Química Heterocíclica

Vista previa del material en texto

Química Heterocíclica
Concepción Barthélemy González
M.ª Pilar Cornago Ramírez
Soledad Esteban Santos
Química Heterocíclica
CoNCEPCIÓN BarTHÉLEMY goNZÁLEZ
Mª dEL PILar CorNago raMÍrEZ
SoLEdad ESTEBaN SaNToS
UNIVErSIdad NaCIoNaL dE EdUCaCIÓN a dISTaNCIa
química heterocíclica 
quedan rigurosamente prohibidas, sin la
autorización escrita de los titulares del
copyright, bajo las sanciones establecidas
en las leyes, la reproducción total o
parcial de esta obra por cualquier medio
o procedimiento, comprendidos la reprografía
y el tratamiento informático, y la distribución
de ejemplares de ella mediante alquiler
o préstamos públicos.
© universidad Nacional de educación a Distancia
madrid 2015
 www.uned.es/publicaciones
© concepción Barthélemy González, m.ª del Pilar cornago ramírez,
Soledad esteban Santos
rosa m.ª claramunt Vallespí (coordinación y revisión) 
iSBN electrónico: 978-84-362-6912-3
Edición digital: julio 2015
www.uned.es/publicaciones
Concepción Barthélemy González es licenciada y doctora en Ciencias Quí-
micas por la UCM y la UNEd, respectivamente. Profesora Titular desde 1991 en la 
Facultad de Ciencias de la UNEd, su labor docente se ha desarrollado en Química 
general y en varios cursos de Formación Permanente. Ha desempeñado su labor 
investigadora en colaboración con el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del 
CSIC desde 1988, originando numerosas publicaciones en revistas cientíicas y con-
gresos especializados, siendo coautora de diferentes materiales didácticos con la 
metodología de la enseñanza a distancia.
M.ª del Pilar Cornago Ramírez es licenciada en Ciencias Químicas y en Far-
macia por la UCM y doctora en Ciencias Químicas por la UNEd. Profesora Titular 
del área de Química orgánica en la UNEd, ejerce su labor docente en varias asig-
naturas del grado en Química, en el Máster Universitario de Ciencia y Tecnología 
Química y en cursos de Formación de Profesorado. Es autora de diversos textos 
educativos y materiales didácticos y su labor investigadora desarrollada en el CSIC 
y en la UNEd, se traduce en publicaciones en revistas de alto índice de impacto. 
Soledad Esteban Santos doctora en Ciencias Químicas y licenciada en Socio-
logía por la UCM. Profesora Titular de Química general ejerce también su docencia 
en los Másteres Universitarios de Ciencia y Tecnología Química y de Formación del 
Profesorado de Educación Secundaria. asimismo es directora de cursos del Progra-
ma de Formación de Profesorado de la UNEd. autora de textos y otros materiales 
didácticos de enseñanza a distancia, así como de artículos en investigación experi-
mental y en didáctica de la química, educación a distancia y divulgación cientíica. 
aUToraS
9
ÍNdICE
Presentación 
UNIdad dIdÁCTICa I
Tema 1. HETEROCICLOS AROMÁTICOS 
objetivos 
1.1. Introducción 
1.2. orientaciones generales sobre la nomenclatura de los 
compuestos heterocíclicos 
1.3. Clasificación de los heterociclos 
1.4. Heterociclos aromáticos 
1.5. Criterios de aromaticidad 
1.6. Tautomería en compuestos heteroaromáticos 
Lista de heterociclos nombrados
Ejercicios de autocomprobación
Solución a los ejercicios de autocomprobación
Tema 2. HETEROCICLOS NO AROMÁTICOS
objetivos 
2.1. Introducción 
2.2. Tensión de ángulo de enlace en carbociclos
2.3. Tensión de ángulo de enlace en heterociclos 
2.4. Torsión de enlace 
2.5. Conformaciones preferentes en heterociclos flexibles
2.6. Interacciones de tipo atractivo a través del espacio
Lista de heterociclos nombrados
Ejercicios de autocomprobación 
Solución a los ejercicios de autocomprobación 
Tema 3. HETEROCICLOS DE TRES Y CUATRO ESLABONES 
objetivos 
3.1. Introducción 
3.2. aziridinas 
3.3. 2h-azirinas 
3.4. oxiranos 
3.5. Tiiranos 
3.6. diaziridinas y 3h-diazirinas
3.7. oxaziridinas 
3.8. aplicaciones de los compuestos con anillos de tres eslabones 
y dos heteroátomos 
3.9. azetidinas 8
3.10. oxetanos 
3.11. Tietanos 
Lista de heterociclos nombrados 
Ejercicios de autocomprobación 
Solución a los ejercicios de autocomprobación 
Tema 4. HETEROCICLOS DE CINCO ESLABONES (I) 
objetivos
4.1. Introducción 
4.2. Pirrol, furano y tiofeno: características generales 
4.3. Pirroles
4.4. Furanos
4.5. Tiofenos
4.6. Indoles 
4.7. Benzo[b]furanos y benzo[b]tiofenos
4.8. Heterociclos benzo[c] condensados 
Lista de heterociclos nombrados
Ejercicios de autocomprobación 
Solución a los ejercicios de autocomprobación
Tema 5. HETEROCICLOS DE CINCO ESLABONES (II)
objetivos
5.1. Introducción
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
10
ÍNDICE
11
5.2. Características generales de los azoles .
5.3. Imidazoles
5.4. Pirazoles 
5.5. Triazoles y tetrazoles
5.6. Benzodiazoles y benzotriazoles 
Lista de heterociclos nombrados
Ejercicios de autocomprobación 
Solución a los ejercicios de autocomprobación 
Tema 6. HETEROCICLOS DE CINCO ESLABONES (III) 
objetivos 
6.1. Introducción 
6.2. oxazoles, tiazoles y benzoderivados 
6.3. Isoxazoles, isotiazoles y benzoderivados 
6.4. oxadiazoles y tiadiazoles
6.5. Betaínas y compuestos mesoiónicos
Lista de heterociclos nombrados 
Ejercicios de autocomprobación 
Solución a los ejercicios de autocomprobación 
UNIdad dIdÁCTICa II
Tema 7. HETEROCICLOS DE SEIS ESLABONES (I). PIRIDINAS
objetivos
7.1. Introducción
7.2. Piridinas 
7.3. deshidropiridinas 
7.4. reacciones de sustitución por radicales
7.5. reducción de piridinas y sales de piridinio: dihidropiridinas
7.6. N-óxidos, N-imidas y N-iluros de piridina
7.7. Hidroxi- y aminopiridinas 
7.8. alquil y alquenilpiridinas 
7.9. Ácidos piridincarboxílicos 
Lista de heterociclos nombrados
Ejercicios de autocomprobación 
Solución a los ejercicios de autocomprobación 
Tema 8. HETEROCICLOS DE SEIS ESLABONES (II). QUINOLINAS 
E ISOQUINOLINAS. OTRAS PIRIDINAS FUSIONADAS. SALES DE PIRILIO
objetivos 
8.1. Quinolinas e isoquinolinas 
8.2. otras piridinas fusionadas 
8.3. Sistemas con oxígeno 
8.4. Benzopiranos
Lista de heterociclos nombrados 
Ejercicios de autocomprobación 
Solución a los ejercicios de autocomprobación 
Tema 9. HETEROCICLOS DE SEIS ESLABONES (III). DIAZINAS, 
TRIAZINAS Y TETRAZINAS. SISTEMAS FUSIONADOS. OXAZINAS Y TIAZINAS 
objetivos 
9.1. Introducción 
9.2. reactividad general de diazinas, triazinas y tetrazinas ..
9.3. Pirimidinas y purinas 
9.4. otras diazinas, triazinas y tetrazinas 
9.5. Sistemas fusionados 
9.6. oxazinas y tiazinas 
Lista de heterociclos nombrados 
Ejercicios de autocomprobación 
Solución a los ejercicios de autocomprobación 
Tema 10. HETEROCICLOS DE SIETE ESLABONES. AZEPINAS. 
OXEPINAS Y TIEPINAS. DIAZEPINAS Y BENZODIAZEPINAS
objetivos 
10.1. Introducción
10.2. Métodos de obtención 
10.3. Propiedades 
10.4. diazepinas y benzodiazepinas
Lista de heterociclos nombrados 
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
12
Ejercicios de autocomprobación 
Solución a los ejercicios de autocomprobación
Tema 11. NOMENCLATURA DE HETEROCICLOS 
11.1. Monociclos 
11.2. Policiclos 
11.3. Formas de nombrar derivados de heterociclos
11.4. representación del estado de hidrogenación en determinados 
heterociclos
11.5. resumen 
Bibliografía 
ÍNDICE
13
15
PRESENTACIÓN
El texto química heterocíclica constituye el material básico para el es-
tudio de la asignatura optativa de la materia química orgánica del título de 
grado en Química, denominada química heterocíclica y aplicaciones a la 
química Farmacéutica de 5 créditos ECTS.
Su objetivo general consiste en el estudio de la estructura, comporta-
miento químico y aplicaciones de los heterociclos, o moléculas orgánicas 
con estructuras cíclicas o anillos que contienen, además de átomos de car-
bono e hidrógeno, heteroátomos entre los que destacan nitrógeno, oxígeno, 
azufre, o fósforo, entre otros. La importancia de los heterociclos no deriva 
sólo de su abundancia, son un 80% de los compuestos orgánicos, sino por 
formar parte de las estructuras de moléculas de gran relevancia en la vida 
y en la sociedad: bases púricas o pirimidínicas de los ácidos nucleicos, vita-
minas, hormonas, antibióticos,alcaloides, fármacos, herbicidas, colorantes 
y otros agentes de importancia industrial como colorantes, inhibidores de 
la corrosión o agentes estabilizadores.
El programa se ha desarrollado en 11 temas, organizándolo en dos Uni-
dades didácticas. La primera Unidad didáctica consta de seis temas. En 
los temas 1 y 2 se presentan las características generales de los heterociclos 
aromáticos y no aromáticos. En el tema 3 se tratan los de tres y cuatro esla-
bones con uno o más heteroátomos y en los temas 4, 5 y 6 los heterociclos de 
cinco eslabones aromáticos, pirrol, furano, tiofeno con un heteroátomo, y 
la familia de los azoles con varios heteroátomos, para terminar examinando 
las betaínas y los compuestos mesoiónicos de carácter más complejo.
En la segunda Unidad didáctica de cinco temas, se estudian los hetero-
ciclos de seis eslabones con uno o más heteroátomos (piridinas, piridazinas, 
pirimidinas, pirazinas, triazinas y tetrazinas) y sus benzoderivados en los 
temas 7, 8 y 9. a continuación se procede a examinar los de siete eslabones 
en el tema 10 y por último se analizan las diferentes reglas de nomenclatura 
en el tema 11.
16
En cuanto a la estructura de cada tema, se han incluido bien sea al prin-
cipio o al inal diferentes epígrafes comunes a todos ellos: objetivos, lista de 
heterociclos nombrados, ejercicios de autocomprobación y solución a los 
ejercicios de autocomprobación, cuyo propósito es el de facilitar la com-
prensión de los contenidos y su aprendizaje.
agradecemos a la profesora rosa Mª Claramunt Vallespí por la lectura y 
revisión del manuscrito, así como por sus comentarios y sugerencias.
las autoras
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
16
UNIdad dIdÁCTICa I
Tema 1
Heterociclos aromáticos
Soledad esteban Santos
objetivos
1.1. Introducción
1.2. orientaciones generales sobre la nomenclatura de los compuestos 
heterocíclicos
1.3. Clasiicación de los heterociclos
1.4. Heterociclos aromáticos
1.5. Criterios de aromaticidad
1.6. Tautomería en compuestos heteroaromáticos
Lista de heterociclos nombrados
Ejercicios de autocomprobación
Solución a los ejercicios de autocomprobación
OBJETIVOS
Objetivo General: 
En este tema se estudian la estructura de los compuestos heterocíclicos aro-
máticos y los criterios físico-químicos más importantes que permiten determi-
nar la heteroaromaticidad.
Objetivos especíicos:
1. deinir el concepto de compuesto heterocíclico
 2. distinguir los compuestos heterocíclicos aromáticos de los no aromá-
ticos.
3. deinir el concepto general de aromaticidad.
4. Establecer las condiciones para que un compuesto sea aromático, no
aromático o antiaromático.
5. dentro de los heterociclos aromáticos, distinguir los π-excedentes de los 
π-deicientes.
6. Justiicar la aromaticidad de un heterociclo a través de los valores de
sus longitudes de enlace y de sus momentos dipolares.
7. Explicar en qué consiste la corriente diamagnética de anillo y sus con-
secuencias.
