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TEMA II:

COMPUESTOS BICÍCLICOS Y POLICÍCLICOS

Dr. Salomón R. Vásquez García

QUÍMICA ORGÁNICA II

Dr. SVG. 2

II.- Compuestos Bicíclicos yPolicíclicos

2.1.-Nomenclatura, estructuras y clasificación.2.2. Compuestos de fusión, compuestos depuente, espirocompuestos.2.3.- Métodos de obtención .2.4.- Reacciones.2.5.- Compuestos policiclicos.2.6.- Ejercicios de los temas i y ii.

CONTENIDO

QUÍMICA ORGÁNICA II

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2.1. Nomenclatura, estructura y clasificación de compuesto

Compuestos Biciclicos: Compuestos de dos anillos ypueden ser:

1). Compuesto bicíclico con puente: Tiene 2 omás átomos en común, con carbonos terciarios.

2). Compuesto bicíclico espiro: Los anillos sonconectados por un solo átomo (espiro átomo)..

3).Compuesto bicíclico fundido: Son anillosfusionados en correspondencia a su longitud decara (sin modificación para el acoplamiento)..

Compuestos Policíclicos: Compuestos con más deun anillo de átomo de carbono y cuyos anilloscomparten uno o más átomos de carbono.

antraceno

II.- Compuestos Bicíclicos y Policíclicos

CH

CH

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

Fundido

CH2

CH2

CH

CH

CH2

CH2

CH2

con puente

CH2 CH2

CH2 CH2

C

CH2

CHCHespiro

Compuestos bicíclicos

Norbornano ( triv)

Decalina (triv)

spiro[3.4]oct-1-eno

Conectados

1,1'-bi(ciclohexilo)

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2.2. Compuestos de puente, Compuestos espiro, Compuestos de fusión.

A.1). Compuestos Puente sin sustitución.

Nomenclatura

1.-Nombre: Se antepone el prefijo“biciclo” al nombre del alcanocorrespondiente.

2.- Ubicar los carbonos cabeza depuente, CCP (pertenecen a 2 o másanillos)

3.-Número de átomos: Con referencia alos CCP, el número de carbonos se listanen paréntesis rectangulares en ordendecreciente, antes del nombre delhidrocarburo.

Biciclo 3.2.1 octano

CH2

CH2

CH

CH

CH2

CH2

CH2

CH2

4.-Numeración de átomos: A partir de un CCP hacia el anillo más grande.

12

3

45

67

anillo más grande

anillo más grande

1 2 34

567

89

10

11

Biciclooctano

CH2

CH2

CH

CH

CH2

CH2

CH2

CH2

(8 carbonos)

CCP

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2.1. Indique el nombre de los siguientes compuestos (y coloque la numeraciónde sus átomos)

Ejercicios

a).

b).

c).

d).

Biciclo 4.1.1 octano

1

4

1

Biciclo 3.2.0 heptano

3 2

Biciclo 3.1.0 hexano

31

34

Biciclo 4.3.2 undecano

Dr. SVG. 6

A.2). Compuestos Puente con sustitución.

a). Los alifáticos, halógenos y gruposnitro se usan como prefijos y seindican en orden alfabético.

b). Monofuncionalización. Los gruposfuncionales son nombrados usando sussufijo

OH

Br

FCl

6-bromo-10-etilbiciclo[5.2.1]decan-3-ol

12 3

9-cloro-10-fluorobiciclo[4.4.1]undec-2-ino

CH3CH3

CH3 Cl

Br

12

3

4 5 6

7

CH3CH3

Cl12 3

789

11

4-cloro-3,11-dimetilbiciclo[5.3.1]undecano

4

5-bromo-2-cloro-3,7,7-trimetilbiciclo[4.1.0]heptano

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Orden de prioridad Grupo funcional Prefijo SufijoSolo prefijos, se indican en orden

alfabético.

