ejercicios de quimica heterociclica para practicar
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PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
Dr. Eleuterio Burgueño Tapia
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
I
INDICE Prólogo II
Nomenclatura de compuestos heterocíclicos 1
Heterociclos no aromáticos de tres miembros 3
Heterociclos no aromáticos de cuatro, cinco y seis miembros 6
Heterociclos aromáticos de cinco miembros con un heteroátomo 10
(furano, pirrol y tiofeno)
Anillos benzofusionados (indol, benzofurano y benzotiofeno) 13
Azoles 17
Piridina 21
Quinolina e isoquinolina 24
Diazinas 27
SOLUCIONES
Nomenclatura de compuestos heterocíclicos 32
Heterociclos no aromáticos de tres miembros 33
Heterociclos no aromáticos de cuatro, cinco y seis miembros 35
Heterociclos aromáticos de cinco miembros con un heteroátomo 38
(furano, pirrol y tiofeno)
Anillos benzofusionados (indol, benzofurano y benzotiofeno) 40
Azoles 43
Piridina 46
Quinolina e isoquinolina 48
Diazinas 51
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
II
PROLOGO “Problemas básicos de química heterocíclica” es una colección de problemas básicos seleccionados para ayudar a los estudiantes de cursos introductorios de química heterocíclica a reafirmar los conceptos adquiridos en el aula. “Problemas básicos de química heterocíclica” inicia con una serie de problemas de nomenclatura común y sistemática, haciendo particular énfasis en el sistema de nomenclatura de reemplazamiento, continúa con la síntesis y reactividad de compuestos heterocíclicos de tres, cuatro, cinco y seis miembros no aromáticos, enseguida cuestiona sobre las propiedades físicas, métodos de obtención y reactividad de los sistemas heterocíclicos aromáticos de cinco miembros (furano, pirrol y tiofeno), así como de sus sistemas benzofusionados (indol, benzofurano y benzotiofeno). Finalmente, se presentan problemas relacionados con los sistemas aromáticos en donde están involucrados heterociclos de seis miembros con un heteroátomo (piridina, quinolina, isoquinolina) y con dos heteroátomos (diazinas). Los problemas pretenden hacer que los estudiantes piensen sobre los conceptos que han estudiado, que los apliquen con precisión y los relacionen con los conceptos adquiridos en sus cursos de química orgánica. Al final de “Problemas básicos de química heterocíclica” se muestran las respuestas de más de la mitad de las cuestiones para que el estudiante pueda autoevaluar su habilidad en la solución de problemas que involucran métodos de síntesis, reactividad y mecanismos de reacción. Espero que “Problemas básicos de química heterocíclica” sea en realidad lo que acabo de exponer. Si no fuera así, cualquier sugerencia será bienvenida.
México, D. F., octubre de 2001
Eleuterio Burgueño Tapia
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
1
NOMENCLATURA DE COMPUESTOS HETEROCICLICOS 1. 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.
n)m)
pirazinaN
N
piridinaN
imidazolN
NH
pirrol
HN
l)k)
j)i)
1
2
3456
7
8
9 10
1098
76 5
4
3
21
g) Fenoxatina
S
O
O
h)
O
furanof)
S
Stioantreno
e)
d) Nafto[2,3-b]tiofeno
Sc)
b)
O
NOa)
N
NN
N
pirimidina piridazina
H
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
2
t)s)
r)q)
p)o)NH
indol
N
N
quinolina
isoquinolina NH
carbazol
N
N
fenantridina acridina
u) v)
w) x)
y) z)
12
3
4
5
67
8
910
1
2
345
6
7
8 9
10
7
6
3
2
N
S
1
45
89 10
fenotiazina
O
O
cromano
isocromano
N
N
N
N
H
H H
pirrolidina
piperidina piperazinaH
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
3
HETEROCICLOS NO AROMATICOS DE TRES MIEMBROS 1. Describa las características de la síntesis de oxiranos usando:
a) Un alqueno y un perácido b) Una halohidrina en medio básico c) La condensación de Darzen
2. Describa las características de la síntesis de Gabriel y la síntesis de Wenker para aziridinas. 3. Indique el producto orgánico esperado de las siguientes reacciones.
