Química heterocíclica - biblioteca upibi

Transcripción

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL
INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA
Manual de prácticas para el curso de:
Química heterocíclica
AUTORES:
M. C. Benito Rizo Zúñiga
Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez
Q. Teresa Jaens Contreras
Dr. Efrén V. García Báez
Dra. Itzia I. Padilla Martínez
Septiembre 2009
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. CONTENIDO
Prólogo
3
Guía para el trabajo en el laboratorio
5
Practica 1. Síntesis de un compuesto heterocíclico de tres miembros. (S)Tiirancarboxilato De Metilo.
6
Práctica 2. Síntesis de furfural
9
Práctica 3. Análisis espectroscópico en el IR de compuestos heterocíclicos
12
Práctica 4. Aplicaciones de la espectroscopía de resonancia magnética nuclear
en quimica heterociclica
19
Práctica 5. Síntesis y caracterización de un heterociclo de cuatro miembros.
Síntesis de un tietano
30
Práctica 6. Síntesis de sulfonilmetilbenzotiazol
33
Práctica 7. Síntesis de 2-fenil-bencimidazol utilizando microondas
37
Práctica 8. Síntesis de 7-hidroxi-4-metil-cumarina.
40
Práctica 9. Síntesis de un heterocíclico de seis miembros: 2,6-dimetil-3,5dicarboxietil-4-fenildihidropiridina
43
Práctica 10. Síntesis de ácido barbitúrico
47
Práctica 11. Síntesis del 3,5-dimetilisoxazol
50
Práctica 12. Síntesis de 3-metil-1-fenil-1,2-dihidropirazol-5-ona
53
Práctica 13. Síntesis de 2-fenilindol
57
2
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. PRÓLOGO
Este manual de prácticas de química heterocíclica constituye un esfuerzo conjunto de los
profesores de Química para compilar y adaptar diversas metodologías para la síntesis de
compuestos heterocíclicos, con el objetivo principal de contar con un material didáctico que
apoye y complemente el programa teórico de la asignatura.
Este manual contempla desde la síntesis de heterociclos de tres miembros (tiiranos) hasta
la de heterocilos benzofusionados (cumarinas y benzazoles). Se pretende que el alumno
maneje algunos materiales naturales para la obtención de compuestos heterocíclicos, que
conozca sus aplicaciones, alcances y limitaciones en su preparación. Así también se han
incluido nuevas metodologías como: la utilización de radiación de microondas como fuente
de energía, la realización de síntesis sin disolvente y en medios acuosos, con la finalidad de
familiarizar al alumno con técnicas amigables con el medio ambiente, propias de la
denominada “Química Verde”. Es importante mencionar que dada la naturaleza de los
reactivos utilizados en la práctica 6 (Síntesis de sulfonilmetilbenzotiazol), deberá utilizarse
un horno de microondas especial para síntesis. En el caso de la práctica 7 (Síntesis de 2fenil-bencimidazol utilizando microondas) puede utilizarse un horno casero. Se han
considerado prácticas que muestren diferentes técnicas de aislamiento y purificación de los
productos de reacción obtenidos, también se han incluido el análisis de la pureza de los
compuestos no solo por punto de fusión sino también por cromatografía en capa fina así
como la caracterización de la estructura mediante el uso de la espectroscopía de infrarrojo
(IR) y resonancia magnética nuclear (RMN) tanto de 1H (protón) como de
13
C, con el
objetivo de que el alumno se familiarice con el uso de estas técnicas modernas de análisis.
Finalmente es importante mencionar que se han incluido algunas prácticas del manual
anterior (prácticas 11-13) que podrán realizarse cuando sea necesario.
Las actividades experimentales y de investigación que se describen en este manual de
prácticas requieren de mucha actividad y organización para su exitosa realización. Antes de
iniciar el trabajo de laboratorio, el alumno deberá revisar cuidadosamente los protocolos
escritos, así como los antecedentes teóricos. Con la finalidad de facilitar la comprensión y el
desarrollo del tema involucrado, cada práctica contiene una breve introducción sobre la
naturaleza de los compuestos a obtener y una serie de actividades previas para el
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bibliográfico adicional.
Las prácticas se presentan explícitamente en la parte experimental, de tal forma que el
alumno sea capaz de proceder por sí solo. Además, el profesor proporcionará información
complementaria para lograr la exitosa realización de la práctica. Los experimentos están
optimizados para consumir la menor cantidad posible de reactivos, respete las cantidades
indicadas y evite el desperdicio de substancias químicas.
La mayoría de los experimentos se realizarán en pequeños equipos de dos o tres personas,
independientemente del trabajo en grupo, cada uno de los estudiantes es responsable de
registrar en su bitácora el total de datos obtenidos que constituirán sus resultados. Es
importante mencionar que los resultados deben presentarse con pulcritud, claridad y sin
faltas de ortografía. Si el reporte requiere de la presentación de gráficas, recuerde que
todos los ejes deben estar perfectamente rotulados, con unidades claramente definidas,
cada gráfica deberá llevar su pie de figura y las tablas su correspondiente encabezado.
Además se pretende que el alumno desarrolle y demuestre su capacidad para el análisis
de resultados que le permitan formular conclusiones razonables. Todo esto le servirá
para elaborar su informe escrito en el que, además, deberá incluir la citas a la bibliografía
consultada para la mejor comprensión del tema.
Finalmente, esperamos que el alumno de Ingeniería Farmacéutica de la UPIBI encuentre en
este material didáctico una guía para el desarrollo de sus habilidades en la síntesis y
caracterización estructural de compuestos heterocíclicos.
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1) Todos los reactivos deberán ser tratados como si fueran tóxicos, si se derrama
cualquiera de ellos limpie inmediatamente el sitio en el que ocurrió. Si los reactivos se
derraman en su piel, lave inmediatamente la zona de contacto (si se trata de ácido sulfúrico,
quite el exceso y luego lave). Familiarícese con la localización y uso de extinguidores así
como con la regadera de emergencias. Las indicaciones particulares se señalan en cada
práctica, ponga cuidadosa atención en ellas.
2) Los estudiantes deberán llevar al laboratorio, batas de algodón para proteger sus ropas,
guantes y lentes de seguridad.
3) Cualquier accidente que resulte en un daño personal, no importa que tan leve sea,
repórtelo a la brevedad con el profesor encargado del laboratorio.
4) Ciertos instrumentos estarán presentes, otros no. No utilice el equipo si tiene usted dudas
o dificultades para operarlo, solicite el apoyo de su profesor.
5) Si usted deja material para ser almacenado en el laboratorio, deberá estar
adecuadamente identificado, indicando fecha, contenido número de equipo e integrantes del
mismo, de no ser así será desechado.
6) Parte de su responsabilidad en el laboratorio es su seguridad, no introduzca alimentos, ni
utilice equipo de sonido que pueda distraer su atención, apague su celular. Además de
dejar limpia el área de trabajo, esto incluye desechar los materiales químicos en el lugar o
depósito adecuado. Pregunte a su profesor el lugar en el que se colocarán los residuos
obtenidos durante la experimentación.
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SINTESIS DE UN COMPUESTO HETEROCICLICO DE TRES MIEMBROS.
(S)-TIIRANCARBOXILATO DE METILO.
1. OBJETIVOS.
1.1 El alumno conocerá y aprenderá los métodos más comunes para sintetizar heterociclos
de tres miembros.
1.2 El alumno aplicará uno de los métodos utilizados para sintetizar (S)-tiirancarboxilato de
metilo.
2. INTRODUCCIÓN.
Los compuestos orgánicos poseen una enorme diversidad de estructuras, muchas de las
cuales contienen sistemas anulares. Si el anillo esta formado por átomos de carbono y al
menos otro elemento, el compuesto se clasifica como heterocíclico. Los elementos que con
más frecuencia acompañan al carbono en estos compuestos son el nitrógeno, el oxígeno y
el azufre.
Los compuestos heterocíclicos tienen una amplia gama de aplicaciones: predominan entre
los compuestos empleados como productos farmacéuticos, agroquímicos y de uso
veterinario. Además se hallan ampliamente distribuidos en la naturaleza, muchos de ellos
tienen importancia fundamental para los sistemas vivos, es sorprendente cuán a menudo se
les encuentra como componentes clave de procesos biológicos. Las bases de los ácidos
nucleicos, por ejemplo, que son derivados de los sistemas anulares de pirimidina (1) y
purina (2) resultan cruciales para el mecanismo de la replicación.
N
N
N
N
N
N
(2)
(1)
Muchos de los productos farmacéuticos y la mayor parte de los compuestos heterocíclicos
que poseen aplicaciones prácticas no se extraen de fuentes naturales, sino que se fabrican.
El origen de la química orgánica se halla, sin embargo, en el estudio de los productos
naturales, éstos constituyen la base para el diseño de muchos de los compuestos útiles que
se desarrollan subsecuentemente.
Los heterociclos más sencillos son los saturados de tres miembros con un heteroátomo los
más importantes son oxiranos o epóxidos (3), las aziridinas (4) y los tiiranos (5).
R
O
R
R
R
(3)
R
NR R
R
R
(4)
6
R
S
R
R
R
(5)
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lleva a una reactividad mayor en los procesos en los que se alivia la tensión. Así pues, la
coordinación de un electrófilo con el heteroátomo del anillo, el ataque de un nucleófilo a un
átomo de carbono del anillo, el calentamiento o la irradiación, todo ello puede dar como
resultado la apertura del anillo. Esto significa que los heterociclos de tres miembros son
moléculas anormalmente reactivos y que una amplia variedad de reactivos puede atacar
estos sistemas anulares.
La reacción a realizar en esta práctica consiste en la transformación del (R)-cisteinato de
metilo en el (S)-tiirancarboxilato de metilo de acuerdo al siguiente esquema.
HS
H
CO2Me
NH2
NaNO2/HCl
H
HS
CO2Me
-H+, -N2
S
+
0-6°C
N2
H
CO2Me
3. ACTIVIDADES PREVIAS PARA EL ALUMNO.
3.1 ¿Cuáles son los métodos más importantes para sintetizar heterociclos de tres
miembros? De un ejemplo general o especifico de cada uno.
3.2 De dos ejemplos de heterociclos de tres miembros que presenten actividad biológica
importante, dibuje su estructura y diga que actividad presentan.
3.3 ¿Cuál es la característica principal de reactividad de los heterociclos de tres miembros?
Explique su respuesta y de un ejemplo general o especifico.
3.4 Haga un diagrama de bloque de la parte experimental.
3.5 Busque y escriba las propiedades (toxicidad, usos, cuidados de manejo) más
importantes de los reactivos
4. PARTE EXPERIMENTAL
4.1 Material
2 vasos de precipitados de 100 mL
2 pipetas de 10 mL
1 bandeja
1 termómetro
1 embudo de separación
2 soporte universal
1 matraz bola 50 mL
1 cabeza de destilación
1 portatermómetro
1 refrigerante
2 pinzas de tres dedos
1 bomba de agua
4.2 Reactivos
R-cisteinato de metilo (clorhidrato )
nitrito de sodio
cloroformo
sulfato de magnesio anhidro
ácido clorhídrico 1M
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Pesar 0.171 g de L-cisteinato de metilo y disolver en 5 mL de ácido clorhídrico 1 M, poner
esta solución en una bandeja con hielo y enfriar entre 0-6 °C, adicionar 0.207 g de nitrito de
sodio y agitar manualmente durante 5 minutos, la solución toma un color rojo intenso que
poco a poco va disminuyendo en intensidad.
Después de los cinco minutos de agitación poner la solución en un embudo de separación y
extraer dos veces con 7 mL de cloroformo, separar las fases y secar la fase orgánica con
sulfato de magnesio anhidro.
Montar un sistema de destilación simple y destilar todo el cloroformo, el residuo es el
producto. De ser posible hacer un espectro de RMN-H en cloroformo deuterado y su
espectro ir.
5. RESULTADOS.
5.1 Indicar las características del producto obtenido.
5.2 Reportar el volumen, la masa de producto obtenido y el rendimiento de la reacción.
5.3 Indique la reacción y proponga un mecanismo de reacción.
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS.