8. relacionar la aromaticidad de un heterociclo con los datos aportados
por técnicas espectroscópicas de rMN, ultravioleta, fotoelectrónica y
de transmisión electrónica.
9. Justiicar la aromaticidad de un heterociclo a través de la energía de
resonancia calculada empíricamente por técnicas termoquímicas.
10. Explicar los términos de energia de deslocalización, de energía de reso-
nancia de dewar y de energía de resonancia por electrón, así como su
relación con el carácter aromático.
11. razonar cuáles serán las formas tautómeras predominantes en los hete-
rociclos aromáticos más importantes de cinco y de seis eslabones.
1.1. INTRODUCCIÓN
Primeramente daremos una deinición muy general de lo que en Quími-
ca orgánica se entiende por compuestos heterocíclicos: son aquéllos que 
contienen anillos o ciclos cuyos eslabones están constituidos, además de 
por átomos de carbono, por otro u otros elementos distintos a éste (heteroá-
tomo). En esto se diferencian, pues de los llamados carbociclos, en los que 
todos los elementos que forman el esqueleto del anillo son carbonos.
El número de este tipo de compuestos es enorme, encontrándose en 
gran cantidad en la naturaleza. En este sentido, hay que considerar que 
los tres hechos clave en la historia de la Química de Heterociclos están 
relacionados precisamente con productos naturales. Estos hechos son: a) 
el aislamiento de diversos derivados de furano a partir de plantas, en el 
año 1780; b) el descubrimiento del pirrol por destilación seca de pezuñas y 
cuernos de animales en 1834, y c) la separación de la picolina del alquitrán 
de hulla, en 1846.
Muchos de los compuestos naturales constituidos por heterociclos son 
de una importancia fundamental para los sistemas vivos. Por ejemplo, las 
bases púricas y pirimidínicas de los ácidos nucleicos (dichas bases son de-
rivados de los heterociclos purina y pirimidina, respectivamente) o la clo-
roila, la hemoblobina, los pigmentos biliares, que contienen el heterociclo 
pirrol. También en numerosas vitaminas encontramos heterociclos (vitami-
nas B1, B2, B3, C, etc...).
Por otra parte, también poseen estructura heterocíclica la mayoría de 
los alcaloides. Entre ellos se encuentra un gran número de sustancias utili-
zadas como drogas (morina, cocaína, nicotina, codeína...). Estas últimas a 
menudo pueden ser manipuladas en el laboratorio con objeto de modiicar 
su estructura, dando lugar así a productos semisintéticos, como por ejem-
plo la heroína.
21
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
22
otras veces es necesario realizar su síntesis o la de otros compuestos de 
estructura relacionada, generalmente con ines farmacéuticos, ya que aunque 
se encuentren en la naturaleza frecuentemente lo hacen en muy bajas con-
centraciones. a este grupo hay que añadir otros heterociclos empleados con 
ines industriales, tales como pesticidas, tintes, tejidos poliméricos (como la 
caprolactama, con la que se fabrica el nylon) y tantos otros.
1.2. ORIENTACIONES GENERALES SOBRE LA NOMENCLATURA DE 
LOS COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS
Como acabamos de decir, existe una gran cantidad y diversidad de hete-
rociclos. además, su estructura suele ser bastante compleja. Todo ello da lu-
gar a que la forma de nombrarlos no resulte fácil. Por esta razón, exponer en 
este momento unas normas completas de nomenclatura heterocíclica resul-
taría tedioso y lleno de diicultad para el estudiantado, que aún no está fami-
liarizado con estos compuestos.
Sin embargo, es necesario señalar al menos algunas normas básicas con 
las que se pueda abordar el estudio de esta asignatura sin que se presenten 
problemas en la comprensión del lenguaje heterocíclico. de esta manera, 
cada vez que se nombre un heterociclo se podrá entender cuál es su estruc-
tura y así identiicarlo.
Por ello, daremos ahora solamente unas orientaciones mínimas sobre la 
forma de nombrar los heterociclos. En este momento no es necesario apren-
der estas normas de memoria. Lo más conveniente es que las lea dos o tres 
veces y que después, cuando se nombre un heterociclo, vuelva atrás a este 
apartado, y compruebe de cuál se trata. asi irá tomando contacto de un modo 
paulatino con la relación nombre/estructura de los heterociclos.
al inal del programa se expondrá en el Tema 11 la nomenclatura de he-
terociclos de una forma más completa y extensa.
1.2.1. Normas básicas
El objetivo ideal de un sistema de nomenclatura es encontrar una forma 
tal de nombrar los compuestos que se pueda deducir sin ambigüedad su 
estructura a partir de su nombre, y viceversa. Esta es la característica de 
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
23
la nomenclatura sistemática. cuyas normas están formuladas y recogidas 
por la IUPaC (Internacional Union of Pure and applied Chemistry).
Por otra parte, desde un punto de vista histórico hay que tener en cuen-
ta que en los primeros tiempos de la Química orgánica se fueron aislando 
y caracterizando numerosos heterociclos, de los que en un principio no 
se conocía la estructura y que, sin embargo, era necesario nombrar. Para 
esto se utilizaronnombres relacionados, bien con sus fuentes naturales 
o bien con alguna de sus propiedades. Estos son los llamados nombres
vulgares.
Este tipo de nomenclatura no proporciona una relación nombre/estruc-
tura, por lo que se ha intentado erradicarla. Sin embargo, esto solo se ha 
conseguido en parte, debido a su profundo arraigo. actualmente se conser-
van solo los nombres vulgares de los heterociclos más importantes (unos se-
senta), que están permitidos por la IUPaC y que se utilizan como base para 
construir los nombres de otros heterociclos estructuralmente relacionados 
con ellos. Para esto se necesitan unas normas de numeración que permitan 
indicar la posición de los sustituyentes. En el caso de heterociclos monocí-
clicos la numeración comienza por el heteroátomo y en los heterociclos po-
licíclicos, por un átomo inmediatamente próximo a la unión de los anillos.
Ejemplos:
Nombres vulgares: piridina pirimidina isoquinolina
 (1) (2) (3)
En este texto, cuando utilicemos nombres vulgares, serán solamente 
aquéllos reconocidos por la IUPaC, y se usarán siempre junto con la repre-
sentación de la estructura del heterociclo correspondiente.
además de este tipo de nomenclatura basada en los nombres vulgares, se 
utiliza la nomenclatura sistemática, sobre todo para los nuevos sistemas 
heterocíclicos y para los antiguos menos corrientes. dentro de esta nomen-
clatura sistemática existen a su vez distintos métodos. El sistema más utili-
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
24
zado —sobre todo para heterociclos monocíclicos— consiste en construir el 
nombre del heterociclo por medio de preijos y de suijos.
El preijo indica el heteroátomo o heteroátomos presentes, y el suijo, el 
tamaño del anillo y si es saturado o no saturado (en este último caso, solo 
para anillos que contengan el máximo número posible de dobles enlaces no 
acumulados).
Ejemplos de preijos:
— oxa (oxígeno)
— tia (azufre)
— selena (selenio)
— telura (teluro)
— aza (nitrógeno), etc...
Ejemplos de suijos
Anillo de tres eslabones
irina
insaturado
sólo cuando el heteroátomo es N
ireno para los demás heteroátomos
iridina
saturado
sólo cuando el heteroátomo es N
irano para los demás heteroátomos
Anillo de cuatro eslabones
eto insaturado para todos los heteroátomos
etidina
saturado
solo cuando el heteroátomo es N
etano para los demás heteroátomos
Anillo de cinco eslabones
ol insaturado para todos los heteroátomos
olidina
saturado
solo cuando el heteroátomo es N
olano para los demás heteroátomos
Anillo de seis eslabones
ina
insaturado
solo cuando el heteroátomo es N
ino para los demás heteroátomos
inano saturado para todos los heteroátomos
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
25
Ejemplos de Nomenclatura:
aziridina tiirano oxireno
 (4) (5) (6)
az−heterociclo con N; −iridina: ciclo saturado de tres eslabones con N
ti−heterociclo con S; −irano: ciclo saturado de tres eslabones
ox−heterociclo con o; −ireno: ciclo insaturado de tres eslabones
Cuando en un mismo heterociclo hay dos (o más) heteroátomos iguales 
se emplea el preijo di (o tri−, etc.) y además se numeran estos heteroátomos. 
Cuando los heteroátomos son diferentes se nombran teniendo en cuenta un 
orden de prioridad, que es el orden en que aparecen los preijos correspon-
dientes en la Tabla 11.1 y el mismo en el que han aparecido en este apartado. 
El ciclo en este caso se numera comenzando por el heteroátomo preferente, 
siguiendo en un sentido tal que los otros heteroátomos lleven los números 
más bajos posibles. Tenga en cuenta que para los heteroátomos más corrien-
tes (N, o y S) el orden de prelación es: oxígeno > azufre > nitrógeno.
Ejemplos:
En el caso de que en un heterociclo, a pesar de existir el máximo núme-
ro de dobles enlaces posibles, haya aun átomos saturados, la nomenclatura 
se complica. Lo mismo ocurre con los heterociclos policíclicos, en los que 
cabe además más de un sistema para nombrarlos. Por ello, no los trataremos 
ahora, sino que según vayan apareciendo heterociclos de nomenclatura más 
compleja, explicaremos en ese momento la forma en que ésta se ha realizado. 
Si siguiera teniendo dudas al respecto, avance en este texto hasta el Tema 11.
1,3-diazeto
(7)
1,2-oxazetidina
(8)
5-hidroxioxazol 
(9)
Oxazol: en este heterociclo no es necesario indicar con números 
la posición del O y del N.
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
26
1.3. CLASIFICACION DE LOS HETEROCICLOS
Se clasiican en dos grandes grupos:
a) Heterociclos alifáticos: en realidad pueden considerarse desde un
punto de vista estructural como los análogos cíclicos de éteres, aminas, 
amidas, enaminas, etc. Poseen muchas propiedades comunes a las de sus 
aná logos acíclicos. Sin embargo, el hecho de que haya un heteroátomo for-
mando parte de un ciclo da lugar a características especíicas, ya que las 
propiedades peculiares del grupo funcional quedan por ello más o me nos 
modiicadas. También se les conoce como heterociclos no aromáticos.
b) Heterociclos aromáticos: poseen algunas de las propiedades típicas
de los compuestos aromáticos.
de estos dos grupos es la Química Heteroaromática la que presenta ma-
yor interés, razón por la que comenzaremos por el estudio de este tipo de 
heterociclos.
1.4. HETEROCICLOS AROMÁTICOS
Una forma bastante tradicional de comenzar su tratamiento consiste en 
partir de dos tipos de sistemas de anillos aromáticos:
Grupo I: compuestos heteroaromáticos derivados de reemplazar en el 
ben ceno o en hidrocarburos policíclicos bencenoides, uno o más grupos CH 
por uno o más heteroátomos (como son o, S, Se, Te, N, P. etc...). Tales son 
los casos de:
 piridina pirimidina quinolina
(1) (2) (10)
Grupo II: compuestos heteroaromáticos derivados de reemplazar en 
el carbanión ciclopentadienilo uno o más grupos CH por uno o más hete-
roátomos. Tales son, por ejemplo:
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
27
 