4. Proponga una síntesis para lo siguientes compuestos.
H
O
Og) (CH3)2
+SOCH2_
O
Hh) (CH3)2+SOCH2
e) El producto de b) SCN_
f)O (CH3)2
+SOCH2
_
CF3COOOH
OH
c) d) El producto de a) SCN_
CF3COOOHa)_
HOBr2 / H2Ob)
c)b)a)
NH
O
Ph
O
Ph
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
4
5. Escriba un mecanismo lógico que explique las siguientes transformaciones 6. Cuál de las siguientes reacciones se llevan a cabo más rápidamente
N3+
NN
N
b)
NH3 Cl
HH
HO_
c) NH
N
O
O
a) + N O
O
+
Cl
O
OOH O
a) +
Cl
O
OOHO ó
NO2
O NO2
(CH3N)3P+
O
H
NO2
b)
O
H+ (CH3N)3P
O
ó
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
5
7. Escriba el mecanismo general de la apertura de heterociclos de tres miembros por reactivos
nucleofílicos. 8. Indique cuál es el producto principal de las siguientes reacciones. 9. Indique cuál es la influencia del sustituyente sobre la apertura electrofílica de heterociclos
de tres miembros. 10. Muestre el producto de las siguientes reacciones. 11. Escriba los reactivos o productos que hacen falta en la siguiente secuencia de reacciones.
OCH3O
_a) b)
S _CH3O
PhCH2MgBr+
Oe)
+d) _S
O
OO
O
H
c)O N
+
Ph
b) HCla)
O
HCl
c) HI
O
F F
O
NO2
KOHH2SO4 dil. frío
NH2OH
NHCH3
NH2
O
NH2
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
6
HETEROCICLOS DE CUATRO, CINCO Y
SEIS MIEMBROS NO AROMATICOS 1. De las siguientes transformaciones, la que corresponde al inciso b) ocurre con mejores
rendimientos ¿Por qué?. 2. ¿Cuál de las siguientes transformaciones tiene mejores posibilidades de ocurrir?. 3. Escriba una secuencia lógica de reacciones para las siguientes transformaciones.
Br OH Oa)
Br O S
O
O
OKOHb)
o
o
b)
a)
Br
OHKOH
O
OKOH
OH
F
OH
I KOHO
OKOH
OH
Br
b)Br
OH
O
+ CH2NaOH 5%
+ CO2
a) F I + S NH2
O
O
NaOH 5%NS
O
O
O
O
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
7
4. Escriba el producto orgánico esperado de las siguientes reacciones. 5. Escriba un mecanismo de reacción lógico que justifique los productos de la siguiente
reacción.
_t-BuO
TsO OH O
O +
d) + NC O
c)Ph PhH
O+
hv
b) + PhMgI
a) + CH3MgBrO
O
NH2
O
O
NH2
h) N NH C O+
N
g) +Ph
N C O
f) + C O
N
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
8
6. La reacción de β-haloácidos con un equivalente de base a temperatura ambiente y en
condiciones de pH controlado se emplea para generar β-lactonas. Este método en ocasiones se complica por la formación de un alqueno a través de una ruta que involucra descarboxilación. Explique con un ejemplo.
7. Los siguientes son ejemplos típicos de la reactividad general de los heterociclos análogos
del ciclobutano. Escriba el producto orgánico esperado.
H2O18
O
hvNN
N
2. H+1. Ph-Li+
+OPh
N
H
d)
e)
f)
HCl
H
g)
HI+ 2a)
H++
S2 OHb)
+
H
Oc)
NH
O
PhN N
O
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
9
8. Sugiera un mecanismo razonable para la siguiente transformación. 9. Explique cuáles son los factores que hacen que las reacciones de ciclización directa para la
formación de anillos de 5 y de 6 miembros ocurra en rendimientos menores que lo que ocurre con la formación de anillos de tres.
