridos para la fotosíntesis y para el transporte de oxígeno en las plantas superiores y en los animales, respectivamente. Ingredientes esenciales de la dieta, como la tiamina (vitamina B1), riboflavina (vitamina B2), piridoxol (vitamina B6), nicotinamida (vitamina B3) y ácido ascórbico (vitamina C), son compuestos heterocíclicos [24]. Los sitios reactivos de muchas enzimas y coenzimas son heterociclos [25]. Es bastante razonable, por tanto, que actualmente gran parte de las investigaciones en química traten de la síntesis y propiedades de los compuestos heterocíclicos. Por tanto, los compuestos heterocíclicos forman la clase de compuestos orgánicos más grande, de hecho, la mayoría de productos naturales, constituyentes de los seres vivos, contienen anillos heterocíclicos; sin duda, más de la mitad de publicaciones químicas tratan de una u otra forma de compuestos heterocíclicos.
1.3. NOMENCLATURA Escriba un nombre alternativo usando la nomenclatura de reemplazamiento. La numeración que se muestra para algunos compuestos corresponde a nombres aceptados por la IUPAC en donde aquella difiere de la usada en el sistema de reemplazamiento.
1.3.1. ELEMENTOS METÁLICOS Y NO METÁLICOS Para efectos de nomenclatura y estudio de las propiedades químicas una clasificación muy importante de los elementos es en metálicos y no metálicos. Se puede determinar aproximadamente si un elemento es metal o no metal por su posición en la tabla periódica, Los metales se encuentran a la izquierda y en el centro de la tabla periódica y los no metales en el extremo a la derecha.
Cuando se comparan dos elementos, el más metálico es el que se encuentra más hacia la izquierda o más hacia la parte inferior de la tabla periódica. Existen algunas reglas útiles basadas en el concepto del número de oxidación que permiten predecir las fórmulas de un gran número de compuestos.
1.3.2. REGLAS:
El número de oxidación de cualquier átomo sin combinar o elemento libre por ejemplo;Cl2 es cero.
El número de oxidación para oxigeno es -2 ( en los peróxidos es de 1)
La suma de los números de oxidación para los átomos de los elementos en una fórmula determinada es igual a cero; cuando se trata de un ion poliatómico es una partícula cargada que contiene más de un átomo , por ejemplo, el nitrógeno es +5.
el numero de oxidación para el hidrogeno es +1 ( en los hidruros es de - 1)
Para los iones simples, el número de oxidación es igual a la carga de un ión. (Así, para Mg +2 , el numero de oxidación es +2)
1.3.3. CATIONES Y ANIONES a. Cationes (iones positivos) : Cuando un elemento muestra una simple forma cationica, el nombre del cation es el mismo nombre del elemento.
Ejemplos: -
Na+ ion sodio
-
Ca+2, ion calcio
-
Al+3, ion aluminio
Cuando un elemento puede formar dos cationes relativamente comunes (con dos estados de oxidación respectivamente diferentes), cada ion debe nombrarse de tal manera que se diferencie del otro. Hay dos maneras de hacer esto, el sistema establecido por la IUPAC y el sistema tradicional
El sistema establecido por la IUPAC; consiste en que los iones positivos se nombran como elemento indicando el número de oxidación mediante numerales entre paréntesis; así, por ejemplo: Cu +1 es cobre (I) y Cu +2 es cobre ( II)
El sistema tradicional; usa los sufijos -oso- e -ico- unidos a la raíz del nombre del elemento para indicar respectivamente, el más bajo y el más alto estados de oxidación. Así; a Cu +1 se le denomina ion cupr oso y a Cu +2 ion cúpr ico ( II)
b. ANIONES (iones negativos): Los iones negativos se derivan de los no metales. La nomenclatura de los aniones sigue el mismo esquema de los ácidos, pero cambian las terminaciones como sigue;
Terminación del ácido
Terminación del anión
hídrico
uro
ico
ato
oso
ito
Óxidos: Se define un óxido como la combinación binaria de un elemento con el oxígeno. Con el oxígeno, es corriente que los elementos presenten varios grados de valencia o numero de oxidación, mientras que el O 2= siempre es divalente excepto en los peróxidos donde actúa con una valencia de -1. Para saber la valencia o valencias de un elemento cualquiera con O2 y poder formular el correspondiente óxido, basta con observar su ubicación en la tabla periódica, en la cual el número de la columna indica la valencia más elevada que presenta un elemento para con el O. Los óxidos se dividen en dos categorías según sea el tipo del elemento que se combina con el oxígeno
ÓXIDOS BÁSICOS (Combinación del oxíganó con elementos metálicos) Las combinaciones del oxígeno con los metales, se llaman óxidos básicos o simplemente óxidos. El método tradicional para nombrar los óxidos básicos consiste en usar el nombre óxido de seguido de nombre del metal.
