02furanospirrolesytiofenos_8241

Furanos, Pirroles y Tiofenos. 4

3 2

Z = O (Furano), = NH, NR (Pirrol) = S (Tiofeno)

5 Z 1

O

Z

N

S

H

Z

Z

Z

Z

Algunos derivados de interés: H2C

CH3

O

R1

H H3C

Cl

R2

N N Mg2+

H

H

N

N

H3C

NC CH3

H H

CF3

N

Clorofenapirina (Insecticida)

R3

H3CO

Br

O

H O

R2

R1 Clorofila a Clorofila b

CH3 CHO

H

CH2CH3 CH2CH3

O O

O

R3 = O

OH

CH3

CH3

CH3

Ácido propiónico

CH3

CH3

Hidroximetilfurfural (Formado en algunos alimentos)

Fitil

(Combatir el mal olor y lesiones en la piel)

N

CH3 O

2-Acetil-1-pirrolina (Aroma a tostado, borde del pan blanco, arroz, palomitas de maíz, carne cocida)

S

CH3

2,5-Dimetiltiofeno (Olor a carne cocida)

1

Cl

O

O

O

O2N

S

NH

O

NH2

N

N

S N H

O

Dantroleno (Relajante muscular)

N Azosemida (Diurético)

NH

N

N H3C

OH CH3

N

OH

H3C

Cl

CH3

N

N

N

HN

N NH

H3C S

N CH3

H3C HOOC

COOH

Br

Brotizolam (Hipnótico, estimulante del apetito)

Hematoporfirina (Antidepresivo)

Síntesis de furanos, pirroles y tiofenos: OH

H

Z

HO

Z

Síntesis de Paal-Knorr [Z = O, NH, NR] Síntesis de Paal [Z = S]

H

HZ

OH

OH

X O

Z

HZ

O

Síntesis de Feist-Benary [Z=O]

HZ

HZ

Síntesis de Hantzsch [Z = NH, NR]

O

O

O +

+ X O

O

ZH

O

O Síntesis de Knorr [Z = NH, NR]

2

O

O +

RO RO2C

OR

CO2R

S

S O

O

Síntesis de Hinsberg

Complete las siguientes ecuaciones químicas y escriba el mecanismo que explique la formación del producto: Cl O

O

O

a)

NaOH

+

H2O

OEt

O

b) O

CH3ONa

H

+

S O

H

O

O O Base

NH

C

+

c)

CH3

O H+

d) O

O O e)

+

-+

B M

CH3 C H

NH2

+

H f)

H2S

+ O

O H

3

O g)

H+ CH3CH2NH2

+

O

O O h)

+

1) NH2CH3

Cl

O

2) H+

EtO CH3

O H2S

i) CH C CH CH C CH 3 2 3 O

OH

HO

H+

j)

El producto da positiva la prueba de Tollens

OH

HO O O k)

NH4Cl

H

EtOH O

Cl NH4Cl

l)

+ O

O

Reactividad frente a electrófilos: E

+

E+

E

Z

+

+ Z

H+

Z

E +

E+

+

N

N

GV

GV

H+

GV = Grupo Voluminoso

4

E E+ G

Z

+ G

E

Z

G

Z

E +

E+ G

G

Z

G

Z

G

Z

E

G E+

Z

E

Z

G

G E+

Z

Z

E

G = Grupo donador de densidad electrónica G = Grupo atractor de densidad electrónica

Prediga el producto mayoritario en las siguientes reacciones: 1) DMF / POCl3 a) N

2) H2O

O b)

C

S

Cl

AlCl3

O c)

NO2 O O H

d)

N

CH2O / HNEt2 AcOH

5

+ N

SO3

e) S

O Br2 f) DMF

NBS g) THF

N Si

H N

h)

CH3CH2COCl AlCl3 / CH2Cl2

C O S KNO3

i)

H2SO4

O

j)

CH2O / (CH3)2NH O

CH3O

AcOH

NBS

k)

THF

N

Producto de monobromación

N i) N

SO3

NO2

H

6

Cl2 j)

AcOH

CO2H

O

HNO3, Ac2O k) O

O HNO3, Ac2O l) CHO COOH Br2

m)