10. Proponga una ruta de síntesis para los siguientes compuestos. 11. Proponga una secuencia lógica de reacciones que explique la siguiente transformación.
HCl
Cl OH
O
d)c)
b)a)
N
e) O O
S COOH
NO ON
H H
H
H
H2 / Pt
NO
CN
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
10
HETEROCÍCLOS AROMÁTICOS DE CINCO MIEMBROS CON UN HETEROÁTOMO (Furano pirrol y tiofeno)
1. Justifique con estructuras resonantes el carácter aromático, la dirección del momento
dipolar y la fuerza básica del furano, pirrol y tiofeno. 2. Escriba la secuencia de reacciones que tienen lugar en la obtención del furfural a partir del
tratamiento ácido de cascarilla de avena, olote de maíz, etc.. 3. Describa las características generales de la síntesis de Paal-Knorr para la obtención de
derivados de furano, pirrol y tiofeno. 4. Proponga un ejemplo de obtención de un derivado de tiofeno usando la síntesis de
Hinsberg. 5. Usando como material de partida a compuestos no heterocíclicos, sugiera una síntesis para
los siguientes compuestos. 6. Partiendo del sistema heterocíclico correspondiente, proponga una síntesis para los compuestos que se mencionan a continuación.
d) OO
O NO2c)
OOHb)a) O COOHO2N
d)c)
b)a)
H
SCl
O
OH
NO2
N
OO
Ph
PhO
OO
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
11
7. Prediga cuál es el producto principal de las siguientes reacciones. 8. El pirrol reacciona con bromuro de etil magnesio seguido de yoduro de metilo para dar 2- y 3-metilpirrol. Explique este resultado usando estructuras resonantes. 9. Sugiera una secuencia de reacciones para la siguiente transformación.
HNO3
ONO2HNO3
S
Br2
O
NO2
a)b)
c)
HHHN N N
+CH2CH2MgBr CH3I
O
O
O
ClO
NaOHO
O O
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
12
ANILLOS BENZOFUSIONADOS (Indol, benzofurano, benzotiofeno) 1. De los sistemas aromáticos benzofurano, indol y benzotiofeno se dice que la posición 2 y 3
muestran gran densidad electrónica. Explique ésta observación con estructuras resonantes. 2. La síntesis más común para derivados del indol es la síntesis de Fisher. Describa las
características generales. 3. A través de la síntesis de Fisher no es posible obtener al indol sin sustitución en el anillo de
pirrol. ¿Por qué?. 4. Escriba el mecanismo de reacción de la siguiente transformación. 5. De la siguiente transformación indique en dónde queda el nitrógeno marcado
isotópicamente. 6. Usando fenilhidrazina y un compuesto carbonílico, escriba una secuencia adecuada para la
obtención de indol. 7. Describa con un ejemplo de cada una las síntesis de indoles de Madelung, Bischer, Reissert
y Nenitzescu. 8. Escriba el producto orgánico esperado de las siguientes condiciones de reacción.
∆
H
OH
O
O
O O+
NaOH Br2 KOHa)
C10H8O2CH3OHO O
Clb)
CH3O_
NH3+
HHN
N NAcOH*
HN
N
Ph
NPh
AcOHH
NH3+
HN
N
Ph
NPh
AcOHH
+
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
13
9. Escriba una secuencia de reacciones para cada una de las transformaciones del problema 8. 10. Los siguientes ejercicios son ejemplos de métodos de obtención de compuestos
benzofusionados aromáticos. Escriba el o los productos orgánicos esperados en cada una de las condiciones de reacción.
