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Síntesis de heterociclos por el método de las desconexiones o del sintón (página 2)

Enviado por Wilbert Rivera Muñoz


Partes: 1, 2

  • Modelo saturado

La desconexión directa C-Het, se presenta solo en algunos casos particulares, es más común, transformarlo previamente en un modelo a-insaturado o a-carbonilo, como se puede ver en el siguiente esquema:

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Proponer un diseño de síntesis, a partir de materiales simples y asequibles, para las siguientes moléculas:

MOb 65

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……

MOb 66

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……

MOb 67

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Análisis. La MOb 65, puede funcionalizarse previamente, hacia un modelo a-carbonílico o a un modelo insaturado, para encontrar moléculas precursoras, que puedan desconectarse con mayor facilidad.

La vía que se propone con la AGF, según (b), es la más adecuada, por requerir menos etapas, para la síntesis

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Síntesis. Se inicia con la acilación de Friedel – Crafts del benceno por un lado y por el otro con la bromación del, acetato de etilo, según H. V. Z.

Las siguientes etapas, requieren de un trabajo en medio básico y al final se procede a la hidrogenación de los centros insaturados para llegar a la MOb 65.

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Análisis. El enlace del N al carbono ß, en relación al grupo éster, (MOb 65) es orientador para pensar que el mismo se formó por una adición intramolecular conjugada de Michael, de una amina sobre un éster a, ß insaturado. La desconexión C- N, da origen a otras desconexiones comunes, hasta llegar a materiales de partida simples.

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Síntesis. El o- metil benzaldehído, puede prepararse, de ser necesario, por la reacción de Gattermann–Koch, sobre el ácido para-metil sulfónico.

El resto de reacciones, para la síntesis de la MOb. 66, permiten pensar que se producirán con un rendimiento aceptable en la síntesis.

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Análisis. Al igual que en el ejemplo anterior, el enlace C-O en la posición ß al grupo éster, en la MOb 67, sugiere desconectar por dicho enlace, que tendría que haberse formado por una reacción intramolecular de Michael de un alcohol sobre el a,ß insaturado CO.

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Síntesis. La síntesis de la Mob 67, requiere que se encare la misma por dos vía, por lo que resulta ser convergente y la última etapa, la formación del éter cíclico, requiere de una base, que transforme el alcohol en su alcóxido, que es más nucleófilo.

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  • Modelo a-insaturado

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Proponer un diseño de síntesis a partir de materiales simples y asequibles, para las siguientes moléculas:

MOb: 68

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MOb: 69

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MOb: 70

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MOb: 71

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Análisis. El proceso de desconexión de la MOB 68, puede encararse por dos alternativas. La (a), requiere la preparación de un compuesto intermedio 1,4-dicarbonilico y la (b) un compuesto intermedio ?- hidroxicetónico

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Síntesis. Las vías de desconexión, de la MOb 68, generan dos rutas de síntesis, igualmente válidas. Se propone un diseño en base a la alternativa de desconexión (b), el cual requiere en una de sus etapas la protección temporal del grupo cetónico

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Análisis. La desconexión del anillo furánico, conduce a un sintón o equivalente sintético 1,4-diCO, que se desconecta para producir un sintón electrofílico ilógico.

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Síntesis. El uso del LDA, es suficiente para garantizar el enolato de la acetofenona, como nucleófilo, para sustituir al halógeno de la cetona halogenada, por lo que no es necesario ejercer control sobre esta molécula La formación del furano, requiere de catálisis ácida.

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Análisis. La Mob 70 es un derivado piridínico, característico de la síntesis de piridinas de Hansch, es decir, se deberá formar el ciclo piridínico a partir de una aldehído y dos moles de compuesto 1,3- diCO y oxidar la dihidroquinona intermedia formada.

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Síntesis: El cetoéster necesario, para reaccionar con el benzaldehído, se prepara previamente, por la condensación de Claisen del acetato de etilo. Y como oxidante en el último paso, para formar la Mob 70, se puede utilizar el DDQ.

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Análisis. La MOB 71 presenta un anillo piridínico como sustituyente sobre un quinolina. De tal manera que se inicia el retroanálisis por la estructura piridínica de la quinolina.

