Semana 10 Medicina - Química Orgánica (PDF)

SEMANA 10: Compuestos heterocíclicos. Grupos QUÍMICA funcionales. 07/10/2024 Mg. Luis Enrique Velasquez Yapo. Información de contacto: Medicina Ciclo I [email protected] ÍNDICE Compuestos heterocíclicos: estructura, propiedades, ejemplos b...

SEMANA 10: Compuestos heterocíclicos. Grupos QUÍMICA funcionales. 07/10/2024 Mg. Luis Enrique Velasquez Yapo. Información de contacto: Medicina Ciclo I [email protected] ÍNDICE Compuestos heterocíclicos: estructura, propiedades, ejemplos biológicos (alcaloides, fármacos, vitaminas, etc.). Vitaminas importancia de su consumo, fármacos principios de su uso racional. Grupos funcionales: fenoles, alcoholes, tioles, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos. Importancia biológica. Uso de los fenoles, tioles y aldehídos en la industria alimentaria y médica. Alcoholismo en el Perú Fecha Mg. Flor Silva Meza, Medicina Ciclo I. actualizada:07/04/2024 COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS: ESTRUCTURA La química orgánica estudia a los compuestos del carbono, con algunas excepciones (como el CO, CO2 y carbonatos CO3, etc.) Se creía que los compuestos orgánicos sólo podía formarse teniendo de por medio un ser vivo (fuerza vital). Mas adelante FRIEDRICH WÖLHER sintetiza la urea (carbonamida) a partir del cianato de amonio (sustancia inorgánica) Los compuestos heterocíclicos contienen anillos formados por átomos de carbono y algunas estructuras contienen un elemento diferente (heteroátomos), como: nitrógeno (N), oxígeno (O) y azufre (S). Estos compuestos son fundamentales en la química orgánica y tienen una amplia variedad de aplicaciones biológicas y farmacéuticas. COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS: ESTRUCTURA Los compuestos heterocíclicos pueden ser aromáticos o no aromáticos. Cuando son aromáticos, comparten con el benceno la característica de tener una nube de electrones π deslocalizados sobre el anillo, lo que también les confiere una gran estabilidad. El benceno: BENCENO ENERGÍA DE RESONANCIA Esta cantidad de energía es necesaria para mantener estable la estructura del benceno, que resulta de la deslocalización de electrones en la molécula. CICLO ALQUENOS Para reconocer otras estructuras aromáticas deben cumplir una regla conocida como: Regla de Huckel, para aplicarla debemos conocer cuantos enlaces pi y electrones pi, existen. Es por ello que algunas de las estructuras mostradas son ciclos alquenos y no AROMATICIDAD compuestos aromáticos. (HUCKEL): 4N+2 PROPIEDADES: 1. ESTRUCTURAS AROMÁTICAS NAFTALENO  ANTRACENO FENANTRENO ESTRUCTURAS AROMÁTICAS EFECTO CANCERÍGENO DEL BENZOPIRENO COMPUESTOS AROMÁTICOS NO BENCENICOS ESTRUCTURAS DE RESONANCIA DEL IÓN CICLOPENTADIENILO IÓN TROPILIO El ion tropilio es un ion orgánico de fórmula química C₇H₇⁺, que consiste en un anillo de siete átomos de carbono con un átomo de carbono cargado positivamente en el centro del anillo. A esta estructura altamente reactiva se le conoce como carbocatión central que atrae fuertemente electrones de otras estructuras cercanas, para recuperar su estructura aromática, por esto también esta estructura es fácil de formarse en un intermedio de reacciones químicas.  COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS PIRIDI NA  MECANISMO DE SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA PROPIEDADES: AROMÁTICA 2. ESTABILIDAD HALOGENACIÓN DIAGRAMA DE ENERGÍA DE LA HALOGENACIÓN NITRACIÓN SULFONACIÓN ALQUILACIÓN DE FRIEDEL-CRAFTS MECANISMO DE ALQUILACIÓN ALQUILACIÓN CON REAGRUPAMIENTO ACILACIÓN DE FRIEDEL-CRAFTS MECANISMO DE ACILACIÓN REDUCCIÓN DE CLEMMENSEN BENCENO DISUSTITUIDO PROPIEDADES: 3. REACTIVIDAD Y EFECTO ORIENTADOR  REACTIVIDAD Y ORIENTACIÓN EN BENCENO MONOSUSTITUIDO Y o- p- o+p- m- -OH 50-55 45-50 100 residuos -NHCOCH3 19 79 98 2 Isómeros de C6H4 Y -CH3 60 36 96 4 (NO2) % -F 12 88 100 residuos -Cl 30 70 100 residuos La reactividad y orientación -Br 38 62 100 residuos en benceno monosustituido, se refiere al compuesto que -I 41 59 100 residuos se une al anillo en cierta -N+ (CH3)3 0 0 0 100 posición (o, m, p) -NO2 6,4 0,3 6,7 93,3 haciéndolo reaccionar de -CN residuos residuos 11,5 88,5 dos formas, aumentando la -SO3H 21 7 28 72 densidad electrónica del anillo o disminuyéndola -COOH 19 1 20 80 (activación o desactivación) -CHO residuos residuos 21 79 La desactivación del anillo, crea residuos. Tolueno Reacciones o- p- m- Nitración 60 36 4 Sulfonación 32 62 6 Bromación 33 67 residuos C6H4 Y (X) % X Y o- p- m- -NO2 -COOH; 30º, H2SO4 19 1 80 -COOH; 30º, no H2SO4 22,3 1,2 76,5 -COOH; -30º, no H2SO4 14,4 0,6 85 -Br -Br; FeCl3 13 85 2 -Br; AlCl3 8 62 30 COMPARACIONES DE REACTIVIDAD 1.- CONDICIONES IDÉNTICAS: C6H6 + H2SO4 ( SO3 ) reacciona todo en 20 o 30 minutos C6H5CH3 + H2SO4 (SO3) reacciona todo en 2 minutos 2.- CONDICIONES DE REACCIÓN: Condiciones para igual tiempo C6H6 + HNO3 60º C6H5 NO2 + HNO3 3.-90º COMPETENCIA: Proporciones de productos de reacción C6H6 + C6H5CH3 + HNO3 C6H5NO2 (1) + C6H4CH3(NO2) (25) C6H6 + C6H5Cl + HNO3 C6H5NO2 (30) + C6H4Cl(NO2) (1) EFECTOS DE ORIENTACIÓN Y ACTIVACIÓN DE LOS SUSTITUYENTES GRUPOS ACTIVANTES ORIENTADORES orto y para  Grupo Formas de resonancia Ejemplos GRUPOS DESACTIVANTES ORIENTADORES meta  POLISUSTITUCIONES EJEMPL O RADICAL LIBRE BENCÍLICO CARBOCATIÓN BENCÍLICO En esta estructura se muestra cómo la carga positiva se delocaliza sobre el anillo bencénico, lo que contribuye a la estabilidad del carbocatión. Algunas enzimas utilizan carbocationes como intermediarios para catalizar reacciones químicas específicas en el organismo, como la biosíntesis de lípidos, esteroides y terpenos. En otros casos pueden unirse a biomoléculas y causar daño celular o sistémico, es decir, en el ADN puede inducir mutaciones genéticas y contribuir al desarrollo de cánceres. Algunos fármacos utilizan intermediarios carbocatiónicos para lograr una actividad biológica específica con proteínas y otros biomoléculas para desarrollar terapias médicas más efectivas y seguras. COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS EJEMPLOS BIOLÓGICOS IMPORTANTES COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS EJEMPLOS BIOLÓGICOS IMPORTANTES 1. Purinas y Pirimidinas: Las purinas y pirimidinas son componentes esenciales de los ácidos nucleicos (ADN y ARN). Adenina (Purina): Tiene un anillo fusionado de seis miembros con dos nitrógenos (pirimidina) y un anillo de cinco miembros con dos nitrógenos (imidazol). Timina (Pirimidina): La timina tiene un anillo de seis miembros con dos nitrógenos. 2. Porfirinas: Son esenciales porque forman parte de los componentes hemo y clorofila. Hemo (parte de la hemoglobina): El grupo hemo contiene un anillo de porfirina con un ion de hierro (Fe) en el centro. 3. Indoles: Triptófano: El triptófano tiene un anillo de indol unido a un grupo COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS EJEMPLOS BIOLÓGICOS IMPORTANTES 4. Isoquinolinas: Papaverina: La papaverina tiene una estructura de isoquinolina fusionada con otros anillos aromáticos. 5. Pirrolidinas: Las pirrolidinas son heterociclos de cinco miembros que contienen un nitrógeno. Son componentes de muchos alcaloides, como la nicotina. Nicotina: La nicotina contiene un anillo de pirrolidina y un anillo de piridina. 