Post on 29-Aug-2019
NITROCOMPUESTOS
NITROCOMPUESTOS
Importancia
El cloranfenicol es un antibiótico
Fue obtenido por primera vez de una bacteria del suelo de la familia de los actinomicetales, Streptomyces venezuelae, más tarde se elaboraría a partir de otras especies de Streptomyces y en la actualidad se produce por síntesis.
2-Nitrofenol es una feromona de agregación de garrapatas
Las feromonas son sustancias químicas secretadas por los seres vivos con el fin de provocar comportamientos específicos en otros individuos, con frecuencia de la misma especie
Compuestos nitro alifáticos encontrado en la naturaleza
Ácido 3-nitropropiónico encuentra en hongos y plantas (Indigofera)
Nitropentadeceno es un compuesto de defensa que se encuentra en las termitas
Estos compuestos se nombran considerando
al grupo -NO2 como un sustituyente nitro
nitrometano
nitrobenceno
Nitro Compuestos alifáticos
Nitro Compuestos aromáticos
Nomenclatura de los Nitro Compuestos
nitroetano
1-Nitronaftaleno
(-Nitronaftaleno)
Ácido orto-nitrobenzoíco
(ácido 2-nitrobenzoíco)
El átomo de nitrógeno es trigonal plano con ángulos de
enlace de 120°. Hay dos formas resonantes que
implican que los dos átomos de oxígeno son
equivalentes
Estructura
Efectos electrónicos
Los grupos nitro son grupos electroatractores, tanto por efecto inductivo, -I, como por efecto resonante, -R. Esto significa que tanto el enlace C-N y el sistema π están fuertemente polarizados
Efecto -R
El grupo -NO2 en el nitrobenceno hace sentir su efecto por resonancia –R en las posiciones orto y para a través de los enlaces π. También opera el efecto –I, pero este es menos obvio
Efecto -I
Debido al efecto inductivo -I en el enlace σ, los valores
de pKa de los ácidos carboxílicos conteniendo al grupo
nitro se ven afectados:
Propiedades físicas
Al comparar a los nitrocompuestos con otros
compuestos aromáticos que tengan el mismo peso
molecular, se observa e.g. un incremento en el
punto de ebullición fuera de proporción:
Propiedades físicas
SUMA DE VECTORES
SE ANULAN LIGERAMENTE LOS
VECTORES
SE ANULAN LOS VECTORES,
SIN EMBARGO LA MOLÉCULA
ES POLAR
Punto de ebullición
CÁLCULOS SPARTAN
CELDA
UNITARIA
ESTRUCTURA CRISTALINA
Punto de fusión
Los nitrocompuestos son insolubles en agua, a
menos que contengan dentro de su estructura un
grupo que interaccione con ella:
Propiedades físicas. Solubilidad
Síntesis de Nitro-Compuestos
Los nitro compuestos alifáticos se sintetizan por:
Nitración en fase gaseosa de alcanos
Reacción SN2 de nitrito sobre halogenuros de alquilo
Nitración electrofílica de aniones enolato
Oxidación de aminas con perácidos
Nitración en fase gaseosa de alcanos
Síntesis de Nitro-Compuestos
Este es un proceso industrial que ocurre a través de
radicales libres y que involucra al radical NO2
Síntesis de Nitro-Compuestos
Nitración en fase gaseosa de alcanos
Síntesis de Nitro-Compuestos
64 %
NHPI = N-hidroxiftalimida