F, Cl, Br, I, NO2, N3y

oxi ----ALCANOS (grupo

inicial) -- ano

13 -- -ino14 -- -eno12 amino -amina11 mercapto -tiol10 hidroxi -ol9 tioxo -tione

8 oxo -ona

7 oxo -al

6 ciano (incluye al C) -nitrilo

5 - -amida

4 - haluro de -anoilo

3 sulfo Ac. -sulfonico

2 carboxi (incluye al C) Ácido -oíco

1 - -oato

C C

CH CH

NH2

O

XO

X= F, Cl, Br

OO

X

Y

12 3

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c). Polifuncionalización. Los gruposfuncionales son nombrados usando sussufijos y o prefijos según sea el caso.

El orden de prefijos y sufijo es alfabético

CH3

6-methylbicyclo[2.1.1]hex-4-en-2-ino

12

OH

NH2

6-aminobiciclo[2.1.1]hexan-5-ol

OOH

SH

8-hidroxi-7-mercaptobiciclo[3.2.1]octan-2-ona

Dr. SVG. 9

2.2. Indique el nombre de los siguientes compuestos (y coloque la numeraciónde sus átomos)

Ejercicios

SHCl

SH

NH2OH

SH

NH2OH

O

CN

SH

NH2

OHC

CN

ONH2

ICl

CH3CH3

CH3

14

7

9

2-clorobicIclo[4.1.1]octano-7-tiol

3-amino-8-mercaptobiciclo[4.1.1]octan-7-ol

3-amino-4-ciano-7-hidroxi-8-mercaptobiciclo[4.1.1]octan-2-amida

4-amino-7-hidroxi-8-mercapto-5-oxobiciclo[4.1.1]octan-3-nitrile

9-cloro-11,11,12-trimetil-3-yodobiciclo[4.4.2]dodecan-1,9-dieno-4,7-diino

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B.1). Compuestos Espiro sin sustitución.

1.-Nombre: Anteponer el prefijo “espiro” alnombre del alcano correspondiente (por el #de carbonos).

espiro + n. alcanoespiroheptano(7 átomos de C)

2.- Ubicar el carbono espiro (CE) (el átomoque pertenecen a 2 anillos).

3.-Número de átomos: En referencia al CE, elnúmero de carbonos se listan en paréntesisrectangulares en orden ascendente, antesdel nombre del hidrocarburo.

4 2espiro[2.4]heptano

4.-Numeración de átomos: Iniciando con elátomo de la derecha próximo al átomoespiro, comenzando con el anillo máspequeño, se pasa a través del espiro átomo yse continua alrededor del segundo anillo.

9 11

8 5

7 6

12

4 3

espiro[4.5]decano56

47

98 1

3

2

espiro[3.5]nonano

anillo más pequeño

CE

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2.3. Indique el nombre de los siguientes compuestos (y coloque la numeración desus átomos).

Ejercicios

espiro[4.4]nonano

espiro[3.4]octano

espiro[4.5]decano

espiro[2.3]hexano

Dr. SVG. 12

B.2). Compuestos Espiro con sustitución.

a). Los alifáticos, halógenos y grupos nitrose usan como prefijos y se indican enorden alfabético.

CH3

CH32,3-dimetilespiro[4.4]nonano

Cl

Br

FCH3

CH3

7-bromo-6-cloro-5-fluoro-1,3-dimetilespiro[3.4]octano

b). Monofuncionalización. Los gruposfuncionales son nombrados usando sussufijo

c). Polifuncionalización. Los gruposfuncionales son nombrados usando sussufijos y o prefijos según sea el caso.

El orden de prefijos y sufijo es alfabético

OH

espiro[3.5]nonan-6-ol

NH2

espiro[5.6]dodecan-1-amina

6

7

SHOH

Dr. SVG. 13

2.4. Indique el nombre de los siguientes compuestos (y coloque la numeración desus átomos).

Ejercicios

NH2 SH

N

2-mercaptoespiro[2.5]oct-7-en-5-ino-1,4-diol

OH

OH

SH

6-amino-8-mercaptoespiro[4.4]nona-2,6-diene-1-carbonitrilo

NH2 SH

N

CH3

F

6-amino-4-etill-7-fluoro-8-mercaptoespiro[4.4]nona-2,6-dieno-1-nitrilo

Dr. SVG. 14

C.1). Compuestos bicíclicos fundidos sin sustitución.

