Este documento describe las estructuras y propiedades químicas de varios heterociclos aromáticos nitrogenados como el pirrol, la piridina y la quinolina. Explica que estos compuestos siguen reacciones de sustitución electrófila aromática (SEA) de manera similar al benceno, pero con diferencias en sus posiciones de mayor reactividad dependiendo de la distribución electrónica en cada anillo. También compara su reactividad relativa frente a la SEA, señalando que el pirrol es el más reactivo m

1. Estructuras dealgunos
heterociclos nitrogenados
ImidazolPiridina
Azabenceno
Quinolina
1-azanaftaleno 1,3-diazaciclopenta-
Pirrol
1-azaciclopenta-
2,4-dieno 2,4-dieno
Indol PiperidinaPirimidina
1,3-diazabenceno
Pirrolidina
azaciclopentano azaciclohexano

2. Heterociclos aromáticos
• Los que nos interesan en este curso son los
heterociclos aromáticos, ya sea nitrogenados,
oxigenados o azufrados.
• Al ser compuestos aromáticos se espera que su
reactividad sea similar a la del benceno, es decir, que
sufran reacciones de SEA.
• Deberá analizarse su reactividad relativa frente a
benceno y las posiciones más reactivas frente a
condiciones de SEA.

3. SEA en heterociclosaromáticos
• Los anillos heterocíclicos siguen reacciones de SEA, su energía
de resonancia relativa es la siguiente (Yurkanis Bruice, 2008)
• En los anillos de cinco miembros, la posición más reactiva
frente a la SEA es la posición 2, como se muestra para el pirrol:

4. SEA en heterociclosaromáticos
• La razón por la que la posición 2 es más reactiva, se debe a
que en ese caso el intermediario reactivo tiene una estructura
mas de resonancia, lo que lo hace mas estable.

5. Pirrol
En el pirrol, el
nitrógeno tiene
hibridación sp2 y su
par de electrones
libres forma parte
del sistema
aromático.
Debido a que el par de electrones libres del nitrógeno
está comprometido en el sistema de electrones pi
aromáticos, el pirrol NO se comporta como una base,
sino más bien, el átomo de hidrógeno unido al nitrógeno
es ácido (pKa 0.4 ).
Electrones
libres en el
orbital p
Electrones que
forman parte del
sistema aromático

6. Pirrol
El pirrol es una base muy débil, ya que si se
protona el nitrógeno, se perderá la aromaticidad
del sistema.

7. Pirrol
• Si comparamos el momento dipolar del pirrol con el
de su análogo alifático, la pirrolidina, vemos que la
densidad electrónica en el pirrol está sobre el anillo
más que sobre el nitrógeno:

8. Otros Heterociclos de5
miembros
• La densidad electrónica de estos compuestos
(pirrol, furano y tiofeno) está localizada sobre
el anillo mas que sobre el heteroátomo.
• Sin embargo, la densidad electrónica en el
anillo es mayor en el pirrol.

9. Pirrol
Las estructuras de resonancia del pirrol indican que hay
buena disponibilidad de electrones en todas las posiciones
del anillo.
Por lo tanto, el pirrol es un buen sustrato para reacciones
SEA y su reactividad es MAYOR que la del benceno.

10. Pirrol
La reactividad del pirrol frente a la SEA es mayor que el benceno y la
posición más reactiva es la posición 2.La nitración NO se hace
empleando HNO3 ya que el medio ácido conduce a polimerizaciones

11. Pirrol
N
H
H
H N
H
N
H
H
H
H+
N +
H
N+
H
reaction continues to give polymer
• Debe evitarse la presencia de ácidos fuertes, porque el
pirrol se polimeriza con facilidad en presencia de ácidos:

12. Pirrol
strong acids
polymer!
CH3CO2
-NO2
+
(CH3CO)2O, 5oC N
H
NO2
SO3
pyridine, 90o
3SO H
C6H5
-N2
+Cl-
N
H
N
H
N N
N
H
pyrrole
• Dada su elevada reactividad, puede prescindirse del
catalítico ácido de Lewis.

13. SEA en heterociclosaromáticos
• La reactividad relativa de los heterociclos aromáticos de 5
miembros con un solo heteroátomo, frente a la SEA sigue el
orden inverso al de su energía de resonancia relativa:

14. Imidazol
• En este caso, solamente uno de los átomos de
nitrógeno contribuye con su par de electrones
libres, a la aromaticidad del anillo, el otro átomo de
nitrógeno será básico.

15. Indol N
H
Indole• Es menos reactivo que los heterociclos de 5
miembros
• La SEA se da en la posición 3
• Es una base muy débil, igual que el pirrol
• La estructura está presente en muchos alcaloides
Acido
Lisérgico
N
H
O
> >
S
> N
H

16. Piridina
• En la piridina, al igual que en el pirrol, el nitrógeno tiene
hibridación sp2, pero los electrones sin compartir están
ocupando un orbital sp2 y NO forman parte del sistema
aromático del anillo

17. Piridina
A diferencia del pirrol, la piridina es
una base, ya que la protonación del
nitrógeno no afecta la aromaticidad
del anillo
La piridina se emplea mucho por sus buenas características
como disolvente y como base relativamente inerte (~amina 3ª)

18. Piridina
• A diferencia del pirrol, la densidad electrónica se dirige hacia
el átomo de nitrógeno, por lo que el anillo aromático está
DESACTIVADO frente a la SEA

19. Piridina
• Si vemos las estructuras de resonancia del compuesto
• Podemos entonces deducir cuál(es) serán las posiciones
preferidas para la SEA y cuál será su reactividad relativa, si la
comparamos con el benceno.

20. SEA enPiridina
• La piridina es muy poco reactiva frente a la SEA, lo que le
brinda ciertas ventajas en su uso como una base, por ejemlpo:

21. Piridina• Su reactividad frente a la SEA es similar a la del
nitrobenceno, es decir, es muy poco reactiva a menos que
se empleen condiciones de reacción drásticas.

22. Piridina
N N
NO2
N+
H
i
i
i, HNO , H SO3 2 4
N
R
O
ii
ii
N
ii, AlCl3, RCOCl
N+_
AlCl
3
• La basicidad del nitrógeno inactiva los ácidos de Lewis
Estables, no reaccionan

23. Piridina
N
N
N
H Y
Y
H
Y
H
N
Y
H
N
Y
H
N
H Y
N
H Y



Deactivated to EAS due to electronegativity of Nitrogen
Directs beta due to destabilization of alpha and gamma
Las posiciones 2 y 4 están
desactivadas frente a la SEA; la
posición 3 no se ve afectada.Por lo
tanto, la SEA se da solo en posición3
H H
Y Y
N N

24. Piridina
N
H2, Pt
HCl, 25o, 3 atm. N
H
piperidine
Kb = 2 X 10-3
aliphatic 2o amine
A diferencia del pirrol, la piridina se reduce por
hidrogenación catalítica, a menor temperatura.

25. Pirimidina
• Ambos átomos de nitrógeno tienen a sus electrones sin compartir
en un orbital sp2

26. Quinolina eisoquinolina
6
7
8
5
N
1
2
3
4
6
7
8
5
1
N 2
3
4
quinoline
isoquinoline
EAS EAS
NAS
NAS
EAS
SEA SEA
4 3
5
2 SEA
6 N
7 H 1
indole
SNA
SNA

27. Quinolina eisoquinolina
• Presentarán dos sitios de reacción, pero los reactivos que
pueden reaccionar allí son opuestos: electrófilos, sobre el
anillo bencénico y nucleófilos sobre el anillo piridínico.