Cuando se hace reaccionar al nitrito de sodio (el cual
actúa como un nucleófilo ambivalente, a través del O o
del N como nucleófilos) se obtienen dos productos: un
nitro compuesto o bien un éster nitrito
Reacción SN2 de nitrito sobre halogenuros de alquilo
Síntesis de Nitro-Compuestos
Reacción SN2 de nitrito sobre halogenuros de alquilo
Síntesis de Nitro-Compuestos
El uso de nitrito de plata produce únicamente el
nitro compuesto
El AgNO2 es insoluble en éter, por lo que se evitan reacciones laterales
Síntesis de Nitro-Compuestos
Reacción SN2 de nitrito sobre halogenuros de alquilo
AgNO2
Et2O
N
O
O
80 %
Br +
0 a 25 Co
AgNO2
Et2O
Cl +
0 a 25 Co
AgNO2
Et2O
N
O
O
82 %
I +
0 a 25 Co
NO HAY REACCIÓN
Síntesis de Nitro-Compuestos
Reacción SN2 de nitrito sobre halogenuros de alquilo
Síntesis de Nitro-Compuestos
Reacción SN2 de nitrito sobre halogenuros de alquilo
Síntesis de Nitro-Compuestos
El uso de los aniones enolato de compuestos con
metilenos activos, forman un producto muy estable
debido a la formación de un quelato con el contraion
Nitración electrofílica de aniones enolato
Síntesis de Nitro-Compuestos
Nitración electrofílica de aniones enolato
Síntesis de Nitro-Compuestos
Oxidación de aminas con perácidos
Los nitro compuestos se pueden obtener por
medio de la oxidación de aminas con perácidos
Síntesis de Nitro-Compuestos
Oxidación de aminas con perácidos
Síntesis de Nitro-Compuestos
Oxidación de oximas con perácidos
Síntesis de Nitro-Compuestos
Nitro compuestos aromáticos
Estos son sintetizados por medio de la reacción de
sustitución electrofílica aromática (SEA) con iones NO2+
como electrófilos
Síntesis de Nitro-Compuestos
(mezcla sulfonítrica)
MEZCLAS NITRANTES
HNO3 (FUMANTE) + H2SO4 (FUMANTE)
MEZCLA USADA PARA LLEVAR A CABO LA NITRACIÓN SOBRE
ANILLOS DISUSTITUÍDOS O TRISUSTITUÍDOS
(10 % DE SO3) (95 A 100 %)
(10 % DE SO3) (95 A 100 %)
HNO3 (FUMANTE) + H2SO4 (FUMANTE)
MEZCLAS NITRANTES
(10 % DE SO3) (95 A 100 %)
HNO3 (FUMANTE) + H2SO4 (FUMANTE)
MEZCLAS NITRANTES
(98 %) (65 A 70 %)
HNO3 (CONCENTRADO) + H2SO4 (CONCENTRADO)
d = 1.4 A 1.42 g/mL d = 1.84 g/mL
MEZCLAS NITRANTES
(98 %) (65 A 70 %)
HNO3 (CONCENTRADO) + H2SO4 (CONCENTRADO)
d = 1.4 A 1.42 g/mL d = 1.84 g/mL
MEZCLAS NITRANTES
(98 %) (65 A 70 %)
HNO3 (CONCENTRADO) + H2SO4 (CONCENTRADO)
d = 1.4 A 1.42 g/mL d = 1.84 g/mL
MEZCLAS NITRANTES
(98 %)
KNO3 + H2SO4 (CONCENTRADO)
d = 1.84 g/mL
MEZCLAS NITRANTES
(98 %)
KNO3 + H2SO4 (CONCENTRADO)
d = 1.84 g/mL
MEZCLAS NITRANTES
(95 A 100 %)
HNO3 (FUMANTE) + Ac2O
MEZCLAS NITRANTES
(95 A 100 %)
HNO3 (FUMANTE) + Ac2O
MEZCLAS NITRANTES
HNO3 (CONCENTRADO) + AcOH
(65 A 70 %)
d = 1.4 A 1.42 g/mL
MEZCLAS NITRANTES
Condiciones más suaves
El grupo controla
la regioquímica
HNO3 (CONCENTRADO) + AcOH (65 A 70 %)
d = 1.4 A 1.42 g/mL
MEZCLAS NITRANTES
PROBLEMAS
MEZCLAS NITRANTES
PROBLEMA
¿Cómo se podrían obtener
los 3 isómeros del
cloronitrobenceno?