Ejemplo: Li2O
= óxido de litio
CaO
=
óxido de calcio
Cuando un metal presenta dos números de oxidación diferentes, para designar el óxido se emplean las terminaciones oso ( para el elemento de menor número de oxidación) e ico ( para el de mayor numero de oxidación).
Ejemplo: CoO
= óxido cobaltoso
Co2O3
=
óxido cobaltico
Para este caso, en el sistema moderno de nomenclatura, recomendado por la IUPAC, el número de oxidación del metal que se combina con el oxígeno se indica con números romanos entre paréntesis agregado al final del nombre del elemento en español:
Ejemplo: Co2O
= óxido de cobalto ( II)
Co2O3
= óxido de cobalto ( III)
ÓXIDOS ÁCIDOS (Combinación del oxigeno con elementos no metálicos) Las combinaciones del oxígeno con los elementos no metálicos se llaman óxidos ácidos o anhidros ácidos.
Ejemplo: SiO2
=
dióxido de silicio
SeO2
=
dióxido de selenio
Estos óxidos reaccionan con el agua para dar ácidos ( tipo oxácido)
Ejemplo: CO2
+
H2O
→
H2CO3
ácido carbónico
oxido ácido
oxácido
Para nombrar estos compuestos, la IUPAC recomienda el uso de la palabra óxido y los prefijos griegos; mono, di tri, tetra, etc. que indican el numero de átomos de cada clase en la molécula
Ejemplos: TeO2
= dióxido de telurio
TeO3
=
As2O3 = trióxido de diarsenico As2O5 = 2Cl2
+
O2
→
trióxido de telurio pentaóxido de diarsenico
Cl2O = monóxido de
dicloro
oxido ácido Cuando un elemento presenta dos valencias diferentes, se usa la terminación oso para el oxido que tiene el elemento de menor valencia y la terminación ico para el de menor valencia:
Ejemplo: TeO2
= oxido teluroso TeO3
=
oxido telúrico
Sin embargo, el mejor método y el que ofrece manos confusión es el de la IUPAC o sistema Stock, donde el numero de oxidación o valencia se indica con números romanos entre paréntesis. Para los óxidos de los halógenos todavía se usan los prefijos hipo y per combinados con los sufijos oso e ico.
Ejemplo: 2N2
+
3O2
→
2N2O3
= óxido de nitrógeno (III)
2Cl2O
= óxido hipocloroso
oxido ácido 2Cl2
+
O2
→
oxido ácido
2Cl2
+
7O2
2Cl2O7
→
= óxido perclórico
oxido ácido
c. TABLA DE OXIDOS Y BASES
Bases o Hidróxidos Según la definición de Bronsted - Lowry, una base es cualquier sustancia que puede aceptar reaccionar con un ion hidrogeno. Se entiende por hidróxido cualquier compuesto que tiene uno o más iones hidróxido reemplazables (OH -) .Las bases se obtienen por la reacción de los óxidos metálicos con el agua.
Ejemplo: Na2O +
H2O
→
2NaOH
Al2O3 +
3H2O
→
2Al(OH)3
= hidróxido de sodio = hidróxido de aluminio
Como el grupo hidroxilo es monovalente, para formular una base se añade al metal que lo forma, tantos iones OH - como indica la valencia del metal. Las bases se nombran con la palabra hidróxido de seguidas del nombre del metal. Cuando un elemento presenta dos estados de oxidación diferentes como ya se vio, el nombre termina en oso en los compuestos en que el elemento tiene la menor valencia y en ico en los que el elemento tienen la mayor valencia
Ejemplo: Ni(OH)2
= hidróxido
niqueloso
Ni (OH)3 = niquelico
hidróxido
d. OXIDOS Y BASES
Ácidos:
Un ácido se puede describir como una sustancia que libera iones hidrogeno (H+) cuando se disuelve en agua: Las formulas de los ácidos contienen uno o más átomos de hidrogeno, así como un grupo aniónico. Según la definición de Bronsted -Lowry, ácido es toda sustancia capaz de ceder protones,(H +).En las formulas de todos los ácidos el elemento hidrogeno se escribe en primer lugar. Hay dos clases de ácidos.