f)∆
_1. NH2e)
d)_
CH3O
H
H
H
NN
O
O
PCl3 H3O+
N O
NO2
2. H2O
Ph
N O
O O
CH3OH
c)
b)
a)
_CH3O
H
H
H
H
NNO2 OCH3OH
NNNO2
H+
NN ZnCl2
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
14
m)
l)
k)
j)
NH2
Ph O
Br
+
SO
Br
1. SOCl22. AlCl3
OO
OH
1. SOCl22. AlCl3
Br
O
O
NH2
O
+
2. H+O
S O
NO2
H3O+Zn / H+
ONH2
OO
1. NH2_
g)
_1. NH2
2. H+h)
∆
i)
N N
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
15
11. Escriba el producto orgánico principal de las siguientes reacciones de sustitución
electrofílica aromática.
o)
n)
H3O+
2. BrCH2COOCH2CH3
1. NaOHH
SH
O
H
OH
O
1. NaOH2. ClCH2COOCH2CH3
H3O+
H+CH2O+
O
+
Cl
O
NNO2
CH3I+
N
d)
e)
f)
H
H
Cl
O+
O
HNO3+
O
N
O+
NH
a)
b)
c)
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
16
H+Br2+
ONO2
+Cl
O
O
NO2
h)
i)
ZnCl2SNO2 +g)
O
OO
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
17
AZOLES 1. Escriba un nombre aceptable para cada uno de los siguientes compuestos. 2. Escriba una secuencia lógica de reacciones para las siguientes transformaciones orgánicas.
+O
NONH+H2NOH+
O
O
a)
H
HH
H
d)
k)
j)i)
h)g)
f)e)
c)
b)a)
NOBr
NN
N
NHO
O
ON
N
OCl
SNN
S
N
N BrON
Ph
N
O
N
O NO2
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
18
3. De los isómeros formados en 2a, ¿cuál espera que sea el producto principal?. 4. Una síntesis alternativa para la obtención de 1,2-azoles es la cicloadición dipolar de óxido
de nitrilos a acetilenos. Escriba el producto esperado de las siguientes condiciones. 5. Escriba el mecanismo de reacción para las transformaciones del ejercicio anterior. 6. Los 1,2-azoles (pirazoles) también se pueden preparar a partir de la cicloadición dipolar que
se produce entre un acetileno y el diazometano. Proponga una síntesis adecuada para cada uno de los siguientes compuestos.
C CC N+ O
+ PhO
C CHC N+
O
O
+ NO2 C CHPhO
C N+ O
+
_
_
_
a)
b)
c)
c)
b)
NN
PhH+PhNHNH2+H
O
O
H+H2NOH+
NO
Ph
PhPh Ph
OO
H c)b)a) HHNN
NO2
NN
Ph O
O
NN
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
19
7. Los pirazoles 3-sustituidos, generalmente se encuentran en equilibrio con los pirazoles 5-
sustituidos.
Proponga un mecanismo para esta interconversión 8. La síntesis más general de 1,3-azoles es la deshidratación de compuestos 1,4-dicarbonilos.
Escriba los reactivos y condiciones necesarias para la obtención de cada uno de los siguientes compuestos.
9. Sugiera una secuencia de reacciones lógica que explique las siguiente observación 10. Escriba una secuencia lógica de reacciones para la obtención de 2,4,5-trimetilimidazol a
partir del compuesto 1,4-dicarbonílico correspondiente 11. Escriba el producto orgánico esperado de cada una de las condiciones siguientes
N
O
N
SPh Pha) b)
H
HN
N
G
NN
G
∆+ H2NOH +
Cl
O
ON N
O
H+HNO3+
SN
FeCl3Cl
O+
SN
AcOHBr2+
ON
a)
b)
c)
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
20
12. Partiendo de diazometano, alquino y los reactivos necesarios. Proponga como podría
obtener los siguientes compuestos (involucra más de un paso de reacción).
O
OO+
ONd)
H
g)
f)
e)
N
O+
Cl
O
N
O+ Br2
N
N+ HNO3
H+
NN
Ha) b)
NNH
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
21
PIRIDINA 1. Con el apoyo de un dibujo que represente las interacciones de los orbitales p para la
formación de los enlaces π. Indique la razón por la que el par de electrones libres del nitrógeno no están deslocalizados.