1.-Nombre: Cuentan con el máximo número de dobles enlaces no continuostienen la terminación “eno” con una raíz trivial, la cual debe ser recordada.Existen algunos nombres sistemáticos dentro de los triviales.

8

5

7

6 34

21

naftaleno

56

4

12

3pentaleno1

2

3

76

45

1H-indeno

8

5

7

6

2

3

1

4bifenileno

6

7

5

8

4

3

2

1

azuleno

8

9

7

10

6 54

12

3

heptaleno

45

3

21

8

7

6

as-indacene8 1

2

3

7

6

5s-indaceno

acenaftileno

9H-fluoreno

1H-fenaleno

fenantreno

Antraceno

Dr. SVG. 15

a). Los nombres sistemáticos 1:Compuestos de dos anillos iguales; elnombres se obtiene sustituyendo laterminación del alcano por “aleno”.

C.1). Compuestos de bicíclicos fundidos sin sustitución.

b). Los nombres sistemáticos 2:Compuestos de 5 o más bencenos fundidosen arreglo lineales, se forman por el prefijonumérico seguido por “-anceno”

c). Numeración de átomos nofusionados. En dirección del movimientode las manecillas del reloj, iniciando con elátomo no perteneciente al sistemafusionado. En caso de ser necesario setoma la posición más alta a la derecha.

pentalene

5 5 6 6

7 7 88

naftaleno (nom trivial)

heptalene octalene nonalene

109 2

3

1

6

8

7 45

forma correctapireno

Pentaceno

Hexaceno, Heptaceno, etc..

Dr. SVG. 16

e). Numeración de átomos fusionadosinternos: Se les coloca le número másalto, tomando en cuenta la secuencia de lamanecillas de reloj.

d). Numeración de átomos fusionadosexternos: Los átomos comunes a 2 omás anillos son designados por las letras“a”, “b”, …, el Nº que contienen, se da enreferencia a la posición precedenteinmediata.

10a10

8a 33a

5a

8

5

8a

4b8

9 9a

4a 4

5a

82a

5

8a

1 2

acenaftileno

9H-fluorenepireno

fluoreno

10a

10b

10

10c8b

8

8c

8a

¡Excepciones en numeración!

8a

10a

8

5

7

6

9a

4a

9

10

2

3

1

4

4b

5

8a

6

8

7

10a

4a

109

2

3

1

4

10

5

1

4

2

3

8

7

9

6

13

14

1211 16

15

17

Antraceno Fenantreno Ciclopenta[a]fenantreno

Dr. SVG. 17

a). 1. Los nombres de los policíclicosfusionados con un numero menor dedobles enlaces no continuos, sonformados por el prefijo “dihidro-“,“tetrahidro-“, etc., seguidos por el nombredel hidrocarbono correspondiente.

b). Cuando la molécula está totalmentehidrogenada se utiliza del prefijo“perhidro-“ .

C.2). Compuestos bicíclicos fundidos sin el número máximo de doblesenlaces

8a

4a

8

5

7

6

CH

CH

CH21

CH24

1,4-dihidronaftaleno

C

C

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH

+ 2Hnaftaleneazuleno+ 4H

CH24

CH5

6

CH27CH28

3

2

1

3a,4,7,8-tetrahydroazuleno

CH

CH

CH2

CH2

CH2

CH2

CH

CH

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2 tetradecahidroantracenoo perhidroantraceno

+14H

C

C

CH

CH

CH

CH

C

C

CH

CH

CH

CH

CH

CH

se requieren dos hidrogenos para saturar un doble enlace

Dr. SVG. 18

c). H es usada como indicación dehidrógenos, y es asignado con el valormás bajo disponible.

CH21

1H-indeno

3a4

7a

5

7

6

3

2

1

3a,7a-dihidro-1H-indeno

+2H+4H

8

7

65

CH29 1

2

4 3

9H-fluoreno

8

7

65

CH29 1

2

4 3

4,5,6,9-tetrahidro-3H-fluoreno

El valor más bajo

d). Para radicales:1. Al remover de UN átomo de H, laterminación de “-eno “ por “-enil”.