6.1 Explique si su rendimiento fue bueno o bajo, si fue bajo, mencione las posibles causas.
6.2 Analice los espectros de RMN-1H y de IR y explíquelos y compárelos con los
reportados, y en base a estos datos diga si sí se obtuvo el compuesto esperado.
6.3 Desarrolle el mecanismo de la reacción propuesto.
7. CONCLUSIONES
Concluya con respecto a la importancia de los heterociclos de tres miembros, sus
características y sus métodos de preparación. Explique si se cumplieron los objetivos y si es
aplicable sugiera posibles modificaciones para mejorar la práctica.
8. BIBLIOGRAFÍA
8.1 R. M. Acheson, Química Heterociclíca, Publicaciones Cultural, México 1981.
8.2 T, L, Gilchrist, Química Heterociclíca, 2da Edición, Addison-Wesley Iberoamericana,
USA 1995.
8.3 L. A. Paquette, Fundamentos De Química Heterociclíca, Editorial Limusa, México 1987.
8.4 Voguel, Textbook Of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition, Ed Logman, USA 1989.
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SÍNTESIS DE FURFURAL
1. OBJETIVO.
Que el alumno:
1.1 Obtenga furfural partiendo de un recurso natural
1.2 Sea capaz de explicar las reacciones químicas que se realizan en esta experiencia.
2. INTRODUCCIÓN.
Los compuestos de cinco miembros que tienen un solo heteroátomo en el sistema anular
son uno de los grupos de heterociclos más importantes, los más comunes entre ellos son el
pirrrol (1), el furano (2) y el tiofeno (3). Se puede considerar que estos compuestos son
aromáticos, en mayor o menor grado de acuerdo a sus propiedades físicas y sus energías
de resonancia; todos ellos poseen un exceso de electrones π, puesto que tienen 6
electrones distribuidos entre 5 átomos. Debido a esto, su química presenta cierto parecido
con los compuestos aromáticos bencénicos nucleofílicos, como el fenol y la anilina.
En semejanza con la anilina y el fenol es más estrecho en el caso del pirrol, que posee una
energía de resonancia apreciable y sufre reacciones de sustitución electrofilica con
facilidad. Por otra parte, el furano tiene una energía de resonancia muy baja, y su química
se asemeja más a la de un dieno núcleo filo que a la de un compuesto aromático
bencénico. El tiofeno también es apreciablemente aromático y sufre reacciones de
sustitución con electrofilos, aunque no tan fácil como el pirrol.
N
O
S
O
COH
H
(1)
(2)
(3)
furfural
El sistema anular del furano se encuentra en muchos compuestos naturales, ya sea como
estructura totalmente insaturada o en forma completa o parcialmente reducida. El furan-2carboxaldehido (furfural) está disponible a bajo costo y a gran escala, gracias a la hidrólisis
catalizada por ácidos de desechos de cereales. Los carbohidratos de materiales como el
olote del maíz se hidrolizan con ácido para dar pentosas, las que a su vez se convierten por
acción del ácido en furfural, que es la materia prima empleada normalmente para preparar
otros furanos sencillos.
3.1. Investigue y de un ejemplo del método clásico de síntesis de pirrol por el método de
Pall-Knor
3.2. Explique la aromaticidad del furano, pirrol y tiofeno.
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las pentosas.
3.4. Indique algunos derivados del furano con actividad biológica.
3.5. Da algunos ejemplos de reacciones de sustitución electrofílica aromática (SEA) de
estos heterociclos.
3.6. Desarrolla un diagrama de bloques de la parte experimental.
4. PARTE EXPERIMENTAL.
4.1 Material
1 matraz balón de 100 mL
1 refrigerante
1 embudo de separación
1 bomba de agua
1 vaso de precipitados de 250 mL
2 soporte universal
1 probeta de 50 mL
1 embudo de vidrio
1 anillo de fierro
1 parrilla de calentamiento
4.2 Reactivos.
H2SO4 al 20%
NaCl
cloroformo
Na2SO4 anhidro
4.3 Procedimiento.
Pesar 10 g de olote fresco, molido al tamaño de un grano de maíz o menor, y colocarlos en
un matraz balón de 100 mL con 50 mL de solución de ácido sulfúrico al 20%, (o HCl al 12
%) tapar el matraz y guardarlo así durante 8 días. Calentar a reflujo el macerado durante 1
hora, directamente con la parrilla de calentamiento. Después de este tiempo dejar enfriar la
mezcla de reacción, filtrar y lavar el residuo con pequeños volúmenes de agua que se
juntan con el filtrado. Saturar el filtrado con NaCl y extraer el furfural de la solución acuosa
con de 15 mL de cloroformo. Secar el extracto clorofórmico con Na2SO4 anhidro y filtrar o
decantar para eliminarlo. Destilar el cloroformo hasta que en el matraz quede un residuo
aceitoso color amarillo y olor característico. Determinar el volumen de producto para
calcular el rendimiento.
Nota: como la cantidad de producto suele ser muy pequeña es difícil medir el volumen, por
lo que es aconsejable pesar el matraz con el que se va a realizar la destilación para
determinar la cantidad de producto por diferencia de peso.
5. RESULTADOS.
5.1 Describa las características físicas del furfural
5.2 Indique el rendimiento obtenido, mostrando los cálculos.
5.3 Anexe el espectro de IR y de RMN-1H y analícelos.
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6.1 Comentar si las características del furfural corresponden a las reportadas.
6.2 Si el rendimiento se considera que fue bajo, explicar a que factores se puede deber.
6.3 Indicar si las señales observadas en los espectros de IR y de RMN corresponden a las
esperadas de acuerdo a la composición y estructura del furfural.
7. CONCLUSIONES.
7.1 Comentar la importancia de los heterociclos de cinco miembros.
7.2 Mencionar los métodos más importantes que se utilizan para sintetizar este tipo de
heterociclos.
7.3 Explicar si consideran que se cumplieron los objetivos de la practica.
8. BIBLIOGRAFÍA.
8.1 Domínguez, X. A: Química Orgánica Experimental, Ed. Limusa. México, 1982.
8.2 Wilcox, C. F., Experimental Organic Chemistry, Mcmillan Jr., USA, 1988.
8.3 Gilchrist T. L., Química Heterocíclica, Addison-Wesley Iberoamericana, USA, 1995.
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ANÁLISIS ESPECTROSCÓPICO EN EL IR DE COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS
1. OBJETIVOS
1.1 Que el alumno conozca y aprenda la información más relevante que se puede obtener
de un compuesto a partir de un espectro infrarrojo.
1.2 Que el alumno aprenda a determinar los grupos funcionales presentes en un compuesto
a partir de su espectro infrarrojo.
2. INTRODUCCIÓN.
2.1 Espectro electromagnétrico. La luz visible, infrarroja, ultravioleta, las microondas y las
ondas de radio son ejemplos de radiación electromagnética. Todas estas radiaciones viajan
a la velocidad de la luz (c = 3x10-8 m/s) pero se diferencian en su frecuencia, en su longitud
de onda y en su energía La frecuencia de una onda es el número de ciclos ondulatorios que
pasan por un punto fijo en un segundo. La longitud de onda es la distancia entre dos picos
(o dos valles) cualquiera de la onda. La longitud de onda y la frecuencia son inversamente
proporcionales y se relacionan mediante la siguiente ecuación:
Otra forma de describir la frecuencia de la radiación electromagnética es el número de
onda, muy utilizado en la espectroscopia de infrarrojo. Esta unidad se refiere al número de
ondas que hay en 1 cm:
Las ondas electromagnéticas viajan como fotones que son paquetes de energía sin masa.
La energía de un fotón es directamente proporcional a su frecuencia e inversamente
proporcional a su longitud de onda. Su energía viene dada por la siguiente expresión:
E=hν
donde ν es la frecuencia y h la constante de Planck
Bajo ciertas condiciones cuando una molécula colisiona con un fotón puede absorber la
energía de éste, produciéndose un aumento de la energía de la molécula en una cantidad
igual a la energía del fotón.
2.2 Fundamentos de la espectroscopia infrarroja: regiones del IR y modos fundamentales
de vibración.
La región del infrarrojo del espectro corresponde a frecuencias que van desde 8 x 10-5cm a
8 x 10-2 cm. Los fotones que transporta la radiación infrarroja no tienen energía suficiente
para provocar transiciones electrónicas pero si pueden conseguir vibraciones de los enlaces
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vibracional depende del tipo de átomos y del tipo de enlace que los mantiene unidos.
Los átomos no se encuentran estáticos dentro de una molécula sino que están en
movimiento constante unos respecto a otros, vibrando en torno a los enlaces que los unen a
frecuencias constantes. A medida que los átomos se acercan unos a otros las fuerzas de
repulsión aumentan y conforme se separan las interacciones de atracción disminuyen. Este
movimiento de alargamiento y compresión alternantes (tensión) se parece al de dos esferas
sujetas por un muelle.
Cuando dos átomos de masa atómica diferente están unidos por un enlace, el átomo ligero
se aleja más que el de mayor masa. La absorción de energía infrarroja da por resultado un
aumento en la frecuencia de vibración.
Si la molécula es biatómica, tal y como se muestra en la figura anterior (HCl), sólo existe un
modo vibracional de tensión pero si la molécula está constituida por más de dos átomos
puede haber dos modos vibracionales de tensión, si se tiene en cuenta las posiciones
relativas de dos átomos unidos a un tercero. Por ejemplo, en el grupo metileno (-CH2-) del
propano (CH3CH2CH3) los dos enlaces C-H del metileno pueden alargarse o contraerse de
manera simétrica o no simétrica. Tensión simétrica,este modo de vibración tiene lugar
cuando los dos enlaces C-H del metileno central del propano se contraen o se alargan
simultáneamente, (ver figura). Tensión asimétrica, esta forma de vibración ocurre cuando
uno de los dos enlaces C-H del metileno central del propano se contrae mientras que el otro
se alarga, (ver figura).
Además del estiramiento y comprensión del enlace hay otros modos vibracionales como el
que provoca un cambio en el ángulo de enlace (flexión). Esta flexión del enlace modifica las
posiciones relativas de dos átomos unidos a un tercero.
Flexión simétrica en el plano (“tijera”): En este modo de vibración el ángulo de enlace
aumenta y disminuye porque los dos átomos de los extremos se acercan o se alejan entre
ellos. Este acercamiento-alejamiento se da en el mismo plano formado por los tres átomos.
Este tipo de movimiento se asemeja la de las tijeras cuando se abren y se cierran.
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disminuye porque el átomo central se acerca a uno de los dos extremos y por tanto se aleja
del otro, manteniéndose siempre los tres átomos en el mismo plano.
Una molécula absorbe luz infrarroja sólo cuando la energía de los fotones es igual a la
diferencia de energía entre un estado vibracional y el que le sigue en sentido ascendente.
La inmensa mayoría de las moléculas existen en el estado de más baja energía y la
absorción de luz, que origina un espectro en el infrarrojo, es consecuencia de la elevación
de las moléculas al estado más alto siguiente. La absorción de luz infrarroja por parte de
una molécula requiere que el enlace que va a vibrar tenga un momento dipolar para que
vibre a una frecuencia más alta. La intensidad de la absorción de radiación infrarroja tiene
relación directa con la magnitud del momento dipolar de manera que cuanto mayor es el
momento dipolar más intensa es la absorción. Por ejemplo, la absorción infrarroja de los
enlaces O-H es más intensa que la de los enlaces C-H porque los enlaces O-H son más
polares.
Las bandas de absorción características de casi todos los grupos funcionales se encuentran
entre 4.000 y 800 cm-1. Los espectros de infrarrojo se representan como gráficas de
absorbancia frente a número de onda.
2.3 Preparación de la muestra.
Las muestras gaseosas no requieren preparación, solo requieren ser puras, se usa una
celda de muestra con una larga longitud de muestra (usualmente 5-10 cm) pues los gases
muestran absorbancias relativamente débiles.
Las muestras líquidas se pueden disponer entre dos placas de una sal de lata pureza
(comúnmente cloruro de sodio o también bromuro de potasio o fluoruro de calcio). Las
placas son transparentes a la luz infrarroja y no introducirán líneas en el espectro. Las
placas de sal son solubles en agua por lo que la muestra, y los materiales de limpieza
deben estar completamente libres de humedad.