 furano tiofeno pirrol
 (11) (12) (13)
Nota: consideraremos a estos dos grupos de heterociclos como «deriva-
dos» del benceno o del ciclopentadienilo sólo de una forma teórica. 
en la práctica ello no signiica que se sinteticen así.
Pero, ¿por qué podemos considerar como aromáticos a todos estos tipos 
de heterociclos? Para comprenderlo mejor antes de seguir adelante hare-
mos una revisión del concepto general de aromaticidad.
1.4.1. Concepto de aromaticidad
El término «aromático» nace como consecuencia del olor agradable de 
ciertos compuestos que se habían aislado de los aceites esenciales de algu-
nas plantas. Posteriormente se comprobó experimentalmente que en esos 
compuestos la proporción H/C era relativamente baja, y se llegó a la conclu-
sión de que el benceno era el compuesto aromático por excelencia. recorda-
remos ahora a grandes rasgos la asignación de la estructura dada al benceno 
(de todas formas, puede revisarlo con mayor profundidad en cualquier texto 
de Química orgánica general). Las teorías con las que se justiicó su estruc-
tura fueron, en primer lugar, la teoría de la resonancia y, posteriormente, la 
teoría de orbitales moleculares.
Según la teoría de la resonancia el benceno sería un híbrido entre una 
serie de formas canónicas, de las que las de mayor peso son las dos formas 
de Kekulé:
 
Experimentalmente se comprobó que, en efecto, los enlaces C/C del bence-
no eran intermedios entre doble y sencillo, ya que las longitudes de los enla ces 
C/C del benceno eran todas iguales y de un valor comprendido entre las de los 
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
28
enlaces C/C sencillo y doble. Por otra parte, se supuso que con esta estructura 
resonante la molécula adquiría estabilidad, denominándose energía de reso-
nancia a la diferencia de la energía de la molécula real del benceno y la que 
tendría la molécula teórica del ciclohexatrieno (es decir, una de las formas de 
Kekulé). Su cálculo se realizó experimentalmente por procesos termoquími-
cos, mediante calores de combustión o de hidrogenación.
La teoría de orbitales moleculares nos brinda una interpretación que 
re sulta bastante gráica: los seis orbitales atómicos p procedentesde cada 
uno de los seis átomos de carbono del ciclo —que tienen hibridación sp2— y 
que se encuentran en posición perpendicular respecto al hexágono plano que 
constituye la molécula, se solapan dando lugar a seis orbitales moleculares 
(tres enlazantes y tres antienlazantes). Lo seis electrones π, pertenecientes 
cada uno a cada uno de esos orbitales p, se situan ahora en esos tres orbitales 
moleculares enlazantes, asociados a todos los átomos de carbono del bence-
no. Constituyen así seis electrones π deslocalizados por toda la molécula, con 
lo cual ya no están localizados en ningún enlace olefínico. Mediante un trata-
miento matemático se deduce que esta deslocalización supone una estabiliza-
ción de la molécula, obteniendose con ello una energía de deslocalización.
Hückel estableció una regla —regla de Hückel— para determinar si un 
sistema cíclico plano y totalmente conjugado es o no aromático, es decir, si 
está estabilizado por deslocalización. Esta regla está basada en sencillos cál-
culos de orbitales moleculares y hace referencia a moléculas en las que exis-
ten orbitales p situados en todos los eslabones de un ciclo plano. La condición 
de aromaticidad para tales moléculas es que en ese sistema cíclico plano 
debe haber 4n +2 electrones π deslocalizados (siendo n cero o un número 
entero). En el caso de sistemas de estructura análoga, pero que contienen 
4n electrones π se ha comprobado que no ya sólo no presentan las caracte-
rísticas aromáticas, sino que son mucho menos estables que los compuestos 
similares que no son aromáticos. Por eso se les denomina antiaromáticos y 
de ellos se dice que están desestabilizados por resonancia.
Según lo anterior se han sintetizado numerosos sistemas cíclicos conju-
gados con (4n + 2) electrones π y que pudieran ser planos, muchos de los 
cuales, efectivamente, resultaron tener propiedades parecidas a las del ben-
ceno. También se han sintetizado compuestos con 4n electrones π. En la 
Tabla 1.1 aparecen los compuestos más importantes de estas características, 
referidas solo a carbociclos.
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
29
Tabla 1.1. Algunos carbociclos aromáticos y antiaromáticos
1.4.2. Heterociclos aromáticos π−deficientes
Pensemos en los heterociclos aromáticos del Grupo I, que poseen una 
estructura directamente relacionada con la del benceno u otros hidrocarbu-
ros aromáticos bencénicos, al sustituir en ellos uno o más grupos CH por 
heteroátomos. Son ejemplos, como hemos visto ya, la piridina, pirimidina o 
quinolina, entre otros. En todos ellos existen (4n + 2) electrones π desloca-
lizados sobre (4n + 2) átomos, en ciclos planos, por lo que según la regla de 
Hückel serán aromáticos.
Para comprenderlo mejor analizaremos en primer lugar la piridina, que 
dentro de los heterociclos aromáticos más importantes —de seis eslabones, 
conteniendo nitrógeno— es el más sencillo. Su estructura geométrica con-
siste en un anillo hexagonal y plano, aunque algo distorsionado debido a 
que la longitud de los enlaces C/N es algo menor que la de los enlaces C/C. 
análogamente al benceno, se puede representar por una estructura cíclica, 
con cinco átomos de carbono y uno de nitrógeno, todos ellos con hibrida-
ción sp2 y con un orbital p perpendicular al plano de la molécula, habiendo 
un electrón en cada uno de ellos.
2
6
10
4
0
1
2
3
0
1
2
0
4
8
Sistemas aromáticos Sistemas antiaromáticos
 4n + 2 4n
n n.º electrones π ciclos n n.º electrones π ciclos
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
30
En este caso es fácil comprobar que la piridina cumple con la condición 
de aromaticidad según la regla de Hückel, haciendo n=1. Es decir, como en 
el benceno existirán seis electrones π deslocalizados entre los tres orbitales 
moleculares (oM) enlazantes (Fig. 1.1).
Todo esto es cualitativamente similar al caso del benceno, teniendo en 
ambas moléculas los orbitales moleculares la misma simetría (Fig. 1.1). Sin 
embargo, existen también algunas diferencias:
a) Las energías de los orbitales moleculares π de la piridina son más ba-
jas que las energías de los orbitales moleculares correspondientes del ben-
ceno, debido a la mayor electronegatividad del átomo de nitrógeno. Esto se 
traduce en diferencias en la reactividad, ya que al ser de menor energía los 
oM π, serán menos nucleóilos que los del benceno.
b) En el benceno los oM π 2 y π 3 son degenerados (es decir, de igual 
energía), mientras que en la piridina no.
Fig. 1.1. orbitales moleculares π del benceno (a) y de la piridina (b) (el tamaño 
de los círculos es indicativo del valor relativo de los coeicientes de orbital; 
 y fases opuestas de las funciones de onda).
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
31
La presencia del átomo de nitrógeno en el ciclo aromático impone, pues, 
ciertas diferencias. Tambien altera sensiblemente la distribución de la den-
sidad electrónica π sobre los átomos del anillo. En el benceno esta distri-
bución en el estado fundamental es tal que a cada átomo de carbono le co-
rresponde un electrón π. En la piridina esta distribución se distorsiona (Fig. 
1.2.a) porque al ser el nitrógeno más electronegativo que el carbono tiende 
a «tirar» de la densidad electrónica π de los restantes carbonos del anillo.
Fig. 1.2. distribución de la densidad electrónica π:
a) en la piridina; b) en la pirimidina
Como puede observarse el resultado es que los carbonos en a y g al nitró-
geno piridínico tienen en el estado fundamental una densidad electrónica π 
menor que la unidad. Por el contrario, habrá una localización de densidad 
electrónica sobre el heteroátomo.
Se llega a la misma conclusión si se aplica la teoría de la resonancia. así, 
tendríamos para la piridina las formas resonantes siguientes:
 a b c d e
La existencia de las formas canónicas polares c, d y e justiica la densi-
dad electrónica π de la piridina, indicada en la igura 1.2.a.
Continuando con los heterociclos de seis eslabones que contienen nitró-
geno, puede haber también otros resultantes de sustituir en el benceno no 
ya un solo grupo CH por un átomo de nitrógeno —como era la piridina— 
sino por sustitución de dos —como la pirimidina— e, incluso, tres o cuatro. 
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
32
En estos casos los resultados en cuanto a la distribución de la densidad 
electrónica π son parecidos a la piridina, aunque aún más acusados, debido 
a la presencia de varios heteroátomos (que son más electronegativos que el 
carbono). Tal es el caso de la pirimidina (Fig. 1.2.b).
En deinitiva, en este tipo de heterociclos aromáticos, al sustituirse en 
el benceno un carbono por un átomo más electronegativo, tendremos que:
Por este motivo, los heterociclos aromáticos de esta característica fue-
ron denominados como π−deicientes (debido a esa deiciencia electrónica 
sobre los átomos de carbono del anillo).
asimismo los grupos CH bencénicos pueden ser reemplazados por otros 
heteroátomos (elementos de los grupos III, IV y VI, como boro, silicio, fós-
foro, arsénico, oxígeno, azufre, etc...) Hay que tener en cuenta la valencia 
de estos heteroátomos. Por ejemplo, el oxígeno y el azufre, al ser divalentes, 
podrán participar en este tipo de ciclos formando una especie iónica carga-
da positivamente; o el silicio, que como es tetravalente saturará su cuarta 
valencia con un hidrógeno:
 
