Los ácidos nucleicos son biomoléculas importantes formadas por unidades llamadas nucleótidos que contienen una base heterocíclica unida a una pentosa fosforilada. El ADN y el ARN difieren en la pentosa que contienen, siendo la 2-desoxirribosa exclusiva del ADN. Los nucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiéster para formar las cadenas de los ácidos nucleicos, donde la información genética se almacena a través de la secuencia de bases. El ADN adopta una estruct

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA
FACULTAD DE CS. AGRARIAS Y FORESTALES
CURSO DE QUIMICA ORGANICA
COMPUESTOS HETEROCICLICOS
Se llama compuestos heterocíclicos a aquellos que, además de carbono e hidrógeno,
poseen al menos un átomo de otro elemento (denominado heteroátomo) formando
parte del anillo. Los más comunes son los heterociclos con anillos de 5 o 6 átomos y
donde uno o más átomos de carbono están sustituídos por átomos de nitrógeno,
oxígeno o azufre. Estos compuestos abundan en la naturaleza y son muy estables:
sus anillos están casi libres de tensión.
Se clasifican en dos grupos: alifáticos y aromáticos. Los compuestos alifáticos
poseen las propiedades físicas y químicas típicas del heteroátomo específico que
incorporan. Por ejemplo
H
N
H
N
O
Tetrahidrofurano
(es un éter)
Pirrolidina
Piperidina
(son aminas secundarias)
En los heterociclos aromáticos un orbital p del heteroátomo contiene uno o dos
(según el caso) electrones no compartidos que se superponen con los orbitales p de
los átomos de carbono formando una nube de 6 electrones π por encima y debajo del
anillo. Ejemplos:
N
H
Pirrol
O
S
N
Furano
Tiofeno
Piridina
Heterociclos aromáticos de 5 átomos
En estos compuestos, al existir seis electrones π en el sistema aromático, pues el
heteroátomo contribuye con un par de electrones al sistema, y al estar formado el
ciclo por un total de 5 átomos, se obtiene en los átomos de carbono una cantidad
promedio de electrones π mayor que la correspondiente al benceno (al que le
corresponde uno). Estos heterociclos se denominan compuestos aromáticos π
excesivos. Por ello son más reactivos que el benceno frente a la SEA.
1

2. Pirrol: Su átomo de nitrógeno, al igual que los átomos de carbono, posee una
hibridación sp2 con dos electrones en el orbital p, los cuales forman un sexteto
aromático con los cuatro electrones p de los carbonos. Debido a que el par de
electrones del nitrógeno interviene en el anillo aromático, no están disponibles para
intervenir las reacciones químicas y también por eso el pirrol es una base
extremadamente debil.
Los compuestos del pirrol son comunes en los sistemas biológicos. Uno de los más
importantes es una estructura cíclica en la que cuatro unidades de pirrol se unen por
puentes ( = CH – ). Tales sustancias se denominan porfirinas y son importantes pues
se relacionan con el grupo hemo de la sangre y la clorofila de las plantas. Las
porfirinas son derivados de la porfina:
N
N H HN
N
Estructura de la porfina
En cuanto a la sustitución del anillo en la SEA, deben analizarse la sustitución en
todas las posiciones posibles:
Sustitución en el carbono 2:
+
N
H
H
H
+ E+
N
H
+
E
N
H
H
+
N
H
E
E
N
H
E
Sustitución en el carbono 3:
E
E
N
H
+ E+
E
H
H
+
+
N
H
N
H
N
H
De esta manera, la carga del ión intermedio resulta deslocalizada en mayor número
de posiciones cuando la sustitución se produce en el carbono 2 que cuando ocurre en
el carbono 3, resultando entonces más estable el ión intermedio correspondiente al
carbono 2. Por ello la SEA generalmente ocurre en la posición 2.
2