Las muestras sólidas se pueden preparar principalmente de dos maneras. La primera es
moler la muestra con un agente aglomerante como el nujol, en un mortero de mármol o
ágata. Una fina película de la mezcla se aplica en una placa de sal y se realiza la medición.
El segundo método es triturar una pequeña cantidad de la muestra con una sal
especialmente purificada (usualmente KBr grado espectroscópica) en un mortero de ágata.
Esta mezcla en polvo se comprime en una prensa para formar una pastilla transparente.
3.1 Dibuje un espectro electromagnético indicando las regiones en que se divide.
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infrarrojo?
3.3 Busque y haga una tabla donde se indique la región de absorción de los enlaces más
característicos en compuestos orgánicos.
Las siguientes fórmula condensadas corresponden a los espectros presentados abajo:
C5H10O (1), C5H10O (2), C5H10O2 (3), C6H12O (4), C5H13N (5), C6H12 (6), C3H4O (7), C8H10
(8). Escribe diferentes formulas semidesarrolladas o de líneas para cada una y en base a
las tablas de señales características para los diferentes grupos funcionales, indica a que
compuesto es más probable que corresponda cada espectro. En los casos en los que no
sea posible determinar con precisión de que compuesto se trata, recurrir a los catálogos de
espectros infrarrojos para determinar con certeza a que compuesto corresponde el
espectro.
Espectro1
Espectro 2
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Espectro 4
Espectro 5
16
Espectro 7
17
5. RESULTADOS.
5.1 Dibuje las fórmulas más importantes para cada fórmula condensada. ¿Qué es la
espectroscopia IR?
5.2 Asigne las señales más características en cada espectro Indique a que compuesto
corresponde cada espectro.
6. ANALISIS DE RESULTADOS
Justifique sus resultados en base a las señales características observadas en cada
espectro, y en caso de ser necesario por la comparación con el espectro reportado.
7. CONCLUSIONES
7.1 ¿Cuál es la importancia de la espectroscopia IR?
7.2 Mencione algunas de señales características de los grupos funcionales más importantes
en química orgánica.
7.3 ¿Se cumplieron los objetivos? Recomendaciones para mejorar la práctica.
8. BIBLIOGRAFIA
8.1 McMurry John, Química Orgánica, 6ta Edición Thomson, México 2004.
8.2 Willard H. H, Merritt L. L. Dean J. A. y Settle.F. A., Métodos Instrumentales de Análisis,
Ed Iberoamericana, México 1991.
8.3 Silverstein Robert, Bassler Clayton, Identificación Espectroscópica de Compuestos
Orgánicos, Ed. Diana, México 1980.
18
APLICACIONES DE LA ESPECTROSCOPÍA DE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR
EN QUIMICA HETEROCICLICA
1. OBJETIVO.
1.1 El objetivo de la presente práctica es que el alumno aprenda a identificar
cualitativamente los de compuestos heterociclicos-orgánicos mediante la técnica de
resonancia magnética nuclear (RMN). La RMN es una técnica muy potente para la
determinación de la estructura de moléculas orgánicas,
1.2 Otro objetivo que se persigue es que el alumno en base al análisis previo y
experimental adquiera la habilidad de elucidar moléculas orgánicas-heterocíclicos de interés
farmacéutico por medio de los espectros de RMN de 1H y 13C
2. INTRODUCCIÓN.
La espectroscopia de RMN fue desarrollada a finales de los años cuarenta para estudiar los
núcleos atómicos. En 1951, los químicos descubrieron que la espectroscopia de resonancia
magnética nuclear podía ser utilizada para determinar las estructuras de los compuestos
orgánicos, heterociclos ó inorgánicos. Esta técnica espectroscópica puede utilizarse sólo
para estudiar núcleos atómicos con un número impar de protones o neutrones (o de
ambos). Esta situación se da en los átomos de H-1, C-13, F-19 y P-31. Este tipo de núcleos
son magnéticamente activos, es decir poseen espín de ½, masa atómica impar. En base a
la constitución de un átomo eléctricamente neutro, los electrones tienen carga negativa, los
núcleos poseen carga positiva y poseen un movimiento de rotación sobre un eje que hace
que los átomos se comporten como si fueran pequeños imanes.
2. 1 Introducción a los Fundamentos de la RMN
La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica de
elucidación estructural, aunque también se puede emplear con fines cuantitativos y en el
estudio de mecanismos de reacción. Esta técnica se basa en la capacidad de absorber
radiación electromagnética (concretamente en la región de las radiofrecuencias) que
presentan algunos núcleos atómicos cuando están sometidos a un campo magnético
externo.
Los núcleos más empleados en la elucidación estructural orgánica son el 1H y el 13C,
aunque también resultan de gran interés núcleos como 31P, 19F y 15N. Para los núcleos de
1
H y el 13C se dispone de una amplia base de datos de desplazamientos químicos
tabulados, que permite asignar las señales obtenidas en el espectro de RMN de una
molécula a un determinado núcleo en función de su entorno químico Anexo I y II.
2.2 Interpretación de espectros de 13C-RMN
Puesto que el esqueleto de las moléculas orgánicas está constituido por carbono, este
núcleo resulta especialmente interesante en la elucidación estructural por RMN. No
obstante, existe un problema con el carbono y es que el esqueleto carbonado de las
19
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. moléculas orgánicas está constituido en su gran mayoría por 12C, que no es
magnéticamente “activo”, puesto que su número cuántico de espín es cero. El núcleo de 13C
(con número cuántico de espín de 1/2) sí es magnéticamente “activo”, pero su abundancia
isotópica natural es sólo del 1% del total de los carbonos de una muestra, motivo por el cual
la sensibilidad de la técnica de RMN 13C es baja, requiriéndose tiempos largos para la
adquisición del espectro y muestras concentradas.
Se pueden realizar dos tipos de espectros de carbono: Acoplado y Desacoplado. En la
presente práctica sólo se tratarán espectros de RMN 13C desacoplado, en los que las
señales son siempre singuletes ya que esta técnica “desacopla” los protones unidos a los
carbono y, por tanto, no se observa la multiplicidad que estos inducirían en las señales.
La interpretación de los espectros de RMN 13C desacoplado se basa en la posición
(desplazamiento químico) a la que las señales aparecen en el espectro. Cada átomo de
carbono no equivalente (es decir, cuyo entorno químico es diferente) aparece en una
posición distinta del espectro. En la Tabla A1 se dan los desplazamientos químicos típicos
de RMN 13C de algunos grupos funcionales, que nos ayudarán a asignar las señales de un
espectro de carbono a un determinado grupo.
En la Figura 1 se muestra, a modo de ejemplo, el espectro de 13C del etanol. La parte
superior de la Figura representa la magnetización neta de la muestra en función del tiempo
(FID), que se obtiene como consecuencia del pulso inicial de RMN. La transformada de
Fourier de esta señal se representada en la parte inferior y es lo que se entiende
propiamente
como espectro de RMN. Estas dos representaciones son equivalentes (contienen la misma
información), pero para la interpretación, sólo se utiliza el espectro. Como se puede apreciar
en la Figura 1, el espectro de 13C del etanol consta de dos señales que corresponden a los
dos tipos de C no equivalentes que presenta la molécula. Para el carbono del grupo CH2, la
proximidad del grupo OH reduce moderadamente el apantallamiento, según la Tabla A1
cabe esperar un desplazamiento químico del orden de 55-70 ppm. En el caso del grupo
metilo, nos encontramos ante un carbono alquílico cuya señal se espera entre 5 y 30 ppm.
20
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 2.3 Interpretación de espectros de 1H -RMN
El núcleo del hidrógeno (1H) está constituido tan sólo por un protón, tiene un espín de 1/2 y
presenta una buena sensibilidad en RMN. La información que proporciona este núcleo es
muy valiosa en la determinación de estructuras, especialmente para moléculas sencillas y
pequeñas. La interpretación de los espectros de RMN de protón se basa, al igual que para
el 13C, en el número de hidrógenos distintos (es decir no equivalentes) y la posición de las
señales correspondientes a estos hidrógenos en el espectro, que depende del
apantallamiento. En el anexo 1 se dan los desplazamientos químicos típicos de RMN 1H de
algunos grupos funcionales, que nos ayudarán a asignar las señales de un espectro de
protón a un determinado grupo.
Debido al modo en que se registran los espectros en el caso del protón, éstos proporcionan
otra información muy valiosa: La intensidad de la señal es proporcional al número de
protones equivalentes que la producen, siendo posible, por tanto, integrar las señales del
espectro y obtener su relación. A diferencia de lo que sucede en los espectros de 13C
desacoplados, en los espectros de protón las señales presentan “multiplicidad”. Esta
multiplicidad o estructura fina de las señales se debe a que la resolución de esta técnica
permite observar la interacción (también llamada “acoplamiento”) entre el protón que
produce la señal y protones que estén situados a una distancia de tres enlaces de él.
Debido a la influencia de estos “protones vecinales” la señal se desdobla en dos o más
señales con una relación de intensidades definida. Tomemos como ejemplo un protón HA
que a tres enlaces de distancia tiene un único protón vecinal HB.
HA producirá una señal de RMN 1H cuya posición en el espectro dependerá de su entorno
químico. Esta señal es en realidad un “doblete” (dos señales muy cercanas de idéntica
intensidad), este desdoblamiento que ha sufrido la señal de HA se debe a que su protón
vecinal HB puede adoptar dos orientaciones diferentes de espín, +1/2 y -1/2, en el campo
magnético al que está sometida la molécula para llevar a cabo el espectro. Estas dos
orientaciones posibles de HB varían ligeramente la energía de resonancia de HA y se
producen dos señales (cada una correspondiente a una orientación de HB). Esta diferencia
de energía es, en general, mucho menor que el cambio de energía debido al
apantallamiento químico electrónico que es del orden de ppm, por lo que las señales
estarán muy próximas y centradas en torno al valor de desplazamiento químico al que
aparecería HA si no existiera HB. Para obtener la multiplicidad de la señal de un protón que
posee varios protones vecinales químicamente equivalentes, se utiliza el “Triángulo de
Pascal” (ver p. ej. Anexo II).
3.1 El alumno investigará como se origina la RMN
3.2 Dé que partes esta constituido un equipo de la RMN
3.3 Aplicaciones de la RMN para la industria farmacéutica
3.4 Que es más fácil, obtener un espectro de RMN de 1H ó de 13C ¿Por qué?
21
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. A continuación se dan algunos ejemplos de aplicación de esta técnica.
4.1 Etanol
En la molécula de etanol (véase Fig. 2) nos encontramos con tres tipos de protones
químicamente equivalentes: Los protones del grupo CH3 (H1, H2 y H3), los protones del
grupo CH2 (H4 y H5) y el protón del grupo alcohol (H6). Los protones H1, H2 y H3 son
equivalentes debido a que la libre rotación alrededor del enlace C-C hace que, en promedio
sobre el tiempo, el entorno que “ven” estos protones sea el mismo. Esto es igualmente
válido para los protones H4 y H5.
Cada uno de estos tres grupos de protones producirá una señal de RMN 1H cuyo
desplazamiento químico dependerá del entorno químico de los protones. Para el grupo CH3,
el desplazamiento químico se sitúa en torno a 1 ppm (grupo funcional alquilo, como en
alcanos saturados, véase Apendice1) e integra por tres protones (H1, H2 y H3). El grupo
CH2 aparecerá en torno a 3-4 ppm, ya que tiene un grupo OH como sustituyente, e integra
por dos protones (H4 y H5). Finalmente, el protón H6 del grupo OH aparecerá entre 2, 5 y 5
ppm, e integra por un protón. La multiplicidad de las señales vendrá dada por el triángulo de
Pascal, según se muestra en la Fig. 3.
Cada protón del grupo CH3 posee dos protones vecinales equivalentes (H4 y H5) a una
distancia de tres enlaces (marcados 1, 2 y 3 en la Figura 2). Cada uno de ellos provoca un
desdoblamiento de la señal tal como se muestra en la Figura 3.b. La estructura fina
resultante es un triplete con una relación de intensidades 1:2:1.