AcOH

S

HNO3

n)

(Ac)2O

OCH3

S

CH3 NBS

o)

CCl4

S

1) POCl3/DMF

p)

2) H2O

N

Si

Cu(NO3)2

Bu4NF

N

Ac2O

THF

q)

7

Formación de aniones: n-BuLi Z

Li

Z

Z = O, S, NR

A N H

A = n-BuLi, NaH, CH3MgCl

N M

Complete las siguientes reacciones: 1) NaNH2

a)

2) ClCO2CH3

N H

1) n-BuLi

S

2) CH3CH2CHO b)

3) H+

1) n-BuLi c) 2) CH3(CH2)6Br O

1) CH3MgI

d) N

2) HCO2Et

H

Ejercicios: 1. Escriba la estructura del producto que se obtiene en las siguientes reacciones: O H2SO4 Ac2O / CH2Cl2 O

OMe

8

Et DMF O POCl3

MeCOCl S

SnCl4

Br2 MeO2C

CH2Cl2

O

O

Cl S

GaCl3 O NO2 1)

N

N

/ POCl3

2) H2O

Br Br2 / Dioxano S HCON(CH3)2 POCl3, H2O

O

HNO3 / H2SO4 O2N

S

1) K, tolueno N H

2) ClCH2CN

9

O

H

+

N

SO3

O

CN

CH3O

CH2=O / Me2NH +

H

O

1) n-BuLi, HMPA 2) EtO C OEt

N H

O

1) HCON(CH3)2 2) PCl3 / H2O

S NO2

(CH3)3C-Cl S

GaCl3

1) Me2NCH=O / POCl3 O

S

2) NaHCO3

H CH

N

O

+ AcOH

HNO3 / H2SO4 S

NO2

N

1) BF3 . OEt2

H

2) Ac2O

10

1) HCON(CH3)2 2) POCl3 / H2O

O

NO2 1) POCl3 / N,N-Dimetilbenzamida 2) H2O

N CH3

NH-CH3 (CH3)3CCl O

OCH3

O2N

HNO3 O O

CH3

AcONO2 0

AcOH / -10 C PhCOCl AlCl3

S

S

HNO3 O

O

O

O

AcOH

NBS N

CH3

THF

CH3

11

S

CH2=O / Me2NH

N

+

H

H

2. Diseñe una ruta sintética para los siguientes compuestos: CH3

S Br

F OHC O MeO

N N H OH

HO O

OCH3

S O H N N H

O

12

N N H

O

N

Cl

3. A partir de un pirrol, furano o tiofeno proponga cómo se podrían obtener los siguientes compuestos: H

O

O Br H N CH2CO2 i- Prop

S Br HOOC

4. Dibuje las estructuras resonantes de las siguientes moléculas e indique cuál o cuáles átomos presentan la mayor densidad electrónica:

13

CHO

N CH3

O

COOH CN

S

HO

O

N

CH3

O

S

CO2Et

5. Complete las siguientes secuencias sintéticas: CH3CH2CH2Cl

n-BuLi A (C5H6NLi)

(CH3)2NCHO / POCl3 B (C8H13N)

C (C11H19N2)+ Cl -

N NaHCO3 / H2O

D (C9H13NO)

14

CO2H

b

COCl

a

S

S

O

S c

S

N

O

O

O

NH2CH2CH3

A

+

N Cl

O -

B M

COOCH3

+

Cl

B + O

CH3

+

O

CH3

CH3CH2

CH2 +

O

CH3

NH2

H2O

C

O O O

O

O

C-CH2-S-CH2-C-CH3

C C

CH3

B

+

-

M

+

D

EtO2C O E

+

H-C-CH2-CO2Et

NH3 N H CH3CH2

15

CH3 O -

B M

+

F

+

CH3-CH2-CH

N H CH3

O H

OCH3 CH3ONa H3C

+ O

C

NH2

CH2CO2CH2CH3

O O

O

O

PhCOCl H

AlCl3

N

G

I

BF3 . OEt2

H

Reactivo de Lawesson J O

O O O S

Cl Cl

O N

L

K AlCl3, Temp. amb.

