TEMA 6 Módulo 1. SISTEMAS DIÉNICOS, HIDROCARBUROS AROMÁTICOS Y HETEROCÍCLICOS. Tema 1. DIENOS.- Tipos de dienos.- Alenos: Estructura e isomería.- Dienos conjugados: Reacciones de adición. Reacciones de cicloadición. Polimerización. Tema 2. HIDROCARBUROS AROMÁTICOS I.- Estructura del benceno.- Aromaticidad. Regla de Hückel. Compuestos aromáticos y antiaromáticos. Tema 3. HIDROCARBUROS AROMÁTICOS II.- Sustitución aromática electrófila. Mecanismo.- Nitración.- Sulfonación.- Halogenación.- Acilación y alquilación de Friedel y Crafts.- Reactividad y orientación en derivados del benceno. Aminas aromáticas y sus sales de diazonio en las sustituciones aromáticas electrófilas. Tema 4. HIDROCARBUROS AROMÁTICOS III.- Alquil, alquenil y alquinil bencenos. Propiedades físicas.- Fuentes industriales.- Preparación.- Reacciones. Tema 5. HALUROS DE ARILO.- Estructura y propiedades físicas.- Preparación.- Sustitución aromática nucleófila. Mecanismos. Tema 6. HETEROCICLOS.- Introducción.- Clasificación.- Heterociclos -excedentes.- Heterociclos -deficientes.- Otros heterociclos.

TEMA 6. HETEROCICLOS Introducción y clasificación 2. Heterociclos p-excedentes 2.1. Estructura 2.2. Acidez y Basicidad 2.3. Reacciones: Sustitución Aromática Electrófila 3. Heterociclos p-deficientes 3.1. Estructura 3.2. Acidez y Basicidad 3.3. Reacciones: Sustitución Aromática Electrófila y Sustitución Aromática Nucleófila 4. Otros heterociclos

Heterociclos: Compuestos cíclicos en los que además de C, hay al menos un heteroátomo formando parte del anillo. 8Forman parte de los ácidos nucléicos y de multitud de fármacos y de sustancias de interés biológico.

1. Introducción y clasificación Clasificación de los heterociclos: 1. Alifáticos 2. Aromáticos: Presentan aromaticidad (regla de Huckel) y propiedades parecidas al benceno. Los aromáticos se clasifican en p-deficientes y p-excedentes.

2. Heterociclos p-excedentes: Pirrol, Furano y Tiofeno Compuestos heteroaromáticos con anillos de cinco miembros. Cada átomo de carbono adopta hibridación sp2 y lo mismo ocurre con los heteroátomos N, O y S que tienen el mismo tipo de hibridación. La deslocalización del par de electrones no compartido del heteroátomo completa el sextete de electrones requerido para la aromaticidad (regla de Huckel) Estos heterociclos en los que hay exceso de carga sobre los átomos de C se denominan p-excedentes. El grado de deslocalización, y por tanto de aromaticidad, varía con la electronegatividad del heteroátomo.

Acidez y basicidad Estos heterociclos no presentan carácter básico Acidez y basicidad Estos heterociclos no presentan carácter básico. La protonación los convierte en cationes no aromáticos. Pirrol Tiofeno Furano

Acidez y basicidad El pirrol presenta un átomo de hidrógeno con carácter ácido unido al nitrógeno (pKa 17.5, más ácido que el acetileno) y puede ser desprotonado mediante bases fuertes. Las sales sódicas y potásicas son iónicas y el anión tiende a sufrir reacciones en el nitrógeno, como se observa en la síntesis del siguiente N-metilpirrol.

Reactividad: Sustitución aromática electrófila Los tres heterociclos dan SAE. Son más reactivos que el benceno. El orden de reactividad observado es pirrol>furano>tiofeno>benceno. La estabilidad relativa de los complejos sigma intermedios indica que la sustitución tiene lugar preferentemente en el C-2

3. Heterociclos p-deficientes: Piridina Cuando se sustituye un CH del benceno por un átomo de N se obtiene la piridina. Todos los átomos están en estado de hibridación sp2. Como puede apreciarse en las formas resonantes la piridina es un heterociclo p-deficiente y reacciona preferentemente con nucleófilos.

Comparación estructura pirrol y piridina Heterociclo p-excedente Heterociclo p-deficiente

Acidez y basicidad La piridina es básica y en disolución acuosa ácida el protón se une al par electrónico no enlazante del átomo de nitrógeno generando un catión piridinio, que continúa conservando la aromaticidad porque contiene 6 electrones pi (4n+2, n=1).

Reactividad: Sustitución aromática electrófila La piridina es prácticamente inerte a la SAE. Si consideramos por ejemplo la nitración, dado que la piridina es una base moderada, estará en forma totalmente protonada, lo que la hace mucho menos susceptible al ataque del electrófilo. Se conseguiría un bajo rendimiento de 3-nitropiridina. Reactividad: Sustitución aromática nucleófila Es la reacción típica de este heterociclo. La piridina puede ser atacada por nucleófilos en las posiciones C2/C6 y C4. El ataque en las posiciones C3/C5 no está favorecido debido a que la carga negativa del intermedio aniónico no puede deslocalizarse en el átomo de nitrógeno electronegativo.

Reactividad: Sustitución aromática nucleófila, 1 En condiciones de alta temperatura el anión intermedio puede rearomatizarse por pérdida de hidruro, incluso siendo éste un mal grupo saliente. La reacción de Chichibabin entre la piridina y el amiduro sódico para dar una 2-aminopiridina, es un ejemplo de este tipo de comportamiento.

Reactividad: Sustitución aromática nucleófila, 2 La sustitución nucleófila es mucho más fácil si existen buenos grupos salientes, como un cloruro.

4. Heterociclos con varios heteroátomos Existen también heterociclos con más de un heteroátomo. Los más importantes son los azoles, estructuras presentes en muchos fármacos y sustancias de interés biológico.

Heterocyclic Aromatic Compounds Heterocyclic compounds have an element other than carbon as a member of the ring Example of aromatic heterocyclic compounds are shown below Numbering always starts at the heteroatom Pyridine has an sp2 hybridized nitrogen The p orbital on nitrogen is part of the aromatic p system of the ring The nitrogen lone pair is in an sp2 orbital orthogonal to the p orbitals of the ring; these electrons are not part of the aromatic system The lone pair on nitrogen is available to react with protons and so pyridine is basic Chapter 14

The nitrogen in pyrrole is sp2 hybridized and the lone pair resides in the p orbital This p orbital contains two electrons and participates in the aromatic system The lone pair of pyrrole is part of the aromatic system and not available for protonation; pyrrole is therefore not basic In furan and thiophene an electron pair on the heteroatom is also in a p orbital which is part of the aromatic system Chapter 14