Cada protón del grupo CH2 posee tres protones vecinales equivalentes (H1, H2 y H3) a una
distancia de tres enlaces. Cada uno de ellos provoca un desdoblamiento de la señal tal
como se muestra en la Figura 3.a. La estructura fina resultante es un cuadruplete con una
relación de intensidades 1:3:3:1. El protón H6 también se encuentra a una distancia de tres
enlaces de los protones del CH2, no obstante, no siempre es posible observar el
acoplamiento de estos protones al protón H6, ya que al pertenecer este último a un grupo
OH se intercambia con facilidad.
El protón H6 pertenece a un grupo OH y, como acabamos de mencionar, se intercambia
con facilidad por lo que generalmente aparecerá como un singlete. En condiciones de alta
dilución, baja temperatura y en disolventes apolares es posible ver el acoplamiento con los
protones del grupo CH2, que daría como resultado un triplete. En la Figura 4 se muestra el
espectro de 1H-RMN del etanol.
22
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Los componentes más tóxicos para los peces en las mareas negras son los xilenos (Figura
5) y estructuras relacionadas. Los xilenos son contaminantes típicos de las aguas freáticas,
a las que llegan, por ejemplo, por pérdidas en tanques subterráneos de gasolina o
depósitos de productos químicos.
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En las Figuras 6 y 7 se muestran los espectros de 1H y 13C del m-xileno, respectivamente.
Los seis protones de los grupos metilo son químicamente equivalentes y producirán una
única señal a 2-3 ppm, que integra por 6 protones. No hay ningún hidrógeno a tres enlaces,
por lo que la señal será un singlete. Entre 6,5 y 8 ppm están los protones aromáticos del
anillo bencénico. Por razones de simetría hay 3 tipos de protones distintos, marcados en la
Figura 5.a como 2, 3 y 4. En el espectro de la Figura 6 se observa una señal a
aproximadamente 7,4 ppm que integra por 1 protón, y otra a 7,2 ppm que integra por 3
protones. La señal a 7,4 ppm es un triplete con una relación de intensidades de
aproximadamente 1:2:1. Se trata, por tanto, del hidrógeno 3 de la Figura 5. Los otros tres
protones aromáticos son más difíciles de asignar, se espera para el hidrógeno 4 un singlete
que integra por un protón y para el hidrógeno 2 un doblete (relación de intensidades 1:1)
que integra por un protón. Sin embargo, lo que se observa en el espectro son dos señales,
una mucho más intensa que la otra. Lo que sucede es que la señal del H4 solapa
parcialmente con el doblete del H2. Para separar estas señales, seria necesario medir esta
muestra en un espectrómetro de campo magnético más alto. Los desplazamientos químicos
seguirían dando los mismos valores de ppm, pero el desdoblamiento, expresado en ppm,
sería mucho más pequeño.
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RMN 13C con una señal entre 10 y 30 ppm debida a los grupos metilo (alcanos saturados),
que corresponde a la señal a 20 ppm en el espectro de la Figura 7. Entre 120 y 140 ppm, se
esperan tantas señales como carbonos aromáticos no equivalentes existen en la molécula.
Por razones de simetría, hay 4 tipos de carbonos aromáticos (véase Figura 8). Con la ayuda
de tablas de desplazamiento químico (ver p.ej. R.S. Macomber “A Complete Introduction to
Modern NMR Spectroscopy”), es posible realizar la asignación precisa de cada una de
estas señales, obteniéndose el resultado que se muestra en la Figura 8.
Figura 7. Espectro de RMN de 13C del xileno (izquierda) y Figura 8 (derecha) con la asignación.
5. Resultados.
El alumno reportara todas las ideas y resultados que tuvo que aplicar para entender la
elucidación de moléculas orgánicas y heterocíclicas.
6. Análisis de resultados
6.1 Deducir de los espectros RMN de las Figuras 9 y 10 la fórmula del compuesto A. Se
sabe además que el peso molecular es de 74 g/mol. La integración de las señales del
espectro de protón ha dado las relaciones 1(3.5 ppm):1.5 (1.2 ppm).
Figura 9. Espectro de RMN de 1H del compuesto A.
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13
C del compuesto A.
6. 2 La síntesis del ácido acetil-salicílico “aspirina”, corresponde a la reacción siguiente:
La pureza del producto final se puede comprobar mediante RMN de 1H, dado que los
espectros de los ácidos son distintos. Los espectros de protón del ácido acetil-salicílico y del
ácido salicílico están representados en la Figura 11. Deducir razonadamente cúal es cúal.
Figura 11. Espectros para el problema 6.2.
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indol, pirrol y pirrolidina En base a la experiencia obtenida en el análisis de espectros de
RMN de moléculas orgánicas, diga cuales espectros corresponde al indol, al pirrol y a la
pirrolidina.
10
8
6
4
PPM
2
0
Figura 12.
140
120
100
80
PPM
60
40
20
0
1
0
Figura 13.
6
5
4
PPM
3
2
Figura 14
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100
80
60
PPM
40
20
0
Figura 15
2
1
PPM
0
Figura 16
50
40
30
PPM
20
10
0
Figura 17.
7. Conclusiones:
7.1 El alumno concluirá si los objetivos se cumplieron durante el desarrollo de esta práctica
8. Bibliografía
8.1 R.S. Macomber, A Complete Introduction to Modern NMR Spectroscopy; Wiley,
Chichester, 1998
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Sons, 1995.
8.3 P. Joseph-Nathan y E. Díaz, Introducción a la Resonancia Magnética Nuclear, Editorial
Limusa-Wiley, México, D.F.
Apéndice 1. Desplazamientos químicos
Apéndice 2. Desplazamientos mas comunes
más comunes en RMN de 1H
En RMN de 13C
Apéndice 3. Triangulo de pascal.
29
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE UN HETEROCICLO DE CUATRO MIEMBROS
SÍNTESIS DE UN TIETANO
1. OBJETIVO.
1.1 Que el alumno aprenda a sintetizar sistemas heterocíclicos de 4 miembros empleando
materias accesibles.
1.2 Que el alumno determine algunas propiedades fisicoquímicas de estos Heterocíclicos y
los compare con los reportados en la literatura.
1.3 Que el alumno emplee las técnicas espectroscópicas como el IR, RMN para poder
determinar las estructuras moleculares de los heterociclos sintetizados.
2. INTRODUCCIÓN
Los heterociclos son compuestos cíclicos en los que hay al menos un átomo distinto de
carbono formando parte de la estructura cíclica. Los átomos distintos de carbono presentes
en el ciclo se denominan heteroátomos. Los ciclos pueden ser de diferente tamaño; los más
comunes tienen entre 3 y 6 átomos, pero pueden ser mayores. También pueden contener
uno o más heteroátomos diferentes, normalmente oxígeno, nitrógeno o azufre. Pueden ser
además aromáticos, insaturados o saturados. La química de heterociclos tiene una enorme
importancia, tanto en la industria química farmaceutica como en la bioquímica y química.
Por ejemplo, las bases nitrogenadas del ADN son heterociclos. Ejemplos: azoles, piridinas,
furanos, pirrol, oxiranos, imidazoles,y β-lactamas inferiores etc. La descomposición térmica
de carbonatos orgánicos provenientes 1,3-dioles, forman tietanos, con perdidad de dioxido
de carbono, y se ha observado que pueden ser catalizados por bases y algunas sales.
Durante el transcurso de estas investigaciones se ha observado que la accción de
tiocinanto de potasio con carbonatos orgánicos conduce a una reacción diferente, en la que
un tietano es producido, además del desprendimiento de dióxido de carbono, más que un
oxetano. Tanto el carbonato orgánico como el tiocinato de potasio fueron consumidos en
relaciones equimolares, y el cianato de potasio fue identificado como un subproducto final.
Otra forma de obtener sistemas heterocíclicos de 4 miembros con azufre es la reacción de
térmica del 1-bromo-3-cloropropano con tiourea en presencia de hidróxido de sodio, con
desprendimiento de amoniaco (esquema 1).
S
H2N
Cl
Br
NH2
NaOH
Esquema 1
30
S
+ NH3
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3.1 El alumno investigará las propiedades fisicoquímicas de todos los reactivos utilizados en
esta práctica.
3.2 El alumno investigará otro método de obtención del tiociclobutano.
3.3 El alumno investigará la importancia de estudiar los sistemas heterocíclicos de 4
miembros.
3.3 El alumno reporte las vibraciones más importantes en el IR del tiociclobutano, los
desplazamientos químicos obtenidos por RMN de 1H y 13C.
4. PARTE EXPERIMETAL
4.1 Material
1 Sistema de destilación simple
1 Termómetro
1 Embudo de separación
1 Parrilla con calentamiento/agitación
1 Soporte universal
2 Vasos de precipitados de 50 mL
1 Bomba de circulación de agua
1 matraz esférico con junta 24/26 de 125 mL
2 Mangeras
4.2 Reactivos
3.94
g
de
1-cloro-3-bromo
propano.
3.60 g Hidróxido de potasio
2.28 g de tiurea
5.0 g carbonato de potasio
anhidro
50 mL de agua destilada
4.3. Procedimiento.
El tiociclobutano es obtenido por la adición de 3.94 g (2.5x10-2moles) de 1-bromo-3-cloropropano , 2.28 g (3x10-2moles ) de tiurea y 3.60g(9x10-2moles) de hidróxido de sodio en 15
ml de agua destilada, todo en un matraz esférico, con agitación vigorosa y calentamiento
por una hora. Después el sistema se pone a refluir por espacio de 1.5 horas con una
agitación vigorosa. Se monta un sistema de destilación y se separa el producto. Hay una
capa del del tiociclobutano (fase orgánica) y una fase acuosa. La fase orgánica contiene el
tiociclobutano, la cual es separada con embudo y secada con carbonato de potasio anhidro.
5. RESULTADOS.
El alumno describirá lo observado en el experimento y apoyándose en la literatura.
5.1. Dibujar el mecanismo de formación del tietano.
5.2. Investigar el rendimiento de la reacción.
5.3. Investigar todas las propiedades fisicoquímicas del tietano sintetizado.
5.4. Diseñe una síntesis para obtener 2-metiltietan-3-ol.(3-hidroxi-2-dimetil-tietano).
5.5. En caso de obtener una mezcla de estereoisómeros, como haría para separarlos por
cromatografía de columna.
5.6. Investigue las frecuencia de vibración características del los tietanos.
31
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 5.7. Reporte el espectro de RMN de 1H y 13C del tietano sintetizado asignado cada una de
las señales que se presentan en cada espectro.
Con base en su investigación previa podrá discutir los resultados de una forma clara y
concisa.
6.1 Como podría usted mejor la síntesis del compuesto de interés.
6.2 Proporcione el mecanismo de la síntesis del compuesto.
6.3 En caso de que el producto fuese sólido, que propiedades fisicoquimicas tendría que
reportar del compuesto?
7. CONCLUSIONES
El alumno escribirá de una forma clara y concisa a las conclusiones que han llegado con
respecto a los objetivos que se plantearon al inicio de la práctica.
8. BIBLIOGRAFÍA
8.1 Scott Searles, Hugh R. Hays, and Eugene F. Lutz p Synthesis of Cyclic Sulfides from
Cyclic Carbonate Esters. I. Thietanes vol 27, pginas 2828 - 2832;. 1962.
8.2 F. G. Bordwell and Burnett M. Pitt The Formation of α-Chloro Sulfides from Sulfides and
from Sulfoxides, Vol 77 pp 572 - 577; 1995.
8.3 T.L.Gilchrist, Química Heterocíclica, Addison-Wesley Iberoamericana, 1995.
8.4 L.A. Paquette, Fundamentos de Química Heterocíclica, Limusa, 1987.
32
SÍNTESIS DE SULFONILMETILBENZOTIAZOL
1. OBJETIVO
Que el alumno:
1.1 Realice la síntesis de sulfonilmetilbenzotiazol.
1.2 Utilice la radiación de microondas como fuente de energía para llevar a cabo síntesis
orgánica.