3. Furano: Es el análogo oxigenado del pirrol. En este caso el oxígeno posee un
segundo par de electrones no compartido que ocupa un orbital sp2, perpendicular al
sistema π del anillo. El anillo del furano aparece en compuestos naturales, como las
furoquinolinas (una clase de alcaloides de rutáceas) y las furocumarinas. A
compuestos de este último tipo se debe la toxicidad del perejil para los conejos.
El derivado más importante del furano es el furfural. Este aldehído se obtiene por la
deshidratación con H2SO4 de las pentosas (presentes en el salvado, la cáscara de
avena o el marlo del maíz, constituídos en gran medida por pentosanos).
CH2 OH
+
Pentosanos
H2O / H
O
O
H2SO4
OH
OH
C
H
O
OH
Pentosa
Furfural
Heterociclos aromáticos de 6 átomos
Estos heterociclos tienen los seis electrones del sistema π, deslocalizados en los 6
átomos del ciclo, pero como el heteroátomo es más electronegativo que el carbono,
deja en los mismos una densidad electrónica menor que en la correspondiente a los
carbonos del benceno. A estos heterociclos se los llama compuestos aromáticos π
deficientes. Es también por ello que tienen el anillo desactivado para una SEA.
Piridina: Es un análogo del benceno en el que uno de los átomos de carbono se
sustituye por un nitrógeno. Este átomo tiene hibridación sp2, por lo que posee un
electrón en un orbital p, que conforma el sexteto aromático con los cinco electrones
de los orbitales p de los carbonos. Pero el nitrógeno posee además un par de
electrones ubicados en un orbital sp2 (que no participa del sistema π), lo que le
confiere a la piridina propiedades básicas comparables a la anilina.
La sustitución predominante en la piridina ocurre en la posición 3, lo cual puede
explicarse si se comparan las sustituciones en todas las posiciones del anillo:
Sustitución en el carbono 2:
N
+
+
+ E+
E
E
N
N
H
H
E
+
N
H
N
E
La tercera estructura de resonancia presenta la carga positiva sobre un átomo
electronegativa que además tiene el octeto incompleto. Por eso esta estructura
resulta tan inestables que contribuye en muy baja medida. En consecuencia no no se
considera la segunda estructura de resonancia tiene iguales características que la
discutida más arriba; la consecuencia es la misma, es decir, se desprecia también. El
ataque electrófilo será menos probable en esas posiciones que en la posición 3, que
no presenta ese tipo de estructura contribuyente.
3

4. Sustitución en el carbono 3:
+ E+
N
E
+
+
E
H
H
H
N
+
E
E
N
N
N
Sustitución en el carbono 4:
E
H
E
E
H
E
H
+
+
+ E+
N
+
N
N
N
N
En comparación con el ión intermedio ("complejo sigma") producido por el
benceno, los tres producidos por la piridina están desestabilizados por el efecto
inductivo del nitrógeno (por eso el anillo está desactivado).
Otra justificación, menos rigurosa que la anterior, está dada por la siguiente
formulación:
+
+
+
N
N
N
-
N
N
-
-
Entre los compuestos más importantes relacionados a piridina se encuentran la
pirimidina y algunas bases llamadas pirimídicas, que forman parte de los ácidos
nucleicos: citosina, timina y uracilo.
O
NH2
N
N
Pirimidina
N
N
N
H
O
H
O
N
H
Citosina
O
Uracilo
CH3
N
N
H
H
O
Timina
Heterociclos bicíclicos
También existen compuestos heterocíclicos bicíclicos, que resultan de la
condensación de un heterociclo con otro anillo (posea heteroátomo o no). Los
ejemplos más comunes son:
4

5. N
N
H
N
O
Indol
Benzofurano
Quinolina
Isoquinolina
Otro compuesto muy importante que posee dos heterociclos condensados es la
purina:
N
N
N
N
H
Purina
Entre los compuestos purínicos más relevantes se encuentran las bases (llamadas
"púricas") adenina y guanina (presentes en los ácidos nucleicos).
O
NH2
N
N
N
N
H2 N
N
N
H
Adenina
N
N
H
Guanina
Otros compuestos purínicos de interés son el ácido úrico (presente en la sangre y
orina) y los alcaloides cafeína, teobromina y teofilina.
Otros compuestos heterocíclicos que presentan un anillo de 6 átomos, con oxígeno
como heteroátomo, son las antocianinas, presentes en los pétalos de flores rojas,
violetas o azules y en el pericarpio coloreado de varios frutos (cerezas, uvas). Son
colorantes naturales vegetales derivados de la flavona:
O-Glc
O
+
O
Glc-O
O-Glc
O-Glc
O-Glc
O
Flavona
Antocianina (glc = glucosilo)
5