 (14) (15) (16) (17)
1.4.3. Heterociclos aromáticos π−excedentes
El Grupo II de los heterociclos aromáticos está constituido, como ya 
dijimos, por los que derivarían de la sustitución de grupos CH del anión 
ciclopentadienilo por un heteroátomo. Consistirán en un ciclo plano de 
esta diferencia de electronegatividad da lugar a un incremento de densi-
dad electrónica π sobre el heteroátomo, con la consiguiente pérdida de 
densidad electrónica en los átomos de carbono del anillo.
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
33
cinco eslabones en el que hay seis electrones π (cuatro de los dos dobles 
enlaces más un par de electrones sin compartir del heteroátomo). Se trata 
pues de un sistema quetambién cumple la regla de Hückel para la aro-
maticidad, ya que hay 4n + 2 electrones π (con n=1) deslocalizados sobre 
cinco átomos.
 
Estudiemos el caso del heterociclo con un nitrógeno, el pirrol, (nombre 
vulgar). El análisis de la geometría de esta molécula nos muestra que es 
plana, lo cual a su vez indica que el nitrógeno ha de tener hibridación sp2. 
El nitrógeno forma tres enlaces σ —dos con dos carbonos y uno con un hi-
drógeno— que se situan en el plano de la molécula, mientras que su par de 
electrones sin compartir se encuentra en un orbital p, perpendicular a 
ese plano. Este orbital p interaccionará así con los otros cuatro orbitales p 
que provienen de cada átomo de carbono del ciclo (Fig. 1.3).
Fig.1.3. Estructura del pirrol
Sobre los orbitales moleculares del pirrol y del anión ciclopentadienilo 
pueden hacerse consideraciones análogas al caso de la piridina y el benceno 
(Fig. 1.4).
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
34
 (a) (b)
Fig. 1.4. orbitales moleculares π del anión ciclopentadienilo (a) y del pirrol (b)
Hay dos hechos muy importantes que hay que tener en cuenta y que de-
rivan de la distribución de electrones π en el pirrol (Fig. 1.5.a):
a) el anillo es rico en electrones, ya que se distribuyen seis electrones π 
sobre cinco átomos.
b) los cuatro átomos de carbono tienen una densidad electrónica mayor 
que los carbonos del benceno (aunque la densidad electrónica sea 
aún mayor en el átomo de nitrógeno).
En otros heterociclos de este tipo ocurre algo similar (furano en la igura 
1.5.b). Es co mo si el heteroátomo hubiera perdido parte de su par de elec-
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
35
trones y lo hubiera repartido entre los carbonos. recordar que en la piridina 
ocurría lo contrario, la densidad electrónica de los cinco carbonos disminuía 
en relación a la de los carbonos del benceno.
 (a) (b)
Fig. 1.5. densidades de electrones π: (a) en el pirrol; (b) en el furano.
Según la teoría de la resonancia, se llegaría al mismo resultado. así, en 
general, tendríamos:
 a b c d e
Por este motivo, a estos heterociclos aromáticos de anillos de cinco esla-
bones se les clasiica como heterociclos aromáticos π−excedentes.
Los más importantes son el pirrol (13), furano (11) y tiofeno (12). En es-
tos dos últimos heterociclos los heteroátomos son divalentes, por lo que ya 
no estarán unidos a ningún hidrógeno. Este grupo de heterociclos de cinco 
eslabones es aún más numeroso que el de seis. así, pueden participar en 
ellos otros elementos de los grupos V y VI del Sistema Periódico, o pueden 
ser sustituidos más grupos CH del ciclo por otros heroátomos, principal-
mente nitrógeno.
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
36
(imidazol y pirazol: nombres vulgares; oxazol e isotiazol: nombres semivul-
gares; isotiazol, para diferenciarlo de su isómetro, tiazol ).
Nota: cuando un anillo posee el máximo número de dobles enlaces, pero 
contiene aún un átomo saturado, para evitar ambigüedad en su no-
menclatura se ha de indicar ese átomo: se utiliza un preijo constituido 
por un número que indica su posición y h−. en el caso que nos ocupa 
resulta 1h−pirazol.
Para que sean aromáticos, uno de los heteroátomos —precisamente el 
que soporta los dos enlaces sencillos— deberá poder deslocalizar uno de 
sus pares de electrones sin compartir en el ciclo y que se forme así el 
sextete electrónico π deslocalizado. Por ello, no podrá haber carbonos en 
ese ciclo con hibridación sp3, sino sp2.
1.4.4. Otros heterociclos con carácter aromático
1.4.4.1. Sistemas monocíclicos
además de los dos tipos de heterociclos aromáticos que acabamos de ver, 
se ha sintetizado gran número de otros diferentes, que normalmente cum-
plen la regla de Hückel de aromaticidad; es decir, sistemas cíclicos planos 
insaturados que contienen (4n + 2) electrones π. Los más sencillos son los 
monocíclicos y, entre ellos, los más corrientes son los que contienen nitróge-
no como heteroátomo. Este, bien puede contribuir con un par de electrones 
al sistema deslocalizado π (como en el pirrol), o bien puede formar parte de 
un doble enlace (como en la piridina).
Los heterociclos de este tipo más simples son de tres y cuatro eslabones, 
respondiendo a los tipos:
(X, Y, Z: heteroátomos)
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
37
Sin embargo, en realidad se trata generalmente de compuestos muy ines-
tables, ya que revierten rápidamente a estructuras de cadena abierta. Ejem-
plos de estos heterociclos son ciertos derivados de triaziridina (23), el ditieto 
(24) o el anión del tieto (25):
 triaziridina ditieto anión del tieto
 (23) (24) (25)
En estos casos el número de electrones π es de seis (es decir, cumplen la 
ley de Hückel siendo n = 1). Tambien es de seis en los cationes heterocíclicos 
de cinco eslabones (26) y (27) que son bastante estables y poseen caracterís-
ticas aromáticas según muestran sus longitudes de enlace intermedias y 
sus espectros rMN, criterios de aromaticidad que después estudiaremos.
	 catión	1,2−ditiolio	 catión	1,3−ditiolio
 (26) (27)
Existen asimismo ejemplos de heterociclos mayores con propiedades 
aromáticas. Los más importantes poseen diez electrones π (n=2). así en-
contramos heterociclos de ocho y nueve eslabones con nitrógeno (de tipo 
«pirrólico») como heteroátomo,
 (28) (29)
(28) derivado de 1,4−dihidro−1,4−diazocina (diaz−: dos nitrógenos; −oci-
na: heterociclo insaturado de ocho eslabones).
(29) derivado de azonina (az−: heteroátomo nitrógeno; −onina: hetero-
ciclo insaturado de nueve eslabones).
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
38
Se ha comprobado que cuando los grupos r no son aceptores de electro-
nes esos ciclos tienen la planaridad suiciente para que se produzca una im-
portante deslocalización electrónica. Sin embargo, cuando los sustituyentes 
r tienen un fuerte carácter electrón-aceptor esas estructuras tienden a ser 
no planas, con lo que hay una gran localización de los pares electrónicos sin 
compartir sobre los heteroátomos.
Hasta ahora, todas estas estructuras poseían sistemas de dobles enlaces 
cis. Sin embargo, también se han sintetizado estructuras que contien dos 
dobles enlaces trans unidos por un puente metileno, y que poseen caracte-
rísticas aromáticas. Tal es el caso del compuesto (30):
 (30) 
Por otra parte, existen también ejemplos —aunque escasos— de hetero-
ciclos con propiedades aromáticas que poseen catorce e, incluso, dieciocho 
electrones π. así, el aza[18]anuleno (31):
 (31) 
Nota: el término anuleno se utiliza para nombrar compuestos carbocícli-
cos con dobles enlaces conjugados. el número 18 indica los eslabo-
nes del ciclo y el preijo aza− que hay un nitrógeno.
1.4.4.2. Sistemas de heterociclos fusionados
Pueden estar fusionados al benceno o a otros sistemas cíclicos. así, por 
ejemplo, con diez electrones π (n=2) tenemos:
(nitrógeno de tipo «piridínico»)
(nitrógeno de tipo «piridínico»)
18 electrones π (n = 3)
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
39
 
 indolizina
 quinolina pirrolo[1,2-a]piridina ciclopenta[b]piridina
 (10) (32) (33)
 
 indol ciclo[3,2,2]azina (X = NH, O, S)
 Derivado heterocíclico del
 dianión pentaleno
 (34) (35) (36)
1.4.5. Heterociclos antiaromáticos
Se han sintetizado sistemas heterocíclicos antiaromáticos con cuatro u 
ocho electrones π (es decir, n = 1 o n = 2 según la regla de Hückel para com-
puestos antiaromáticos). Muchos de ellos son muy poco estables, pudiéndo-
se aislar tan solo a bajas temperaturas.
 
