Chimica organica - chimica eterociclica

XX HNHH 3 - 2 H ON NOO 2HO OHHB) XXEnammina(or anilina) OHOHH OHH HHH HO - 2 H OH N 2±H2 ±HOOO NH NH NN2 HO HIn condizioni fortemente ossidanti non si ha ossidazione all ’ anellopiridinico ma ai sostituenti in anello analogamente a quanto avviene conil benzene.L’ zoto piridinico è però suscettibiledi ossidazione fornendo ilcorrispondente N - ossidoLa principale differenza nella reattività della piridina rispetto al benzeneè che non subisce sostituzione aromatica elettrofila facilmenteSe si analizzano le formule di risonanza della piridina si vede come indiverse di esse vi sia una carica negativa sull ’ azoto.La piridina non reagisce nei confronti delle sostituzioni aromaticheelettrofile per due ragioni principali:1. L’ anello è elettron deficiente a causa della presenza dell ’ azoto (EWG)2. Il centro più nucleofilo della piridina è l’ atomo di azoto. Se unelettrofilo reagisce con l

’ azoto l’ anello diventa ancor pi ù elettron - povero e quindi ancor meno reattivo. Si ha reazione solo in condizioni molto drastiche.

La sostituzione avviene solitamente in posizione 3, che è la meno povera di elettroni. La presenza di gruppi elettron donatori attiva la molecola nei confronti degli elettrofili e le reazioni possono avvenire in condizioni più blande.

Se in 3 vi è un sostituente la posizione che viene attivata dipende dalla natura del sostituente: se è un forte gruppo attivante questo prevale (primo caso) se invece è poco attivante si ha la sostituzione in posizione meta (secondo caso).

Esercizio: quale è il prodotto maggioritario atteso nelle seguenti reazioni?

Le piridine non sono buoni substrati per le sostituzioni elettrofile per cui non sono inerti nei confronti dei nucleofili. Vi è una certa analogia tra la reattività delle piridine e quella dei composti carbonilici.

Addizione nucleofila di composti

organometallici e/o basi forti

Un nucleofilo carico reagirà con una 2 - alopiridina portando al prodotto di sostituzione.

Questo processo è assimilabile alla reazione di un acil cloruro con un nucleofilo.

Come qualsiasi reazione di addizione-eliminazione di derivati degli acidi carbossilici, si ha la formazione di un intermedio tetraedrico stabilizzato per risonanza, seguito dall'eliminazione dello ione Br- che ripristina il sistema aromatico.

Esercizio: 4 - alopiridine reagiscono facilmente con nucleofili. Proporre un meccanismo per la reazione seguente e spiegare perché la trasformazione avviene così facilmente.

Un esempio più sorprendente dell'addizione - eliminazione nucleofila è la sintesi delle 2 - amino piridine, ottenute per trattamento della piridina con sodio ammide.

La reazione avviene in maniera analoga alle 2- alopiridine, solo che in questo caso il gruppo uscente è uno ione idruro.

In questo caso la driving force che permette

Di eliminare unidruro è il ripristino dellaaromaticità del sistema. Lo ione idruro che viene eliminato reagisce con il nuovo gruppo amminico (pKa=35) e spostando a destra l'equilibrio. Gli alchil litio reagiscono nello stesso modo. In questo caso gli ioni idruro vengono eliminati con il work-up acquoso.

Non tutti i nucleofili reagiscono in posizione 2 alla piridina. In particolare nucleofili meno forti di un'ammina o un reagente organo litio non reagiscono con la piridina stessa ma con suoi derivati carichi positivamente quali un N-ossido e un sale di N-alchil piridinio. Di fatto si ha competizione tra la reattività in posizione 2 e l'addizione coniugata, analogamente a quanto avviene con gli enoni. L'addizione coniugata può anche avvenire su gruppi insaturi esociclici.

Con sistemi artificiali l'addizione avviene generalmente in posizione 2. La riduzione può proseguire portando alla tetraidropiridina.

Deprotonazione di alchil piridine

Alcune alchil piridine possono essere deprotonate in presenza di basi forti (pKa=20). Si genera un carbanione analogo ad uno ione enolato. Possono fornire reazioni di sostituzione o addizione a carbonili.

I derivati delle 2 - alchil piridine sono ancor più acidi. La reazioni con aldeidi fornisce il prodotto insaturo, analogamente a quanto avviene nella condensazione aldolica mista.

Le diazine manifestano reattività simili alla piridina.

La pirimidina è il più importante eterociclo di questo gruppo poiché questo sistema è alla base di tre delle basi degli acidi nucleici.

Timina Uracile Citosina

Questi derivati sono basi più deboli della piridina e praticamente inerti nei confronti delle sostituzioni elettrofile aromatiche. Al contrario sono molto più reattive nei confronti di basi e nucleofili, in particolar modo la pirimidina nella quale una posizione a in α.

naftalene e l' antracene possono subire più facilmente reazioni che compromettono l' aromaticità del sistema

Nei sistemi policiclici gli elettroni non sono dispersi equamente in tutte le posizioni come accade nel benzene.

La posizione 1, anche chiamata α, è molto più reattiva che la posizione 2, detta anche β, poiché l' intermedio che si forma è molto più stabilizzato per risonanza.

Infatti, nel primo caso possono essere scritte sette forme di risonanza e quattro di queste hanno un anello benzenico intatto. Per il secondo addotto le strutture sono molto meno.

Per cui naftaleni 1-sostituiti possono essere preparati agevolmente via sostituzione elettrofila aromatica.

Se l' elettrofilo è ingombrato la sostituzione in posizione 2 diventa importante (interazioni 1-8).

Durante la solfonazione, che è un processo reversibile, l' effetto di ingombro sterico è anche più marcato. Infatti il 2-

isomero può essere ottenuto come prodotto principale se la reazione viene condotta a elevata temperatura. Le sostituzioni successive dipendono dalla natura del sostituente attaccato all'anello. Per esempio, l'1-nitro naftalene fornisce l'1,5 e l'1,8-dinitro naftalene. Il primo sostituente disattiva il primo anello e la sostituzione avviene sull'altro. I sistemi aromatici policondensati sono più reattivi del benzene nei confronti dell'addizione e ossidazione. L'ossidazione dei derivati aromatici policondensati avviene facilmente e spesso il prodotto è un derivato chinonico. Il benzene non fornisce questa reattività e per avere un chinone dobbiamo ossidare il corrispondente idrochinone. Un arene può essere epossidato per dare sostanze che hanno proprietà carcinogeniche e mutagene. Molti areni, anche il benzene, in ambiente biologico possono subire epossidazione. Nell'uomo questo processo avviene.