1.3 Purifique y caracterice espectroscópicamente a los compuestos formados.
2. INTRODUCCIÓN
El desarrollo de procesos químicos eficientes y favorables al medio ambiente y en la
preparación de moléculas biológicamente activas, constituye el cambio más importante para
los químicos en síntesis orgánica. Este tipo de síntesis, con las cualidades de favorables al
medio ambiente y procesos eficientes es lo que hace la “química verde”.
En la presente práctica se sintetiza como primer paso el benzotiazol. El núcleo de
benzotiazol es encontrado en varias drogas sintéticas las cuales presentan un amplio
espectro de actividad biológica incluyendo actividades antiparasitarias, antibacterianas,
antivirales y actividad citotóxicas.
Los 2-(4-aminofenil)benzotiazoles (A) poseen actividad antitumoral muy selectiva y
representan un grupo nuevo de los que normalmente se han venido usando como
anticancerígenos.
El desarrollo de nuevos métodos de síntesis en medio acuoso ha dado lugar a que los
procesos mediante microondas sean muy socorridos, ya que se puede tener un control
adecuado de la reacción debido a las altas velocidades de reacción. De los diversos
solventes usados normalmente en química orgánica el agua es el más barato, no es tóxico
ni inflamable, de ahí que se le prefiera respecto a otros disolventes.
En ésta práctica se presenta un método práctico, rápido y verde, mediante microondas,
para la preparación de derivados del sulfonilmetilbenzotiazol en agua.
El método propuesto en el artículo original, publicado por Vanelle et al, propone utilizar
cloruro de 2-cloroacetilo más 2-aminotiofenol para obtener el 2-clorometilbenzotiazol 1, de
acuerdo con la reacción (1). El compuesto 1 se nitra con acido sulfúrico concentrado y ácido
nítrico fumante para obtener el 2-(clorometil)-6-nitrobenzo[d]tiazol 2, vea la reacción (2).
33
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agua para dar el 6-nitro-2-(fenilsulfonilmetil)benzo[d]tiazol 3. De acuerdo con la reacción (3),
la fuente de energía puede ser térmica o bien microondas (MW), durante 24 h la primera o
30 min la segunda, con rendimientos iguales.
NH2
Cl
+
Cl
O
SH
MW
N
10 min
S
Cl
(1)
1
cloruro de 2-cloroacetilo
2-aminotiofenol
N
Cl
N
HNO3, H2SO4
S
O2N
0ºC, 1h.
S
Cl
(2)
2
1
2-(clorometil)benzo[d]tiazol
N
S
O2N
2
N
SO2-Na+
Cl
O2N
O
S
S
O
1) M.W. 30 min, 100ºC o bien
(3)
3
2) 24 h, reflujo en H2O
6-nitro-2-(fenilsulfonilmetil)benzo[d]tiazol
2-(clorometil)-6-nitrobenzo[d]tiazol
En esta práctica, se propone únicamente la realización de las reacciones (1) y la reacción
(3), con la finalidad de que el alumno utilice tanto las microondas como fuente de energía,
para llevar a cabo una síntesis orgánica en un medio acuoso. Esta práctica podrá realizarse
en dos sesiones de laboratorio para obtener los compuestos 1 y 3a en cada etapa,
respectivamente.
N
N
Cl
S
S
1
2-(clorometil)benzo[d]tiazol
O
S
O
3a
2-(fenilsulfonilmetil)benzo[d]tiazol
3.1 Investigar 2 métodos de síntesis del benzotiazol.
3.2 Dé dos ejemplos de anillos de cinco miembros benzofusionados.
3.3 Investigue la actividad biológica que presentan los compuestos investigados en el punto
anterior.
3.4 Realice un diagrama de bloques del desarrollo experimental.
34
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 3.5 Investigue las propiedades de cada uno de los reactivos y su toxicidad, así como las
precauciones a seguir en el manejo de los mismos.
4.1 Material
2 Matraces erlenmeyer de 125 mL con tapón
1 Probeta de 20 mL
1 Pipeta graduada de 5 mL
1 Vaso de precipitados de 250 mL
1 Embudo de extracción
1 Matraz balón de 100 mL
1 Baño María
1 Termómetro
1 Pipeta de 1 mL
1 Embudo
1 Parrilla de agitación
1 Soporte completo
1 Pinzas de 3 dedos
1 Aro para embudo
1 Agitador magnético
4.2 Reactivos
Ácido Acético
2-Aminotiofenol
Cloruro de 2-cloroacetilo
NaOH 5 N
CHCl3
Sulfato de magnesio anhidro
Etanol
Ácido sulfínico
4.3 Procedimiento.
4.3.1 Primera etapa: síntesis de 2-clorometil benzotiazol 1.
En un matraz Erlenmeyer de 125 mL se colocan 15 mL de ácido acético y 1 g de 2aminotiofenol, se disuelve cuidadosamente y se va adicionando lentamente 1.35 g de
cloruro de 2-cloroacetilo y se tapa. La mezcla de reacción se irradia por 10 min en un horno
de microondas a 500 W. Una vez fría la mezcla de reacción se vierte sobre 100 mL de hielo
machacado. La mezcla de reacción obtenida del paso anterior se basifica con NaOH 5 N
hasta pH alcalino. El producto de la reacción se extrae con tres porciones de 20 mL de
CHCl3 utilizando un embudo de separación. En un vaso de precipitados limpio y seco se
coloca la capa orgánica y se seca con porciones pequeñas de sulfato de magnesio anhidro.
La fase orgánica se filtra y se evapora el cloroformo para obtener un sólido, el cual se pesa
para determinar su rendimiento. Se le hace una ccf y se obtiene su punto de fusión, su
espectro de IR y de RMN de 1H.
4.3.1 Segunda etapa: síntesis de 2-(fenilsulfonilmetil)benzo[d]tiazol 3.
En un matraz Erlenmeyer de 125 mL se colocan 30 mL de una solución de la sal de sodio
del ácido sulfínico (2.7 x 10-2 M) en agua, se adicionan 0.2 g de 2-clorometil-benzotiazol 1 y
se tapa. La mezcla de reacción se irradia en un horno de microondas por 30 min a 800 W.
El precipitado resultante se filtra y lava con agua (3 x 20 mL) y se recristaliza de etanol. El
sólido resultante se peso, se le hace una ccf, se obtiene su punto de fusión, su espectro de
IR y de RMN de 1H.
35
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. NOTAS IMPORTANTES.
1. Hay que explicar a los alumnos el cuidado que se debe tener al manejar el cloruro de 2cloroacetilo, este es un material muy corrosivo que puede provocar quemaduras e irritación
al inhalarlo. Es importante también advertirles que el material para medir dicho reactivo
debe estar perfectamente limpio y seco.
2. Esta práctica solo podrá realizarse en un horno de microondas especial para
síntesis y en recipientes cerrados, nunca en un horno casero.
5. RESULTADOS.
El alumno describirá lo observado en el experimento, apoyándose en la literatura.
5.1 Haga la descripción física de los productos obtenidos 1 y 3a.
5.2 Calcule el rendimiento de cada producto indicando al reactivo limitante.
5.3 Determine el rendimiento global de la síntesis (tome en cuenta las dos reacciones).
5.4 Investigue en la bibliografía los puntos de fusión esperados así como los espectros de
RMN de 1H de cada producto.
5.5 Asigne las frecuencias de vibración de los espectros de IR.
6.1 Explique si el rendimiento obtenido es el adecuado, si es bajo explique las causas.
6.2 En base a punto de fusión y a los resultados en ccf comente acerca de la pureza de los
productos 1 y 3a.
6.3 Analice los espectros de RMN de 1H investigados en la literatura y dibuje los espectros
esperados.
6.4 Señale como se podría lograr mejores resultados en la práctica.
6.5 Dibuje los mecanismos de reacción para cada etapa de síntesis.
7. CONCLUSIONES
7.1 Se cumplieron los objetivos de la práctica.
7.2 De manera muy resumida explique los conocimientos que adquirió en la presente
práctica.
8. BIBLIOGRAFIA
8.1. A. Gellis, N. Boufatah, y P. Vanelle, Green Chem. 2006, 8, 483-487.
8.2. I. Hutchinson, M.S.Chua, H.L. Browne y M.F.G. Stevens, J. Med. Chem., 2001, 44,
1446.
36
SÍNTESIS DE 2-FENIL-BENCIMIDAZOL UTILIZANDO MICROONDAS
1. OBJETIVOS.
Que el alumno:
1.1 Realice la síntesis del 2-(fenil)bencimidazol a partir de benzaldehído y 1,3feniléndiamina, utilizando microondas.
1.2 Purifique y caracterice espectroscópicamente al 2-(fenil)-bencimidazol.
2. INTRODUCCIÓN
El calentamiento mediante microondas (MW por sus siglas en inglés) fue descubierto por
Spencer en 1949. La energía de esta radiación, equivale a 12 x 10-6 eV por lo que no
produce daño en la materia orgánica. Las microondas se encuentran entre la radiación
infrarroja y las ondas de radio con frecuencias usuales entre 2450 y 915 MHz. Esta
radiación se utiliza con fines domésticos para calentar los alimentos. En el campo de la
química, su utilización ha sido reciente, dando resultados iniciales sorprendentes y con ello
un creciente interés en esta técnica.
La excitación con microondas resulta en la alineación de los dipolos moleculares dentro del
campo electromagnético inducido de 915 a 2450 veces por segundo con lo que se genera
fricción intermolecular y con ello el calentamiento. Así, la radiación electromagnética se
convierte en calor en forma muy eficiente de tal manera que se produce sobrecalentamiento
a presión atmosférica disminuyendo con ello los tiempos de reacción de horas a minutos.
El grado de penetración de las microondas en la materia orgánica, depende de las
propiedades físicas, dieléctricas y de transporte, de ésta. A medida que se genera calor,
éste se transmite por conducción en los sólidos y por convección en los líquidos lo que
ayuda a homogeneizar la temperatura.
El uso de la tecnología de MW como energía alternativa, es considerada como un técnica
de la “química verde”, también llamada “química sustentable”. La química verde es un
filosofía química que recomienda el diseño de productos y procesos que reduzcan o
eliminen el uso y generación de sustancias peligrosas, con la finalidad de reducir y prevenir
las fuentes de contaminación.
El heterociclo bencimidazol es conocido como un farmacóforo importante ya que su
actividad farmacológica puede ser regulada por la naturaleza de los grupos y sustituyentes.
Los bencimidazoles, en forma importante el tiabendazol, mebendazol y albendazol se han
utilizado con éxito como antihelmínticos. También se han utilizado con éxito como
funcigidas (carbendazim y propoconazol), entre otras muchas actividades.
37
3.1 Investigue las precauciones que se deben tener al utilizar las microondas como fuente
de energía.
3.2 Dibuje un esquema que represente la reacción entre la 1,2-feniléndiamina y el
benzaldehído para la formación del 2-fenil-bencimidazol.
3.3 Investigue el papel que desempeña el metabisulfito de sodio.
3.4 Investigue los usos del 2-fenil-bencimidazol.
3.5 Investigue las propiedades químicas y características fisicoquímicas del benzaldehído y
del 1,2-feniléndiamina (1,2-diaminobenceno).
3.6 Dibuje un diagrama de bloques para el procedimiento experimental.
3.7 Investigue una metodología convencional para la síntesis del 2-fenil-bencimidazol.
4.2 Reactivos
250 mg
1,2-feniléndiamina
0.4 mL
Benzaldehído
439 mg
metabisulfito de sodio
50 mL
Agua destilada
15 mL
Tolueno
4.1 Material
1 Agitador de vidrio
2 Papel filtro
1 Embudo de filtración
1 bomba de vacío
1 Matraz Kitazato de 250 mL
1 Lámpara uv
1 Espátula
1 Mortero con pistilo
1 Horno de microondas
4.3 Procedimiento.
La 1,2-feniléndamina y el Na2S2O5, se maceran en un mortero para homogeneizar el
tamaño de partícula y se colocan en el vaso de precipitados de 25 mL. A continuación se
añade el benzaldehido, cuidando de que la mezcla de sólidos se moje por completo. El vaso
con la mezcla se tapa y se introduce en el horno de microondas, el cual se programa
durante 2 minutos a su máxima potencia. El calentamiento se lleva a cabo en dos etapas de
un minuto con un intervalo de espera de 10 segundos. Terminada la reacción, el vaso se
retira del horno y se le añaden 20 mL de agua destilada, se agita manualmente con el
agitador de vidrio y se filtra. El sólido se lava con 10 ml más de agua destilada. El sólido se
trasvasa a un vaso de precipitados y se le añaden 10 mL de tolueno, la suspensión
resultante se agita manualmente y se filtra, se lava con otra porción de 5mL más de tolueno.