	 (X	=	O,	S)	 azetes	benzo−fusionados	 1H−azepina
 (37) (38) (39)
 4 electrones π 8 electrones π 8 electrones π
(38) az−: nitrógeno; ete: heterociclo insaturado de cuatro eslabones. 
(39) az−: nitrógeno, −epina: heterociclo insaturado de siete eslabones.
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
40
Para que sean considerados como antiaromáticos —lo cual queda verii-
cado por la determinación de ciertas propiedades isicoquímicas, como ve-
remos seguidamente— deben, además, ser planos. En caso de no tener pla-
naridad sus características corresponden simplemente a las de los polienos.
1.5. CRITERIOS DE AROMATICIDAD
Existen una seriede propiedades físicas con las que se puede determinar 
claramente si un heterociclo posee o no naturaleza aromática. Tales son las 
longitudes de enlace, los momentos dipolares, la energía de resonancia y los 
espectros rMN, como más importantes.
a continuación examinaremos uno a uno estos criterios que nos permi-
tirán determinar si un heterociclo es o no aromático.
1.5.1. Longitudes de enlace
En un principio se puede hacer la generalización de que en los compues-
tos aromáticos las longitudes de los enlaces del anillo tienen un valor inter-
medio entre el correspondiente al enlace simple y al doble. así, en un polieno 
conjugado acíclico las longitudes de enlace no son iguales, sino que van alter-
nándose sus valores, mientras que por ejemplo en el benceno, las longitudes 
sí lo son.
Veamos lo que ocurre en algunos de los compuestos heterocíclicos aro-
máticos que ya hemos tratado anteriormente. Para ello, habremos de exa-
minar las longitudes de enlaces sencillos y dobles entre los correspondientes 
átomos (referidos a compuestos acíclicos y a átomos con hibridación sp2).
Tabla 1.2. Valores de las longitudes de enlace entre átomos 
con hibridación sp2
Enlaces sencillos (Å) Enlaces dobles (Å) Enlace (Å)
C−C
C−N
C−o
C−S
1,48
1,45
1,36
1,75
C=C
C=N
C=o
C=S
1,34
1,27
1,22
1,64
C
benc −Cbenc 1,39
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
41
Comenzaremos por los que tienen nitrógeno. así, en la piridina los datos 
experimentales indican que las longitudes de enlace son las indicadas en 
este esquema:
 
 (1) 
Es decir, las de los enlaces C/N son intermedias entre las correspondien-
tes a enlaces carbono−nitrógeno sencillo y doble, mientras que las de los 
enlaces carbono−carbono son prácticamente iguales a la del benceno.
algo análogo puede decirse de otros heterociclos de seis miembros que 
poseen átomos de nitrógeno. Esto es indicativo de que existe en ellos una 
gran deslocalización de electrones.
Sin embargo, en los heterociclos de cinco miembros hay ya una alter-
nancia considerable en cuanto al valor de las longitudes de los enlaces 
carbono−carbono. Veamos el pirrol:
 
Fíjese en los valores de 1,417 y los 1,382 Å para esos enlaces carbono−
carbono y compárelos con los de la Tabla 1.2.
Esta alternancia denota en este caso cierto grado de localización elec-
trónica. Este hecho es aún más acusado en los heterociclos de cinco eslabo-
nes que contienen azufre y, sobre todo, oxígeno. así:
 
 (11) (40) (12)
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
42
Es decir, puede extraerse la conclusión de que:
Este efecto de localización de electrones se acentua aún más en los siste-
mas bicíclicos resultantes de la fusión de un heterociclo de cinco eslabones 
con un ciclo de seis, tales como:
 
 indol indolizina
 (41) (32)
El valor de las longitudes de los enlaces nos da una medida del orden de 
los mismos.
Las constantes de acoplamiento vecinales en los espectros rMN 1H pue-
den proporcionar en muchas ocasiones una medida de la longitud de los 
enlaces y, por tanto, también del orden de los mismos. Supongamos en un 
ciclo tres átomos de hidrógeno —a, b y c— adyacentes entre sí, las cons-
tantes de acoplamientos Jab y Jbc serán iguales si los enlaces Ca−Cb y Cb−Cc 
tienen la misma longitud. Es decir, en este caso Jab / Jbc será 1. Sin embargo, 
en el caso de que uno de esos enlaces fuera sencillo y el otro doble, esa re-
lación sería 0,5.
 
 J
ab
 / J
bc
 = 1 J
ab
 / J
bc
 = 0,5 
heterociclos de seis miembros... mayor deslocalización electrónica que 
en los heterociclos de cinco miembros.
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
43
Es decir, según el valor de la relación Jab / Jbc y reiriéndonos a los hete-
rociclos tendremos:
 0,5... alternancia completa C−C y C=C... no aromaticidad
Jab / Jbc 1... no alternancia C−C y C=C... aromaticidad
1.5.2. Medida de momentos dipolares
También se ha propuesto como prueba de aromaticidad el valor de los 
momentos dipolares. así, se ha comprobado en el furano y en el tiofeno que 
sus momentos dipolares son menores que los de los correspondientes hete-
rociclos tetrahidrogenados, e incluso, que en el pirrol tiene sentido opues-
to. Esto demuestra la participación de formas canónicas con separación de 
carga (formas b, c, d y e de la sección 1.4.3), que contrarrestan en parte el 
efecto inductivo del heteroátomo.
Entre los heterociclos aromáticos de seis eslabones, analizaremos el 
caso de la piridina; en ella el valor del momento dipolar es, por el contrario, 
superior a lo que cabría esperar. Esto también es indicativo de la participa-
ción de formas canónicas con separación de cargas (c, d y e, sección 1.4.2), 
en las que el átomo de nitrógeno soporta una carga negativa.
1.5.3. Efectos de corriente de anillo
En el anillo bencénico existe el llamado efecto de corriente diamagné-
tica de anillo, que es en parte responsable de que los desplazamientos quí-
micos en los espectros rMN 1H de compuestos bencénicos sean superiores 
a los de polienos acíclicos análogos. Explicaremos este fenómeno algo más 
detenidamente:
La presencia de los electrones π deslocalizados induce una corriente 
diamagnética de anillo cuando el compuesto bencénico en solución se sitúa 
Por tanto, cuanto más próxima a 1 sea Jab  / Jbc, más aromático será el 
heterociclo.
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
44
en un campo magnético, alineándose las moléculas perpendicularmente a 
ese campo exterior.
Esta corriente diamagnética de anillo da lugar a su vez a un campo mag-
nético secundario, como puede verse en la igura 1.6.
 
 campo aplicado campo inducido
Fig.1.6. Corriente diamagnética de anillo y campo magnético inducido por ella
Este campo secundario tiene la particularidad siguiente:
— Dentro del anillo, se opone al campo externo. Por tanto, los nú-
cleos de hidrógeno situados hacia el interior del anillo, resultarían apanta-
llados, su desplazamiento químico δ será menor que el esperado.
— Fuera del anillo, refuerza el campo externo. Por tanto, los núcleos 
de hidrógeno situados en la periferia del anillo estarán desapantallados, su 
desplazamiento químico δ será mayor al esperado.
de todo lo anterior se deduce fácilmente que la existencia en un ciclo de 
esta corriente de anillo dará prueba de su aromaticidad. Esto es observable 
en sus espectros rMN 1H, a través de cambios en el valor del desplaza-
miento químico de los protones de dicho ciclo. Un interesente ejemplo, lo 
constituye el polieno cíclico conjugado llamado aza[18]anuleno, del que ya 
hemos hablado en la sección 1.4.4 que cumple la regla de Hückel para n=2 y 
es prácticamente plano. Su espectro rMN 1H muestra un multiplete alrede-
dor de un d de 9 ppm que correspondería a los cinco protones internos, que 
se encuentran apantallados, y un doblete a campo más bajo (aproximada-
mente a 10 ppm), perteneciente a los Ha, que al ser externos al ciclo estarían 
desapantallados.
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
45
 
Hay que considerar que para comprobar si hay o no desapantallamiento 
es necesario emplear un término de comparación como referencia, que será 
un compuesto no aromático que se corresponda con el estudiado. así en los 
casos del tiofeno y furano tendríamos:
 (12) (13)
 