2. Dé el nombre común de las siguientes alquilpiridinas. 3. Describa con un ejemplo las características generales de la síntesis de piridinas por el
método de Hantzsch. 4. Indique como podría obtener cada uno de los siguientes compuestos. 5. Describa el mecanismo detallado para obtención del inciso b) del problema 4. 6. Proponga una síntesis partiendo de piridina para la obtención de cada uno de los siguientes
compuestos.
N N
N N
a) b)
c) d)
HO
N
OH
O Ph O Ph
a) b)
N
OH
O
N
a) b)
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
22
7. Escriba un mecanismo razonable para cada una de las siguientes transformaciones 8. Escriba la estructura del producto orgánico esperado de las siguientes condiciones de
reacción. 9. Prediga el producto principal de las siguientes reacciones.
_EtO / EtOH
N
+O O
N
O
O
_+
e)
d)c)
b)
_NH2a)
NHNO3
H+Znº/H+
N
Br2
AcOHNO
Br2
N
HNO3
H+N
Ph H
O
b)a)
N
OH
H H
O
N O
HNO3 / H+
e)
d)c)
N
NH2
NO2
N NH2
NH2
N NH2
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
23
N N
N
HNO3 / H+
HNO3 / H+
∆
c)
H
d)
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
24
QUINOLINA E ISOQUINOLINA 1. Escriba un nombre aceptable para los siguientes compuestos. 2. Uno de los métodos más usados en la síntesis de quinolinas es la síntesis de Skraup.
Describa con un ejemplo las características y condiciones necesarias. 3. Escriba el producto esperado de las siguientes condiciones.
f)e)
d)c)
b)a)
N
HOOC
NBr
N
SO3HN
O
NN NO2
H
O
As2O5 / ∆H+
+
NH2
FeCl3O
+
NH2
a)
b)
ZnCl2+
O
NH2
c)
As2O5 / ∆
As2O5 / ∆
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
25
4. Escriba una secuencia de reacciones razonable para la obtención del producto c) de 3. 5. En la síntesis de quinolinas por el método de Friedlander es importante controlar el pH ¿por
qué?. 6. Escriba el producto orgánico esperado de las siguientes condiciones. 7. Escriba un mecanismo razonable para el producto de b) y c) de 6. 8. Las siguientes condiciones de reacción no conducen a una quinolina ¿por qué?.
+ Ph Ph
OH
NH2
O
d)NH2
O
+H+
HPh
O
O+
H
NH2
O
NaOH+
Br H
NH2
NaOH+
O
H
NH2
O
O
NH2
+
O
NaOH
a)
b)
c)
d)
pH = 12
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
26
9. Escriba el producto esperado de las siguientes transformaciones 10. Cuando la quinolina e isoquilonina reacciona a través de reacciones sustitución electrofílica
aromática en medio ácido, generalmente la sustitución ocurre en las posiciones 5 y 8 ¿por qué?.
11. Indique como podría obtener cada uno de los siguientes compuestos. N
O2N
e)
ON
d)N
Ph
c)
N
Ph
b)N
O
O
a)
H
H
H
H∆
NO
P2O5 Ptb)
O
H
N OP2O5 Pdd)
N
O
O H+/ c)
NH
OP2O5 Pda)
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
27
DIAZINAS 1. Escriba una estructura correcta para los siguientes compuestos.
a) 3(2-metilbutil)piridazina b) 2-nitropirimidina c) 4-benzilpirimidina d) 2-isopropilpirazina e) 8-acetilpurina f) N-metil purina g) Ac. 5.5-defenilbarbiturico h) 2,5-dimetil puridazina i) 1,4-difenil-,7-metilftalazina
2. Escriba la estructura de 5 diazinas con actividad biológica. 3. Las pirazinas se pueden obtener haciendo reaccionar compuestos 1,4-dicarbonílicos con
hidrazina o hidrazinas N-sustituidas. Escriba el producto orgánico esperado de las siguientes condiciones de reacción.