Hidrácidos:
Que no contienen oxígeno. Son ácidos binarios formados por la combinación del hidrogeno con un elemento no metal. Se nombran empleando la palabra genérica ácido seguida del nombre en latín del elemento no metálico con la terminación hídrico. A los hidrácidos se les considera como los hidruros de los elementos de los grupos Vi y VII.
Ejemplos: H2S
ácido sulfhídrico
HI
ácido yodhídrico
HBr
ácido bromhídrico
HF
ácido fluorhídrico
HCl
ácido clorhídrico
RECUERDE QUE; HX ( X= F, Cl; Br, I ) en estado gaseoso no es un ácido; en agua se disocia para producir iones H +, su solución acuosa se llama ácido.
Ejemplo: HCl(g) Cloruro de hidrogeno
+
H2O(l)
→
HCL(ac)
ácido clorhídrico
Oxácidos: Que contienen oxígeno. Son ácidos ternarios que resultan de la combinación de un oxido ácido con el agua; por tanto, son combinaciones de hidrógeno, oxigeno y un no metal.
Ejemplo: PO3
+
H2O
H3PO3 = ácido
→
Fosforoso PO4
+
H2O
H3PO4 = ácido
→
Fosfórico Los oxácidos se nombran como los anhídridos u óxidos de donde provienen. La formula general de los oxácidos u oxácidos es: ( HO)mXOn Donde m es el número de grupos OH enlazados covalentemente al central X y n es el número de oxígenos enlazados covalentemente a X.
e. TABLA DE ACIDOS:
Sales
Una sal es el producto de la reacción entre un ácido y una base: en esta reacción también se produce agua: en términos muy generales, este tipo de reacción se puede escribir como:
BASE ÁCIDO
+
→
SAL
+
AGUA
Ejemplo:
Na
OH +
H
Cl →
NaCl
+ H2O
Se observa que el ácido dona un H + a cada OH- de la base para formar H2O y segundo que la combinación eléctricamente neutra del ion positivo Na+, de la base y el ion negativo del ácido, Cl -, es lo que constituye la sal. Es importante tener en cuenta que el elemento metálico, Na +, se escribe primero y luego el no metálico, Cl -. También se considera una sal al compuesto resultante de sustituir total o parcialmente los hidrógenos (H +) de un ácido por metales: las sales se dividen en sales neutras, sales haloideas o haluros, oxisales, sales ácidas y sales básicas.
Sales Neutras: Resultan de la sustitución total de los hidrógenos ( H +) por un metal. El nombre que recibe la sal se deriva del ácido del cual procede; las terminaciones cambian según la siguiente tabla;
NOMBRE DEL ÁCIDO
NOMBRE DE LA SAL
__________________hídrico __________________uro hipo_______________oso hipo________________ito __________________ oso ___________________ito __________________ ico
___________________ato
per________________ico
per_______________ ato
Se da primero el nombre del ion negativo seguido del nombre del ion positivo FeCl2 = cloruro ferroso
FeCl3 = cloruro férrico
Sin embargo para este caso el esquema de nomenclatura de la IUPAC, que se basa en un sistema ideado por A Stock, indica el estado de oxidación del elemento mediante un número romano en paréntesis a continuación del nombre del elemento así;
Ejemplo: FeCl2 = cloruro de hierro ( II)
FeCl3 = cloruro de hierro (III)
Si el elemento metálico forma un ion de un solo estado de oxidación no se usa numero romano ejemplo;
Ejemplo: LiI
= Yoduro de Litio
Sales haloideas o haluros Se forman por la combinación de un hidrácido con una base. En la formula se escribe primero el metal y luego el no metal (con la menor valencia) y se intercambian las valencias). Los haluros se nombran cambiando la terminación hidrico del ácido por uro y con los sufijos oso e ico, según la valencia del metal.
