“Compuestos heterocíclicos de cinco miembros con un heteroátomo sistemas fusionados” (Síntesis de Furanos, Obtención de furfural).
Introducción. Para llevar a cabo la síntesis de un furano que en este caso será el furfural, lo haremos por medio de un método el cual consiste en la hidrolisis de pentosanos seguidos de una deshidratación de pentosas en un medio ácido al terminar podremos identificar el producto mediante un derivado y otras pruebas. 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 núcleofilo que a la de un compuesto aromático bencénico. El tiofeno también es General es la Siguiente:
apreciablemente aromático y sufre reacciones de sustitución con electrofilos, aunque no tan fácil como el pirrol.
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 furan2- carboxaldehido (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.
La reacción que se llevara a cabo de manera z
Mecanismo de la reacción:
en un medio ácido se favorece la protonación de la molécula de pentosa, la cual se obtiene por la hidrólisis ácida de los pentosanos:
Cuando se da la ruptura heterolítica del enlace C-O , el átomo de carbono deficiente se estabiliza al migrar de electrones π del taurómero enol, para dar lugar al tautómero ceto:
Una vez que se da la tautomería ceto-enólica, el tautómero enol, a través de un equilibrio ácido-base, genera una molécula de agua como grupo saliente
Cuando ocurre la ruptura heterolítica del enlace C-O en el átomo de carbono C-3 del intermediario, se genera el tautómero ceto, lo cual implica una asistencia del átomo del carbono deficiente, con lo que se forma un sistema α,β-insaturado, intermediario.
El grupo OH puede atacar al grupo carbonilo, debido a que los anillos de cinco miembros se forman con mayor rapidez que los de seis miembros el ataque OH se lleva a cabo sobre el carbonilo, lo cual da lugar al anillo de cinco miembros:
Para poder comprobar que obtuvimos el furfural tendremos que hacer varias pruebas de identificación que en este caso se emplearon dos las cuales se llevan a cabo con un reactivo llamado 2,4dinitrofenilhidrazona y otra con un papel con un indicador que es la anilina la cual toma una coloración roja muy intensa.
Un equilibrio ácido-base induce la formación de agua a partir del grupo hidroxilo, y ante la ruptura heterolítica del enlace C-O, el oxígeno, asiste al carbocatión que se genera, formándose el intermediario
La eliminación del H del intermediario, da lugar al furfural.
Para la primera prueba de identificación utilizamos 2,4-dinitrofenilhidrazona en metanol (etanol) la cual se pusieron unas gotas al matraz en donde se obtuvo el furfural en la cual se lleva a cabo una reacción en la que se produce la imina correspondiente a la 2,4dinitrofenilhidrazona del furfural dando lugar a una coloración amarilla en el fondo del matraz. En la segunda prueba introducimos un papel con un “indicador” que en este caso estaba impregnado de anilina , el cual da lugar a una prueba positiva siempre y cuando este se tiña de color rojo intenso, a la cual se le atribuye la formación de una sal de imino que es lo que le da la coloración a nuestro papel. Análisis de resultados. Los resultados que obtuvimos mediante las pruebas de identificación nos dieron la veracidad de que obtuvimos el derivado del furano llevando a cabo esta serie de reacciones Bibliografía.
Resultados.
Gustavo Ávila Zárraga, Química orgánica experimentos con un enfoque ecológico. Editorial Universidad Nacional Autónoma de México 2009, páginas. 463-471 http://depa.fquim.unam.mx/amyd/a rchivero/SINTESISANILLOSDE5ATOM OS1HETEROATOMO_10733.pdf
Manual Química Orgánica 3.
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Cuestionario. (Anexo)
1. ¿Qué pentosas existen principalmente en el olote? ¿se encuentra como monómeros o como polímeros? Se encuentran presentes los furanos los cuales se unen mediante un oxigeno y dan lugar a cadenas para dar lugar a los polímeros que se encuentran en el olote.
2. ¿Por qué es importante separar el furfural de la mezcla de reacción? La reacción es reversible y al dejar el furfural en la mezcla de la reacción podemos volver a la etapa de los reactivos y no podemos llevar a cabo la reacción completamente. 3. ¿Qué propiedad física del furfural se usa para separarlo de la fase acuosa? La densidad.
4. ¿Qué información se obtiene al formar la 2,4-dinitrofenilhidrazona del furfural? La identificación del producto formando una imina.
5. La 2,4-dinitrofenilhidrazona es una imina ¿Por qué no se hidroliza fácilmente?
6. ¿El furfural puede dar la reacción de Cannizzaro? ¿Por qué? Si, si puede porque esta reacción se lleva a cabo solo en aldehídos y el furfural lo es. Los aldehidos que no tienen hidrógenos α, dan la reacción de Cannizzaro por tratamiento con una base fuerte. En esta reacción de desproporcionación una molécula es reducida al correspondiente alcohol, mientras que la segunda es oxidada a ácido carboxílico.
7. ¿Cómo se obtiene el furano y tetrafurano a partil del furfural?
Se puede sintetizar en una reacción de dos pasos: 1. Descomposición del furfural a temperaturas próximas de 250 °C y presión atmosférica, obteniendo como producto el furano. 2. 2. El furano se somete a altas temperaturas para hidrogenizarlo. Así se obtiene THF y 1,4 butanodiol como subproducto.
8. ¿Qué interés tienen los derivados del furfural en farmacia y medicina? Algunos compuestos nitrogenados del furfural tienen importancia medicinal, como el 5nitrofurfural y el diacetato de 5-nitrofurfural se usan en la manufactura de agentes microbianos. la 5-nitrofurfuralsemicarbazona se utiliza en el tratamiento de heridas y en medicina veterinaria. 9. Una vez realizada la prueba de Tollens por que debe de retratarse el espejo de plata con HNO3? No realizamos esta prueba.
Cuestionario. 10. ¿Qué pentosas existen principalmente en el olote? ¿se encuentra como monómeros o como polímeros? Se encuentran presentes los furanos los cuales se unen mediente un oxigeno y dan lugar a cadenas para dar lugar a los polímeros que se encuentran en el olote.
11. ¿Por qué es importante separar el furfural de la mezcla de reacción?
12. ¿Qué propiedad física del furfural se usa para separarlo de la fase acuosa? La densidad.
13. ¿Qué información se obtiene al formar la 2,4-dinitrofenilhidrazona del furfural? 14. La 2,4-dinitrofenilhidrazona es una imina ¿Por qué no se hidroliza fácilmente?
15. ¿El furfural puede dar la reacción de Cannizzaro? ¿Por qué? 16. ¿Cómo se obtiene el furano y tetrafurano a partil del furfural? 17. ¿Qué interés tienen los derivados del furfural en farmacia y medicina? 18. Una vez realizada la prueba de Tollens por que debe de retratarse el espejo de plata con HNO3? No realizamos esta prueba.