 (42) (43)
al comparar los desplazamientos químicos del tiofeno y del furano con 
los de los dihidroheterociclos correspondientes, observamos que en los pri-
meros ha habido un desplazamiento hacia campo más bajo, es decir, pre-
sentan valores mayores de los desplazamientos químicos de los protones 
análogos. Esto sería, pues, una prueba de su aromaticidad.
Sin embargo, este método de medida de la posible aromaticidad, aunque 
es uno de los criterios más modernos tiene varias limitaciones:
— En ocasiones, el compuesto no aromático de referencia es difícil de 
conseguir.
— Hay otros factores a considerar que pueden inluir también en el va-
lor de los desplazamientos químicos. Tales son los efectos del disolvente, e 
incluso la misma presencia del heteroátomo, que distorsiona la distribución 
de los electrones π.
Heterociclos a 
estudiar:Heterociclos 
de referencia:
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
46
— También ha de tenerse presente el tamaño del anillo, ya que si es 
grande incrementa la corriente diamagnética, como ocurre en los anulenos 
y heteroanulenos.
1.5.4. Otras pruebas espectroscópicas
Existen otros datos espectroscópicos que, si bien no pueden considerar-
se estrictamente como criterios de aromaticidad, son válidos para compro-
bar los cálculos por orbitales moleculares en las estructuras heterocíclicas.
I. espectroscopía de absorción ultravioleta: los espectros UV de los com-
puestos carbocíclicos aromáticos tienen una absorción característica π − π*. 
Pues bien, en muchos compuestos heteroaromáticos se obseva que las ban-
das asignadas a absorciones π − π* son muy similares a las del correspon-
diente compuesto carbocíclico aromático (si bien en los heterociclos existen 
más bandas, debidas con gran seguridad a absorciones n − π*). así tenemos:
π − π* n − π*
λmax (nm) log ε λmax (nm) log ε
Benceno 256
Piridina 251
2,40
3,30
_
270
_
2,65
II. espectroscopía fotoelectrónica: cuando la luz ultravioleta de alta ener-
gía interacciona con moléculas en fase gaseosa, produce un impacto por el 
que los electrones son lanzados fuera de los orbitales moleculares que ocu-
paban. La energía de estos electrones está directamente relacionada con los 
valores de los potenciales de ionización, por lo cual este tipo de espectros 
proporciona en deinitiva la energía de los orbitales moleculares llenos. 
Las bandas se asignan a estados electrónicos de los iones moleculares y así 
se puede reconocer de que orbitales han sido expulsados los electrones.
Por todo ello debe concluirse que el efecto de corriente de anillo ha de con-
siderarse más bien desde un punto de vista cualitativo que cuantitativo.
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
47
Esta espectroscopia ofrece así una evidencia experimental de la si-
militud de los enlaces π entre los compuestos heterocíclicos y sus análogos 
carbocíclicos. Por otra parte, también se pueden comprobar con esta técni-
ca las predicciones de cambios en los niveles energéticos ocurridos en series 
de heterociclos cuando se introducen determinadas modiicaciones en su 
estructura (por ejemplo, sustitución del heteroátomo por otro del mismo 
grupo del Sistema Periódico).
III. espectroscopía de transmisión electrónica: esta técnica se basa en el 
hecho de que un electrón perteneciente a un haz de electrones puede ser 
capturado —aunque solo por un periodo de tiempo muy pequeño, de 10−12 
a 10−15 s— y situarse así en un orbital molecular desocupado de una molé-
cula. Mediante el análisis de los cambios que se producen en el espectro de 
dispersión electrónica se pueden determinar los valores de las ainidades 
electrónicas de los orbitales moleculares de esa molécula. Esto, a su vez, 
permite conocer los niveles energéticos de sus orbitales moleculares no 
ocupados.
de esta forma, por estas dos técnicas, se han determinado los valo-
res de las energías de los orbitales π de los compuestos heteroaromáticos 
más corrientes, valores que ratiican los obtenidos mediante cálculos meca-
nocuánticos.
1.5.5. Energía de resonancia empírica: determinación de la aromatici-
dad a través de métodos termoquímicos
Hay otra prueba de aromaticidad que, además, tiene mayor carácter 
cuantitativo: la evidencia termodinámica de que las energías de enlace de 
una estructura aromática son mayores que si esa estructura no lo fuera. Es 
decir, si la aromaticidad, tal y como hemos dicho, coniere más estabilidad 
a la molécula, ésta tendrá una entalpía de formación mayor (aHf) que si 
su estructura no fuera aromática.
Sin embargo, hay un problema de tipo práctico: las entalpías de forma-
ción son difíciles de obtener experimentalmente. Por ello, hay que recurrir 
a métodos indirectos, como son la determinación del valor de las entalpías 
de hidrogenación o de combustión de los compuestos que se sospechan 
sean aromáticos.
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
48
¿Por qué? Porque si la entalpía o calor de formación del compuesto aro-
mático es mayor (en valor absoluto), las entalpías de hidrogenación o de 
combustión, por el contrario, serán menores de lo que correspondería a una 
estructura no aromática.
i. método basado en la obtención de las entalpías de hidrogenación
analicemos como ejemplo el caso concreto del benceno y su reacción de 
hidrogenación (Fig. 1.7).
Fig. 1.7. diagrama energético del benceno y del ciclohexatrieno
Si la estructura aromática (con electrones deslocalizados) es más estable 
que una no aromática (con electrones localizados), por ejemplo, una de las 
de Kekulé, la entalpía de formación de la primera, ∆Ηf será mayor que la de 
la segunda, ∆Ηf'. Consideremos ahora el caso de la hidrogenación total, en 
ambos casos el producto inal es el mismo, ciclohexano. Sin embargo, el ca-
lor de hidrogenación del compuesto aromático, ∆Ηh, debería ser menor que 
el de la estructura con doble enlaces alternados, ∆Ηh', por razones obvias, 
como puede observarse fácilmente en la igura 1.7.
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
49
Veamos cómo puede veriicarse lo anterior. Experimentalmente se ha 
comprobado que al hidrogenarse el benceno hasta ciclohexano se despren-
den 208 kJ.mol−1. Es decir, ∆Ηh = −208 kJ.mol
−1. Sin embargo, el cálculo de 
∆Ηh' no puede hacerse de forma experimental, ya que la estructura de Keku-
lé es una molécula irreal. Este cálculo puede realizarse de forma teórica, 
utilizando como datos los valores de los calores de hidrogenación de dobles 
enlaces carbono/carbono. Esto podría hacerse de distintas maneras.
Una de estas formas sería tomando como base el modelo del ciclohexe-
no, cuyo calor de hidrogenación de −119 kJ.mol−1:
 
Entonces y para el caso de la reacción:
 
podemos suponer que el calor de hidrogenación, ∆Ηh' sería 3 x (−119 kJ.
mol−1) = −357 kJ.mol−1, ya que existen en esa molécula (irreal) tres dobles 
enlaces carbono−carbono. Comparando este valor con el obtenido experi-
mentalmente para el benceno tendríamos que, en efecto, este último es me-
nor, con una diferencia de:
(−357 kJ.mol−1) − (−208 kJ.mol−1) = −149 kJ.mol−1
Esta diferencia expresa que si el benceno libera al hidrogenarse menos 
energía que si no fuera aromático (149 kJ menos por mol) es porque su mo-
lécula contendrá menos energía (precisamente 149 kJ menos por mol) que 
si tuviera la estructura de Kekulé. Es decir, al ser aromático es más estable 
que esa estructura de enlaces localizados. ¿Y en qué cuantía es más estable? 
En esos 149 kJ.mol−1.
ΔΗ
h
 = -119 kJ.mol-1
ΔΗ
h
'?
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
50
Esta energía de estabilización es lo que se conoce como energía de re-
nonancia empírica (ER), que, en deinitiva, resulta ser:
ER = ∆Ηfdeslocalización − Δ Η flocalización
No obstante, hay que tener en cuenta que el valor de esta energía de 
resonancia empírica depende en primer lugar del modelo con enlaces loca-
lizados elegido como referencia, y tambien de las energías de enlace que se 
hayan tomado.
En nuestro caso, hemos tomado como modelo el 1,3,5−ciclohexatrieno 
y como energía de hidrogenación la del doble enlace del ciclohexeno, que 
es un doble enlace aislado. Sin embargo, en nuestro modelo los tres dobles 
enlaces están conjugados. Por ello, otra forma en que hubiéramos podido 
calcular la energía de hidrogenación de esa estructura de Kekulé, tal vez 
más rigurosa, sería teniendo en cuenta los calores de hidrogenación de los 
procesos siguientes:
 