Ejemplo: Cu(OH)
+
HCl → ácido
clorhídrico 2Fe(OH)3
+
H2S →
ácido sulfhídrico
CuCl
+ H2O
cloruro cuproso Fe2S 3 sulfuro férrico
+ 6H2O
Si un par de no metales forman más de un compuesto binario, como es el caso más frecuente, para designar el número de átomos de cada elemento En este el estado de oxidación del elemento se usan los prefijos griegos: bi: dos, tri: tres, tetra: cuatro, penta: cinco, hexa: seis, etc, antecediendo el nombre del elemento, por ejemplo; PS3
= trisulfuro de PS5
= pentasulfuro
fósforo
de fósforo
Sales Haloideas:
Oxisales: Se forman por la combinación de un oxácido con una base. En la formula se escribe primero el metal, luego el no metal y el oxigeno. Al metal se le coloca como subíndice la valencia del radical
(parte del
oxácido sin el hidrogeno) que depende del número de hidrógenos del ácido. Las oxisales se nombran cambiando la terminación oso del ácido porito e ico por ato.
Ejemplo: KOH
+
HClO
→
KClO hipoclorito de sodio
+ H2O
ácido hipocloroso Al(OH)3
+
HNO3 → Al(NO3)3
ácido nítrico
f. TABLA DE OXISALES:
Sales Ácidas
nitrato de aluminio
+ H2O
Resultan de la sustitución parcial de los hidrógenos del ácido por el metal en la formula se escribe primero el metal, luego el hidrogeno y después el radical.
Ejemplo: NaOH
+
→
H2CO3
+ H2O
carbonato ácido de
ácido
sodio ( Bicarbonato
carbónico
NaHCO3
de sodio)
Sales Básicas: Resultan de la sustitución parcial de los hidróxidos (OH) de las bases por no metales. En la formula se escribe primero el metal, luego el OH y finalmente el radical.
Ejemplo: CuOHNO3 = nitrato básico de cobre (II) Se aplican las reglas generales para nombra oxisales, pero se coloca la palabra básica entre nombre del radical y el metal
Ejemplo: Cu(OH)2 HNO3
+
→
CuOHNO3
+
H2O
nitrato básico ácido nitrico
de cobre (II)
Sales Dobles: Se obtienen sustituyendo los hidrógenos de ácido por más de un metal. en la formula se escribe los dos metales en orden de electropositividad y
luego el radical. Se da el nombre del radical seguido de los nombres de los metales respectivos.
Ejemplo: Al(OH)3 + + H2SO4
KOH
→ KAl(SO4)
sulfato de aluminio y potasio (alumbre)
ácido sulfurico
+ H2O
PERÓXIDOS En el agua ordinaria, H 2O, el oxigeno tiene un numero de oxidación de 2. en el agua oxigenada , H 2O2, el número de oxidación del oxigeno es 1. el ion O2= se llama ion peroxido. Los peróxidos resultan de sustituir los dos hidrógenos del agua oxigenada por elementos metálicos. Se nombran con la palabra peróxido seguida del correspondiente metal.
Ejemplo: Na2O2 sodio
= peróxido de Ba2O2 bario
=
peróxido de
g. TABLA PEROXIDOS: METAL
Metal +
Nombre del
H2O2
peroxido
Bario ( Ba+2)
BaO2
Peroxido de bario
Calcio ( Ca+ )
CaO2
Peroxido de calcio
Estroncio (Sr +2)
SrO2
Peroxido de estroncio
Magnesio ( Mg +2)
MgO2
Peroxido de magnesio
Sodio ( Na + )
Na2O
Peroxido de sodio
Zinc ( Zn+2)
ZnO2
Peroxido de Zinc
HIDRUROS: La combinación de cualquier elemento con el hidrogeno constituye un hidruro. el hidrogeno es siempre monovalente y en el caso de los hidruros metálicos presenta un estado de oxidación de -1 ( en los demás casos aparece como +1). Para saber la valencia que tiene un elemento cualquiera, al combinarse con el hidrogeno para formar el correspondiente hidruro, basta con observar la tabla periódica y tener en cuenta las siguientes reglas;
1. Los elementos de las tres primeras columnas, presentan con el Hidrogeno la valencia que indica el numero de la columna; así: primera columna= monovalentes, segunda columna= divalentes, tercera columna= trivalentes.