El sólido insoluble se deja secar para determinarle su punto de fusión y rendimiento, así
como hacerle una cromatoplaca en sílica gel. La cromatoplaca consistirá en la aplicación de
3 muestras disueltas en acetona y numeradas de la siguiente manera:
(1) 1,2-Fenilendiamina; (2) muestra al término del calentamiento; (3) muestra purificada.
La fase movil será Hexano Acetato de Etilo (40:60).
38
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. Precaución: al terminar de usar el horno de microondas dejarlo abierto por espacio de tres
minutos por lo menos, antes de volver a utilizarlo.
Determine los puntos de fusión de: 1,2-fenilendiamina, muestra al término del calentamiento
y muestra purificada.
5. RESULTADOS.
5.1 De acuerdo con la estequiometría de la reacción (haga sus cálculos) indique cual es el
reactivo limitante.
5.2 Haga el cálculo del rendimiento en base a la 1,2-feniléndiamina.
5.3 Dibuje la cromatoplaca que obtuvo.
5.4 Determine el Rf de la 1,2-feniléndiamina y del 2-fenil-bencimidazol.
5.5 Informe los puntos de fusión de 1,2-fenilendiamina, muestra al término del
calentamiento y muestra purificada.
5.6 Registre los espectros de IR y RMN de 1H y 13C.
6.1 Comente e interprete las diferencias observadas en la cromatoplaca entre la muestra al
término del calentamiento y al finalizar el procedimiento de purificación.
6.2 Interprete el Rf de la 1,2-feniléndiamina y del 2-fenil-bencimidazol en términos de la
polaridad de ambas moléculas.
6.3 Compare el punto de fusión obtenido con el reportado en la literatura. Interprete los
resultados en términos de la pureza del producto determinada por cromatografía en capa
fina.
6.4 Asigne los espectros de IR y RMN de 1H y 13C.
7. CONCLUSIONES
Elabore sus conclusiones basándose en el análisis de resultados. Explique si se cumplieron
los objetivos y si es aplicable sugiera posibles modificaciones para mejorar la práctica.
8. BIBLIOGRAFÍA
8.1 M. E. Jiménez, M. R. Aguilar, M. L. Zambrano, E. Kolar, Rev. Soc. Quim. Méx. 2001, 45,
89-92.
8.2 http://www.organic-chemistry.org/topics/microwave-synthesis.htm
8.3 N. S. Marín Guerrero, “Síntesis de 1-fenilbencimidazoles 2-sustituídos como inhibidores
de ciclooxigenasa 1 y 2”. Informe Técnico de Proyecto Terminal, UPIBI-IPN 2007.
39
Manual de práácticas para el cu
urso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M
M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. M
María del Socorro Camargo Sáncchez, Q. Teresa Jaen
ns Contreras, Drr. Efrén V. Garcíaa Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martín
nez. PRÁCTIC
CA 8
SÍNTES
SIS DE 7-H
HIDROXI-4
4-METIL-C
CUMARINA
A
TIVOS.
1. OBJET
Que el alumno:
etice el hetterocilo flu
uorescente
e 7-hidroxi--4-metil-cu
umarina me
ediante la reacción de
1.1 Sinte
Peckman
n.
1.2 Purifique y cara
acterice espectroscóp
picamente a la 7-hidrroxi-4-metiil-cumarina
a.
ODUCCIÓN
N.
2. INTRO
Las cuma
arinas son
n compuestos heterociclos constituidos por
p un anillo bencénic
co fusiona
ado
a un anillo lactónico
o de seis miembros.
m
Sobre essta estrucctura, que se origina biosinté
éticamente por la la
actonizació
ón del anillo
cumarínicco (2-hidro
oxi-Z-cinám
mico), se disponen
d
sustituyente
es de distin
nta naturaleza químiica
lo que da
a lugar a cu
umarinas sencillas
s
y complejass.
de la cumarina propiamente dicha, pose
Prácticam
mente toda
as las cumarinas, a excepción
e
een
un sustitu
uyente hidrroxílico en posición 7 ya sea lib
bre, como sucede en
n la umbelifferona.
Las cuma
arinas se encuentran
e
n distribuid
das de ma
anera naturral en plan
ntas medic
cinales. En
n el
área de Biotecnolo
B
gía y de la
a medicina
a clínica, la
as cumarinas fluoresccentes y en
e especiall la
que nos interesa siintetizar po
or esta carracterística
a tiene imp
portante ap
plicación co
omo sustra
ato
fluorogén
nico cuand
do se encu
uentra com
mo O-glicóssido para detectar
d
y cuantificarr la activid
dad
enzimáticca de la ma
ayor parte de las gliccosidasas.
La reacciión de Pecckman para la síntessis de esta
a cumarina
a consiste en hacer reaccionar
r
r el
resorcino
ol con aceto
oacetato de
d etilo en presencia de un cata
alizador áccido.
VIDADES PREVIAS
P
P
PARA
EL ALUMNO.
3. ACTIV
3.1 Mencciona las característic
c
cas físicass, químicass y toxicoló
ógicas, y d
dibuja la esstructura del:
d
resorcino
ol, acetoace
etato de ettilo y de la 7-hidroxi-4
4-metil cum
marina.
3.2 Escribe la reaccción que se
s lleva a cabo
c
entre
e el resorcinol y el accetoacetatto de etilo en
condicion
nes ácidas. Y desarro
olla el meccanismo de
e reacción..
3.3 Mencciona algun
nos ejempllos de cum
marinas y su fuente natural.
3.4 Elabo
ora un diagrama de bloques con
c la partte experimental, inclu
uye tambié
én los passos
para la pu
urificación del produccto por reccristalizació
ón.
40
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 4. DESARROLLO EXPERIMENTAL.
4.2 Reactivos
1.5 mL
Ácido sulfúrico concentrado
1.1 g
Resorcinol
1.3
Acetoacetato de etilo
20 mL
Etanol al 96%
0.3 g
Carbón activado
Hielo
100 mL
Agua destilada
4.1 Material
3 vaso de precipitados de 150mL
1 pipeta de 5 mL
1 espátula
1 agitador de vidrio
1 embudo de tallo corto
1 papel filtro
1 espátula
1 recipiente para baño de hielo
1 determinador de punto de fusión
4.3 Procedimiento
En un vaso de precipitados coloque 1.1 g de resorcinol y 1.3 gramos de acetoacetato de
etilo. Añada lentamente, con agitación vigorosa y con mucha precaución 1.5 mL de ácido
sulfúrico concentrado. Deje reposar la mezcla por una noche. Vierta la mezcla sobre hielo
picado, agite y filtre. Lave el sólido con un poco de agua (entre 5 a 10 mL).Recristalice con
aproximadamente 15 mL de etanol al 96%, adicionando con precaución 0.3 g de carbón
activado. Deje secar el producto para determinar rendimiento y punto de fusión. Realiza la
cromatografría en capa fina para determinar la pureza del producto utilizando como
referencia únicamente al resorcinol. Utiliza como eluyente las mezclas de acetato de
etilo:hexano siguientes: 1/0, 8/2, 6/4, 4/6, 2/8 y 0/1.
5. RESULTADOS
5.1 Describe las características físicas del producto obtenido, incluye el punto de fusión.
5.2 Establece cual de los dos reactivos es el limitante y calcula el rendimiento de la
reacción.
5.3 Dibuja las seis cromatoplacas y calcula el Rf para el cresol y la cumarina.
5.4 Anexa el espectro de Infrarrojo y asigna las bandas características a la vibración
correspondiente.
5.5 Anexa el espectro de RMN de protón y asigna las señales.
6.1 ¿Coinciden las características físicas del producto obtenido con las reportadas en la
bibliografía?
6.2 ¿Qué puedes decir acerca del punto de fusión experimental de la cumarina obtenida
con respecto al reportado en la bibliografía?
6.3 Analiza el Rf para cada mezcla de eluyentes y concluye. ¿Cuál es la mejor mezcla?.
6.4 Tomando como base el punto de fusión tanto teórico como experimental ¿qué puedes
decir acerca de la pureza y de la identidad del compuesto obtenido?
41
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 6.5 Identificar las absorciones características en los espectros de IR y RMN de la 7-hidroximetil -cumarina.
7. CONCLUSIONES
7.1 Se cumplió el objetivo propuesto para esta práctica. Si, no y ¿por qué?
7.2 ¿Cuál es la importancia de las cumarinas en la industria farmacéutica?
7.3 ¿Tienes alguna propuesta de mejora para esta práctica? ¿Cuál?
7.4 ¿Cómo se pueden identificar las cumarinas?
7.5 Concluye de acuerdo con el análisis de resultados.
8. BIBLIOGRAFIA
8.1 Murray, R.D.H., Méndez, J. y Brown, S.A. The natural coumarins. Ocurrence, Chemistry
and biochemistry Wiley Interscience,N.Y. 1982.
8.2 Manafi, M., Kneifel, W.Y Bascomb, S. Microbiology Reviews, 335, 1991.
8.3 Pecmann, Berichte 16, 2122, 1938.
8.3 Paquette, L. A., Química heterocíclica, Editorial Limusa, México, 1987.
42
SÍNTESIS DE UN HETEROCÍCLICO DE SEIS MIEMBROS: 2,6-DIMETIL-3,5DICARBOXIETIL-4-FENILDIHIDROPIRIDINA
1. OBJETIVOS
El alumno:
1.1 Realizará la síntesis de un heterociclo de seis miembros utilizando la reacción de
Hantzsch.
1.2 Sintetizará 2,6-dimetil-3,5-dicarboxietil-4-fenildihidropiridina.
2. INTRODUCCIÓN
La piridina (azabenceno) es el sistema heterocíclico que más se parece al benceno en
términos de estructura y reactividad, al igual que el benceno, la piridina es plana, su sistema
anular es un hexágono ligeramente distorsionado debido a que los enlaces C-N son más
cortos que los enlaces C-C; se le puede representar como se indica en la figura 1, por
medio de una estructura cíclica formada por cinco átomos de carbono con hibridación sp2 y
un átomo de nitrógeno también con hibridación sp2. Cada uno de los seis átomos del anillo
tiene un orbital p ortogonal al plano del anillo y el nitrógeno tiene un par de electrones libres
en un orbital híbrido sp2, este par de electrones libres no participan en la resonancia y por lo
tanto está disponible para atacar un protón o a un electrófilo. Al igual que el benceno, la
piridina se puede representar con las dos estructuras de Kekulé equivalentes (figura 2).
N
N
N
Figura 2
F ig u r a 1
La piridina fue descubierta por Anderson en 1899 y la aisló en estado puro del aceite del
polvo de los huesos. Anderson también obtuvo la picolina pura (metil-piridina) y lutidina
(dimetil-piridina) de la misma fuente. Estas piridinas no se encuentran libres en los huesos,
pero pueden ser formados térmicamente durante la destilación.
Se dispone de varias rutas sintéticas en escala industrial para la producción de piridinas y
las metilpiridinas, por ejemplo las reacciones en fase vapor de acetaldehído, formaldehído y
amoniaco sobre un catalizador de sílice y alúmina producen piridina y una mezcla de
metilpiridinas. Uno de los métodos más convenientes para la síntesis de piridinas
sustituidas son los sintéticos, en los cuales se halla la síntesis de Hantzsch, reacción que
involucra la condensación de un aldehído con un β-cetoéster en presencia de una fuente de
amoníaco, para inicialmente obtener una dihidropiridina, que posteriormente se puede
oxidar a la piridina sustituida correspondientemente, fígura 3.