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La desconexión simultánea, sobre la cetona y la amina, muestran a la anilina y el compuesto carbonílico que se condensaron. Como es poco probable la introducción del anillo bencénico en una piridina, se toma la estrategia de construir el anillo piridínico a partir de derivados acetiluros apropiados.

Síntesis. Los ésteres nitrílicos, conjuntamente el m-nitrobenzaldehido, permiten la ciclación intermolecular, para formar un derivado hidropiridínico que se oxida a piridina con HNO3 conc.

Luego el grupo nitro, permite construir el anillo piridínico de la quinoleina, por reacciones de condensación con un compuesto diCO adecuado.

La etilación del grupo amino, permite formar la MOb 71.

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  • Modelo a-carbonilo

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Proponer un plan de síntesis, a partir de materiales simples, para las siguientes moléculas:

MOb: 72

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MOb: 73

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MOb: 74

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Análisis. La MOb 72, una tetrahidropiranona, se desconecta por el enlace S-CO. Las siguientes IGFs, permiten formar un precursor 1,5-diCO, que desconectado, proporciona los materiales de partida

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Síntesis. La condensación de Michael entre el éster a, ß –insaturado y el acetaldehído en medio básico, forma el 1,5-aldehidoéster, que luego de ser reducido el grupo CHO a alcohol con tioúrea es posible tener lamolécula precursora que actuará sobre el grupo éster, para formar la MOb 72.

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Análisis. La desconexión del enlace amido de la lactama, genera la primera molécula precursora que es un ?. aminoéster, que se forma entre una amina primaria y el ?-bromoéster y consiguientemente el ?-hidroxiéster, que se reacciona entre el enolato del acetato de etilo y un epóxido como materiales de partida simples y asequibles.

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Síntesis: El epóxido y acetato de etilo son los reactivos que reaccionan para formar el ?-hidroéster.

El OH se sustituye por bromo con PBr3 y ésta reacciona con metilamina para, formar la molécula precursora que se cierra en un anillo lactámico, para formar la MOb73.

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Análisis. La MOB 74, es el fármaco quimioterápico, Gram (-) ROSOXACIN, que por un IGF, forma una lactama con un ciclo de cinco eslabones, que al ser desconectado, forma una molécula precursora amino éster derivada de un nitroéster.

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El nitroéster es un aducto que se puede formar a partir de un dienófilo nitro y un dieno. El dieno requiere para su formación de una reacción de Wittig.

Síntesis. Inicialmente se aprovecha la condensación de un aldehído aromático con nitrometano; para reducir el grupo nitro, se protegen los grupos OH.

La preparación del aminoéster intermediario, procede por reacciones simples, así como la formación de la lactama de cinco eslabones. La lactama es sometida a reducción selectiva con LiAlH4, para producir la MOb 74.

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1.2. El grupo ciano en la síntesis de heterociclos

La polaridad del enlace C-N del grupo ciano hace que este reactivo pueda reacciona con nucleófilos y electrófilos, originando heterociclos con uno o varios heteroátomos en el anillo

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Así, es muy común observar la participación del grupo nitrilo en ciclaciones intramoleculares, cuando en la misma molécula se cuenta con un extremo electrofílico o nucleofílico.

Proponer un plan de síntesis, a partir de materiales simples, para las siguientes moléculas:

MOb: 75

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MOb: 76

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Análisis. La MOb 75, presenta en un de los heterociclos, la estructura de la guanidina y en el otro heterociclo se tiene una estructura saturada, que puede transformarse a una lactama.

Se inicia con este último y luego se desconecta por la estructura de la guanidina, obteniéndose un precursor hidroxinitrilo lactámico, que puede producir una estructura dilactámica, el cual se desconecta por el.enlace N-CO, para formar una molécula 1,5-diCO, que desconectado conduce a los materiales simples para la síntesis

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Síntesis: La Condensación del tipo aldólico de los materiales de partida conduce a un compuesto 1,5 diCO, que con NH3, forma el primer ciclo dilactámico capaz de combinarse con la guanidina para formar el segundo heterociclo. El grupo CN, es muy importante en la segunda ciclación.

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Finalmente la reducción de los grupos C=O, conduce a la MOb 75.

Análisis. Se toma en cuenta el enlace C-N de aminas, para la primera desconexión, de la MOb 76, posteriormente se continúa con la desconexión simultánea de un H y un Br.