6. Piperidinas: Las piperidinas son heterociclos de seis miembros que contienen un nitrógeno. La piperina, un alcaloide del pimiento negro, es un ejemplo. Piperina: La piperina contiene un anillo de piperidina y un sistema aromático conjugado. VITAMINAS IMPORTANCIA DE SU CONSUMO, FÁRMACOS PRINCIPIOS DE SU USO RACIONAL Al estudiar los compuestos heterocíclicos se puede entender como sus mecanismos de reacción a gran escala, contribuyen a la salud general, incluyendo el metabolismo, el crecimiento y la función celular. Principios del uso racional de fármacos: Podemos nombrar los siguientes: 1. Eficacia: Los fármacos deben ser eficaces en el tratamiento de las enfermedades. 2. Seguridad: Deben ser seguros y minimizar los efectos adversos. 3. Calidad: Deben ser de calidad garantizada y cumplir con las normativas. 4. Accesibilidad: Deben estar disponibles y ser accesibles a la población que los necesita. 5. Coste-efectividad: Deben ser asequibles y justificar su costo en relación con los beneficios terapéuticos. GRUPOS FUNCIONALES FUNCION ALCOHOLES  Los alcoholes son compuestos orgánicos los cuales se caracterizan por ser uno o mas grupos funcionales conocidos como hidroxilo u oxidrilo el cual se representa con (OH).  Los alcoholes son compuestos orgánicos que corresponden a la formula R-OH donde:  R= Radical alquilo  OH= grupo funcional  Su nombre proviene del vocablo árabe AL – KUHL, que significa: sutil, poder, espíritu y esencia. FUNCION ALCOHOLES  Los alcoholes son de tipo anfóteros, es decir, actúan como base y ácidos dependiendo del medio donde se encuentren, poseen una parte hidrofílica llamada también polar y otra hidrofóbica llamada también no polar que aumenta cuando aumenta la cantidad de carbonos y lo convierte menos soluble.  CLASIFICACIÓN:  De acuerdo al numero de oxidrilos:  Monoles: Un grupo OH.  Polioles o glicoles: Más de un grupo OH. FUNCION ALCOHOLES  De acuerdo al tipo de carbono:  Primario: Si el – OH está unido a un carbono primario.  Secundario: Si el – OH está unido a un carbono secundario.  Terciario: Si el – OH está unido a un carbono terciario.   De acuerdo al tipo de cadena carbonada: FUNCION ALCOHOLES  Saturados: De cadena alifática carbonada.  Insaturados: Con enlaces dobles en la cadena carbonada.  Cíclicos: De cadena cíclica unida al Oh, pero no directamente al benceno. Ej.: Ojito: No son alcoholes pero si fenoles:   Preparación de alcoholes:  Hidratación de alquenos: De cadena alifática FUNCION ALCOHOLES carbonada.  A partir de haluros de alquilo: R-X+H2OR-OH+HX  Compuestos carbonilo y reactivos de Grignard [R-Mg-X]X= Cl, Br, I  Descomposición de azúcares: fermentación alcohólica.   NOMENCLATURA: -OH (ol). Polioles diol, triol,... A partir de 3 carbonos se debe numerar con –OH el numero más bajo. FUNCION ALCOHOLES(IUPAC)  Existen sistemas antiguos de nomenclatura entre los cuales: con la palabra alcohol, la raíz con el numero de carbonos y el sufijo “ílico”   El sistema carbinol: es antiguo y considera al grupo carbinol – C – O – H, lo demás se nombra como FUNCION ALCOHOLES ramificaciones.  CONSUME CONVIERTE PRODUCE ENZIMA  FUNCION ALCOHOLES IMPORTANCIA BIOLÓGICA: CONSUME 1. Energía y Metabolismo: Los alcoholes, como el CONVIERTE PRODUCE etanol, son metabolizados en el hígado para producir ENZIMA energía. 2. Precursores Metabólicos: El glicerol, un CONSUME trihidroxialcohol, es un componente esencial de los CONVIERTE PRODUCE triglicéridos y fosfolípidos, cruciales para la estructura y ENZIMA función de las membranas celulares. 3. Interacciones Moleculares: Los grupos hidroxilo de los alcoholes pueden formar enlaces de hidrógeno, afectando la solubilidad y reactividad de las moléculas CICLO DE KREBS biológicas.  