2. Al remover de DOS átomos de H, laterminación de “-eno ““-ideno”.

C

-1H

CH

-1H

C

Acenaftileno Acenaftenil Acenaftenilideno

1

Naftaleno Naftil 1(4H)naftilideno1,4-Dihidro-1-naftilideno

-1H -1H

xxx

Dr. SVG. 19

naftaleno

pentaleno

1H-indeno

pireno

fenantreno

-1H 56

4

12

31-pentalenil

8

5

7

6 34

21

2-naftil

12

3

76

45

2-indenil

Antraceno2-Antril

fenantril

1-pirenil

-1H

-1H

-1H

-1H

-1H

Dr. SVG. 20

C.3). Compuestos bicíclicos fundidos con sustitución

a). Los alifáticos, halógenos y grupos nitrose usan como prefijos y se indican enorden alfabético.

b). Cuando hay UNA saturación del anilloesta toma los primeros valores, dejando alos demás grupos con los restantes.

1

Br1-bromonaftaleno

7

6

1

4

Br

Cl

F

CH3

1-bromo-4-cloro-6-fluoro-7-metilnaftaleno

1,8a-dihidronafthaleno

18

Voltear

Br

Cl

F

CH3

8-bromo-5-cloro-3-fluoro-2-metil-1,8a-dihidronaftaleno

Voltear1

2

3

8

5

Br

Cl

F

CH3

c). Con 2 o más saturaciones: CH3

Br

Br

Cl

2,4-dibromo-6-cloro-1,2,3,4,4a,5,6,7-octahidronaftaleno

6-metil-1,2,6,7-tetrahidronaftaleno

Dr. SVG. 21

d). Sustitución por sustitución degrupos funcionales. Siempre el grupofuncional del prefijo debe tener el menornúmero posible.

1,2,6,7-tetrahidronaftalen-2-amina

7

6

21

NH2

2

3

78NH2 SH

+HS

7-amino-2,3,7,8-tetrahidronaftalen-2-tiol

+OH

3

2

65NH2 SH

OH6-amino-3-mercapto-2,3,5,6-tetrahidronaftalen-2-ol

3

2

65NH2 SH

OH6-amino-3-mercapto-7,8-didehidro-2,3,5,6-tetrahidronaftalen-2-ol

+4H+ NH2

naftaleno

Dr. SVG. 22

2.5. Indique el nombre de los siguientes compuestos (y coloque la numeración desus átomos).

Ejercicios

NH2SH

OH Cl

NH2SH

OH Cl

N

6-amino-7-cloro-3-mercapto-2,3,5,6-tetrahidronaftalen-2-ol

3-amino-2-cloro-7-hidroxi-6-mercapto-3,4,6,7-tetrahidronaftaleno-1-carbonitrilo

12

3

76

45

ClCH3

NH2

SH

3-amino-6-cloro-1-metil-3a,7a-dihidro-1H-indeno-4-tiol

Dr. SVG. 23

D.1). Compuestos Biciclicos Conectados sin sustitución

a). Se coloca el prefijo bi antes del ()del nombre del correspondientesustituyente o alcano.

1.-Con dos cíclicos idénticos.

b). La numeración es producto delreflejo del sustituyente derecho.

1,1'-bi(ciclopropan)-2-eno

1,1'-bi(ciclopentil)

c). Los sutituyente se indican comoen los casos anteriores

(ciclopropilo)bi

o bi(ciclopropano)

1 21’

3

2’

3’1,1’-bi(ciclopropilo)

1,1’-bi(ciclopropilo)

CH3

2-metil-1,1’-bi(ciclopropilo)

Dr. SVG. 24

1,1'-bi(ciclohexil)

bifenilo

CH3

CH3

4-etil-3-metil-1,1'-bi(ciclohexilo)

OH Cl

F 3'-cloro-4'-(fluorometil)-1,1'-bi(ciclohexil)-3-ol

OH 1,1'-bi(ciclobutan)-2'-en-3-ol

Dr. SVG. 25

2.-Con dos cíclicos diferente

a). Se ordenan quedando el ciclo demayor tamaño al final (como base) yel de menos tamaño comosustituyente.

ciclobutilciclopentano

ciclopropilciclooctano

ciclobutano

Menor tamaño Mayor tamaño

ciclopropil

Dr. SVG. 26

CH3

(2-metilciclopropil)ciclooctano

CH3

Cl

3-cloro-1-etil-5-(2-metilciclopropil)ciclooctano

b). Numeración: Queda en funciónde los sustituyentes del anillo masgrande.