4. Escriba una secuencia lógica de reacciones para la siguiente transformacion.
PhO
O
Pha) PdH+
NH2NH2+
b) H+H2NNH2+
ONO2
O
c) H+H2NNH2+
O
O
NNPd /H+
H2NNH2+
OO
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
28
5. La forma más simple de obtener pirimidinas es haciendo reaccionar compuestos 1,3-
dicarbonílicos con compuestos que contengan grupos funcionales con la unión N-C-N. Escriba como podría obtener cada uno de los siguientes compuestos.
6. Escriba una secuencia lógica de reacciones para las siguientes transformaciones. 7. Uno de los métodos comunes de obtención de pirazinas es la dimerización de compuestos
α-aminocarbonílicos. Describa como obtendría cada uno de los siguientes compuestos. 8. Escriba el producto orgánico esperado de las siguientes condiciones de reacción.
N
N
N
N
N
N
O
O
Ph
PhO
H
H
H
H
N
N
O
OO
Br
a) b)
c) d)
a)N
Nb)
N
NPh
Ph
NH2
NH2 Ph
Ph O
O+a)
H+
H
NN
Ph
Ph
H+
H2NNH2+a)OO
Ph
Ph
N
NH
O
O
O
b)H2N NH2
O+O
O
O
OEtO / EtOH
_
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
29
9. Cual de las siguientes reacciones tiene mayores posibilidades de reaccionar frente a
condiciones de sustitución electrofílica aromática. 10. Indique en cual de los anillos de los siguientes compuestos ocurrirá la sustitución
electrofílica aromática. 11. Escriba el producto orgánico esperado de las siguientes reacciones de sustitución
electrofílica aromática.
a)N
N
OH
OHNO2
óN
N
OH
HO OH
b) óN
NNN
N
O
O
a)N
Nb)
Nc)
N
N
NN
HNO3 / H+a)
NN
Br2 / Feb)
b) +
OONH2
NH2
c) +
H H
O O
Ph
Ph NH2
NH2
H+
H+
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
30
12. Muchas reacciones de las diazinas ocurren como en la piridina. Prediga los productos de las
siguientes reacciones. 13. Escriba una secuencia lógica de reacciones para las transformaciones c) y d) de 12.
c) H+O
O ON
N
d) H2SO4 / H+N
N
O
_
_EtO / EtOH
O
H
N
N
N
N
N
N
_
NN
+d)
Ph O
O+c)
+b)
+ CH3CH2CH2CH2a)
NH2 / NH3
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
31
SOLUCIONES
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
32
NOMENCLATURA DE COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS 1.
a) Oxaciclopropano c) trans-2,3-Dimetil-oxaciclopropapo e) 9,10-Ditiantraceno g) 2H-1-Oxanaftaleno i) Aza-2,4-ciclopentadieno k) Azabenceno m) 1,3-Diazabenceno o) 1H-1-Azaindeno q) 2-Azanaftaleno s) 9-Azafenantreno u) 10H,9-Tia-10-azaantraceno w) 1H,3H,4H-2-Oxanaftaleno y) Azaciclohexano
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
33
HETEROCICLOS NO AROMÁTICOS DE TRES MIEMBROS 3. 4. 5.
Oa) c)
OH
O
O
Og)Se)
c)HO
_NH2
Cl
a)_
HOBr2 / H2OPh
O
Ph
NH
c)
HN
HH
:N
ClH
H
HH
_OH
N
ClH
H
HHH
a)N
OO
..: N O
O
+
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
34
6.
a) La reacción ocurre más rápido entre más grupos electrodonadores tenga el doble enlace. 8. 10. 11.
a)OH
OCH3
c)Ph
OH
N
OH
Ph
e)
Cl
HO
a) I
HO
FF
c)
NH2
NCH3
NH2OSO3H
NHCH3
CH3NH2CF3COOOH
NH2 NH2
O
NH2OH
NHCH3
H2SO4 dil. frío
KOH
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
35
HETEROCICLOS DE CUATRO, CINCO Y SEIS MIEMBROS NO AROMÁTICOS
2. a) La que tiene el halogeno en el carbono menos sustituido. b) La que tiene el mejor grupo saliente ( I ) 3. 4.
