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Compostos heterocíclicos: estrutura, 
síntese e reatividade 
 
 
Aula 6 
Flaviane Francisco Hilário 
Universidade Federal de Ouro Preto 
 
1 
2 
• Um heterociclo é um anel que contém um heteroátomo (N, 
O, S), além de átomos de carbono. 
• A maioria dos fármacos, vitaminas e produtos naturais 
(isolados de plantas ou animais) são compostos 
heterocíclicos. 
1 - Estrutura 
3 
Alguns Heterociclos 
• Contendo nitrogênio 
N
CH2CH3
N
H
CH3
N
H
CH3
NH
H
N
azaciclopropano 
aziridina 
azaciclobutano 
azetidina 
3-metilazaciclopentano 
3-metilpirrolidina 
2-metilazacicloexano 
2-metilpiperidina 
N-etilazaciclopentano 
N-etilpirrolidina 
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• Contendo oxigênio e enxofre 
O S
O
O
O
O
oxaciclopropano 
oxirana 
Óxido de etileno 
tiociclopropano oxaciclobutano 
oxetano 
oxaciclopentano 
tetraidrofurano 
tetraidropirano 1,4-dioxano 
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2 - Heterociclos aromáticos com anéis de cinco membros 
 
2.1 - Estrutura 
pirrol furano tiofeno 
 Propriedades bem diferentes quando comparados aos seus 
correspondentes de cadeia aberta. 
 
 São aromáticos: monocíclicos; planos; todos os carbonos 
do anel possuem orbital p; possuem três pares de elétrons 
π (4n + 2 = 6). 
 
 Sofrem reações de substituição eletrofílica: nitração, 
sulfonação, halogenação, acilação de Friedel-Crafts e etc. 
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 Pirrol 
• Cada átomo do anel está ligado a outros átomos por meio de 3 ligações 
sigma. 
• Os átomos do anel apresentam hibridização sp2. 
• Cada átomo de carbono do anel possui um elétron ocupando um orbital p. 
• O átomo de nitrogênio possui dois elétrons que ocupam o orbital p. 
• A sobreposição lateral dos orbitais p leva à formação da nuvem π, nos 
planos acima e abaixo do anel. 
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• O pirrol é uma base extremamente fraca (Kb ~ 2,5 X 10-14). 
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 Furano 
• Características estruturais análogas às do pirrol. 
• O átomo de oxigênio possui um par de elétrons não ligantes em um orbital 
π e um par de elétrons não ligantes em um orbital sp2. 
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 Tiofeno 
• Características estruturais análogas às do pirrol. 
• O átomo de enxofre possui um par de elétrons não ligantes em um orbital 
π e um par de elétrons não ligantes em um orbital sp2. 
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• Energia de ressonância para alguns compostos aromáticos 
tiofeno pirrol furano 
• Tiofeno – S é menos eletronegativo – maior energia de ressonância. 
• Furano – O é mais eletronegativo – menor energia de ressonância. 
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O
H3C CH3
N
H3C CH3
S
H3C CH3
O
O
P2O5 
(NH4)2CO3
100
O
C
P2S5
2.2 – Síntese de derivados substituídos 
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2.3 – Reatividade 
 
Substituição eletrofílica aromática 
 
• Sofrem nitração, sulfonação, acilação de Friedel-Crafts, etc. 
 
• Muito mais reativos que o benzeno. 
 
• Tão reativos quantos os fenóis e aminas aromáticas. 
 
• Pirrol, furano e tiofeno sofrem substituição eletrofílica 
preferencialmente em C-2. 
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N
H
N
H
H
Y
N
H
H
Y
N
H
N
H
H
Y N
H
N
H
H
Y
N
H
N
H
H
Y
EM 3
EM 2
Intermediário mais estável 
Todos os átomos com o octeto completo 
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• Se os dois carbonos C-2 são substituídos no material de 
partida, a substituição eletrofílica poderá ocorrer na posição 
3. 
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• Reatividade em reações de substituição eletrofílica 
aromática 
• São capazes de estabilizar a carga no carbocátion 
intermediário pela doação do par de elétrons não ligante do 
heteroátomo. 
 
• Furano menos reativo que pirrol. Átomo de O mais 
eletronegativo – menor capacidade de doar o par de elétrons. 
 