REACIONES DE NITROCOMPUESTOS
ÁCIDO-BASE
Formación de Aniones
Las bases conjugadas, se forman con facilidad
cuando se tratan con una base fuerte. Dichos
aniones se encuentran estabilizados por
resonancia (aniones nitronato):
MeNO2 pKa = 10.2
REACIONES DE NITROCOMPUESTOS
H2O pKa = 14.0
REACIONES DE NITROCOMPUESTOS
Reacción de Henry
Esta es una reacción análoga a la reacción Aldólica
Henry, Louis. Compt. Rend., 1895, 120, 1265.
MECANISMO REACCIÓN DE HENRY
ELIMINACIÓN E1BC
Si el aldehído es alifático, se necesita utilizar
anhídrido acético para llevar a cabo la eliminación
MECANISMO REACCIÓN DE HENRY
REACCIÓN DE HENRY
(+)-NME =
(+)-N-metilefedrina
DIPEA = (iso-Pr)2EtN
Organocatalyzed diastereoselective Henry reaction of enantiopure 4-oxoazetidine-2-carbaldehydes Benito Alcaide, Pedro Almendros, Amparo Luna, M. Paz de Arriba and M. Rosario Torresc ARKIVOC 2007 (iv) 285–296
A New Copper Acetate-Bis(oxazoline)-Catalyzed, Enantioselective Henry Reaction
D. A. Evans, D. Seidel, M. Rueping, H. W. Lam, J. T. Shaw, C. W. Downey, J. Am.
Chem. Soc., 2003, 125, 12692-12693.
Cloruro de cetiltrimetilamonio (CTACl)
SmI2 = yoduro de samario
Indium-Catalyzed Henry-Type Reaction of Aldehydes with Bromonitroalkanes R. G. Soengas, A. M. S. Silva, Synlett, 2012, 23, 873-876.
Efedrina (EPH) es una amina simpatomimética que se usa comúnmente como un estimulante, un supresor del apetito, descongestionante y para tratar la hipotensión asociada con la anestesia. La efedrina es similar en estructura a los derivados sintéticos de la amfetamina y la metamfetamina. Químicamente es un alcaloide que se deriva de varias plantas del genero Ephedra (familia Efedraceae)
Los aniones nitronato por si mismos pueden actuar
como nucleófilos ambidientes que pueden actuar
tanto por el C (nucleófilo suave) o por el O (nucleófilo
fuerte). Estos centros reaccionarán con electrofilos
(suaves o duros, respectivamente).
NUCLEÓFILOS AMBIDIENTES
La adición de Michael es una adición conjugada al doble enlace de
un centro ácido suave de un éster, siendo el grupo carbonilo el
centro ácido duro
Adición de Michael
Arthur Michael, nació en Buffalo, New York
REACCIÓN DE MICHAEL
Ionic Liquid as Catalyst and Reaction Medium. The Dramatic Influence of a Task-Specific Ionic Liquid, [bmIm]OH, in Michael Addition of Active Methylene Compounds to Conjugated Ketones, Carboxylic Esters, and Nitriles B. C. Ranu, S. Banerjee, Org. Lett., 2005, 7, 3049-3052.
Asymmetric Synthesis of γ-Nitroesters by an Organocatalytic One-Pot Strategy
K. L. Jensen, P. H. Poulsen, B. S. Donslund, F. Morana, K. A. Jørgensen, Org. Lett., 2012, 14, 1516-1519.
Optimization of the Catalytic Asymmetric Addition of Nitroalkanes to Cyclic Enones with trans-4,5-Methano-L-proline
S. Hanessian, Z. Shao, J. S. Warrier, Org. Lett., 2006, 8, 4787-4790.
John Ulric Nef
1862-1915
John Ulric Nef (Johann Ulrich Nef) nacio en suiza y sus padres emigraron a norteamerica. Descubrío la reacción que lleva su nombre
REACCIÓN DE NEF
REACCIÓN DE NEF REACCIÓN DE MICHAEL
67 %
65 %
1) Na°, CH3OH, 25 °C
2) H2SO4, CH3OH, -50 °C
REACCIÓN DE NEF REACCIÓN DE MICHAEL
Este comportamiento, ambivalente se puede ver en la
reacción Nef
REACCIÓN DE NEF
REACCIÓN DE NEF
REACCIÓN DE NEF
Simple Conversion of Nitro Group Into Carbonyl Group Synthetic Communications, 1998, 28(16), 3057-3064.
