UNIVERSIDAD DEL QUINDIO FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y TECNOLOGICAS PROGRAMA DE QUÍMICA
LABORATORIO #5 PREPARACION DEL 2-FENILINDOL
PRESENTADO POR: Angee Melisa Ramirez Ruiz (cód: 96010322437)
AL PROFESOR: Fernando Agudelo Aguirre En el espacio académico de laboratorio de Síntesis Orgánica
ARMENIA-QUINDIO 03 DE MAYO DEL 2013
LABORATORIO #5 PREPARACION DEL 2-FENILINDOL
RESUMEN En la cuarta quinta práctica de laboratorio se realizó la síntesis de Fisher para preparar el 2-fenilindol por medio del calentamiento de la fenilhidrazona de la acetofenona; inicialmente preparada, en presencia de cloruro de zinc como catalizador. Se tuvo en cuenta los factores de riesgo durante la práctica y finalmente se calculó el porcentaje de rendimiento de la reacción.
Palabras clave: Síntesis de Fischer, 2-fenilindol, calentamiento, fenilhidrazona, catalizador.
1. INTRODUCCIÓN El indol es un compuesto orgánico heterocíclico, con estructura bicíclica que consiste en un anillo de seis miembros (benceno) unido a otro de cinco miembros (pirrol). La participación de un par aislado de electrones de nitrógeno dentro del anillo aromático significa que el indol no es una base ni una amina simple. De entre los anillos de benceno condensado con otros anillos, el indol es, probablemente, el más importante, ya que forma parte de muchos productos naturales. La forma más general de obtener indoles es mediante la síntesis de Fischer. En dicha síntesis la formación de índoles se da por calentamiento de una arilhidrazona de aldehído o cetona en presencia de un catalizador. El cloruro de cinc es el catalizador más usado, sin embargo, se pueden utilizar otros haluros metálicos, ácidos próticos y de Lewis y de ciertos metales de transición. Históricamente, el interés en los indoles surge del aislamiento y la caracterización de miembros de una gran familia de alcaloides indólicos, tales como el ácido lisérgico. Muchos de los alcaloides indólicos poseen actividad biológica, existiendo notables investigaciones en la síntesis de estos compuestos con potencial actividad farmacológica. La síntesis comercial del 2-fenilindol se obtiene a partir de la fenilhidrazina y del ácido pirúvico. Entre los derivados del indol se encuentran: el triptófano, la serotonina (neurotransmisor), en la hormona del crecimiento vegetal, etc. El indol se utiliza en perfumería y en la preparación del triptófano, uno de los 20 aminoácidos encontrados comúnmente en las proteínas animales. Entre los derivados del fenilindol encontramos a las hormonas como el estradiol (hormona sexual femenina) o la testosterona (hormona sexual masculina), a partir de estas se pueden obtener hormonas sintéticas que son aún más potentes que las hormonas naturales como el etinilestradiol con usos anticonceptivos principalmente. Hay diferentes métodos para sintetizar índoles pero el que utilizamos en la práctica fue la síntesis de Fisher. Consiste en calentar fenilhidrazonas de
cetonas o aldehídos, con cloruro de zinc anhidro, trifluoruro de boro, ácido polifosfórico, o algún otro catalizador acido, para producir indoles. Ocurre una transposición, catalizada por ácidos, de una fenilhidrazona con eliminación de agua y NH3. Los grupos electrodonadores favorecen la ciclación y los electroatractores la dificultan. Con cetonas asimétricas, la ciclación intramolecular de la hidrazona puede conducir a dos indoles isómeros en distintas proporciones según las condiciones utilizadas, en medios fuertemente ácidos, puede predominar el indol menos sustituido.
Mecanismo de reacción
H3C
Ph
H2C
Tautomer.