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Las operaciones de síntesis previstas conducen hacia una molécula precursora con dos grupos CN, que se desconectan en un dihaluro y dos moles de HCN.

Síntesis. El malonato de dietilo como material de partida, sirve para la preparación del dihaluro requerido, el cual se combina con HCN.

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A este sistema, se adiciona HBr y luego siempre en medio ácido se produce la ciclación, para formar la MOb 75

1.3. Heterociclos con varios heteroátomos

El proceso de desconexión para moléculas con varios heteroátomos, puede realizarse para cada enlace carbono-heteroátomos, de acuerdo a los modelos anteriormente estudiados o simultáneamente, para lo cual se utilizan reactivos poliheteroatómicos asequibles.

  • Heteroátomos a distancia (1, 2).

Los reactivos más representativos y usuales de estas características son, las hidrazinas e hidrazinas sustituidas, así como la hidroxilaminas.

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Hidrazina

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Hidroxilamina

Proponer un diseño de síntesis para las siguientes moléculas:

MOb: 77

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pirazoles

…..

MOb. 78

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isoxazoles

…..

Mob 79:

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piridacinas

Análisis: La MOb 77, derivado del pirazol, se desconecta directamente por los enlaces C-N, para generar precursores simples como la hidrazina y un compuesto 1,3-diCO.

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Síntesis. El acetato de metilo, es un buen precursor para formar el compuesto 1,3-diCO, el cual se combina con la hidrazina para generar la MOb 77.

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Análisis. La MOb 78, derivado del isoxazol, se desconecta por los enlace C-N y C-O, para encontrar las moléculas precursoras, que se han combinado para formar el Heterociclo.

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Síntesis. La bezofenona y el benzoato de etilo permiten formar el 1,3-diCO requerido, para reaccionar en medio ligeramente ácido con la hidroxilamina y luego de agregar el NaH, se da la ciclación, que requiere de mayor ácido para deshidratar y producir finalmente la MOb 78.

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Análisis: La MOb 79, es un derivado de la diacina, que por desconexión C-N simultánea, permite asegurar que la cicloadición se ha producido entre la hidrazina y un compuesto 1,4-diCO.

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Síntesis: La butanona permite crear el compuesto 1,4-diCO, que luego se combina con la hidrazina, para formar una hidrodiacina, que oxidada con DDQ, genera la MOb 79

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  • Heteroátomos a distancia (1,3)

Los reactivos más significativos que contienen los heteroátomos a una distancia 1,3 o se hallan intercalados uno respecto del otro son: La úrea y sus derivados, las guanidina y derivados, la tioúrea y derivados, las amidinas y derivados, y por último, la cianamida sódica.

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úrea

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guanidina

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tioúrea

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amidinas

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Cianamida sódica

Proponer un plan de síntesis para las siguientes moléculas:

Mob 80

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MOb: 81

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MOb: 82

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Análisis. En la MOb 80, puede visualizarse la estructura de la úrea, lo que invita a proponer dos desconexiones C-N, simultáneas

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Síntesis. Se parte con una condensación de Claisen-Schmidt, entre un éster y un aldehído, para luego combinar el producto con la úrea, por la reacción de Michael, para arribar a la MOb 80

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Análisis. Inicialmente se efectúa una RGF en la MOb 81, para generar un precursor portador del grupo guanidina, razón por la cual se efectúa una desconexión simultánea C-N, para continuar la desconexión por la enamina formada. La relación 1,5-diCO, es la mejor para continuar desconectando y produciendo estructuras con relaciones dioxigenadas en 1,3. Se arriba así a moléculas simples, como materiales de partida

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Síntesis. Las condensaciones de Claisen y Claisen –Schmidt, permiten obtener un intermediario clave, que se transforma fácilmente en un diéster, que luego de la hidrólisis, se combina con el SOCl2, para formar una molécula dihalogenada que con amoníaco se transforma en una diamida.

La reacción intramolecular del producto anterior, produce el sustrato adecuado que reacciona con la guanidina. El producto así formado, luego es sometido a un "proceso de aromatización", con DDQ, para formar la MOb 81.

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Análisis. Un tautómero de la MOb 82, permite ver, la estructura de la tioúrea. Se desconecta por C-N y C-S, para formar los intermediarios, tioúrea y una alfa-bromocetona, la misma que conduce a un compuesto, de partida, 1, 6-diCO que se reconecta, para llegar a la ciclohexanona, como material de partida.