NaH, DMF H

Cl Cl

0

1) Br2, NaOH, 10 C 2) NaOH (5 eq/L), Temp. amb. 3) HCl

M (C5H5NO2)

6. Escriba el mecanismo de reacción para las siguientes transformaciones: OH

O

HO H

H+ O

OH

O

OH H

16

O

C

Et3N, Δ

+ OEt

CO2Et

H2N

N

O

NH2 HCl

N H

H3C O

O

CH3CCHNH2

+

B - M+

CH3CH

H3CH2C

N

CH2CH3

H O

O

O 1) Et3N, EtOH Temp. amb.

HCl NH2

H

OEt

+

2) EtONa / EtOH, Δ N

CO2Et

H

BBr3 / CH2Cl2

Me N

N

T. A. O

Me

O

15 min

OH

O +

H-C-CH2-CH2-C-CH3 O

+

H

CH3-CH2-NH2

N

O

1)

CH3 H

N

O OEt S 0

S

POCl3, 50 C 2) Na2CO3, H2O

O

17

O

O

CH2Cl

EtO2C

CH3-CH2O Na CH3-CH2-C-CH2-CO2Et

+

CH3-CH2OH CH3CH2

O

CH3

CH2CH3 CH3-C-CH-NH2

O

H

B-M+

+

CH2CH3

N

O CH3

7. Si la pared celular de los vegetales es rica en pentosas se obtiene furfural. ¿Qué producto se obtendría si ésta es rica en hexosas? HO

OH O

HO

HCl H2O, Δ

HO

H

HO

8. Busque dos compuestos para cada una de las estructuras base siguientes y mencione en que se emplean: pirrol, furano y tiofeno. 9. La preparación del pirrol (1) se lleva a cabo de la siguiente manera: la oxima de la acetofenona se alquilo en el oxígeno por tratamiento con acetilendicarboxilato de metilo en presencia de metóxido de sodio, entonces la oxima alquilada se calentó a 179-1800C. Empleando el mecanismo de síntesis de indoles de Fischer como analogía, formule un mecanismo para la reacción. O

OMe (1) N

OMe

H O

10. Describe tres diferentes reacciones del furano que confirmen su relativa baja aromaticidad comparada con tiofeno y pirrol. 11. Se hizo reaccionar el 2-carbetoxi-1-metil pirrol con ácido nítrico en anhídrido acético. Indique cual de las siguientes estructuras es el producto mayoritario.

18

a) NO2

c)

b)

O

OEt

O

CH3

NO2

N

N O

N

O2N

CH3

CH3 e) CH3

d) N

O2N

O

OEt

O

N CH3

O

O

12. La secuencia sintética siguiente se publicó en 1971, en donde podemos observar el uso del grupo carbometoxi como grupo director en la alquilación del pirrol (1), el producto de la alquilación fue posteriormente hidrolizado y descarboxilado para obtener el 3isopropilpirrol (3).

OMe

KOH

Cl N O H

GaCl3

OMe N

Calor

H

(1)

Triglima

O

(2)

N H

(3)

De acuerdo a los conocimientos adquiridos (suponiendo que así fue), ¿era de esperarse la SEA del compuesto (1) en la posición 3? Explique. De no ser así, ¿cómo se explica la formación de 3? 13. Los compuestos del pirrol se encuentran muy difundidos entre los sistemas vivos; uno de ellos es el grupo prostético de la hemoglobina y la mioglobina. Dibuje y escriba el nombre de dicho compuesto. 14. ¿Cómo obtendría el 3-bromopirrol a partir del pirrol? 15. Ordene los siguientes compuestos por orden de reactividad para una reacción de sustitución electrofílica aromática: tiofeno, benceno, pirrol y furano. 16. Dibuje la estructura del reactivo o del sustrato necesario para obtener el compuesto indicado en las siguientes reacciones:

19

Br HNO3 A

Ac2O

NO2

S

COOEt H2SO4 B CH3

CH3

O

CH3 H

1) DMF POCl3

C

C

O

O

2) H2O

D exceso O

Dioxano

Br

Br

O

E CH3

S

S

C O

CN Ac2O / HNO3

F O

1) G / POCl3 H O

O

2) H2O

C O Br

H S

HBr

Br

Br

S

1) J I 2) K 3) H+

O

COOH

20

S H3C

HNO3 L

+

O2N Ac2O

S

CH3 O2N

O C6H5 O

H

EtO +

CO2Et

+

M CH3

EtO

N

CO2Et

CH3

O

HNO3

+

O

N O2N

NO2

S

O AlCl3 +

S

P Ph

S

O2N

O2N

Q

MeONa / MeOH COCCl3

Et2O

N

R

N H

H

CH2CH3 CH3CH2Br

S

AlCl3 S

NBS N

THF

T

H

17. Proponga una síntesis para los siguientes compuestos:

21

NH

NH

NH

HN

N

N

H

H

Br

O

C

N

OCH3

O

O

N H

18. Sugiera las materias primas y/o reactivos necesarios para preparar los siguientes compuestos: O OEt

O

22

O OEt

S

OCH3

O N H

HO

O S OH O

N H

19. Complete las siguientes ecuaciones químicas: O

O

MeONa

A +

MeOH

NH2

+ S

CONMe2

CO2Et N

1) POCl3 B

2) NaHCO3 / H2O

H

23

CO2Me CO2Me

NH2

BrCH2CHO

C

+

CO2Et

MeCN

CO2Me

N

O

HO

OH NH2

+ MeO

OMe

O

Me2NH, HCl N

HO

D

HCHO

OH

CN N

1) E 2) KOH / MeOH / H2O

CO2H

N O

OH PBr3

G (C20H34Cd)

1) Mg

F (C10H17Br)

2) CdCl2 O Cl

O

Dendrolasina (C15H22O) (Secreción defensiva de la hormiga Dendrolosius Fuliginossus)

H (C15H20O2)

NH2NH2, KOH O HO

OH Calor

20. Es bien conocido que no es posible sintetizar pirroles 3-sustituidos por sustitución electrofílica directa. Dé tres métodos usados actualmente para preparar tales compuestos. 24

21. Prediga la posición más reactiva a electrófilos para cada uno de los siguientes compuestos: a) 1-Metilpirrol b) Furan-2-carboxaldehído c) 3-Bromotiofeno

d) 3-Metilfurano

22. El tratamiento del compuesto 1 con morfolina a temperatura ambiente conduce a una reacción exotérmica y la mezcla de reacción se torna rojo oscuro. Después de adicionar agua, el compuesto 2 es aislado en forma de agujas verde amarillentas en 54% de rendimiento. Describa un mecanismo que explique dicha transformación. O

O

OEt NC

N H

OEt

H O

O

O

O

1

NH2

2

23. Dibuje la estructura del producto que se obtiene en las siguientes reacciones: O

O (CH2)2

NH4CO3

Δ (CH2)8 AlCl3 / Et2O S

(CH2)12COCl 1) EtO2CC

Dilución alta CCO2Et

2) H2 / Pd-CaCO3 O

3) Destilación

Ni Raney

O S

( +- )- Muscona

EtOH

(CH2)10

25

CO2Me 105 0C

C

O +

C

O

Sin disolvente

CO2Me

24. Una de las reacciones más importantes en la química de los alimentos es la reacción de Maillard, la cual explica como se oscurecen los alimentos cuando estos son calentados. Dentro de las reacciones que se llevan a cabo al calentar los alimentos se encuentra la reacción de Amadori. Proponga usted un mecanismo razonable que explique la formación del 5-hidroximetil-2-carboxaldehídopirrol a partir del monosacárido correspondiente (glucosa). CH2OH

H

N+ O

CH2OH

O

R-NH2

OH OH

OH

CH2OH

H+

OH +

H

N

OH

OH

OH

R

HO

OH

R

H

OH CH2OH

R-NH2 : Grupo amino de un aminoácido básico

H

O

H

C

H N R

C O

H

H

N

H

N

HO

R

HO

R

H

H

H

O

OH

CH2OH

H

O

CH2OH

OH C

C

C

H

HO

H

O

H

H H

N

HO

R OH OH CH2OH

N HO

R OH OH CH2OH

Producto de Amadori

26