Paolo Ceccherelli,† Massimo Curini, Maria Carla Marcotullio, * Francesco Epifano and Ornelio Rosati
REACCIÓN DE NEF
Sustrato Producto Rendimiento
(%)
Nitrociclohexano (15) Ciclohexanona (9) 81
5-Nitro-2-hexanona (26) 2,5-hexanodiona (12a) 75
Etilencetal de la 5-Nitro-2-
hexanona (37)
Mono-etilidencetal de la 2,5-
hexanodiona (137) 87
5-Nitro-2-hexanol (48) Materia prima
5-acetoxi-2-nitrohexano (5) 5-acetoxi-2-hexanona (14) 93
5-Nitro-2-hexanol TBDMS éter (6) 5-hidroxi-2-hexanona TBDMS éter
(15) 88
3-(1-Nitroetil)-ciclohexanol (79) 3-Acetilciclohexanol (16) 85
1-Nitrohexano (85) Ácido hexanoíco (17a) 98
4-Nitro-2-butanol (910) Ácido 3-Hidroxibutírico (1812) 70
Fenilnitrometano (1011) Ácido benzoíco (19a) 91
a Los productos de la reacción se caracterizaron por comparación con una
muestra auténtica (espectros de IR, RMN-1H y por datos de GC-MS).
b Rendimiento del producto aislado.
EFECTO DEL HETEROÁTOMO
MECANISMO DE LA OXIDACIÓN DE UN ALDEHÍDO CON OXONO
REACCIÓN DE NEF
Unprecedented, selective Nef reaction of secondary nitroalkanes promoted by DBU under basic homogeneous conditions R. Ballini, G. Bosica, D. Fiorini, M. Petrini, Tetrahedron Lett., 2002, 43, 5233-5235
KMnO4 Mediated Oxidation as a Continuous Flow Process J. Sedelmeier, S. V. Ley, I. R. Baxendale, M. Baumann, Org. Lett., 2010, 12, 3618-3621.
REACCIÓN DE NEF
A New Method for the Conversion of Nitro Groups into Carbonyls JOHN E. McMURRY AND JACK MELTON, J . Org. Chem., 1973, Vol. 38, [66], 4367-4373.
El método reductivo permite obtener oximas, las cuales pueden hidrolizadas a los compuestos carbonílicos correspondientes. El titanio (III) permite reducir el enlace N-O, ya que el titanio muestra una fuerte afinidad hacia el oxígeno, lo cual facilita la hidrólisis completa para que ocurra la conversión
REACCIÓN DE NEF
REACCIÓN CON TICl3, RUPTURA EDUCTIVA
REACCIÓN REDOX. FORMACIÓN DE LA OXIMA
REACCIÓN DE HIDRÓLISIS DE LA OXIMA
Et2O·BF3 + 2 Et2O + 3 C2H3(O)CH2Cl → 3 Et3O+BF4- + B[(OCH(CH2Cl)CH2OEt]3
Hans Meerwein (Mayo 20, 1879, Hamburgo, Alemania – Octubre 24, 1965, Marburgo, Alemania)
Hans Meerwein alrededor de sus estudiantes, debajo de los doctores Graeb, Bieker, Müller, Haffner, Gies, von Rinteln y otros. La fotografía proviene de la herencia del famoso químico.