N
Ph NH
N
N
H
H
H
H
Ph
Ph NH NH2
NH2
N H
H
H Ph NH3
N H
Ph N H 2-fenilindol
2. OBJE TIVOS
H
Realizar la síntesis de Fischer para obtener el 2-fenilindol a partir de la fenilhidrazona de la acetofenona. Determinar el porcentaje de rendimiento de la reacción. Realizar las observaciones pertinentes durante el procedimiento y analizar los resultados obtenidos (IR).
3. MATERIALES Y REACTIVOS Balón de fono plano 100mL. Condensador de reflujo para el balón (mangueras). Pinza, nuez y soporte universal. Pipeta graduada 5mL. Pipeta graduada 1mL. Varilla de agitación Baño del rotaevaporador. Equipo para filtración al vacío. Beaker 150mL. Espátula metálica. Termómetro.
Frasco lavador. Gafas de seguridad. Papel filtro. Núcleos de ebullición. Acetofenona 98%. Fenilhidrazina 99%. Etanol. HAc glacial. ZnCl2. [HCl]. H2O destilada.
3.1 IDENTIFICACION DE PELIGROS Acetofenona: Por inhalación puede generar vértigo, somnolencia, y dolor de cabeza; por contacto con la piel y ojos puede causar piel seca, enrojecimiento y dolor: por ingestión causa náuseas. Sustancia combustible que puede formar mezclas explosivas por encima de los 82°C. Deben evitarse las llamas. Fenilhidrazina: Por inhalación puede generar tos, dificultad respiratoria, dolor de garganta y cianosis; por contacto con la piel y ojos causa irritación, enrojecimiento, dolor y visión borrosa; por ingestión causa dolor abdominal, diarrea, náuseas, vómitos, debilidad y vértigo. Sustancia combustible que en caso de incendio desprende humos o gases tóxicos e irritantes. Por encima de 88°C pueden formarse mezclas explosivas vapor-aire. Evitar las llamas. La sustancia se descompone por calentamiento intenso y al arder, produciendo humos tóxicos que contienen óxidos de nitrógeno. Reacciona con oxidantes y violentamente con dióxido de plomo. Cloruro de Zinc: Por inhalación es una sustancia muy destructiva de tejidos y membranas mucosas que puede generar sensación de quemazón, tos, laringitis, dolor de cabeza y vómito; por contacto con piel y ojos puede causar irritación severa, quemaduras, ulceraciones, enrojecimiento, dolor y visión borrosa; por ingestión puede causar irritación y corrosión del tracto gastrointestinal con dolor abdominal, náuseas y vómitos.
Sustancia corrosiva que causa quemaduras en cualquier zona de contacto. Nocivo por ingestión o inhalación y afecta el sistema cardio vascular. Puede causar efectos negativos en cuanto a la reproducción y en el feto. Se descompone por calentamiento generando humos tóxicos de cloro y óxido de zinc. Todos los reactivos trabajarse en un lugar ventilado, en campana de extracción o con protección respiratoria, guantes y gafas protectoras. No beber, comer o fumar durante el trabajo.
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
A 1,2 mL de acetofenona en un balón de fondo plano, adicionar 1,0 mL de fenilhidrazona y 2-3 gotas de ácido acético glacial. Llevar la mezcla a reflujo durante una hora. Enfriar el balón de fondo plano y adicionar 5 mL de etanol 95%. Luego filtrar y desechar el filtrado. Secar el residuo utilizando papel filtro y ponerlo en un beaker de 150 mL. Adicionar en el beaker aproximadamente 3,2 g de cloruro de zinc y calentar en un baño de arena a 170°C durante 15 minutos. Durante el calentamiento la mezcla debe ser agitada continuamente. Adicionar a la mezcla calentada 1,0 mL de agua destilada y 0,5 mL de HCl concentrado. Filtrar en caliente y desechar el residuo. Enfriar el filtrado, secar, pesar, tomar su punto de fusión y espectro infrarrojo. Determinar el porcentaje de rendimiento de la reacción y analizar los resultados.