2. Para saber la valencia con el hidrogeno de los elementos de las columnas IV a VIII, se resta de 8 el número característico de la columna que ocupa el elemento, Así, los elementos de la columna V serán trivalentes porque 8-5 = 3 En cuanto a la nomenclatura, los hidruros formados por los metales reciben el nombre; Hidruro de ( nombre del elemento combinado por el H). Los hidruros de los no metales reciben nombres especiales.
Ejemplo: hidruro
NaH
=
NH3
= amoniaco
CoH3
=
PH3
= fosfina
de
sodio hidruro cobalto
de
Heterociclos saturados:
1.4. HETEROCICLOS SATURADOS N-óxidos de heterociclos saturados que contienen nitrógeno y que están sustituidos con ácidos quinoloncarboxílicos, que tienen la fórmula (1), en la cual Y representa restos de estructuras (2), (3), (4) y (5); donde R4 representa alquilo C1-4 linealo ramificado, opcionalmente sustituido con hidroxilo o metoxi, ciclopropilo, acilo C1-3; R5 representa hidrógeno, metilo, fenilo, tienilo o piridilo; R6 representa hidrógeno o alquilo C1-4; R7 representa hidrógeno o alquilo C14; R8 representahidrógeno o alquilo C1-4 y R2 representa hidrógeno o alquilo C1-4, opcionalmente sustituido con metoxi y bencilo, 2-oxopropilo, fenacilo y etoxicarbonilmetilo; A representa =N, =CH-, =C(halógeno)- o =C(OCH3)-, así como sus hidratos o sales deadición de ácido o sales con bases utilizables farmacéuticamente y procedimiento para su producción.
Reivindicaciones 1.- N-óxidos de heterociclos saturados que contienen nitrógeno
y
que
están
sustituidos
con
ácidos
quinoloncarboxilicos,
caracterizados porque tienen la formula (Ia) en la cual y representa restos de estructuras FORMULA donde R4representa alquilo C1-4 lineal o ramificado, opcionalmente sustituido con hidroxilo o metoxi, ciclopropilo, acilo con 1 a 3 átomos de C, R5 representa hidrogeno, metilo, fenilo, tienilo o piridilo, R6 representa hidrogeno o alquilo C1-4, R7representa hidrogeno o alquilo C1-4, R6 representa hidrogeno o alquilo C1-4, y R2 representa hidrogeno o alquilo con 1 a 4 atomso de carbono, opcionalmente sustituido con metoxi, y bencilo, 2-oxopropilo,
fenacilo
y
etoxicarbonilmetilo,
arepresenta
=N-,
=CH-,
=C(halogeno) - o =C(OCH3)-, asi como sus hidratos o sales de adicion de acido o sales con bases utilizables farmaceuticamente.
1.5. HETEROCICLOS AROMÁTICOS 1.5.1. Heterociclos aromáticos de 5 átomos: En estos compuestos, al existir seis electrones en el sistema aromático, pues el heteroátomo contribuye con un par de electrones al sistema, y al estar formado el ciclo por un total de 5 átomos, se obtiene en los átomos de carbono una cantidad promedio de electrones
mayor que la
correspondiente al benceno (al que le corresponde uno). Estos heterociclos se denominan.
a. Compuestos aromáticos excesivos. Por ello son más reactivos que el benceno frente a la SEA.