O-ALQUILACIÓN DE UN ANIÓN NITRONATO CON
EL REACTIVO DE MEERWEIN
La O-alquilación es posible con un agente alquilante
duro como el reactivo de Meerwein que actúa como
una fuente de Me+
La naturaleza ambidiente del grupo nitro hace que
éste sea un reactivo muy versátil
O
NCO
H
R
H3C O
CH3
CH3
BF4
H3C O S
O
O
F
ó
NCO
H
R
O CH3
REDUCCIÓN
En principio la reducción de un grupo nitro debe de seguir los siguientes paso:
La reducción de los grupos nitroso en general es más fácil de llevar a cabo, pero la ventaja de la reducción de los grupos nitro es que esta se puede llevar a cabo de diferentes maneras
Panorama General
Se pueden usar metales como Fe, Zn, Sn, los cuales en presencia de medio H+ permiten reducir el grupo –NO2 por una secuencia de dos reacciones: transferencia de un solo electrón (Single Electron Transfer, (SET))/protonación
REDUCCIÓN
REACCIÓN METAL / H+
El mecanismo para la reacción Zn/H+ es:
REDUCCIÓN
MEDIO BÁSICO
REDUCCIÓN
MEDIO BÁSICO
REDUCCIÓN
MEDIO BÁSICO
REDUCCIÓN
MEDIO BÁSICO
REDUCCIÓN
MEDIO BÁSICO
MECANISMO: transferencia de un solo electrón (Single Electron Transfer, (SET)
REDUCCIÓN
MEDIO BÁSICO
MEDIO BÁSICO
REDUCCIÓN
Las reacciones de H2/Pd (o bien Pt) se puede utilizar para
llevar a cabo una reacción en la que se transfiere
heterogeneamente un H:- a la superficie del metal y de
éste al grupo nitro
HIDROGENACIÓN CATALÍTICA
H2/Pd soportado en carbono
R. J. Rahaim, R. E. Maleczka (Jr.), Org. Lett., 2005, 7, 5087-5090
polymethylhydrosiloxane (PMHS)
El bisulfuro de sodio (NaSH) o el polisulfuro de sodio
(Na2Sx) o el sulfuro de amonio ((NH4)2S2) se pueden
utilizar para reducir regioselectivamente un grupo nitro
de otros presentes en la misma molécula y es posible
que dicha reacción también proceda a través de
reacciones SET:
REACTIVOS CON AZUFRE (S)
REACTIVOS CON AZUFRE (S)
NO2
NO2
1) S8, NaOH
55 Co
NaOH
2) HCl
NH2
NO2
3) NaOH (80 %)
N. N. Zinin (1812-1880).
Zinin. N. Ann. Chem. Pharm. 1842. 44. 283-287; 1844, 52, 361-362: 1853, 85,328-329.
ON
O
+ SS
S
S S
S
SS
ONO
SS
S
S S
S
SS
ONO
SS
S
S S
S
SS
+H O H
ON
O
H
NO
O H+
O H
SS
S
S S
S
SS
OH
SS
S
S S
S
SS
OH
O HS
SS
S S
S
SS
O
+ H O H
NITROSOBENCENO
O H
Los reactivos como el LiAIH4 (pero no el NaBH4)
pueden reducir al grupo nitro por la transferencia
de un hidruro, H:-. El producto dependerá de la
naturaleza del agente reductor, pero el punto final
será una amina
HIDRUROS METÁLICOS
4 LiH + AlCl3 → LiAlH4 + 3 LiCl
Na + Al + 2 H2 → NaAlH4
NaAlH4 + LiCl → LiAlH4 + NaCl
Otra manera de obtener LAH
Reacción de metatesis:
LiAlH4 + 4 H2O LiOH + Al(OH)3 + 4 H2
Problema: descomposición del LAH en presencia de agua
Sin embargo: excelente agente reductor
epóxido
aldehído cetona
éster
Ácido carboxílico
luego luego ó
Reduction of Organic Compounds by Lithium Aluminum Hydride. III. Halides, Quinones, Miscellaneous Nitrogen Compounds1 Robert F. Nystrom, and Weldon G. Brown J. Am. Chem. Soc., 1948, 70 (11), 3738-3740 • DOI: 10.1021/ja01191a057
NITROCOMPUESTOS AROMÁTICOS
NITROCOMPUESTOS ALIFÁTICOS
(b) (i) LiAlH4, THF, reflujo; (ii) Boc2O, NaHCO3, THF/H2O.