6. Otros ejemplos de compuestos heterocíclicos oxigenados son algunos colorantes que
se encuentran en las cortezas; como la quercitrina, presente en la corteza del roble y
el nogal, que es un glucósido cuya aglicona es la quercetina.
OH
OH
O
HO
OH
O
OH
Quercetina
Lic. Diego M. Ruiz
Bibliografía:
-
H. Hart; D. J. Hart, L. E. Craine, “Quimica Orgánica”, McGraw-Hill
Interamericana, 5ta ed. , México, 1995.
A. Streitwieser, y C. Heathcock; “Química Orgánica”; McGraw Hill; Méjico, 1989.
C. Noller; “Química de los Compuestos Orgánicos”; Editorial Médico-Quirúrgica;
Buenos Aires; 1961.
6

7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA
FACULTAD DE CS. AGRARIAS Y FORESTALES
CURSO DE QUIMICA ORGANICA
MOLECULAS DE INTERES BIOLOGICO
ACIDOS NUCLEICOS - ALCALOIDES
ACIDOS NUCLEICOS
Son biomoléculas importantes que desempeñan un papel crucial en el
almacenaje de la información genética y en la biosíntesis de las proteínas.
Químicamente son polinucleótidos, es decir que están constituídos por unidades
llamadas nucleótidos, los cuales están conformados por una unidad de fosfato unida
a un nucleósido (esto es, un monosacárido y una base heterocíclica).
Si el azúcar es la D-ribosa, el ácido nucleico recibe el nombre de ácido
ribonucleico (ARN). Si se trata de la 2-desoxi-D-ribosa el ácido se llama
desoxirribonucleico (ADN).
HO
HO
CH2
O
H
CH2
OH
H
H
H
H
OH
O
OH
H
H
OH
OH
Ribosa
Tanto la D-ribosa como
la
2-desoxi-D-ribosa
poseen
estructura
furanósica
H
H
2-desoxirribosa
Las bases heterocíclicas pueden ser púricas (adenina o guanina) o pirimídicas
(citosina y timina; esta última es reemplazada por el uracilo en el ARN).
El producto de la unión entre la pentosa y la base, como ya se mencionó, es
denominado nucleósido. Los nucleósidos reciben sus nombres derivados del nombre
de c/u de las bases heterocíclicas: citidina, adenosina, guanosina y uridina (para el
ARN). En el caso de que el azúcar sea la 2-desoxirribosa (o sea en el ADN) los
nucleósidos van acompañados por el prefijo 2-desoxi: 2-desoxicitidina, 2desoxitimidina, 2-desoxiadenosina y 2-desoxiguanosina.
NH2
N
N
HO
CH2
N
O
H
H
H
H
OH
H
7
N
2-desoxiadenosina

8. En un nucleótido el grupo hidroxilo del carbono 5' del azúcar se encuentra
esterificado con ácido fosfórico:
NH2
N
O
HO P O
OH
O
CH2
H
N
O
H
H
H
OH
OH
citosina 5'-monofosfato (CMP)
La unión entre nucleótidos se produce mediante la formación de un pester
entre el ácido fosfórico de un nucleótido con el hidroxilo del carbono 3' del azúcar
del otro nucleotido. Dicha unión recibe el nombre de enlace fosfodiéster. A modo
de ejemplo se reproduce un segmento de una cadena del ADN:
O
O
HO
P O
CH3
NH
Unidad de desoxicitimina 5' monofosfato = dTMP
O
CH2
H
H
H
H
O
enlace
HO
fosfodiéster
O
N
O
P
H
NH2
O
N
N
O
CH2
O
H
H
H
H
H
O
enlace
fosfodiéster
HO
Unidad de desoxiadenosina 5' monofosfato = dAMP
N
N
NH2
P O
N
O
CH2
H
H
H
H
O
enlace
fosfodiéster
HO
Unidad de desoxicitidina 5' monofosfato = dCMP
O
N
O
H
P
O
O
NH
N
O
CH2
O
H
N
NH2
Unidad de desoxiguanosina 5' monofosfato = dGMP
H
H
H
O
HO
N
P
H
O
O
8