El valor del calor de hidrogenación del tercer enlace se obtendría por 
extrapolación de los calores de hidrogenación del primero y del segundo:
Con todo esto podemos obtener datos cuantitativos de cuanto más esta-
ble resulta un compuesto por ser aromático.
ΔΗ
1
 =	−119	kJ.mol−1
ΔΗ
2
 =	−111	kJ.mol−1
ΔΗ
3
 =	−103	kJ.mol−1
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
51
Con ello resultaría que el calor de hidrogenación de la estructura de 
Kekulé sería ligeramente diferente a la que se calculó por el procedimiento 
anterior: ∆Η'h = (−119) + (-111)+ (−103) = −333 kJ.mol
−1. Por tanto, el valor 
de la energía de resonancia empírica será ahora también algo distinto:
ER = (−208) − (−333) = 125 kJ.mol−1
Precisamente, el mayor problema de los cálculos de energías de resonan-
cias basados en calores de hidrogenación radica en la diicultad de encon-
trar unos modelos teóricos adecuados con los que se puedan calcular dichos 
calores de hidrogenación.
Por estos problemas se suele utilizar también otro método:
ii. método basado en la obtención de las entalpías de combustión.
En este caso el valor de la energía de resonancia puede conseguirse a 
partir de la entalpía de combustión (∆H
comb.
) de la molécula real y de la 
correspondiente a una de sus formas con enlaces localizados, simplemente 
restando una de otra.
Por ejemplo en el caso de la piridina, tendríamos, la entalpía de combus-
tión de la piridina —obtenida experimentalmente por técnicas termoquí-
micas— y la entalpía de combustión de una de las formas de Kekulé. Esta 
última entalpía no puede determinarse experimentalmente, ya que se trata 
de una molécula «irreal», por lo que ha de hacerse recurriendo a distintos 
métodos teóricos.
Uno de estos procedimientos consiste en considerar la contribución de 
cada enlace a la entalpía de combustión total. Para ello, se utilizan los va-
lores de la entalpía de combustión de cada enlace, los cuales han sido cal-
culados previamente y son datos disponibles que se hallan tabulados en los 
manuales de constantes isicoquímicas pertinentes.
Lo importante en este tipo de cálculos no está en el valor en sentido 
absoluto de la energía de resonancia, sino en que se pueden establecer 
con ellos una comparación aceptable del grado de estabilidad de una 
serie de compuestos (siempre que los cálculos se hayan realizado por 
métodos similares).
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
52
Volviendo a nuestro ejemplo de la piridina, tendríamos que su forma de 
Kekulé, habría de considerarse
∆Η
comb. calc. 
= 2 ∆H
comb. 
(c=c) + 2 ∆H
comb. 
(c– c) +
 + ∆H
comb. 
(c=n) + ∆H
comb. 
(c−n) +
 + contribución del anillo
Resultaría así:
El método basado en las entalpías de combustión presenta también un 
inconveniente. Las entalpías de combustión son muy grandes —mucho más 
que las de hidrogenación—, por lo que el error experimental, aunque sea 
pequeño, arrastra al inal de los cálculos un error considerable.
1.5.6. Energía de deslocalización: determinación de la aromaticidad 
por cálculos mecanocuánticos
Hay otra forma de determinar la energía debida a la deslocalización. Uti-
lizaremos la aproximación de Hückel, teniendo en cuenta que partimos de 
compuestos completamente insaturados, planos o casi planos, con un ciclo 
completo de átomos con orbitales p interaccionando unos con otros. Según 
dicha aproximación, los electrones de los orbitales moleculares π se tratan 
independientemente de los electrones en los enlaces σ. Es decir, es como si 
en ese sistema los electrones σ no inluyeran para nada en los electrones π 
deslocalizados.
Las energías de los orbitales moleculares π se pueden expresar en fun-
ción de dos constantes:
— Integral de Coulomb, a, que da una medida aproximada de la capa-
cidad de un átomo determinado para atraer electrones. Se puede expresar 
este término de otra forma, considerando que en un sistema de electrones π 
y constituidos solo por carbonos, a representa la energía de un electrón en 
un orbital p aislado, antes de que se solape.
Er piridina = ∆Hcomb. exp. − ∆Ηcomb. calc. 
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
53
— Integral de resonancia, b, que es una medida de la estabilización 
ganada con la interacción de orbitales p adyacentes.
todo esto puede comprenderse mejor analizando el caso del benceno. Su 
molécula contiene un total de doce núcleos y cuarenta y dos electrones, por 
lo que la solución de la ecuación de Schrödinger para este sistema es compli-
cada en grado sumo. Por ello hay que recurrir a aproximaciones. Una forma 
de simpliicar el problema consiste en considerar el sistema π independiente-
mente del sistema σ. El hecho de que ambos sistemas sean perpendiculares 
entre sí permite esta aproximación. Consideraremos así los seis electrones π 
moviéndose en el campo potencial creado por el sistema σ, con lo que ya si es 
posible una solución, aunque sea aproximada, de la ecuación de Schrödinger.
Pensemos ahora que para formarse el sistema π del benceno se han jun-
tado los sistemas π de tres etilenos. Para ello analizaremos antes lo que 
ocurre al aproximarse los orbitales p de dos átomos de carbono (con hibri-
dación sp2) para dar el sistema π del etileno. Cada átomo de carbono contri-
buye con un electrón y un orbital dando lugar al combinarse estos últimos 
a un orbital π−enlazante y a un orbital π*−antienlazante. Por cálculos me-
canocuánticos se ha encontrado que el orbital molecular π enlazante tiene 
una energía a + b (Fig. 1.8). Como en el estado fundamental este orbital π 
contiene dos electrones, la energía de esos dos electrones en el orbital π en-
lazante será pues, 2 (a + b) = 2a + 2b.
Por otra parte, el orbital antienlazante π* del etileno tiene una energía a−b.
Si, como ya hemos dicho, consideramos que tres orbitales enlazantes 
aislados de tres moléculas de etileno se juntan para dar lugar al sistema π 
del benceno, la energía total sería:
3(2a+2b) = 6a+6b
Fig. 1.8. diagrama de energía orbital de los sistema π del etileno y del benceno
átomos
aislados
Energía π 
orbitales
moleculares π 
del etileno
orbitales moleculares π 
del benceno
OM π*
antienlazantes
OM π
enlazantes
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
54
Por otra parte, en la solución aproximada de la ecuación de Schrödinger 
para el benceno según el método de orbitales moleculares de Hückel, se 
encontró que las energías de los orbitales π eran las señaladas en la igura 
1.8. Por tanto, la energía total de los seis electrones π del benceno que ocu-
pan los tres orbitales moleculares enlazantes en el estado fundamental será:
2(a+2b) + 2(a+b) + 2(a+b)= 6a+8b
Sin embargo, si esos seis electrones π hubieran estado en tres orbitales 
enlazantes aislados de tres etilenos, es decir, en tres moléculas de etileno, la 
energía total sería de 6a + 6b, como ya habíamos calculado.
de esto se deduce que al estar situados estos seis electrones π en el anillo 
bencénico se consigue una estabilización que corresponde a una diferencia 
de energía de:
(6a+8b) − (6a+6b) = 2b
Esta diferencia de energía es lo que se conoce como energía de deslo-
calización (a veces también, como energía de conjugación).
Indica, pues, que el benceno tiene una estabilidad mayor (en ese valor de 
energía, 2b) que tres etilenos separados.
aunque en un principio pudiera parecer lo contrario, la energía de deslo-
ca lización no es lo mismo que la energía de resonancia. Esta diferencia se 
debe a que el cálculo de la energía de deslocalización se basa también en un 
mode lo hipotético de enlaces localizados, pero que tiene igual geometría 
que el sistema deslocalizado, mientras que para la energía de resonancia se 
toma un modelo cuya geometría es ya diferente, puesto que las longitudes 
de enlace se van alternando. Haría falta, pues, comunicar una energía a esa 
estructura para comprimirla y pasar a otra en la que no hubiera esa alter-
nancia de enlaces. Esta energía, hipotética, es lo que se conoce como ener-
gía de distorsión. Para el benceno, esta energía de distorsión resulta ser de 
unos 113 kJ.mol−1. Es decir, es una energía muy considerable en relación al 
valor de la energía de resonancia (que resulta ser unos 125 kJ.mol−1, según 
vimos en el apartado 1.5.4).
Para compuestos heterocíclicos pueden hacerse consideraciones análo-
gas, aunque es necesario introducir parámetros que corrijan la deformación 
en la distribución electrónica producida por la presencia del heteroátomo.
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
55
En general, es conveniente tomar el dato de la energía de deslocaliza-
ción no desde un punto de vista cuantitativo, sinó más bien cualitativo,en el sentido de que proporciona una medida de la estabilización debida 
a la aromaticidad.
1.5.7. Energías de resonancia calculadas por métodos teóricos
Hay que matizar todavía algo más acerca de lo que hemos deinido como 
energía de deslocalización en cuanto a medida de estabilización por aro-
maticidad. Y es, sencillamente, que la energía de deslocalización no es sólo 
exclusiva de los sistemas cíclicos. así a los sistemas conjugado acíclicos 
también se les puede atribuir una energía de deslocalización (por ejemplo, 
la del butadieno es de 0,472b).
Cuando esta medida se reiere al carácter aromático, hay que tener en 
cuenta la contribución a la energía de deslocalización que corresponde a la 
estructura cíclica del compuesto, y separar así esa contribución.
Se ha comprobado en polienos lineales que la contribución de cada en-
lace carbono/carbono, ya sea doble o triple, es aditiva y tiene carácter indi-
vidual. Por ello, dicha contribución será la misma, independientemente de 
la longitud del polieno.
de esta manera, se pueden calcular las energías de enlace π de refe-
rencia para cualquier sistema π, cíclico o acíclico, simplemente sumando 
los valores correspondientes a los tipos de enlaces presentes, ya sean en-
laces π carbono/carbono o enlaces π en los que están implicados heteroá-
tomos.
Es decir, la conjugación tiene las mismas consecuencias energéticas por 
enlace. o de otra manera, la contribución energética de cada enlace tie-
ne carácter aditivo.
Se puede deinir con todo esto el término «aromatico» como el corres-
pondiente a aquellos sistemas cíclicos que muestran una energía de enla-
ce π adicional cuando se compara su energía π con el valor de referencia 
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
56
calculado. Esta energía de estabilización adicional se conoce como ener-
gía de resonancia de Dewar. Esta denominación se debe a que dewar 
fue el primero en apreciar todo esto. Propuso que las energías de enlace 
de las estructuras de referencia utilizadas para los cálculos de energías de 
resonancia deberían ser, más que de sistemas no conjugados, de sistemas 
no aromáticos.
Según el valor de la energía de resonancia de dewar se hace una clasii-
cación de los sistemas cíclicos:
— Sistemas cíclicos con una energía de resonancia próxima a cero (o 
más bien, alrededor de 10 kJ.mol−1): se clasiican como no aromáticos.
— Sistemas cíclicos con una energía de resonancia menor de cero (es 
decir, con una energía de enlace π menor que la de la estructura de referen-
cia): se clasiican como antiaromáticos (son muy escasos).
— Sistemas cíclicos con una energía de resonancia mayor de cero: se 
clasiican como aromáticos.
Las energías de resonancia basadas en el modelo de dewar también pue-
den calcularse por el método de oM de Hückel (teniendo en cuenta que en 
los enlaces con heteroátomos deben modiicarse los valores de las integrales 
de Coulomb y de resonancia).
Las energías de enlace π han sido calculadas para distintos tipos de enla-
ce en unidades de resonancia. Para ello se ha calculado previamente por el 
método oM de Hückel la energía de resonancia π en compuestos conocidos 
en los que había una buena coincidencia con el valor obtenido experimen-
talmente. Se obtienen así distintas energías de enlace π, que se tabulan. 
de esta forma, para un determinado compuesto el procedimiento a seguir 
consistirá en buscar primeramente una estructura de referencia —que será 
una de las estructuras de valencia de mayor importancia− y se calculará su 
energía total de enlaces π sumando las contribuciones de los enlaces indivi-
duales. después podrá comparase este valor con la energía total de enlace π 
obtenida por el método de oM de Hückel.
Muchas veces resulta de mayor utilidad emplear la Energía de resonan-
cia Por Electrón π (más conocida abreviadamente por las siglas rEPE). que 
obviamente se obtiene dividiendo la energía de resonancia por el número 
de electrones π de la molécula. Proporciona una forma rápida y cómoda de 
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
57
comparar el grado de aromaticidad de distintos heterociclos. así, teniendo 
en cuenta que el valor de la REPE para el benceno es de 0,065b, viene dado 
siempre en unidades de la integral de resonancia b, tenemos para los si-
guientes heterociclos:
Heterociclo REPE (b)
Piridina
Pirimidina
indol
Pirrol
Furano
0,058
0,049
0,047
0,039
0,007
El cálculo del valor de la REPE sirve, incluso, para predecir el grado de 
aromaticidad en heterociclos que aún no se han sintetizado.
Tabla 1.3. Resumen de los principales criterios de aromaticidad 
en los heterociclos
Criterio de aromaticidad: 
característica a medir
Indicio de aromaticidad
Longitudes de enlace no alternancia de las longitudes de enlace
momentos dipolares
Valores diferentes a los de los correspondientes heteroci-
clos completamente hidrogenados
Efecto corriente de anillo
(por Rmn)
H en el exterior del anillo: desapantallados 
H en el interior del anillo: apantallados
Expectros UV absorciones π−π* similares a las de carbociclos aromáticos
Espectros fotoelectrónicos
Energías de los oM π llenos similares a las de carbociclos 
aromáticos
Espectros transmisión electrónica 
Energías de los oM π vacios similares a las de carbociclos 
aromáticos
Energía de resonancia empírica a mayor energía de resonancia, mayor aromaticidad
Energía de deslocalización Cuando la hay
Energía de resonancia por electrón π: rEPE Cuando su valor es parecido al del benceno
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
58
1.6. TAUTOMERÍA EN COMPUESTOS HETEROAROMÁTICOS
La tautomería es un fenómeno de suma importancia en la Química de 
los Heterociclos aromáticos, ya que muchos de ellos pueden existir en dos o 
más formas tautómeras. tal es el caso. por ejemplo, de la purina y de la pi-
rimidina, que forman parte de la estructura de los ácidos nucleicos y cuyos 
equilibrios tautómeros juegan un papel fundamental en la acción bioquími-
ca de esas moléculas biológicas.
El tipo más frecuente de tautomería prototrópica entre los compues-
tos heterocíclicos es aquél en que coexisten en equilibrio la forma ceto y 
la forma enol o tautomería ceto−enólica (a). menos corrientes, aunque 
también posibles, son las tautomerías imina−enamina (b) y tiocetona−
tioenol (c).
nos centraremos en la tautomería más importante, la ceto−enólica. 
En los compuestos acíclicos la forma ceto es la más estable. Sin embargo, 
cuando se trata de compuestos cíclicos en los que existe la posibilidad de 
que la forma enol sea aromática, en principio el equilibrio se encuentra más 
desplazado hacia esta estructura. El ejemplo más sencillo de este caso lo 
encontramos en el fenol, cuya forma tautómera ceto sería:
(a)
(b)
(c)
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
59
 (44)
En cuanto a los heterociclos, analizaremos primeramente a título de 
ejemplo la tautomería en un heterociclo de seis eslabones, la 2−hidroxipi-
ridina (45), cuya forma tautómera ceto sería la 2−piridona (46):
	 2−hidroxipiridina	 2−piridona
 (45) (46)
Se observará que esta forma ceto (46) es en realidad una amida. co mo 
tal amida estará resonando entre las formas canónicas (46a) y (46b), según:
 (46)
Por ello, la forma (46) queda estabilizada por resonancia, y más aún si 
tenemos en cuenta que la estructura canónica (46b) es aromática. Por esta 
razón, resulta que en deinitiva el equilibrio tautomérico queda desplazado 
hacia la forma amida —es decir, hacia la forma ceto—, a diferencia de lo 
que ocurría en el caso del fenol.
(2,4−ciclohexadienona)
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
60
Hay que tener en cuenta que el caso más frecuente es que estos hetero-
compuestos se encuentren en disolución.
Volvamos así al caso de la 2−hidroxipiridina (46). Para comprobar si en 
solución hay un tautómero que predomine sobre el otro, se comparan los 
espectros iR, Rmn y UV de esa disolución con los espectros de derivados al-
quilados de cada forma tautómera en los que, lógicamente, no pueda darse 
esa tautomería. Por ejemplo, con los derivados alquilados (47) y (48):
 (47)(48) 
al observar los espectros del heterociclo en disolución se observó que se 
parecían mucho más a los del derivado alquilado 1−metil−2−piridona. con 
esto se demuestra que en disolución ese equilibrio se halla muy desplazado 
hacia la forma cetónica.
Sin embargo, la concentración del soluto y también la naturaleza del di-
solvente —su mayor o menor polaridad— pueden afectar las posiciones de 
estos equilibrios. La razón de este hecho es que la 2−piridona en disolventes 
no polares se asocia formando dímeros y es, precisamente, la existencia de 
estos dímeros la responsable de que la 2−piridona esté favorecida en disolu-
ciones de disolventes no polares y de concentraciones no demasiado diluidas.
Sin embargo, en disoluciones muy diluidas (del orden de 10−7 m) la forma 
predominante es la 2−hidroxipiridina, debido a que a tan bajas concentra-
ciones la 2−piridona ya no está asociada. Lo mismo ocurre en fase gaseosa.
Por otra parte, los disolventes polares también afectan al equilibrio de-
bido al distinto grado de solvatación de cada forma tautómera, ya que éstas 
poseen generalmente diferente polaridad. Esto a su vez inluye en su capa-
cidad para formar enlaces de hidrógeno con el disolvente. Por esta misma 
razón, cuando se desean conocer las diferencias en cuanto a energías de 
enlace de ambos tautómeros, es necesario efectuar las determinaciones co-
rrespondientes en fase gaseosa.
1−metil−2−piridona	y 2−metoxipiridina
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
61
La causa fundamental de las diferencias en el predominio de uno u otro 
tautómero hay que atribuirla en parte, como ya dijimos, a su distinto 
grado de aromaticidad (relejado en la considerable energía de resonan-
cia empírica de muchas de estas estructuras). Sin embargo, si se consi-
deran los equilibrios tautómeros en disolución, mayor inluencia tienen 
la concentración y la naturaleza del disolvente.
analicemos seguidamente la tautomería en isómeros de posición de la 
2−hidroxipiridina. comencemos por la 4−hidroxipiridina. Las dos formas 
tautómeras son en este caso (49) y (50):
 (49) (50)
también ahora cabe la estabilización por resonancia de la forma ceto 
(50) según:
 (a) (50) (b)
Por ello, al igual que en caso de la 2−hidroxipiridina el equilibrio tau-
tomérico se encuentra desplazado hacia dicha forma ceto.
Sin embargo, en el otro isómero de posición 3−hidroxipiridina, no caben 
formas resonantes de tipo aromático de sus formas cetónicas, como en los 
dos compuestos anteriores. Por esta razón, en este caso la forma fenólica 
(51) es la más importante:
 (51) (52) (53) (54)
¿Qué ocurrirá cuando en el núcleo de piridina hay dos sustituyentes OH 
en las posiciones 2 y 4? En principio cabrían tres posibilidades de formas 
tautómeras cetónicas:
 (55) (56) (57) 
Experimentalmente se ha comprobado que la forma predominante es 
la (56), 4−hidroxi−2−piridona; es decir, la forma amídica que además está 
totalmente conjugada, es la preferida.
cuando se trata de heterociclos aromáticos de seis eslabones con más 
de un heteroátomo, el número de tautómeros posibles aumenta enorme-
mente, con lo que el estudio de estos sistemas se complica.
no obstante, en general puede decirse que la forma predominante es la 
ceto cuando está en posición 2 ó 4 respecto a los heteroátomos.
Por ejemplo, en las 4−hidroxipirimidinas resulta predominante la forma 
que es amídica (60).
 (58) (59) (60)
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
62
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
63
La fusión de estos heterociclos de seis eslabones con núcleos bencénicos 
o incluso a otros heterociclos de cinco o seis eslabones afecta muy poco a 
los equilibrios tautómeros.
Siguiendo con los heterociclos de seis eslabones, estudiaremos ahora la 
composición de mezclas tautómeras con otros sustituyentes: el grupo tiol 
y el grupo amino.
Grupo tiol: Pueden hacerse las mismas consideraciones que cuando el 
sustituyente es el grupo hidroxi. así, en:
 (61)
la forma predominante es la (62) tioceto, que en realidad es una tioamida.
 (62)
Por el contrario, cuando el grupo SH está en posición 3 la forma predo-
minante es la equivalente a la enólica.
Grupo amino: cuando el sustituyente es el grupo nH
2
 las cosas ya cam-
bian, ya que en general la forma tautómera preferente es la aminica. Esto 
es debido a que en la tautomería imino−enamina la forma imínica es muy 
poco estable, mucho menos que la enamina.
Según esto, serán formas favorecidas en sus respectivos equilibrios tau-
toméricos las estructuras:
QUÍMICA HETEROCÍCLICA
64
 (63) (64)
Tautomería en heterociclos aromáticos de cinco eslabones:
Veremos la tautomería en derivados de los heterociclos furano, pirrol y 
tiofeno.
En el caso del sustituyente OH la forma ceto es, en general, la predo-
minante. cuando el sustituyente está en posición 2, caben formular tres 
formas tautómeras posibles (65, 66 y 67):
 (65) (66) (67)
En posición 3 sólo pueden existir dos formas tautómeras:
 (68) (69)
Pues bien, en posición 2 se ha comprobado que, efectivamente, existen 
preferentemente los tautómeros cetónicos (66) y (67), sobre todo en el caso 
del furano. así, se han encontrado en la naturaleza formas lactónicas co-
rrespondientes a 2−hidroxiderivados del furano.
Por el contrario con el sustituyente en posición 3 aparecen mezclas de 
ambos tautómeros, (68) y (69).
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
65
En general, la fusión de estos anillos con un anillo bencénico o la pre-
sencia de un segundo átomo en el heterociclo favorecen el tautómero ceto.
con el caso del sustituyente tiol, muchas veces predomina, en contra de 
los que cabía esperarse, la forma aromática, como lo demuestran estudios 
por Rmn 1H. tal es el caso de 2− y 3−tioltiofenos.
En cuanto al sustituyente nH
2
, el tautómero aromático es el más favo-
recido, aunque muchas veces coexisten en equilibrio las distintas formas 
tautómeras.
debe considerarse que también puede existir tautomería en heterociclos 
no sustituidos. tales como en el caso de los triazoles. Esta tautomería tiene 
lugar por protonación−desprotonación de los distintos átomos de nitrógeno 
del anillo:
 (70) (71) (72)
 (1,2,3−triazoles)
 Nota: respecto a la manera de nombrar y representar los compuestos 
hete roaromáticos que existen como tautómeros, en general se 
realiza atendiendo a la forma predominante en disolución.
 
