ESTUDIO DE COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS: SINTESIS DE 3,5DIMETILPIRAZOL a Ceballos
Ingrid, b Álvarez Luis
a
[email protected], b
[email protected] Universidad Icesi, Facultad de Ciencias Naturales, Programa de a Química Farmacéutica y b Química con énfasis en Bioquímica, Laboratorio de Qu ímica Orgánica II Santiago de Cali, Colombia Noviembre 8 de 2016-2 RESUMEN
En la práctica de laboratorio se realizó la síntesis de 3,5-dimetilpirazol a partir de sulfato de hidracina con pentanodiona, utilizando un solvente orgánico cómo el éter etílico, luego se realizaron lavados con agua y solución saturada de Na Cl, para eliminar excesos de la misma. Por último el compuesto se lo obtuvo a partir de una cristalización. Para comprobar su pureza y la efectividad de la síntesis, se determinó el punto de fusión promedio el cual fue de 101,2°C, además se logró sintetizar un 0,9847 gramos del producto deseado, correspondiente a un porcentaje de rendimiento de 73,69%.
1. INTRODUCCIÓN Los heterociclos son compuestos orgánicos cíclicos que contienen átomos cómo el O, S, N; denominados heteroátomos. Entre ellos están los pirroles, pirimidinas, furanos, tiofenos, entre otros.1 También están los pirazoles, que son compuestos aromáticos formados por dos heteroátomos N, usados comúnmente en plaguicidas, fármacos y colorantes.2
2. RESULTADOS Se realizó la síntesis de 3,5-dimetilpirazol, tomando como base la siguiente información obtenida:
Tabla 1. Registro de resultados para la síntesis de 3,5-dimetilpirazol. Propiedades Masa molar (g/mol) Punto de Fusión (ºC) Punto de ebullición (ºC) Densidad (g/mL) Masa (g) Volumen (mL) Cantidad de sustancia (mol)
Acetilaceto na
Sulfato de hidrazina
3,5dimetolpir azol
100,12
130,12
96,13
-23
254
108-109
140
No reportado
218
0,975
1,370
1,140
1,5600
1,8057
0,9847
1,6000
1,3180
0,5137
0,0156
0,0139
0,0061
Después de la síntesis se colocó en la balanza analítica el Beaker con el producto obteniendo un peso de 14,2681, luego se eliminó el producto y se pesó el Beaker, obteniendo un resultado de 13,2834. Se realizó una simple resta y el peso total del producto fue de 0,5847.
1
Los volúmenes y masas faltantes en la tabla 1, se calcularon con la siguiente fórmula:
=
La reacción global es la siguiente:
()
(1) 1
Se tomó como reactantes la Acetilacetona 1 y el Sulfato de hidracina 2, sin embargo nuestro reactivo de interés es la hidracina 3, y así sintetizar 3,5-dimetilpirazol 4.
3
4
Por último se calculó el por porcentaje de rendimiento de la reacción, el cual es el siguiente:
= 3,5 = 1,56 ∗
1
1
∗
1
100,12 1 = 0,0156
ℎ =
1,8057 ∗
1
∗
1
130,12 1 = 0,0139
2
El reactivo límite es el Sulfato de hidracina y se pudo obtener como máximo 0,0139 moles de 3,5 dimetilpirazol.
3
0,0139 ∗
96,13 1
= 1,3362g dimetilpirazol % =
0,9847
1.3362 = 73,69%
∗ 100
De igual manera, se calculó el punto de fusión experimentalmente, este dio un resultado de:
4
Punto inicial = 100°C Punto final= 102,4°C Punto de fusión promedio= 101,2°C
2
3. ANALISIS DE RESULTADOS El mecanismo de reacción para la síntesis elaborada en la práctica de laboratorio se presenta a continuación.