Nota: no requiere comillas por estar entre parentesis y no ser bi.

Dr. SVG. 27

2.3.- Métodos de obtención de Bicíclicos y Policíclicos

2.3.1.- Métodos de obtención de Bicíclicos

1. Wurtz Tratando derivadosdihalogenados no vecinales con sodioen polvo.Se usa para anillos de hasta 6 átomossolo que va disminuyendo surendimiento.

CH2

C CH2

C

H

Br

Br

H+ 2Na polvo 2NaBr

1,3-dibromociclobutano

calor CH2

C CH2

C

H

H+

biciclo[1.1.0]butano50%

2. Simmons-Smith. Reacción deadición por yodometano a doblesenlaces C=C: Solo da ciclopropanos.con una aleación de Zn-Cu

+ CH2

I

I

Zn(Cu)CH2

+ Znl2

biciclo[4.1.0]heptano 75%ciclohexenodiyodometano

3. Diels Alder. Se emplea un dienoconjugado y un dienofilo.

CH

CH

+ CH2

CH C N

Luz UV.CH2

C N

acrilonitrilo1,3-ciclopentadieno biciclo[2.2.1]hept-2-en-5-carbonitrilo

Dr. SVG. 28

4. Adición por doble enlace de unalifático.Un compuesto de dos anillos fundidospuede ser preparado por una reacciónfotoquímica.

CH

CH+

CH2

C

CH3

CH3

CH

CH

CH2

C

CH3

CH3

hv

ciclohexeno2-metil-1-propeno

7,7-dimetilbiciclo[4.2.0]octano

5. Reacción del ciclohexeno.

1. Baeyer Tratando derivadosdihalogenados no vecinales con zinc enpolvo, (etanol como disolvente).

CH2

CH2

CH

CH

CH

CH

C

C

CN

CNCN

CN

(CN)2

(CN)2

etilen-1,1,2,2-tetracarbonitrile2,3-dimetilbiciclo[2.2.2]octeno

+ciclohexa-1,3-dieno

2.3.2.- Métodos de obtención de Espiro

+ 2ZnBr2+C

CH2 Br

CH2 Br

CH2Br

CH2Br

C

CH2

CH2

CH2

CH2

espiro[2.2]pentano

2 Znpolvo125 ºC

Dr. SVG. 29

2.3.3.- Métodos de obtención depoliciclicos

1. El cilcopentadieno, es un dienoaltamente reactivo y dimeriza demanera espontánea.

+

triciclo[5.2.1.02,6]deca-3,8-dienociclopenta-1,3-dieno

Dr. SVG. 30

2.4.- Reacciones de Bicíclico y Policíclicos

Sus reacciones se basan principalmente en los grupos funcionalesque presentan, al igual que los alcanos

2.4.1. Compuestos tipo puente

1. se puede obtener el doble enlacepor:

a). deshidratación ob). por calentamiento del bromuro

con potasa alcohólica.

OH

Hbiciclo[3.2.0]heptan-6-ol biciclo[3.2.0]hept-6-eno

Br

H

NaOH

+ OH2

+ BrH

6-bromobiciclo[3.2.0]heptano biciclo[3.2.0]hept-6-enoΔ

Dr. SVG. 31

2. Reacción de los dobles enlaces

biciclo[2.2.2]oct-2-eno

Rx de adición

Hidrogenación

H2/Pt H

H

Mecanismo polar

X2

HX

OH2

biciclo[2.2.2]octano

X2

X

X

X

H

X

OH + HX

X= Cl, Br

+

+

+

+ OH2H

OHH

+

Mecanismo de radical libre

+ HBr

CCl3

H

+

+ H+ o BF3

H

Br

H

Cl3C

polímeroRx. de sustitución

X2+Δ

o uv X

X

Dr. SVG. 32

2.6.- Ejercicios de los temas I y II.