66
LISTA DE HETEROCICLOS NOMBRADOS
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
67
68
EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN
1. Indique si cada una de las siguientes airmaciones es cierta o falsa 
justiicando brevemente la respuesta:
a) En el pirrol los átomo de carbono tienen una densidad electrónica 
menor que la del benceno, ya que uno de los eslabones del ciclo es 
nitrógeno, átomo más electronegativo que el carbono.
b) La única condición para que un heterociclo sea considerado como 
antiaromático es que su número de electrones π sea 4n (siendo n 
cero o un número entero).
2. Observe en la sección 1.5.1 las longitudes de enlace en los heteroci-
clos pirrol, furano y tiofeno. A la vista de estos datos, ¿en cuál de esos 
heterociclos será mayor la deslocalización electrónica? ¿En cuál de 
ellos los electrones π estarán más localizados? Asimismo, ordene esos 
heterociclos según su aromaticidad. Justiique las respuestas dadas.
3. Los espectros RMN 1H muestran que las constantes de acoplamiento 
J
ab
 y J
bc
 de los compuestos heterocíclicos indol e isoindol guardan res-
pectivamente la relación 0,91 y 0,74:
 indol isoindol
 J
ab 
/ J
bc
 = 0,91 J
ab 
/ J
bc
 = 0,74
Con estos datos, ¿podría determinarse en cuál de estos dos heterociclos 
habrá mayor grado de deslocalización electrónica? ¿Por qué?
4. Señale la/s alternativa/s válida/s:
a) La energía de resonancia empírica tiene un valor único para cada 
compuesto aromático.
b) La energía de resonancia empírica determinada a partir de las en-
HETEROCICLOS AROMÁTICOS
69
talpías de combustión tiene un valor menos exacto que la obtenida 
a partir de las entalpías de