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Síntesis. La ciclohexanona es el material de partida simple que luego de varias reacciones, es abierto por ozonólisis en medio de sulfuro de dimetilo, para producir un compuesto 1,6-diCO, que en medio básico se condensa, para dar la cetona indicada, para su bromación y posterior reacción con la tioúrea y así formar la MOb 82.

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  • Heteroátomos a distancia (1, 4):

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etilendiamina

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o-fenilendiamina

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X = O, S

Proponer un diseño de síntesis, para las siguientes moléculas:

MOb: 83

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…..

MOb: 84

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…..

MOb: 85

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Análisis. Se procede a la desconexión directa de los enlaces imínicos de la MOb 83. Lo cual produce dos estructuras de moléculas precursoras, cuyas síntesis son simples.

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Síntesis. La condensación benzoínica del benzaldehído, permite llegar al compuesto dicarbonílico necesario, para combinarse con el o-fenilendiamina, preparada por amonólisis del pirocatecol, para formar la MOb 83

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Análisis. Nuevamente en la MOb 84 puede distinguirse la estructura de una tioúrea, por lo cual se desconecta por los enlaces C-N. La funcionalización del equivalente sintético bromado, permite arribar a estructuras con relaciones dioxigenadas, fáciles de manejar en sus desconexiones. Así el malonato de dimetilo puede ser un material de partida.

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Síntesis. Se aprovecha la mayor reactividad de la cetona respecto al éster, para formar la enamina, con NH3, que luego cicla, intramolecularmente, para llegar a una estructura tautomérica que es bromada, para combinarse luego con la tioúrea y formar de este modo la MOb 84

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Análisis. La MOb 85, un derivado pirazínico, se funcionaliza para llegar a un precursor que contiene dos grupos imínicos. La desconexión por los mismos, permite observar que es un alfa amino éster, la molécula que se autocondensa

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Síntesis. Se recurre a la síntesis de Strecker, para formar el aminoéster requerido, el cual se condensa en medio básico. El Et3ONF4, permite llegar al compuestos diimínico que es luego oxidado o aromatizado por el. DDQ, para llegar a formar la MOb 85.

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Ciclación intermolecular

  • Ciclaciones 1,3-dipolares

Estas reacciones normalmente forman anillos heterocíclicos de cinco eslabones, para lo cual es necesario la reacción entre un compueston1,3 dipolar y un alqueno. La reacción es una cicloadición [3-2]. Los compuestos 1,3-dipolares que más uso de han hecho para formar heterociclos pentagonales son: Las azidas, los diazoalcanos, el óxido nitroso, las iminas de nitrilo, los óxidos de nitrilo, las iminas de azometileno, los compuestos azoxi, los iluros de azometano, las nitronas, los óxidos de carbonilo y el ozono.

Son bastante comunes, las ciclaciones y desconexiones que se indican a continuación, lo que muestra la amplia gamma de reactivos 1,3-dipolares y sus estructuras de resonancia o tautómeros utilizados en el propósito de formar heterociclos pentagonales.

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El mecanismo de la reacción 1,3-dipolar generalmente aceptado, responde a una reacción concertada

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Proponer un plan de síntesis, para las siguientes moléculas:

MOb: 86

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(Ejem. de isoxazoles)

……….

MOb: 87

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(Ejem. de triazoles)

……..

MOb: 88

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(Ejem. de tetrazoles)

Análisis. La MOb 86, es un derivado del isoxazol. Su desconexión puede orientarse a la utilización de un óxido de nitrilo y un derivado acetilénico.

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Síntesis. El óxido de nitrilo se puede preparar a partir de nitrometano por la reacción de Mukaiyama. El derivado acetilénico, a partir del benzaldehído, haciendo crecer la cadena con insaturación, previamente, con la reacción de Wittig. El dieno polar y el dienófilo formado, se combinan según Diels-Alder, para formar la MOb 86.

..

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Análisis. La MOb 87, un derivado del triazol, puede desconectarse conforme a la reacción de Diels-Alder, lo que permite proponer moléculas de partida sencillas

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Síntesis. El azida de sodio y el acetileno son buenos materiales de partida para preparar la

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MOb 87.

