PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE FACULTAD DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA
Profesor: Dr. Marcelo Preite Alumno realizador: Ignacio Erazo Valdés SEMINARIO DE PREGRADO II (QIM 2020-1) 1° semestre, 2017
Síntesis y caracterización del compuesto 2,5-dioxociclohexan1,4-dicarboxilato de dietilo Resumen
Como un compuesto clave en la obtención de derivados de s-indaceno es que se propone la síntesis y caracterización de 2,5-dioxociclohexan-1,4-dicarboxilato de dietilo, más conocido como succinil succinato de dietilo, el cual es fácilmente obtenible desde ácido succínico a partir de métodos clásicos como la reacción de esterificación de Fischer y la condensación de succinatos tipo Claisen-Dieckmann.
Introducción
La Reacción del Aldol y la Adición de Michael están dentro de los métodos más importantes para la formación de enlaces C-C en compuestos carbonílicos. Cuando se hacen reaccionar compuestos dicarbonílicos con una cadena alifática entre ellos, se convierten en una herramienta muy estable y poderosa para formación de anillos de seis miembros conocida como la Anulación de Robinson. Con miras a la obtención de compuestos cíclicos derivados de s-indaceno, es que se propone la síntesis de 2,5-dioxociclohexan1,4-dicarboxilato de dietilo, mejor conocido como succinil succinato de dietilo. Este compuesto se encuentra principalmente en su forma tautomérica de doble enol como se muestra en la Fig. 1 la cual se prepara a través de dos etapas de condensación de succinatos tipo ClaisenDieckmann. En el presente trabajo se busca obtener el succinil succinato de dietilo a través de métodos clásicos reportados por literatura y que permitan mejorar los rendimientos de dichos procedimientos.
Fig. 1 Estructura del compuesto succinil
succinato de dietilo (A), estructura del tautómero dienólico del succinil succinato de dietilo (B) y compuesto genérico derivado de s-indaceno (C).
Procedimiento Experimental
Para la obtención del compuesto en estudio se debió realizar la síntesis previa de los precursores inmediatos, es decir, la obtención del éster succínico a partir de ácido succínico y un alcohol alifático. Síntesis de Succinato de Dietilo. Para la
síntesis de succinato de dietilo se realizó la reacción de esterificación de Fischer, método clásico que permite obtener ésteres a partir de ácidos carboxílicos y alcoholes en presencia de ácido sulfúrico en cantidades catalíticas. Para esto, se destiló etanol en presencia de benceno en un aparato de destilación simple acoplado a una trampa de Dean-Stark para desplazar el equilibrio hacia la liberación de agua que podría estar presente en el etanol, por su característica higroscópica. Una vez purificado el etanol, se agrega rápidamente el sustrato a esterificar en el mismo balón y
Masa Vol. Dens. mol Eq. (g) (mL) (g/mL) C 20,17 0,170 1 EtOH 31,6 40 0,686 4 0,79 Benc. 69,6 80 0,891 0,87 D 21,12 20,2 0,121 0,7 1,047 Tabla 1: Cantidades de sustrato utilizadas para la síntesis de Succinato de dietilo. Rendimiento: 71,35% 1
H-RMN (400 MHz, CDCl3): δ = 4,17 (m, 4 H), 2,61 (s, 4 H), 1,26 (t, 6 H). Síntesis de 2,5-dioxociclohexan-1,4dicarboxilato de dietilo. Para la obtención
del compuesto en estudio, previamente se destiló etanol bajo el mismo procedimiento anterior con el fin de reducir el contenido de agua del solvente. Posteriormente, al balón de reacción se le agregan pequeñas
Fig. 2 Esterificación de ácido succínico (C) con etanol para o btener succinato de dietilo (D).
gotas de ácido sulfúrico concentrado y se calienta hasta alcanzar reflujo. Se mantiene vigorosamente en agitación magnética por 6 horas, hasta observar el término en la formación de agua en el vástago de la trampa. Una vez concluido el tiempo, se deja enfriar a temperatura ambiente y la mezcla de reacción se lava con abundante agua a través de una extracción líquidolíquido con un embudo de decantación. Se realizan dos lavados con una disolución de bicarbonato de sodio saturada y un lavado con disolución de salmuera. Se observa separación de fases donde la fase orgánica se separa y se deja secar con adición de sulfato de magnesio. Se filtra y se lava con pequeñas porciones de acetato de etilo. Se filtra con filtro de pliegues en embudo de vástago corto y se evapora solvente en rotavapor. Se obtiene un compuesto oleoso incoloro.