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Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. O
O
R
acetoacetato de etilo
O
O
O
+
R'
H
aldehido
+
R'
O
O
NH3
amoniaco
O
R
N
H
R
Figura No.3 Síntesis de Hantzsch de dihidropiridinas.
Existen muchas modificaciones y variantes de utilidad de la síntesis de Hantzsch. Se puede
emplear acetato de amonio en ácido acético en vez de amoniaco, y es posible aromatizar
las dihidropiridinas que se forman por oxidación con ácido nítrico. Es factible utilizar aminas
primarias para obtener 1,4-dihidropiridinas sustituidas en la posición 1.
Reactividad: La presencia del átomo de nitrógeno en el anillo representa desde luego una
perturbación importante de la estructura bencénica, el par solitario en el plano del anillo
ofrece un centro susceptible de protonación y alquilación que no tiene su contrapartida en el
benceno. Muchas de las propiedades de la piridina son las de una amina terciaria y el
sexteto aromático no interviene en estas reacciones.
El predominio de la sustitución electrofilica que caracteriza la química del benceno no es tan
importante en la piridina, que si puede sufrir sustitución pero con condiciones muy fuertes y
en general con bajos rendimientos. En primer lugar, el producto cinético de la reacción de la
piridina con un electrófilo es aquel en el que éste se halla coordinado con el par de
electrones libres del nitrógeno, eso dificulta aún más la sustitución en el carbono porque la
reacción debe ocurrir sobre la sal de piridinio o en la pequeña cantidad de piridina libre que
pueda estar presente. En segundo lugar, el ataque del electrófilo sobre el carbono es
selectivo; tiende a ocurrir en las posiciones 3 y 5 ya que son las que poseen la mayor
densidad de electrones π.
Por otra parte, la sustitución nucleofílica no es un proceso muy común en la química del
benceno, pero resulta mucho más fácil en la química de las piridinas, particularmente en las
posiciones 2 y 4, que están activadas por el nitrógeno. El desplazamiento nucleofílico de un
buen grupo saliente, vía un mecanismo de adición-eliminación, ocurre con mayor facilidad
para los grupos en las posiciones 2 y 4.
3.1 Investigue y explique la importancia biológica y farmacológica de las piridinas.
3.2 Desarrolle el mecanismo de reacción de la síntesis de piridinas de Hantzsch.
3.3 Escriba algunos ejemplos de reacciones de sustitución electrofílica y sustitución
nucleofílica de la piridina.
3.4 Haga un diagrama de bloques de la parte experimental
44
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 4. PARTE EXPERIMENTAL
4.1 Material
Parrilla de calentamiento y agitación
Soporte universal
Pinzas de tres dedos
Matraz bola de 50 mL
2 vasos de precipitados
Bomba de recirculación de agua
4 pipetas de 2 mL
Embudo de vidrio
Barra magnética de 0.5 cm
Papel filtro
Espátula
4.2 Reactivos
Benzaldehído
Hidróxido de amonio conc.
Metanol
Acetoacetato de etilo (no confundir con
acetato de etilo)
Hielo
4.3 Desarrollo experimental.
En el matraz bola de 50 mL, adicionar 0.5 mL de benzaldehido, 1.3 mL de acetoacetato de
etilo (tener mucho cuidado de no confundir con acetato de etilo), 1 mL de metanol y 1 mL de
hidróxido de amonio concentrado (adicionarlo en la campana), poner a reflujo suave durante
1.5 horas, con agitación utilizando la barra magnética, si no hay, entonces utilizar cuerpos
de ebullición.
Terminado el tiempo de reflujo, adicionar la mezcla de reacción a un vaso de precipitados
con aproximadamente 15 g hielo picado, aparecerá un precipitado amarillo. Filtrar y dejar
secar.
Pesar y determinar el punto de fusión al producto resultante y si es posible determinar su
espectro de RMN e IR. Realizar una cromatografía en capa fina como control de la pureza.
5. RESULTADOS.
5.1 Describa las características físicas de su producto.
5.2 Plantee la reacción que se llevó a cabo y en base a ésta, realice sus cálculos para
determinar el reactivo limitante y el rendimiento de la reacción.
5.3 Busque el punto de fusión teórico de su producto y repórtelo junto con el experimental.
5.4 Anexe los espectros de RMN teóricos y experimentales. Asigne las bandas y señales
correspondientes
6.1 Indique si obtuvo el producto esperado en base a sus propiedades fisicoquímicas
(aspecto, punto de fusión, espectros, etc.). Comentar además acerca de la pureza del
compuesto obtenido con base al punto de fusión y a la cromatografía.
6.2 Analice los espectros de infrarrojo y de RMN y haga la asignación de las señales más
importantes.
45
Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 6.3 El rendimiento experimental reportado en bibliografía es de 75%. En base a sus
resultados obtenidos en el laboratorio ¿considera óptimo su rendimiento obtenido: si, no y
por qué?
7. CONCLUSIONES
Desarrolla tus conclusiones en base a: la importancia de las piridinas, sus métodos de
preparación, los objetivos planteados y tus resultados.
8. BIBLIOGRAFIA
8.3 Voguel, Textbook of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition, Ed Logman, USA 1989.
46
SÍNTESIS DE ÁCIDO BARBITÚRICO
1. OBJETIVO
1.1 El alumno realizará la síntesis del ácido barbitúrico.
1.2 El alumno identificará los grupos funcionales por espectroscopia IR y RMN del ácido
barbitúrico
2. INTRODUCCIÓN
El ácido barbitúrico es un ácido moderadamente fuerte, más fuerte que el ácido acético, el
término barbitúrico se utiliza para referirse a cualquier derivado de la malonilurea.
Las sales de los derivados de ácido barbitúrico son los barbituratos. Los derivados del ácido
barbitúrico y de los barbituratos se han utilizado en medicina, como somníferos (inductores
del sueño) desde 1903. El ácido dietilbarbitúrico, fue uno de los primeros que se
introdujeron al uso médico, también llamado veronal. Normalmente se usa como su sal de
sodio. Su uso es peligroso, ya que es común que produzcan adicción y con toma de
sobredosis traen resultados fatales.
Los barbitúricos que se utilizan como sedantes, son compuestos orgánicos de naturaleza
cíclica y todos ellos poseen la siguiente estructura:
H
O
N
R1
R2
X
N
O
X = O, S,
R3
La naturaleza de los ácidos barbitúricos disubstituídos puede atribuirse la ionización del
átomo de hidrógeno contenido en el grupo CO-NH-CO. Los barbitúricos hipnóticos en forma
de ácidos libres son de naturaleza sólida, ligeramente solubles en agua y muy solubles en
compuestos orgánicos tales como el cloroformo y el éter.
El nombre de ácido barbitúrico le fue dado por Adolfo Von Baeyer en 1864. Se cree que la
palabra barbitúrico estuvo motivada por la galantería de Baeyer hacia una amiga suya
llamada Bárbara. El ácido barbitúrico (malonilurea), se forma por la condensación del ácido
malónico con la urea. Los barbitúricos poseen cierto grado de acción anestésica local,
producen todos los grados de depresión del sistema nervioso central desde la sedación
hasta el coma. Son potentes depresores respiratorios que afectan el impulso de la
respiración y el mecanismo que da carácter rítmico a los movimientos respiratorios.
Pueden producir un ligero descenso de la presión sanguínea y de la frecuencia cardiaca
como ocurre en el sueño normal. Producen dependencia física y psíquica.
47
3.1 Investigue en la bibliografía dos métodos comunes para la síntesis de barbitúricos.
3.2 Haga un diagrama de bloques de la parte experimental.
3.3 Proponga el mecanismo de reacción de la síntesis a realizar
3.4 Investigue generalidades sobre barbitúricos.
4.1 Material
1 Matraz balón de 100 mL
1 Probeta de 20 mL
1 Refrigerante
1 Bomba de recirculación
1 Parrilla
1 Soporte completo
1 Pinzas de tres dedos
1 Recipiente para Baño María
1 Embudo
4.2 Reactivos
Sodio
Etanol
Urea
Ester malónico
HCl concentrado
NaOH diluido
4.3 Procedimiento.
En un matraz balón de 100 mL se colocan 12 mL de etanol absoluto y se agregan 0.5 g de
sodio metálico. El matraz donde se realice ésta parte debe estar perfectamente seco. Una
vez que el sodio ha reaccionado, se añade 1 g de urea anhidra, 1.6 mL de éster malónico y
se refluye por 1 h. En un vaso de precipitados de 150 mL se colocan 12.5 mL de agua
destilada y se vierte ahí la mezcla de reacción del matraz balón. Calentar hasta disolver.
Se deja enfriar a temperatura ambiente y se acidifica con HCl concentrado hasta obtener
una solución amarillenta, si se llega al color rosa no cristaliza el ácido, si se llegase al color
rosa alcalinizar un poco con NaOH diluido y enfriar. Si a pesar de tener el pH adecuado no
cristaliza el ácido, se calienta la solución nuevamente y se enfría.
Filtre al vacío y determinar punto de fusión y rendimiento.
5. RESULTADOS
5.1 Determine punto de fusión y rendimiento del producto obtenido.
5.2 Describa las propiedades físicas del producto.
5.3 Proponga el mecanismo de reacción de la síntesis de ácido barbitúrico
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Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.1 ¿Se obtuvo el producto deseado?
6.2 ¿El rendimiento está en los órdenes adecuados?
6.3 Sugerencias para mejorar la práctica
7. CONCLUSIONES
7.1 Concluya si se cumple con el propósito de la práctica y mencione de manera general los
conocimientos adquiridos.
8. BIBLIOGRAFIA
8.1 Rakoff, H. y Rose, N. Química Orgánica Fundamental. Limusa -Wiley, México 1972.
p. 426-427.
8.2 Dickey, G. Org. Syn. Coll. Vol. II, 60, 1943.
8.3 Nature, 201, 987, 1964.
8.4 Carter, J. Chem. Educ., 28, 524, 1951.
49
SINTESIS DEL 3,5-DIMETILISOXAZOL
1. OBJETIVO.
1.1 El alumno comprenderá y explicará la importancia de los azoles en el área farmacéutica.
1.2 El alumno manipulará con propiedad los equipos, materiales y reactivos usados en la
síntesis del 3,5-dimetilisoxazol.
2. INTRODUCCIÓN.
El grupo más grande y diverso de heterociclos aromáticos es el de los anillos de cinco
miembros que contienen más de un heteroátomo. La mayoría de estos sistemas anulares
derivan formalmente del furano, pirrol y tiofeno, por reemplazo de uno o más grupos CH
por nitrógeno con hibridación sp2. La variación en el número y la posición de los átomos de
nitrógeno es lo que da lugar a la diversidad estructural de este grupo de heterociclos. Los
más importantes son los siguientes:
N
N
O
N
H
oxazol
imidazol
N
S
tiazol
O
N
isoxazol
S
N
isotiazol
N
N
H
pirazol
En su mayor parte, este grupo de heterociclos tienen muchas propiedades y reacciones
características de los compuestos aromáticos. Puede decirse de manera general, que los
diversos sistemas de anillos azólicos son más estables que el furano, el pirrol y el tiofeno.
La presencia de átomos de nitrógeno adicionales en el anillo tiene efectos importantes
sobre las propiedades del sistema anular, en comparación con los heterociclos de cinco
miembros con un solo heteroátomo. Este átomo de nitrógeno contiene un par de electrones
que no participan en la resonancia del anillo, y por eso ofrecen un punto favorable al ataque
de protones y otros electrófilos este nitrógeno también provoca una disminución en la
densidad electrónica de estos sistemas, por lo que los ataques electrofílicos en los
carbonos del anillo son más difíciles que en el pirrol, furano y tiofeno.
Dos ejemplos de reacciones que pocas veces se observan en el pirrol, furano o tiofeno,
pero que son mucho más comunes en los azoles, son la adición-eliminación nucleofílica y la
desprotonación de grupos sustituyentes metilo.
Para la preparación del 3,5-dimetilisoxazol se hacen reaccionar clorhidrato de hidroxilamina,
con acetilacetona de acuerdo al siguiente esquema de reacción.