Figura 1: Mecanismo de 3,5 dimetilpirazol
Se puede observar que la hidrazina actúa como el nucleófilo, ya que los pares libres de uno de los Nitrógenos ataca al carbono del grupo carbonilo del acetilacetona, haciendo que los electrones del doble enlace suban al oxigeno, dejando a este con carga negativa. Luego un grupo hidroxilo desprotonará un protón del nitrógeno enlazado al carbono, dejando a este con carga neutra. El oxigeno que esta con carga negativa ataca a un protón del agua, para convertirse en un alcohol. El oxigeno del alcohol formado, atacará otro hidrogeno de otra molécula de agua. Luego los dos pares de electrones libres del nitrógeno subirán para formar un doble
enlace y al mismo tiempo se romperá el enlace del carbono oxigeno y de este modo el agua saldrá como buen grupo saliente. Otro grupo hidroxilo arrancará el último protón que le queda al nitrógeno el cual se ha detallado, de esta manera este átomo pasará de una carga positiva a una carga neutra. El otro nitrógeno, tiene sus dos hidrógenos y además un par de electrones libre que atacarán al otro carbono del grupo carbonilo que no ha reaccionado y así armar una ciclación. Teniendo en cuenta que los electrones del doble enlace C=O suben al oxigeno, dejando a este con carga negativa. Otro -OH arrancará un hidrogeno de este último nitrógeno mencionado y al mismo 3
tiempo el oxigeno con carga negativa actuará como nucleófilo atacando un protón de una molécula de agua y así formar un alcohol. Un último hidroxilo extraerá un último pronto del nitrógeno, produciendo una carga negativa, el cual podrá subir y formar un doble enlace, de esta manera el OH, saldrá como grupo saliente.4 La reacción llevada a cabo en el laboratorio se realizó a una temperatura constante de 15°C controlada por la cantidad de hielo adicionada en el baño, con una adición totalmente controlada de la 2,4-pentanodiona gota a gota y agitación constante. La razón por la cual se hizo a 15 ºC era para evitar la formación de otros productos (pueden ser ser otras clases de anillos heterocíclicos), ya sea por reordenamiento o por la cantidad de energía. Posteriormente se realizó la separación mediante decantación con la adición de éter para la disolución de sales inorgánicas, con varias repeticiones para un mayor rendimiento de la reacción. En la Figura 2 se plasma claramente la función del éter etílico en embudo de decantación, ya que separa la fase acuosa y la sustancia con el éter. El extracto etéreo recuperado se lavó con una solución de NaCl concentrada y se realizó la extracción necesaria para luego con un agente secante eliminar trazas de agua restantes en el producto obtenido, en esta ocasión para eliminar el éter etílico por evaporación se usó la plancha de calentamiento y de esta manera obtener el dimetilpirazol que para su purificación se cristalizó.3
Figura 2: Explicación gráfica de la utilización del embudo de decantación y función del éter etílico.
Se determinó su punto de fusión, notando un acercamiento bastante notorio, este es un resultado relevante para decir que se logro sintetizar el compuesto esperado, ya que el punto de fusión experimental fue de 101,2 ºC y el teórico es de 108,5 ºC, además el porcentaje de rendimiento fue bueno, ya que arrojo un resultado de 73,69 %. Los datos pudieron ser más precisos, sin embargo hay que tener en cuenta los posibles errores humanos y errores instrumentales, porque el más mínimos error en el algoritmo experimental, produciría un cambio en los resultados. Algunos errores más comunes en esta practica son:
Falta de secado Impurezas en los reactivos utilizados No se dio la reacción completa Se crearon subproductos.
4. REFERENCIAS 1. Castillo,
R., Hernández, M., & Velázquez, I. (s.f.). Facultad de Química; Universidad Autónoma de México; Obtenido de Química Orgánica
4
II; Nomenclatura de compuestos heterocíclicos.: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archiv ero/nomenclaturaheterociclos_9416.pdf 2. Repositorio Institucional de la Universidad de Málaga. (s.f.); Biblioteca universitaria. Universidad de Málag;. Obtenido de Ampliación de Química Orgánica Avanzada; Química de Heterociclos. Azoles: http://riuma.uma.es/xmlui/bitstream/han dle/10630/7332/Tema_4.Azoles.pdf?seq uence=1 3. Fernandez Sara Miguel. Universidad de Oviedo; Publicado en el 2012 en Oviedo; Complejos con Rutenio (II) con el ligando escorpionato Tris(pirazolil) metano sulfunato; Pag 4, 5 : http://digibuo.uniovi.es/dspace/bitstream /10651/13182/2/TD_saramiguelfernande z.pdf 4. García Sanchez Miguel Angel; Universidad autonoma metropolitana; Publicado en el 2002 en México D.F; Manual de prácticas de química orgánica II; Pag 29-32: http://www.uamenlinea.uam.mx/materia les/quimica/GARCIA_SANCHEZ_MIg UEL_ANGEL_Manual_de_practicasqui m_orgII.pdf
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