9. Los ácidos nucleicos son los depositarios a nivel molecular de la información
genética. La estructura primaria de un ácido nucleico es la secuencia de nucleótidos.
En cuanto a su estructura secundaria, el ADN es una doble hélice en la que las dos
cadenas de nucleótidos se mantienen unidas por puentes de hidrógeno entre pares de
bases enfrentadas. La geometría es tal que la adenina forma 2 puentes de hidrógeno
con la timina y la guanina forma 3 puentes con la citosina:
H
N
N
O
O
H
CH3
H
H
N
N
N
H
N
N
N
H
N
D-ribosa
N
D-ribosa
O
N
N
N
N
N
H
D-ribosa
A
T
H
O
G
D-ribosa
C
En el ARN (en el cual el azúcar es la ribosa entre las bases pirimídicas se encuentra el
uracilo en vez de timina) las moléculas suelen estar formadas por cadenas únicas de
polinucleótidos con estructuras bastante irregulares.
Otro nucleótido de interés es trifosfato de adenosina (ATP), que es un agente biológico
fosforilante; su molécula pierde un grupo fosfato, tranformándose en difosfato de
adenosina (ADP):
NH2
NH2
O
HO
P
OH
O
O
P
OH
N
O
O
P
OH
N
O
CH2
O
H
N
O
HO
N
+ R CH2 OH
H
OH
O
P
OH
O
O
CH2
H
H
H
P
OH
N
H
OH
OH
ADP
ATP
9
N
O
+
H
H
OH
N
N
O
HO
P
OH
O
CH2 R

10. ALCALOIDES
Este tipo de sustancias se define generalmente como metabolitos secundarios.
Son en su mayoría productos vegetales nitrogenados, generalmente básicos, que
poseen una marcada acción fisiológica sobre organismos animales. Sin embargo,
bajo ese nombre se incluyen algunos compuestos aunque no cumplen con esas
condiciones.
Si bien no están unicamente presentes en vegetales, su función en los
organismos que los biosintetizan parece ser de defensa contra predadores.Resulta
difícil realizar una clasificación completa y general, por lo cual existen diferentes
clasificaciones. Una forma de clasificarlos es a partir de su estructura básica:
• Alcaloides Piridínicos: Derivan de la piridina
Estructura
Base
Ejemplo: Nicotina
Piridina
Se extrae de la planta del
Tabaco (Nicotiana
tabacum)
N
N
CH3
N
• Alcaloides Piperidínicos: Derivan de la piperidina
Estructura
Base
Piperidina
Ejemplos: Coniina
N
Es el principio venenoso
de la Cicuta (Conium
maculatum)
CH3
H
N
O
H
Piperina
N
O
O
Es el alcaloide presente
• Alcaloides Quinolínicos: Derivan de la quinolina (o quinoleína)
Estructura
Base
Quinolina
Ejemplo: Quinina
HO
Se extrae del árbol de la
quina (Cinchona
officinalis)
N
CH3O
N
H
N
10

11. • Alcaloides Isoquinolínicos: Derivan de la isoquinolina
CH3O
Estructura
Base
Ejemplos: Papaverina
Isoquinolina
Es un antiespasmódico CH3O
presente en el opio, un
látex seco de especies de
CH3O
amapola (Papaver
somniferum).
N
CH3O
N
HO
O
N CH
3
Morfina
HO
Un derivado importante (aunque artificial) de la morfina, es su diacetato, más
conocido como Heroína:
O
O
CH3
O
N CH
3
CH3
O
O
• Alcaloides Indólicos: Derivan del Indol
Estructura
Base
Ejemplos: Estricnina
Indol
N
Está presente en la
Strychnos nux-vomica
N
O
O
N
CH3
H
O
Amida del
ácido lisérgico (LSD)
N
CH3
N
CH3
N
11
H