Análisis: El derivado de tetrazol,MOb 88, se desconecta para generar precursores azidas y nitrilos que se combinan en una cicloadición heteromolecular para formar un aducto heterocíclico-

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  • Reacción de Diels-Alder heteronuclear[2]

Cuando en la reacción de Diels-Alder, se sustituye un átomo de carbono por un heteroátomo en el dieno o el dienófilo de la reacción, se forma una aducto heterocíclico de seis miembros, al menos con un heteroátomo en el anillo.

Se aplican todas las consideraciones teóricas y de reactividad, estudiadas para la reacción de Diels-Alder de formación de aductos carbocíclicos.

Heterodienos:

Son buenos heterodienos, los aldehídos y cetonas conjugadas, 1-azadienos y 2-azadienos. Los aldehídos y cetonas conjugadas producen anillos piránicos, la reacción es facilitada por ácidos de Lewis o un aumento de la presión, así como la presencia de un grupo electrón.

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atrayente sobre el alqueno

Heterodienófilos más comunes en la reacción de Diels-Alder:

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Aldehídos, cetonas

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iminas

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nitrilos

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Tioaldehidos, tiocetonas, tioésteres, tiofosgeno

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Comp azocarbonilicos

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nitrosocompuestos

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sulfinilaminas

Heterodienófilos:

Los aldehídos, cetonas y aldehídos si son deficitarios en electrones, reaccionan en condiciones suaves, caso contrario requieren condiciones de presión y temperatura elevadas o catalizadores tipo ácidos de Lewis. Estos heterodienófilos permiten la formación de sistemas piránicos, útiles en la preparación de precursores acíclicos de varios fármacos, como es el caso de loa antibióticos macrocíclicos.

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…………………..

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Debido a la inestabilidad de las iminas, éstas se preparan in situ a pesar de ser menos utilizadas como heterodienófilos que las cetonas y aldehídos. Los grupos aceptores en las iminas las hacen más estables y permiten la formación de hidropiridinas.

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Heterodienos más comunes en la reacción de Diels-Alder:

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Comp. Carbonílicos a,ß insaturado, meturo de quinonas

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Iminas y dimetilhidrazonas a,ß-insaturadas

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N-vinil y N-ariliminas, oxazoles, 1,2,4-triazinas

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1,2,4,5-tetrazinas

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azoalquenos

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nitrosoalquenos

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N-aciliminas

Proponer un diseño de síntesis para las siguientes moléculas:

Mob 89

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…..

Mob: 90

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….

Mob: 91

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MOb: 92

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MOb: 93

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MOb 94

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Análisis. La MOb 89 presenta la estructura de un típico aducto, formado por la reacción de Diels – Alder, razón por la cual se propone una desconexión retro-Diels- Alder, con lo que se producen un dieno y un heterodienófilo como precursores adecuados para encarar la síntesis.

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Síntesis. La reacción de Wittig sobre el benzaldehído, permite formar el dieno. El heterodienófilo se forma por una reacción de acilación de Friedel-Crafts, sobre el benceno. Dieno y dienófilo se combinan con un calentamiento suave para formar la MOb 89

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Análisis. La MOb 90 tiene la estructura de un hetero aducto de Diels-Alder, por lo que se procede a una desconexión retro Diels-Alder. Luego las moléculas precursoras ya son fáciles de sintetizar directamente

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Síntesis. Se combinan las reacciones de Wittig y oxidación de Reilly, cuidando de activar el heterodienófilo para efectuar la reacción de Diels-Alder y llegar a la MOb 90.

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Análisis. La desconexión inicial de la MOb 91, puede seguir el camino de una retro-Diels-Alder, lo que origina un dieno común y un heterodieno, que son luego desconectados para arribar a precursores simples.

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Síntesis. El heterodieno, se forma por condensación entre la cetona y el formaldehído. El dienófilo se forma por condensación aldólica del acetaldehído, que luego forman la MOb 91.

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Análisis. La MOb 92, derivado piridínico, se funcionaliza hacia un aducto, donde se desconecta según r-D-A. La desconexión del heterodieno, produce moléculas sencillas de partida, el dienófilo es un derivado acetilénico.

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Síntesis. El heterodieno, se prepara por condensación entre la amidina y el ácido glioxílico, para combinar luego el producto, con el dienófilo. El aducto formado se aromatiza con DDQ, para formar la MOb 92

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Análisis. La MOb 93, se desconecta por r-D-A. El dieno es el ciclopentadieno y el heterodienófilo una imina, que por desconexión llega al benzonitrilo, como material de partida.