N
O
HO
PhPh
N
O
NN
O
H
a) c)
f) h)
a)
_S NO
OI
OH_
S NO
O
H
I
I F_
S NHO
O
_OHS N
O
O
H
H
NSO
O..
..
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
36
5. 7. 8.
O_TsO O
_TsO O
_t-BuO
TsO OH
O
g) HN N
OPh
HNe)
O
OH
c)NH3 I
a)+
+ OHOHCl
Cl_
+_
Cl+
O H+
O HH Cl..
:O
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
37
10.
NH2
OH
H2SO4 dil. frio NH2
OSO3H
KOHNH
a)
c) OSH Cl
ONaOH
S
O
O H3O+
S
O
OH
O
OH OHH+
e)
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
38
HETEROCICLOS AROMÁTICOS DE CINCO MIEMBROS CON UN HETEROÁTOMO (Furano, pirrol y tiofeno)
1. 3. La sistesis de Paal-Knorr es la reacción de compuestos dicarbonílicos 1,4 enolizable en presencia de un agente deshidratante (H2SO4, P2O5, ZnCl2), o bien con amoniaco o una amina primaria, o con un sulfuro inorgánico. 5. 6.
O OH+
a)
OO
H+
O
HNO3c)O NO2
O
H+
O NO2
OH
a)O
HNO3
c)
O
CH3Cl
OO2N
1. KMnO4 / NaOH
2. H+O COOHO2N
Igual que la anterior excepto el último paso
X.._
++
_ ..
X..X
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
39
7. 8. 9.
a) c)OO2N
NO2
OBr
NO2
O
O O
H H
ClO
O
O
O
OH_
O
O O
.._ O
O O
O
H+
NH
CH3 I_..NN..
_ NH
N
HCH3 I
_ ..
N_
..NMgBr:CH3CH2
NH
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
40
ANILLOS BENZOFUSIONADOS (Indol, benzofurano, benzotiofeno) 2. Es la reacción de una fenilhidrazona de un aldehído o cetona en presencia de un catalizador ácido (ZnCl2, BF3, H3PO4, etc.). 4. 5. Según el mecanismo anterior en el NH3 6.
NNH
NNH
HNHNH
H
N NH2
HH
HHN
+NH3
N NH2HO
O
O
+ H+
NN
O
O
H
N
O
OH
H3O+
HN
OH
O∆NH
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
41
7. 8.
a)
9.
HN
Fe / H+O
ONO2
Síntesis de Reissert
Síntesis de Bischler
HH+
N
O O
+
NH2
O
OO
Br
Síntesis de Madelug
HN
_NH2
HN O
O
O
_
OCOO KOH
O O
BrBr
Br2
O O
NaOHNaOH
O
O O+
H
OH
O O
H
O
O
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
42
10. 11.
a)NH H
Nc)
HN
e)
SOH
NO2
g)
HN
i)
Ok)
HN
Ph
m)
S O
Oo)
a) c)
e) g)
i)
O
O
ONO2
NNO2
O
H SNO2
O
O
OO2N
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
43
AZOLES 1.
a) 2-Nitrooxazol c) 5-bencilisoxazol
e) 4-Isopropiltiazol g) 5-Clorooxazol i) 5-Carboxioxazol k) 5-Bromoisoxazol 2.