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Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. O
O
+
acetilacetona
CH3CO2H
NH2OH
hidroxilamina
N
O
3,5-dimetilisoxazol
3.1 Proponga un mecanismo de reacción razonable para la síntesis del producto.
3.2 Investigue la toxicidad de los reactivos.
3.3 Desarrolle un diagrama de bloques del procedimiento experimental.
3.4 Busque al menos tres ejemplos de compuestos heterocíclicos de cinco miembros con
dos heteroátomos que tengan actividad biológica.
4.1 Material
1 matraz bola de 50 mL
2 pipetas graduadas de 5 mL
1 refrigerante
2 pinzas de tres dedos
1 bomba recirculadora
1 embudo de separación de 100 mL
2 vasos de precipitados de 100 mL
1 probeta de 10 mL
1 portatermómetro
1 termómetro
4.2 Reactivos
Ácido acético
Clorhidrato de hidroxilamina
Acetilacetona (2,4-pentanodiona)
Hidróxido de sodio al 30 % p/v
Acetato de etilo
Sulfato de sodio anhidro
4.3 Procedimiento.
En un matraz bola de 50 mL colocar 1.5 mL de ácido acético, 1.4 g de clorhidrato de
hidroxilamina y 1.7 mL de acetilacetona. Agitar y calentar a reflujo durante 30 minutos.
Enfriar a temperatura ambiente (en el agua de la tina) y neutralizar con una solución al 30%
p/v de hidróxido de sodio.
Separar la fase orgánica (arriba) de la acuosa (abajo) y extraer esta última con dos
porciones de 10 mL de acetato de etilo. Reunir las porciones orgánicas y secar con sulfato
de sodio anhidro.
Eliminar el acetato de etilo por destilación. Medir el volumen de producto obtenido para
determinar el rendimiento de la reacción. De ser posible determinar el punto de ebullición y
obtener el espectro de RMN-1H.
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Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 5. RESULTADOS.
5.1 Reporte las características (estado físico, color, olor, etc.) del producto obtenido.
5.2 Reporte el rendimiento de reacción y los cálculos correspondientes, indicando al
reactivo limitante.
5.3 Anexe los espectros IR y de RMN experimentales y los reportados. Asigne las señales
correspondientes a cada espectro.
6.1 Compare las características del producto obtenido con lo reportado.
6.2 Un rendimiento adecuado en general está entre 70-90 %, si su rendimiento fue menor
explique las razones probables.
6.3 Si se obtuvieron espectros analícelos y compárelos con los reportados.
7. CONCLUSIONES.
7.1 Concluya con respecto a las características más importantes (estructura, reactividad y
métodos de preparación) de los azoles.
7.2 Explique si se cumplieron los objetivos de la práctica y proponga modificaciones para
mejorar sus resultados.
8. BIBLIOGRAFÍA.
8.3 Voguel, Textbook of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition, Ed Logman, USA 1989.
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SINTESIS DE 3-METIL-1-FENIL-1,2-DIHIDROPIRAZOL-5-ONA
1. OBJETIVOS.
Que el alumno:
1.1 Realice la síntesis y la purificación de la 3-metil-1-fenil-1,2-dihidropirazol-5-ona.
1.2 Caracterice espectroscópicamente a la -metil-1-fenil-1,2-dihidropirazol-5-ona.
2. INTRODUCCIÓN.
Los derivados pirazolónicos tienen acción antiinflamatoria muy potente pero han sido
sometidos a restricción legal por producir efectos secundarios graves, sobre todo displasias
sanguíneas. La incidencia es muy baja pero significativamente superior a la de otros grupos
de antiinflamatorios. Por lo tanto, las pirazolonas deben considerarse medicamentos de
último recurso, aunque muchos siguen estimando que la fenilbutazona es uno de los
fármacos más eficaces en espondilitis anquilosante.
Los compuestos nucleofílicos hidrazinas pueden condensarse con β-ceto ésteres para
formar heterociclos de 5 miembros con dos heteroátomos de nitrógeno llamados pirazoles.
Estos compuestos empezaron a usarse a partir del descubrimiento de la antipirina por
Knorr, en 1884, quien encontró que este compuesto tiene marcada acción febrífuga, pero
también actividad analgésica. Dentro de este grupo, los compuestos conocidos son la
antipirina y la aminopirina, aunque se han sintetizado muchos otros compuestos.
H
O
O
N
O
H
+
N
N
N
H
H
O
3.1. Investigue la importancia desde el punto farmacéutico de los derivados de las
pirazolonas.
3.2. ¿Cuál es el uso del compuesto sintetizado?
3.3 Dibuje el mecanismo de la reacción.
3.3. Investigue las frecuencias de vibración del compuesto de interés.
3.4 Investigue todas las propiedades fisicoquímicas de las sustancias empleadas en esta
práctica.
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Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 4. PARTE EXPERIMENTAL.
4.1 Material
1 Soporte universal
1 Anillo
1 Tela de asbesto
1 Parrilla
1 Pinzas universales
2 Vasos de precipitados
1 Agitador
1 Termómetro de 0 a 200 °C
1 Embudo
1 Matraz Erlenmeyer
1 Papel filtro
1 Fusiómetro
4.2 Reactivos
Fenilhidrazina
Acetofenona
Ácido Acético glacial
Cloruro de zinc
4.3 Procedimiento.
A un matraz esférico de 125 mL con junta 19/23 se adicionan 1.6 g de acetoacetato de etilo
y 1.35 g fenilhidrazina recién destilada ó abierta. Montar un sistema de reflujo con el matraz
esférico y un refrigerante junta 19/23 con agitación continua, empleando una parrilla con un
recipiente metálico lleno con arena a 120-130ºC por espacio de una hora, colntada a partir
de que empiece a caer la primera gota del liquido en reflujo. Enfría el sistema a temperatura
ambiente y el producto de color rojizo se vierte a un vaso de precipitados de 150 mL que
contenga 10 mL de hexano o tolueno y se enfria a una temperatura de 0 °C. El precipitado
resultante se filtra y recristaliza en etanol-agua (1:1). Se obtiene agujas incoloras del
producto final que funde entre 120-122 ºC. Realizar una cromatografía en capa fina y
determinar el punto de fusión como criterios de pureza.
5. RESULTADOS.
5.1 Describa las características físicas del producto obtenido.
5.2 Calcule el rendimiento de la reacción con base al reactivo limitante.
5.3 Anexe el espectro de IR del compuesto obtenido, asignando cada una de las bandas de
absorción características.
5.4 Investigue los espectros de RMN de 1H y 13C de la 1-fenil-3-metil-5-pirazolona indicando
las señales correspondientes a cada uno de los hidrógenos y carbonos del compuesto de
interés.
6. ANALISIS DE RESULTADOS.
En base a sus resultados conteste los siguientes puntos:
6.1 ¿Cómo se podría mejorar los rendimientos del compuesto de interés?
6.2 ¿Cuáles señales en el espectro de IR son características para este compuesto?
6.3 ¿Cuáles señales son características en el espectro de RMN de 1H?
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reportar del compuesto?
7. CONCLUSIONES.
De una forma clara y ordenada, escriba, a las conclusiones que han llegado los integrantes
del equipo con respecto a los objetivos que se plantearon al inicio de la practica.
8. BIBLIOGRAFÍA.
8.1 Cremlyn, R .J. W., Named and Miscelaneous Reactions in Practical Organic Chemistry.
Heinemann Educational Book. LTD. London, 1967.
8.2 Katrizky, A. R., y Lagowisky, J. M., The Principles of Heterocyclic Chemistry, Academic
Press N. Y., 1968.
8.3 Katryzky, A. R. y Lagowisky, J. M., Advanced Heterocyclic Chemistry, 2, 1963.
8.4 Edderfield, Heterocyclic Compound. V. V, p. 45.
8.6 Rodd Ed, A. Heterocycli c Compounds, V. IV, p. 268.
55
SÍNTESIS DE 2-FENILINDOL
1. OBJETIVO
Que el alumno:
1.1 Sintetice el 2-fenilindol mediante el método de Fischer.
1.2 Identifique los grupos funcionales del 2-fenilindol por espectroscopía de IR y RMN.
2. INTRODUCCIÓN
Entre los compuestos heterocíclicos de 5 miembros benzofusionados, los indoles tienen
gran importancia debido a su incidencia en los productos naturales (triptófano) y a su valor
comercial (índigo). Los métodos de preparación en general involucran la formación del anillo
heterocíclico por ciclización, tal es el caso de la síntesis de Madelung (a partir de ortotoluidinas de acilo), de Reissert (a partir de ácido o-nitrofenilpirúvico), de Ninitzescu ( a partir
de 1,4-benzoquinonas y 3-aminocrotonatos), etc. La síntesis de Fischer para derivados del
indol es uno de los métodos más empleados y comunes. Este método consiste en calentar
fenilhidrazonas de cetonas o aldehídos con ácido de Lewis como cloruro de zinc anhidro o
trifluoruro de boro, llevándose a cabo una transposición para formar un sistema cíclico con
eliminación de una molécula de amoniaco.
3.1 Explique el método de Fischer para la síntesis de 2-fenilindol.
3.2 Investigue en la bibliografía dos métodos diferentes al de Fischer para la síntesis de
indoles.
3.3 Realice un diagrama de bloques de la parte experimental.
3.4 Indique las propiedades físicas y la toxicidad de la 2,4-dinitrofenilhidrazina.
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Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 4. PARTE EXPERIMENTAL
4.1 Material
4.2 Reactivos
1 Matraz bola con junta esmerilada 19/23 de 250 ml de Agua destilada
125 mL
1 Refrigerante con junta esmerilada 19/23
1.6 g de acetoacetato de etilo
1 Barra de agitación
1.35 g de fenilhidrazina
1 Parrilla agitación/calentamiento
50 mL hexano o tolueno
1 Recipiente de aluminio/arena de mar
50 mL etanol
1 Termómetro
50 mL hielo de agua.
1 Vaso de precipitado de 100 mL
1 Embudo de filtración
1 Papel filtro
1 Fusiómetro
4.3 Procedimiento.
En un vaso de precipitados de 100 mL coloque 2 mL de acetofenona, 1.8 mL de
fenilhidrazina y 2 gotas de ácido acético glacial. Adicione 5 g de cloruro de zinc anhidro y
caliente suavemente con agitación hasta que la temperatura llegue a 130-140 °C (Temp. a
la cual ocurre la ciclización). Mantenga esta temperatura durante 10 min sin dejar de agitar
y evite el sobrecalentamiento (no mas de 180 ºC). Dejar enfriar y añada 15 mL de ácido
acético glacial calentando la mezcla hasta la completa disolución del producto. Vierta la
solución a un vaso de precipitados y deja cristalizar. Adicione 20 mL de agua con objeto de
disolver al cloruro de zinc que haya quedado sin reaccionar. Filtre y recristalice el producto
de etanol (96º). Determine punto de fusión y el rendimiento del producto obtenido. Haga una
ccf y
5. RESULTADOS
5.1 Determine punto de fusión y rendimiento del producto obtenido
5.2 Describa las propiedades físicas del producto
5.3 Proponga el mecanismo de reacción de la síntesis del 2-fenilindol
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.1 ¿Se obtuvo el producto deseado?
6.2 ¿El rendimiento está en los órdenes adecuados?
6.3 Sugerencias para mejorar la práctica
7. CONCLUSIONES
7.1 Concluya si se cumple con el propósito de la práctica y mencione de manera general los
conocimientos adquiridos.
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Manual de prácticas para el curso de Química Heterocíclica. Elaborado por: M. C. Benito Rizo Zúñiga, Q. F. B. María del Socorro Camargo Sánchez, Q. Teresa Jaens Contreras, Dr. Efrén V. García Báez, Dra. Itzia I. Padilla Martínez. 8. BIBLIOGRAFIA
1.- Paquette, L. A. Fundamentos de Química Heterocíclica,. Editorial Limusa. México
1987.
2.- Acheson R. M. Química Heterocíclica, Editorial Publicaciones cultural S.A. México
1981.
3.- Helkamp, G. K. and H.W. Johnson, Selected Experiments in Organic Chemistry, 2a
edición, Freeman and Co., San Framcisco, U.S.A., 1989.
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Química heterocíclica - biblioteca upibi

Transcripción

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