5. OBSERVACIONES Y RESULTADOS Inicialmente se adicionan 1,2 mL de acetofenona en un balón de fondo plano y se observa que la sustancia es incolora y de olor peculiar. Al agregar 1 mL de fenilhidrazina (amarillo claro) se intensifica el color de la mezcla hacia un naranja. Al adicionar las gotas de HAc se presenta inmediata turbidez y rápida solidificación de color amarillo claro. Después de llevar a reflujo el balón durante una hora, se observa un color más oscuro del sólido fenilhidrazona. Al adicionar etanol se desprende dicho sólido utilizando una varilla agitadora y se filtra al vacío. Se coloca el residuo seco en un beaker, se adiciona cloruro de zinc y se pone el recipiente en un baño de arena para que se dé la reacción hasta 2-fenilindol. No se logró llevar a cabo la preparación del 2-fenilindol, sin embargo se asume que se obtuvo un peso de 1,9741 gramos posiblemente de fenilhidrazona cuyo punto de fusión calculado fue 89 °C. A continuación se muestran el espectro infrarrojo del compuesto obtenido y el espectro infrarrojo teórico del 2fenilindol. Claramente se observan bandas a longitudes bastante diferentes.
ANÁLISIS DE BANDAS ()
6. CÁLCULOS
Debido a que no se sabe con certeza cuál fue el compuesto que se obtuvo, e realizan los cálculos con respecto al producto que era esperado (2-fenilindol).
Con los resultados obtenidos para el número de moles de la fenilhidrazina y de la acetofenona se asume que la fenilhidrazina es el reactivo límite y por ende, la acetofenona es el reactivo en exceso. Según esto la relación molar entre ambos reactivos seria de aproximadamente 1:1:
7. DISCUSION DE RESULTADOS
Con respeto al producto esperado; el peso experimental (obtenido) del producto es mayor al peso teórico del producto por una diferencia de 0,0298 gramos, lo cual se le puede atribuir a la presencia de agua en el compuesto. Si se hubiese obtenido el producto deseado, a pesar de que el porcentaje de rendimiento es 1,53 mayor a 100 se puede afirmar que se obtuvo un muy buen rendimiento de la reacción si se tiene en cuenta que dicho exceso es debido a la presencia de humedad en el compuesto. Al comparar espectro infrarrojo obtenido experimentalmente del producto sintetizado, se ve claramente que posee bandas muy diferentes al espectro teórico del producto esperado (2-fenilindol), por lo cual es posible que la reacción no fue llevada a cabo por completo y es posible que el producto que se obtuvo es una fenilhidrazona. Sin embargo, en la bibliografía se encontró que el punto de fusión de la fenilhidrazona de la acetofenona es 103ºC, es decir, muy diferente al calculado (89ºC) y su espectro IR no se encontró en la base de datos para realizar las comparaciones pertinentes. Por estas razones, no se pudo determinar cuál fue el compuesto obtenido.
8. CONCLUSIONES
Se aprendió el método para obtener 2-fenilindol mediante la síntesis de Fischer por calentamiento de la fenilhidrazona de la acetofenona en la presencia de cloruro de zinc como catalizador. Posiblemente, la reacción no se llevo a cabo completamente ya que el producto obtenido no fue el 2-fenilindol. Se obtuvo 1,9741 g de producto con un punto de fusión igual a 89ºC.
9. BIBLIOGRAFÍA DIAPOSITIVAS DE CLASE DETERMINACIÓN ESTRUCTURAL de Prof. Mª Luisa Izquierdo Ceinos. Departamento de Química Orgánica. Universidad de Alcalá. España. http://es.scribd.com/doc/37601411/Espectroscopia-Infrarrojo-Absorcionesde-Grupo-Caracteristicas Journal of Chemical Education. Wade, L.G. Jr., Química Orgánica, 2ª. Edición, México, Ed. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. de C.V., 1993. Morrison, R.T. y Boyd, R.N., Química Orgánica, 5ª. Edición, México, Ed. Addison Wesley Longman de México, S.A. de C.V., 1998.