NOH
O
O
O
+ H2NOHH+ H+ O
N
HO
H2O_O
N
a)
H+H2NOH+
O
O
O
NOH
H+ NO
OHN
O
_ H2O
O
H
O
c)H+
PhNHNH2+
O
NNHPhH+
H2O_N
NPh
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
44
3. 4. 5. 6.
a)O
N
ON
OO2Nc)
ONC
_
+
ON
OO2N
ONa)
c)H
NO2
+ONC
O
_
ON
H
c) H
NN
Ph O
O
NN
a) CH2 N N_ +
+
OPh
O+
+CH2 N N
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
45
7. 8. 10. 11. 12.
NN
G
HNN
G
H
H+_
NN
G
:_ H+
N
O
OH
H+ O
Na)
NO
ON
Cl
O
H2NOH+∆ Cl
NOH
∆
NOH
ONOHO H
SN
O2N
a)O
N
Br
c)
e)N
N
O2N
H
N
OOg)
a)
NNH
CH2 N N_ +
+
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
46
PIRIDINA 2. a) β-Picolina c) β-Colina 3. 4.
a) 6.
a)
H
O
O
O O+
NH3 HNO3
O
O
O
O
N
O
O O+
NH3 HNO3
Ph OO
NPh H
OH3O+
N
H2O2 30 %
NO
_+
CH3I
+_
NO
PCl3
N
NaNH2 CO2 H+
N
COOH
H2ONH2
N N NH2
c)
_
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
47
7. 8. 9.
O O
H HO
_ O O
.._ N
NO
O.._
N
O
O.._
+OH
O H
N
O
OO
_+
N ONO2a)
H
c)N N
NO2
_+ e)c)a)
N
NH2
NO
Br
N Ph
e)
N NH2
H2N
N NH2N
NH2_
H2O O
O O
N N
O
H
HNO3 H3O+ Zn / H +
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
48
QUINOLINAS E ISOQUINOLINAS 1. a) 2-Nitroquinolina b) 4-(1-metilpropanoil)-isoquinolina e) 7-Bromoquinolina 3. 4. 5. Podría formarse más de un anión y la mezcla generar una mezcla de compuestos productos de condensacionees aldolicas y de cicloadición. 6.
c)
N
a)
N
NH2
O
N
O
H
+H+
H+
N
HO
H
H2O_
HN
As2O5
N
Na)
Nc)
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
49
7. c) 8. Porque no tiene posibilidades de formar la base de Shift (enamina). 9. 10. Porque en condiciones ácidas el anillo de la piridina se encuentra protonado y en consecuencia el anillo bencénico es el más reactivo. 11.
NH2
O
H+
O
NaOH
N
O
H
H
N
OH
H2O
N
Na) c)N
OH
a)N
O
O
c)N
Ph
N
Ph
H
O
O
O
NH2
O
H+ P2O5 Pt
HPtP2O5
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
50
e)P2O5 Pt
HN
Ph
H
O
O2N N
PhO2N
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
51
DIAZINAS 1. 3. 4. 5.
a)N
NN
N
Ph
c)
N
N
NH
e) N N
O
O OPh Ph
HHg)
NN
Ph
Ph
i)
a) c)N
N Ph
Ph
NN
O O+
H2N NH2
Oa) H+
N
N
NNPd / ∆N
NNNH2
OOO
H+H2NNH2+a)
H+
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
52
6. 7. 8. 9. 10. a), b) y c) ocurre en el anillo bencénico.
O O
O O
Ph Ph+ H2N NH2
O
b)O
OH
_N N
O
OOPh Ph
HH
O O
O O+ H2N NH2
O
b)O
OH
_
O N
O O
H2N O
_
OH
O
N
N
O
OO
H
H
H
a)O
NH2
2H+
a)N
N
Ph
Phc)
Ph
Ph N
N
N
N
OH
OHHO
a)
PROBLEMAS BÁSICOS DE QUÍMICA HETEROCÍCLICA
53
11. 12. 13.
a)N
N
NO2
NN
NO2
+N
N
O
c)
NN
a) b)
N
N H
O
N
N+ EtO
_
N
N
.._
Ph O
O
N
N
Ph
Oc)