porciones de sodio metálico en vigorosa agitación, con el fin de generar etóxido de sodio in situ. Se instaló en la parte superior del condensador, una pipa de cloruro de calcio e hidróxido de sodio para mantener al mínimo la presencia de agua en forma de vapor presente en el aire. Se mantuvo en agitación y reflujo durante 2 horas. A la mezcla caliente se le adiciona el succinato de dietilo en una porción y se mantiene la agitación y reflujo por 24 horas. Se observa la formación inmediata de un precipitado color rosado pálido que se mantiene durante todo el proceso. Una vez concluido el tiempo de reacción, se elimina todo el etanol presente con rotavapor y se agrega una disolución de ácido sulfúrico 2N a la mezcla caliente, la cual se agita por 3 horas. El sólido formado se filtra por succión, se lava con abundante agua y se deja secar al aire. Posteriormente, se disuelve totalmente en acetato de etilo y se calienta hasta ebullición. Se filtra
rápidamente en caliente y se obtiene un sólido color rosado crema (p.f. 126,5128,5°C). Masa Vol. Dens. mol Eq. (g) (mL) (g/mL) D 21,12 20,2 0,121 1 1,047 Na 6,00 0,261 2,15 EtOH 39,5 50 0,859 7,09 0,79 Benc. 69,6 80 0,891 0,87 E 2,602 0,010 0,08 Tabla 2: Cantidades de sustrato utilizadas para la síntesis de Succinil succinato de dietilo. Rendimiento: 8,38 % 1
H-RMN (400 MHz, CDCl 3): δ = 12,20 (s, 2 H), 4,26 (m, 4 H), 3,18 (s, 4 H), 1,32 (t, 6 H). 13
C-RMN (400 MHz, CDCl 3): δ = 14,24 (CH3), 28,55 (CH2), 60,74 (OCH2), 93,27 (C), 168, 45 (C), 171,3 (C).
obtención del precursor D observándose las señales características del compuesto. Para la obtención del compuesto de estudio E, se observa una dramática disminución del rendimiento esperado, obteniéndose un 8,38 %. Esto pudo deberse a la presencia de agua durante la realización del paso experimental, incluso utilizando una trampa anhidra como es el caso de la pipa de calcio e hidróxido de sodio. En principio, la alta presencia de agua pudo deberse a problemas en el sellado del sistema el cual no permitiera el ingreso de aire durante la adición de sustratos. También, el empleo de la trampa Dean-Stark no fue del todo capaz de desplazar el equilibrio de la reacción hacia la formación del producto deseado justamente por la imposibilidad de retirar totalmente los equivalentes de agua formados durante el paso de síntesis. Nuevamente, a pesar de que no se mejoró
Fig. 3 Anulación de Robinson de succinato de dietilo para formar succinil succinato de dietilo. Discusión
Para la obtención del compuesto precursor D, se obtiene un rendimiento inferior al 100% esperado debido a la inherente presencia de agua en el etanol utilizado en la síntesis que, a pesar del paso previo de destilación, no fue posible eliminar totalmente. Por otro lado, en el paso de síntesis mismo también se liberan equivalentes de agua debido a la sustitución nucleofílica sobre carbonilo del ácido succínico, lo cual requiere de la utilización de la trampa Dean-Stark. A pesar del empleo de este instrumento, no fue posible desplazar totalmente el agua formada por la reacción lo cual desplaza el equilibrio hacia los reactantes disminuyendo el rendimiento del paso de síntesis. Si bien el rendimiento no fue mejorado, el análisis espectroscópico a través de Resonancia Magnética Nuclear de Protones permite comprobar la
el rendimiento del método sintético, se observan las señales características de la estructura del compuesto a través del análisis espectroscópico realizado por 1HRMN y 13C-RMN, así como el rango de punto de fusión obtenido para el sólido. Conclusión
A partir de los resultados obtenidos para ambos pasos sintéticos, se concluye que la metodología empleada no fue la adecuada, principalmente debido al poco control de los procedimientos experimentales y la alta concentración de agua tanto en los sustratos como los solventes utilizados. Se considera necesario, entonces, buscar una forma adecuada de trabajo en la que se pueda minimizar la presencia de agua durante la realización y favorecer el alcance exitoso de un rendimiento superior a través de pasos de purificación previo o bien el empleo de un sistema que se mantenga sellado durante todo el proceso.
Referencias
Organic Syntheses, Coll. Vol. 5, p.288 (1973); Vol. 45, p.25 (1965).
DOI:10.15227/orgsyn.045.0025
Synthesis 2007, No. 19, 3061 – 3067
DOI: 10.1055/s-2007-983901
Firma Alumno realizador
Firma Profesor Guía
FECHA DE ENTREGA: 07/07/2017
Anexo
Anexo 1. Espectro de protones obtenido para el compuesto succinato de dietilo (D)
Anexo 2. Espectro de protones obtenido para el producto de condensación succinil succinato de dietilo (E)
Anexo 3. Espectro de carbonos obtenido para el producto de condensación succinil succinato de dietilo (E)
