Heterociclos hexagonales con un solo heteroátomo

¿Qué son los heterociclos hexagonales con un solo heteroátomo?

Los heterociclos hexagonales con un sólo heteroátomo son compuestos orgánicos cíclicos de seis miembros que presentan un átomo en el anillo distinto del carbono.

Un CH del benceno puede ser reemplazado por un átomo de nitrógeno o por otro de los elementos del grupo 15 sin que se altere sustancialmente el carácter de los orbitales π. O sea, que los heterociclos hexagonales de este tipo se pueden considerar análogos del benceno.

De estos, la piridina es uno de los heterociclos más abundantes y mejor conocidos.

A continuación, se abordan, la piridina y los dos benzopiridinas (quinolina e isoquinolina) junto con otros heterociclos hexagonales.

Piridinas

Quinolinas e  isoquinolinas

Otras quinolinas fusionadas

Quinolizinas

Las quinolizinas (sales de quinolizinio y sus derivados) son sólidos cristalinos estables y solubles en agua, que es posible considerar como aromáticos.

fig-01

Se preparan por distintas rutas a partir de piridinas sustituidas en la posición C2.

fig-02

Este sistema anular se presenta normalmente en la naturaleza en forma parcial o completamente reducida.

fig-03

La lupina es un alcaloide de la planta del género Lupinus.

Las sales de quinolizinio conservan muchas propiedades de las sales de piridinio. Así, son resistentes al ataque de electrófilos, pero susceptibles al nucleófilo, especialmente en la posición C4.

Los nucleófilos sompen con facilidad el sistema anular. Además, no se desplaza el hidruro en la posición C4, debido a que el intermedio (I) puede sufrir apertura electrófila del anillo.

fig-04

El perclorato de 4-cloro-quinolizinio puede perder cloro.

fig-05

Los sustituyentes hidroxi-, amino- y alquilo- en posiciones C2 y C4 están ativados en la misma forma que en las sales de piridinio. Por ejemplo, las sales de 2-hidroxi-quinolizinio se desprotonan con facilidad para dar 2-quinolizonas.

fig-06

Acridinas

La acridina es un heterociclo tricíclico lineal que presenta una estructura similar al antraceno.

fig-07

Algunas amino-acridinas, especialmente la 9-amino acridina y la 3,6-diamino-acridina (proflavina) poseen propiedades antisépticas. Otras amino-acridinas se emplean como colorantes, como por ejemplo, el naranja de acridina L.

fig-08

En este compuesto, la carga positiva se encuentra deslocalizada extensamente.

Un método general de síntesis de este sistema anular es mediante ciclación de ácidos 2-fenil-amino benzoicos.

fig-09

La 9-cloro-acridina obtenida de esta forma puede convertirse en acridinas sustituidas en C9 por desplazamiento nucleófilo.

fig-10

La acridina se encuentra en el alquitrán de hulla y es un sólido cristalino de punto de fusión 110 ºC. Además, presenta carácter básico con valores de pKa de 5.60, de fuerza comparable a la piridina.

La posición C9 de la acridina se encuentra activada por el átomo de nitrógeno del anillo.

De esta forma la acridina se reduce con facilidad hasta la 9,10-dehidro-acridina con cianuro potásico (KC≡N)

fig-11

Además, un grupo metilo en posición C9 está lo bastante activado como para dar reacciones de copulación con sales de diazonio. De esta forma, cuando cuaterniza el átomo de nitrógeno se forma con facilidad un metiluro por reacción con un alcali.

Fenantridinas

La fenantridina es el análogo heterocíclico del fenantreno, con un átomo de nitrógeno en posición N5. Es un sólido de punto de fusión 108 ºC, débilmente básico con valores de pKa de 4.52. Se puede N-alquilar y N-oxidar de igual forma que las otras piridinas fusionadas.

El sistema anular se puede preparar mediante diversas reacciones de ciclación.

fig-12

La posición activada, para las fenantridinas es la C6 y las propiedades de los sustituyentes en ese átomo de carbono difieren en relación a otras posiciones.

El cloruro en C6 es desplazado sin dificultad por nucleófilos, y la 6 metil-fenantridina se puede litiar y alquilar en el grupo metilo.

Por ejemplo, la fenantridina se reduce al 5,6-dihidro-derivado con hidruro de aluminio y litio (LiAlH4).

fig-13

Indolizinas

Las indolizina está formada por un anillo de 5 miembros fusionado en el enlace N1—C2 de la piridina.

fig-14

Se presenta en la naturaleza en forma totalmente reducida, como el alcaloide δ-coniceina.

fig-15

La indolizina da origen a una familia de compuestos heterocíclicos en los que un o o mas de los grupos CH restantes se reemplazan por nitrógenos.

Los compuestos de este tipo se pueden clasificar como aromáticos, porque comprende un sistema conjugado de 10 electrones π.

La indolizina posee una energía de resonancia significativa y su espectro de ultravioleta (UV) se parece al del naftaleno.

La síntesis se puede llevar a cabo por diferentes rutas. Una de ellas es la síntesis de Chichibabin.

Este método parte de una piridina con un grupo metileno activado en C2.

fig-16

La indolizina es un sólido sensible al aire de punto de fusión 75 ºC, que presenta algunas propiedades parecidas al pirrol.

Por ejemplo, es una base débil (pKa = 3.94) y el catión (I) más estable se forma por protonación en el C3 que equivale a la posición C2 del pirrol.

fig-17

La indolizina sufre sustitución electrófila preferentemente en la posición C3 y si esta se halla bloqueada, en C1.

El sistema anular se hidrogena preferentemente en el anillo de 6 miembros. Sin embargo, si la reducción se efectúa en medio ácido, el catión (I) se hidrogena selectivamente en el enlace doble C1—C2.

Heterociclos hexagonales con un oxígeno