• Tiofeno menos reativo que furano. Os elétrons p estão em 
orbital 3p. 
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Reatividade relativa de heterociclos de anel de cinco membros em reação de 
Friedel–Crafts 
 
• Uso de ácidos de Lewis brandos. 
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• O híbrido de ressonância do pirrol indica que existe uma carga parcial 
positiva no nitrogênio. 
• O pirrol é instável em solução de ácido forte porque o pirrol protonado 
sofre polimerização. 
• A acidez do pirrol é aumentada devido à sua base conjugada ser 
estabilizada por ressonância e hibridação sp2 do N. 
pKa ~ 17 e 36 
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2.4 - Heterociclos saturados de cinco membros 
 
• Hidrogenação catalítica: pirrol e furano 
N
H
N
H
H2, Ni, 200 - 250 C
O
pirrol pirrolidina
O O
furano tetraidrofurano
H2, Ni, 50 C
O
cc
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• Hidrogenação catalítica: tiofeno 
Br
Br
Na2S
S
tetraidrotiofeno

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• Contêm um anel aromático fundido ao anel de cinco 
membros. 
• Numeração a partir do heteroátomo. 
• 4n + 2 = 10 
2.5 - Indol, benzofurano e benzotiofeno 
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3 - Heterociclos aromáticos com anel de seis membros 
Elétrons em 
orbital sp2 
perpendicular 
aos orbitais p 
 
• Resiste a reações de adição e sofre substituição. 
N N
N
• Piridina 
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• Pelo efeito retirador de elétrons do nitrogênio possui 3 contribuintes de 
ressonância, carregados positivamente, que o benzeno não tem. 
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3.1 - Reatividade da piridina 
 
O íon piridínio é ácido mais forte que o íon amônio. 
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• A piridina reage como uma amina terciária. 
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• A piridina sofre substituição eletrofílica aromática em C-3. 
 
Nitração, sulfonação e halogenação 
Não sofre reação de Friedel-Crafts 
N
N
Br Br
N
Br
N
SO3H
N
NO2
não reage
HNO3, H2SO4, 300 C
O
H2SO4, 350 C
O
Br2, 300 C
O
RX ou RCOX
AlCl3
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Mecanismo: 
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• O intermediário mais estável é obtido (posição 3). 
• Em C-2 e C-4, o intermediário é muito instável porque em um 
dos contribuintes, o N está com o octeto incompleto e com 
carga positiva. 
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• Condições vigorosas – reações lentas – N protonado nas condições 
de reação – maior efeito retirador de elétrons. 
Não reage 
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• A piridina sofre substituição nucleofílica aromática em C-2 e 
C-4 
Substituição nucleofílica aromática 
 
 
 
Mais reativa que o benzeno 
Substituição eletrofílica aromática 
 
 
 
Menos reativa que o benzeno 
30 
A piridina sofre substituição nucleofílica aromática em C-2 e C-4 
NBr NH2N
NH3, 180 - 200 C
O
O
180 - 200 CNH3, 
N
Cl
N
NH2
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• Intermediário aniônico é mais estável que no benzeno 
porque possui átomo eletronegativo (efeito retirador de 
elétrons). 
• Carga negativa no nitrogênio – estrutura de ressonância 
mais estável. 
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• Se houver substituintes em C-2 e C-4, ocorrerá a substituição 
nucleofílica do melhor grupo abandonador. 
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Redução da piridina 
N N
H
H2, Pt, HCl
25 C, 3 atm
o
Oxidação de piridina substituída 
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Diazotação de aminopiridina 
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• Efeito retirador de elétrons aumenta a acidez dos hidrogênios 
do grupo metila 
- Os hidrogênios α de substituintes alquila podem ser 
removidos por bases para gerar nucleófilos. 
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4 - Heterociclos de importância biológica 
4.1 - Imidazol 
Esses elétrons 
participam da 
núvem p 
 
Esses elétrons 
estão em um 
orbital sp2 
perpendicular 
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Ressonância 
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 Imidazol protonado ânion imidazol 
 híbrido de ressonância híbrido de ressonância 
• Pode ser protonado porque o par de elétrons do N sp2 não 
faz parte da núvem p. 
• No meio biológico, existem das duas formas: protonada e 
desprotonada. 
pKa = 6,8 pKa = 14,4 
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4.2 - Purinas e pirimidinas 
Componentesde ácidos nucléicos 
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4.3 - Porfirina 
 
Quatro anéis pirróis unidos por ponte metileno. 
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5 - BIBLIOGRAFIA 
 
BRUICE, P. Química Orgânica, vol.1, 4 ed. São Paulo, 
Pearson, 2006. 
 
Berg, J. M.; Tymoczko, J. L.; Stryer, L., Biochemistry, 5 
ed. Freeman and Company, 2006. 
 
MORRISON, R.; BOYD, R., Organic Chemistry, 6 ed. 
Prentice, 1992.