(a) CH3NO2, NH4OAc,
reflujo
(a) (b)
J. Med. Chem. 2006, 49, 1101-1112
Trace Amine-Associated Receptor Agonists: Synthesis and Evaluation of Thyronamines and Related Analogues
Matthew E. Hart, Katherine L. Suchland, Motonori Miyakawa, James R. Bunzow, David K. Grandy, and Thomas S. Scanlan
Phosphotungstic acid (PTA), H3PW12O40
REACCIÓN DE SNA (MEISENHEIMER)
Jakob Meisenheimer
(14 junio de 1876 – 2 diciembre de 1934).
Químico alemán
REACCIÓN DE SNA (MEISENHEIMER)
REACCIÓN DE SNA (MEISENHEIMER)
INFLUENCIA DEL TIPO DE
NUCLEÓFILO
REACCIÓN DE SNA (MEISENHEIMER)
INFLUENCIA DEL
NUCLEÓFUGO
REACCIÓN DE SNA (MEISENHEIMER)
INFLUENCIA DEL
GRUPO
ELECTROATRACTOR
MIECZYSLAW MAKOSZA Y JERZY WINIARSKI EN 1987
Vicarious nucleophilic substitution of hydrogen. Mieczysław Mąkosza and Jerzy Winiarski; Acc. Chem. Res.; 1987; 20(8) pp 282 - 289 Synthesis of heterocyclic compounds via vicarious nucleophilic substitution of hydrogen Mieczysław Mąkosza; Pure & Appl. Chem., Vol. 69, No. 3, pp. 559-564, 1997
REACCIÓN DE SNA VICARIA
REACCIÓN DE SNA VICARIA
REACCIÓN DE SNA VICARIA
MECANISMO DE REACCIÓN
A. R. Katritzky, L. Xie, Tetrahedron Lett., 1996, 37, 347-350.
para-Formylation of nitroarenes via vicarious nucleophilic substitution of hydrogen with tris(benzotriazol-1-yl)methane
Bt3CH tris(benzotriazol-1-yl)methyl
1,1,1-Trimethylhydrazinium Iodide: A Novel, Highly Reactive Reagent for Aromatic Amination via Vicarious Nucleophilic Substitution of Hydrogen
P. F. Pagoria, A. R. Mitchell, R. D. Schmidt, J. Org. Chem., 1996, 61, 2934-2935.
TMHI, that is easily prepared from 1,1-dimethylhydrazine, is a novel aminating reagent for vicarious nucleophilic substitution. It can be used to obtain isomers not produced by reaction with other nucleophilic aminating reagents.
Mecanismo de reacción propuesto:
Hydroxylation of Nitroarenes with Alkyl Hydroperoxide Anions via Vicarious Nucleophilic Substitution of Hydrogen
M. Makosza, K. Sienkiewicz, J. Org. Chem., 1998, 63, 4199-4208.
Nitroarenes react with anions of tert-butyl and cumyl hydroperoxides in the presence of strong bases to form substituted o- and p-nitrophenols. The reaction usually proceeds in high yields and is of practical value as a method of synthesis and manufacturing of nitrophenols.
Mecanismo de reacción propuesto:
ESPECTROSCOPÍA
I.R.
Las vibraciones de alargamiento (stretching) del enlace N=O en nitroalcanos se presenta cerca de los 1550 cm-1 (asimétrica) y 1365 cm-1 (simétrica). Siendo la banda a 1550 cm-1 la más intensa de las dos. Si el grupo nitro se encuentra unido a un anillo aromático, Las vibraciones de alargamiento (stretching) del enlace N=O se desplazan hacia abajo, presentando números de onda menores: 1550-1475 cm-1 and 1360-1290 cm-1. Resumén: N=O vibraciones de alargamiento asimétrico de 1550-1475 cm-1
N=O vibraciones de alargamiento simétrico 1360-1290 cm-1
RMN – 1H
Para un protón CH, adyacente a el grupo –NO2, se observa un desplazamiento químico = 4.3, debido al efecto electroatractor
U.V .
El grupo nitro da lugar a un desplazamiento pronunciado de la λ en la que se presenta la εmax hacia longitudes de onda más largas cuando está
conjugado a sistemas insaturados , el cual es un
efecto batocrómico. Esta es la causa por la que los nitro compuestos con frecuencia son de color amarillo