Pirrol: Su átomo de nitrógeno, al igual que los átomos de carbono, posee una hibridación sp 2 con dos electrones en el orbital p, los cuales forman un sexteto aromático con los cuatro electrones p de los carbonos. Debido a que el par de electrones del nitrógeno interviene en el anillo aromático, no están disponibles para intervenir las reacciones químicas y también por eso el pirrol es una base extremadamente débil. Los compuestos del pirrol son comunes en los sistemas biológicos. Uno de los más importantes es una estructura cíclica en la que cuatro unidades de pirrol se unen por puentes ( = CH – ). Tales sustancias se denominan porfirinas y son importantes pues se relacionan con el grupo hemo de la sangre y la clorofila de las plantas. Las porfirinas son derivados de la porfina:
N N H
H N N
b. Estructura de la porfina: En cuanto a la sustitución del anillo en la SEA, deben analizarse la sustitución en todas las posiciones posibles:
Sustitución en el carbono 2:
+
H
H
+ E+ N
N
H
H
+
E
N
H +
E
N
H
H
E E
N H
Sustitución en el carbono 3:
E
E
H
H
+ E+
+
E
+
N
N
N
N
H
H
H
H
De esta manera, la carga del ión intermedio resulta deslocalizada en mayor número de posiciones cuando la sustitución se produce en el carbono 2 que
cuando ocurre en el carbono 3, resultando entonces más estable el ión intermedio correspondiente al carbono 2. Por ello la SEA generalmente ocurre en la posición 2.
Furano: Es el análogo oxigenado del pirrol. En este caso el oxígeno posee un segundo par de electrones no compartido que ocupa un orbital sp2, perpendicular al sistema del anillo. El anillo del furano aparece en compuestos naturales, como las furoquinolinas (una clase de alcaloides de rutáceas) y las furocumarinas. A compuestos de este último tipo se debe la toxicidad del perejil para los conejos. El derivado más importante del furano es el furfural. Este aldehído se obtiene por la deshidratación con H2SO4 de las pentosas (presentes en el salvado, la cáscara de avena o el marlo del maíz, constituidos en gran medida por pentosanos).
+
H2O / H
CH2OH
H2SO4
O
O
OH OH
C O
H
OH
Pentosanos
Pentosa
Furfural
1.5.2. Heterociclos Aromáticos de 6 átomos: Estos heterociclos tienen los seis electrones del sistema, deslocalizados en los 6 átomos del ciclo, pero como el heteroátomo es más electronegativo que el carbono, deja en los mismos una densidad electrónica menor que en la correspondiente a los carbonos del benceno. A estos heterociclos se los llama compuestos aromáticos deficientes. Es también por ello que tienen el anillo desactivado para una SEA.
Piridina: Es un análogo del benceno en el que uno de los átomos de carbono se sustituye por un nitrógeno. Este átomo tiene hibridación sp 2, por lo que posee un electrón en un orbital p, que conforma el sexteto
aromático con los cinco electrones de los orbitales p de los carbonos. Pero el nitrógeno posee además un par de electrones ubicados en un orbital sp2 (que no participa del sistema), lo que le confiere a la piridina propiedades básicas comparables a la anilina. La sustitución predominante en la piridina ocurre en la posición 3, lo cual puede explicarse si se comparan las sustituciones en todas las posiciones del anillo:
Sustitución en el carbono 2:
+
+
+ E+
E
E
N
N
N
H
H
E + N
H
E
N
La tercera estructura de resonancia presenta la carga positiva sobre un átomo electronegativo que además tiene el octeto incompleto. Por eso esta estructura resulta tan inestable que contribuye en muy baja medida. En consecuencia no se considera la segunda estructura de resonancia tiene iguales características que la discutida más arriba; la consecuencia es la misma, es decir, se desprecia también. El ataque electrófilo será menos probable en esas posiciones que en la posición 3, que no presenta ese tipo de estructura contribuyente.
Sustitución en el carbono 3:
E
E
+ E+ + N
E
+
E
H
H
H
N
+
N
N
E H
E H
N
Sustitución en el carbono 4:
E H +
E +
En comparación con el ión intermedio ("complejo sigma") producido por el benceno, los tres producidos por la piridina están desestabilizados por el efecto inductivo del nitrógeno (por eso el anillo está desactivado). Otra justificación, menos rigurosa que la anterior, está dada por la siguiente formulación: +
N
N
+
+
N
N
-
N
-
-
Entre los compuestos más importantes relacionados a piridina se encuentran la pirimidina y algunas bases llamadas pirimídicas, que forman parte de los ácidos nucleicos: citosina, timina y uracilo.
NH2
N
N
Pirimidina
O
O H N
N
N H
Citosina
Heterociclos bicíclicos
O
N H
Uracilo
O
CH3
N
N H
Timina
H
O