Dr. SVG. 33

I.- Defina los siguientes términos:

(1). Cicloalcano(2). Compuesto policíclico.(3). Compuesto cíclico.(4). Conformación de bote.(5). Anillos fundidos.(6). Anillos con puente.(7). Sustituyente ecuatorial.(8). Dieno.(9). Conformación silla.(10). Energía de tensión.

(11). Interacción estérica.(12). Tensión torsional.(13). Tensión angular.(14). Compuesto bicíclico(15). Cicloalquenos.(16). Conformación de bote torcido.(17). Confórmero.(18). Isomería.(19). Isomería cis.(20). Isomería Trans.

(21). Ciclación.(22). Radical.(23). Cicloalquino(24). Reacción electrofílica.(25). Enlace alilico.(26). Estereoisómeros.(27). Anillos grandes.(28). Conformación idealizada.(29). Posición anti.(30). Posición gauche.

Dr. SVG. 34

II.- Trace las estructuras de los siguientes compuestos.

(1). Trans-1,3-dimetilcicloheptano.(2). 1,1-dietil-3,4-cis-dimetilcloropentano.(3). Cis-1,2-dimetilcilpentano.(4). 1,1-dicloro-3-metilciclobutano.(5). Cis-1,2-dimetilciclopentano.(6). Trans-4-ter-butil-1-metilciclohexano.(7). Trans-1-bromo-3-metilciclobutano.Trans-3.5-dimetilciclohexeno.(8). Cis-1,4-diclorocicloheptano.(9). 5-clorobiciclo[5.2.1]dec-2-ino(10). 5-clorobiciclo[5.2.1]dec-8-en-2-ino

(11). 6,8-difluorobiciclo[4.2.2]deca-1,2,4-trieno.(12). 1-bromo-7-clorobiciclo[4.2.1]nona-2,4-diino.(13). biciclo[5.5.1]trideca-1(13),2,4,8-tetraen-4-ol

Dr. SVG. 35

III.- Represente los siguientes compuestos en sus conformaciones de silla más estables:

(1). Trans-1,2-diclorociclohexano.(2). Cis-1,3-dibromociclohexano.(3). Trans-1-ter-butil-3-etilciclohexano(4). Cis-1-metil-2-isopropilciclohexano.(5). Cis-1-clorp-4-isopropilciclohexano.(6). 1,1,3-trimetilciclohexano.

Dr. SVG. 36

FIN DE LA UNIDAD

Dr. SVG. 37

LIBROS:

“Organic Chemistry: Structure and Function”. K. Peter, C. Vollhardt and N.E. Schore. 3ª Edición. Editorial: W. H. Freeman & Co., New York, 1999.(traducción al castellano de la 3ª ed., Editorial Omega, Barcelona).“Organic Chemistry”. T. W. G. Solomons, C. B. Fryhle. 7ª Edición. Editorial:John Wiley & Sons, New York, 1999."Química Orgánica". F.A. Carey, 3ª Edición. Editorial McGraw-Hill. Madrid1998.“Organic Chemistry”. R. T. Morrison, R. K. Boyd. 7ª Edición. Editorial:Prentice Hall, New Jersey, 1997.“Organic Chemistry, Structure and Reactivity”. S. Ege. 4ª Edición, 1999.(Traducción castellana Editorial Reverté, Barcelona, 1997).“Organic Chemistry”. A. Streitwieser Jr., C. H. Heathcook. E. M. Kosower.4ª Edición. Editorial: McMillan Publishing Co., Inc. New York, 1992.(Impresión revisada 4ª Ed. 1998)“Formulación y Nomenclatura de Química Orgánica”. W. R. Peterson.Editorial Eunibar, 15ª Edición. Barcelona 1993.

Dr. SVG. 38

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