12. • Alcaloides Purínicos: Derivan de la Purina.
O
Estructura
Base
Purina
N
N
N
N
Ejemplos: Cafeína
CH3
CH3
N
N
Alcaloide presente en la
planta del Té, el café, la
yerba mate. Las bebidas
cola la contienen.
O
N
N
CH3
H
O
CH3
H
Teobromina
N
N
Está presente en el
Cacao (Theobroma
cacao); debido a ella el
chocolate produce
adicción.
O
N
N
CH3
• Alcaloides derivados del tropano:
Estructura
Base
Tropano
Ejemplo: Cocaína
CH3
O
O
Se extrae de la planta de
Coca (Erytroxylon coca)
CH3
N
O
O
• Alcaloides que son Aminas Simples:
Ejemplo: Mescalina
CH3O
Se extrae de un cactus
del desierto mejicano
(Lopophora williamsii)
CH3O
NH2
OCH3
• Alcaloides que son sales de amonio cuaternarias:
CH3O
Ejemplo: Curare
HO
Es un enérgico paralizante del
sistema nervioso central. Es
utilizado por los indígenas de la
Amazonia para envenenar las
puntas de flechas para la caza.
Actúa al ser distribuido por el
torrente sanguíneo.
O
Cl
CH3
N
CH3
OH
CH3
Cl
CH3
O
N
OCH3
12

13. • Alcaloides que son Amidas Simples:
Ejemplo: Capsaicina
CH3O
Es el principio picante
del Ají, el pimiento rojo
(Capsicum fastigatum) y
d l
ik (C
CH3
HO
NH
CH3
O
Cabe aclarar que dentro de la clasificación de alcaloides, también se incluyen
algunas sustancias que no poseen nitrógeno, pero que tienen una acción fisiológica o
una estructura molecular similar; por ejemplo la sustancia activa de la resina de la
flor del cáñamo índico (Cannabis sativa), conocida como Hashish, es el THC (∆9tetrahidrocannabinol), que no posee nitrógeno, pero por su acción fisica y
neurológica es considerado un alcaloide:
CH3
HO
CH3
CH3
Otra forma de clasificar a los alcaloides es según la familia de los vegetales en los que
están presentes; por ejemplo de apocináceas, de rutáceas, de solanáceas, de
papaveréceas, etc.
Lic. Diego M. Ruiz
Bibliografía:
-
A. Streitwieser, y C. Heathcock; “Química Orgánica”; McGraw Hill; Méjico, 1989.
H. Hart; D. J. Hart, L. E. Craine, “Quimica Orgánica”, McGraw-Hill
Interamericana, 5ta ed. , México, 1995.
C. Noller; “Química de los Compuestos Orgánicos”; Editorial Médico-Quirúrgica;
Buenos Aires; 1961.
13

14. Trabajo Practico N° 12
COMPUESTOS HETEROCICLICOS, ALCALOIDES Y ACIDOS NUCLEICOS
Cuestionario
Bibliografía:.-H. Hart; D. J. Hart, L. E. Craine, “Quimica orgánica”,
McGraw-Hill Interamericana, 5ta ed. 1995, México - Guía de Trabajos
Prácticos - Clases teóricas.
1) a) Dibuje las estructuras de pirrol, de furano y de tiofeno.
b) Explique por qué se los denomina 'compuestos π−excesivos'.
c) Determine, usando fórmulas de resonancia, si son más o menos activados que el
benceno, para reacciones de SEA.
d) Explique por qué el pirrol es una base extremadamente débil, y no se protona en el N.
e) Explique por qué el pirrol es un ácido débil.
2) a) Dibuje las estructuras de piridina y pirimidina.
b) Explique por qué se los denomina 'compuestos π−deficientes'.
c) Determine, usando fórmulas de resonancia, si son más o menos activados que el
benceno, para reacciones de SEA.
d) Explique por qué son bases más fuertes que el pirrol, y se protonan sobre N.
3)
a) Dibuje la estructura de purina. Numere sus posiciones.
b) Determine si sus anillos son π−deficientes o π−excesivos.
c) Determine si todos los átomos de N de purina son centros básicos, y si en esa molécula
existe algún centro ácido.
4)
a) Dibuje las estructuras de las tres bases pirimídicas y de las dos bases púricas. Asígneles
sus nombres.
b) Dibuje las estructuras de cada par de bases (pirimídica - púrica) de modo que estén
enfrentadas, mostrando cómo se establecen los enlaces de hidrógeno entre ellas.
5)
a) Formule la formación de un nucleósido, a partir de una base pirimídica y desoxirribosa.
Señale el C-2 de la desoxirribosa.
b) Formule la formación de adenosina 5'-monofosfato (AMP).
c) Formule el dinucleótido dAMP-dCMP. Señale el enlace fosfodiéster.
d) Qué diferencias principales existen, a nivel de estructuras, entre ADN y ARN?
6)
a) Dibuje la estructura de la porfina. Explique cómo un ión metálico puede coordinarse con
los átomos de N de esta molécula.
b) Dibuje la estructura de una clorofila. Cuál es el ión central?
7)
a) Qué características generales presentan las estructuras de los alcaloides (terciarios o
cuaternarios)?
b) Qué propiedades tienen en general los alcaloides?
14

