NITROCOMPUESTOS -...

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.

REACCIÓN CON OXONO

REACCIÓN DE NEF

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