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Síntesis. La imina formada actúa como dienófilo y se combina con el ciclopentadieno para formar la MOb 93

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Análisis. En el tautómero de la MOb 94, se procede a desconectar según r-D-A. El dieno formado se tautomeriza para proceder a la desconexión, como un a,ß-insat.CO y luego se continua desconectando como 1,5-diCO.

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Síntesis. La imina de la anilina se combina con el dieno que es un tautómero del a, ß-insat. CO, para formar un aducto, que resulta ser un tautómero de la MOb 94

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  • Cicloadiciones

Las cicloadiciones más estudiadas, son las que ocurren entre compuestos heterocíclicos pentagonales como los oxazoles y algunos dienófilos, que pueden combinarse con ellos por adición electrocíclica y una posterior eliminación de una molécula pequeña, para producir anillos piridínicos. Ejemplos:

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Problemas

Proponer un diseño de síntesis, a partir de materiales simples y asequibles para las siguientes moléculas:

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Referencias bibliográficas

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  • 3. ALCUDIA F. et.al. "Problemas en Síntesis Orgánica". Edit. Alambra S.A. Madrid. 1978

  • 4. BORRELL J.I. "Introducción al Análisis Retrosintético". Laboratori de Sintesi. Grup d"Enginyería Molecular (GEM). Institut Químic de Sarriá, Universitat Ramon Llull. España. (Diapositivas de apoyo para Clases)

  • 5. CASON J. Química Orgánica Moderna. Urmo S.A. Ediciones. 1975

  • 6. ESCOBAR G.A. Curso de Síntesis Orgánica en línea. Universidad de Antioquia.

  • 7. FONT A. M. Apuntes de Química Farmacéutica I. Facultad de Farmacia Universidad de Navarra

  • 8. FOX M.A.-WHITSELL J. "Química Orgánica". 2da. Edición. Edit. Pearson Educación 200

  • 9. KOCOVSKY P. Organic Syntesis 1 (Level 3)

  • 10. MAHLER G. Apuntes de Síntesis de Fármacos. Heterociclos. 2006

  • 11. McMURRY J. "Química Orgánica". 6ta. Edición. Edit. Thomson. 2004.

  • 12. MONSON R.S. Advanced Organic Síntesis. Methods and Techniques. Dpto de Chemistry Californis State. College Hayward. Academic. Press. New Cork an London. 1971

  • 13. RAVELO S. J.L. Compuestos Heterocíclicos. Tema 9.

  • 14. RIVERA M. W. Síntesis de Fármacos. Apuntes de Clase UATF. 2009

  • 15. _____________. Síntesis de Compuestos Heterocíclicos (el método del sintón). Apuntes de Clase. UATF. 2008

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Sitios Web de referencia:

http://www.washburn.edu/cas/chemistry/sleung/o_chem_online_problems/pdf_files/

http://www.drugfuture.com/OrganicNameReactions/ONR153.htm

http://www.anpro.com/support/MSDS.pdf

http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol60/volume60.pdf

http://www.organic-chemistry.org/Highlights/

http://www.organic-chemistry.org/reactions.htm

 

 

 

 

 

 

 

Autor:

Wilbert Rivera Muñoz

Potosí -o- Bolivia

(UATF) 2009

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[1] BORRELL J.I. "Introducción al Análisis Retrosintético". Cap. 8.Laboratori de Sintesi. Grup d€™Enginyería Molecular (GEM). Institut Químic de Sarriá, Universitat Ramon Llull. España. (Diapositivas de apoyo para Clases)

[2] Otto Paul Hermann Diels (1876 €“ 1954. Químico alemán. Estudió química en la Universidad de Berlín entre 1895 y 1899, consiguiendo el doctorado este año. Profesor y jefe del departamento de química en la Universidad de Berlín. En 1916, tomó el puesto de profesor de Química en la Universidad de Kiel, cargo que no dejó hasta su jubilación en 1945. En 1906 descubrió el anhídrido malónico.  Investigó en reacciones de deshidrogenación con selenio.  Síntesis de ?-dicetonas. Pero su trabajo más importante es la reacción de Diels – Alder. En 1950 recibió el Premio Nobel junto a Kurt Alder

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