Son compuestos con el núcleo bencénico unido al grupo FUNCION FENOLES hidroxilo. Poseen carácter ácido. Se utilizan como desinfectantes, para preparar plásticos y colorantes. FUNCION FENOLES  FENOLES NOMENCLATURA Se considera las posiciones orto, meta y para, en el siguiente ejemplo podemos analiza su nomenclatura IUPAC y COMUN. FUNCION FENOLES IMPORTANCIA BIOLÓGICA: Antioxidantes: Los fenoles tienen propiedades antioxidantes que protegen las células del daño oxidativo. Por ejemplo, la vitamina E es un fenol con propiedades antioxidantes. Señalización Celular: Los fenoles pueden actuar como moléculas de señalización. Las hormonas tiroideas, derivadas del aminoácido tirosina, contienen grupos fenol y regulan el metabolismo. Antimicrobianos: Muchos fenoles tienen propiedades antimicrobianas y se utilizan en desinfectantes y antisépticos. TIOLES SÍNTESIS TIOLES FUNCION TIOLES IMPORTANCIA BIOLÓGICA: Detoxificación y Protección: El glutatión, un tripéptido que contiene un grupo tiol, es crucial en la detoxificación de radicales libres y peróxidos en las células. Catálisis Enzimática: Los grupos tiol (sulfhidrilo) de los aminoácidos cisteína y metionina son esenciales en la función catalítica de muchas enzimas. Estructura de Proteínas: Los enlaces disulfuro (S-S) formados entre dos cisteínas estabilizan la estructura tridimensional de las proteínas. ALDEHIDOS Y CETONAS ALDEHIDOS Y CETONAS ALDEHIDOS Y CETONAS  ALDEHIDOS Y CETONAS IMPORTANCIA BIOLÓGICA: Metabolismo de Carbohidratos: El grupo aldehído está presente en los azúcares reductores, como la glucosa, y es esencial en las vías metabólicas de la glucólisis y la gluconeogénesis. Intermediarios Metabólicos: Los aldehídos, como el acetaldehído, son intermediarios en la fermentación del etanol y en la degradación de aminoácidos. Reacciones de Transaminación: Participan en reacciones de transaminación y desaminación, fundamentales para el metabolismo de aminoácidos. ACIDOS CARBOXILICOS ACIDOS CARBOXILICOS ACIDOS CARBOXILICOS ACIDOS CARBOXILICOS ACIDOS CARBOXILICOS IMPORTANTES  ACIDOS CARBOXILICOS IMPORTANCIA BIOLÓGICA: Metabolismo Energético: Los ácidos carboxílicos forman parte de los ácidos grasos y los intermediarios del ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs), esenciales para la producción de ATP. Síntesis de Biomoléculas: Actúan como precursores en la biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y otros metabolitos importantes. Propiedades Ácidas: Los ácidos carboxílicos pueden donar protones, lo que es crucial en las reacciones ácido- base y en la regulación del pH celular.  CONCLUSIONES La importancia biológica de los alcoholes, fenoles, tioles, aldehídos y ácidos carboxílicos radica en sus diversas funciones y roles en los procesos metabólicos, estructurales y de señalización. La presencia de estos grupos funcionales permite una amplia variedad de reacciones químicas que son fundamentales para el mantenimiento de la vida. https://www.infobae.com/peru/2024/01/24/el-35-de-peruanos-tendria-problemas-d e-consumo-de-alcohol-sin-reconocerlo-como-identificar-el-alcoholismo / ¿Cuáles son los usos de los fenoles, tioles y aldehídos en la industria alimentaria y médica? 07/04/2024 Ing. Flor Silva Meza, Medicina Ciclo I  BIBLIOGRAFÍA E. Villalobos Rodríguez, Fijación simbiótica del Nitrógeno, San José (Costa Rica) 2006. F. Castillo Rodríguez, Biotecnología ambiental, Madrid 2005. J. R. Peña, Cuaderno de Histología vegetal, Salamanca 2010. L. Taiz-E. Zeiger, Fisiología Vegetal, Vol. I, Castellón de la Plana 2006 Céspedes M, Ela M. Enzimas que participan como barreras fisiológicas para eliminar radicales libres. Rev Cubana Inv Biomed 1996;15(2):75-8. Halliwell B. Antioxidant nutrients-Efficacy in diesease prevention and safety. Bioquemistry 1995;feb/Mar:16-8. Yu BP. Aging and oxidative stress: modulation by dietary restriction. Free Rad Biol Med 1996;21:651-68. 07/04/2024 Ing. Flor Silva Meza, Medicina Ciclo I  Licenciada por: Visítanos aquí: https://medicina.usmp.edu.pe Av. Alameda del Corregidor 1531 – La Molina.