15. c) Cuál es el probable rol de los alcaloides en las especies vegetales? Y en especies
animales?
9) a) Dibuje la estructura de la nicotina (de Nicotiana tabacum). A qué clase de alcaloide
pertenece?
b) Dibuje la estructura de la cocaína (de Erithroxylon coca). A qué clase pertenece?
c) Dibuje la estructura de la cafeína (de Thea sinensis). A qué clase pertenece?
d) Dibuje la estructura de la papaverina (de Papaver somniferum). A qué clase pertenece?
e) Dibuje la estructura de la coniína (de Conium maculatum). A qué clase de alcaloide
pertenece?
15

16. Quimica Orgánica
Compuestos Heterocíclicos -- Ejercicios Adicionales
1) El Picloram es un herbicida que posee la siguiente estructura:
NH2
Cl
Cl
Cl
COOH
N
Para dicho compuesto:
a) Indicar qué tipo de esqueleto heterocíclico posee.
b) Determinar si su anillo aromático es π deficiente o π excesivo.
c) Identificar los centros ácidos y básicos de la molécula.
d) Calcular el número de oxidación de todos los átomos de nitrógeno.
e) Representar sus reacciones frente a:
i)
metanol (en medio ácido)
ii)
ácido acético(en caliente)
f) Representar los dos productos posibles de su reacción frente a la alanina.
2) El ácido ascórbico, también llamado Vitamina C, es un compuesto esencial para el
crecimiento y la protección del organismo. Es la siguiente lactona α−β insaturada:
OH
OH
HO
CH
O
O
CH2 OH
a) Identificar los centros quirales del ácido ascórbico.
b) ¿Cuál de los grupos alcohol se deshidratará más rapidamente?
c) Representar los posibles tautómeros.
3) Representar la formación de ADP y ATP.
4) Representar el dinucleótido AMP-TMP.
5) El ácido fólico es un compuesto que participa en los mecanismos del sistema
nervioso, presente en vegetales verdes, melón, banana e hígado; se lo conoce como
Vitamina Bc o Vitamina M. Su estructura es la siguiente:
OH
N
H2 N
N
N
O
NH
NH
N
16
COOH
COOH

17. a) Indicar si sus anillos aromáticos son π deficientes o π excesivos.
b) Identificar todos sus centros básicos y ácidos.
c) Durante su hidrólisis ácida se obtiene un aminoácido ¿cuál es?. Representar la
reacción.
d) Representar la reacción entre el ácido fólico y etanol.
6) Dados los siguientes alcaloides:
CH3
CH2 CH2 N
HO
OCH3
CH3
CN
N
N
H
O
CH3
Bufotenina
Ricinina
(Presente en sapos y hongos venenosos)
(Tóxico presente en la semilla del Castor)
O
CH3
O
NH
N
N
N
CH2
CH3 O
CH3 O
CH2
NH2
OCH3
CH3
Teofilina
Mescalina
(Alucinógeno presente en un
cactus del desierto mejicano)
(Estimulante presente en el té)
CH3 O
HO
CH3
NH
O
CH3
Capsaicina
(Principio picante del ají, el pimiento rojo y la paprika)
a) Indicar cuáles de ellos no son heterocíclicos.
b) Clasificarlos.
c) Representar las siguientes reacciones:
i)
Bufotenina + bromuro de metilo.
ii)
Mescalina + cloruro de etilo.
iii)
Capsaicina + agua (en medio ácido).
iv)
Capsaicina + bromo.
v)
Ricinina + agua (en medio ácido).
vi)
Teofilina + ácido clorhídrico.
d) ¿Cómo puede diferenciar mediante un ensayo de laboratorio entre bufotenina y
mescalina?
e) ¿Cómo puede diferenciar mediante un ensayo de laboratorio entre capsaicina y
ricinina?
17