UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES ESCUELA DE BIOLOGÍA PRÁCTICA # 5 SÍNTESIS DE UN HETEROCICLO: OBTENCIÓN DE 3,5- DIMETILPIRAZOL DIMETILPIRAZOL Nombre: Joel Bastidas Astudillo Objetivo:
Realizar la síntesis del 3-5 dimetilpirazol, una molécula heterocíclica de interés farmacológico, a partir de acetilacetona e hidracina
INTRODUCCIÓN La química fina tradicionalmente ha empleado “tecnologías estequiométricas” , las cuales
involucran la generación de cantidades enormes de residuos inorgánicos. Dada la necesidad de minimizar el uso de tecnologías contaminantes, hoy en día se hace uso de una serie de estrategias que intentan reducir el impacto ambiental. Una de las propuestas incluye la utilización de las llamadas “reacciones multicomponente” ( MCRs), las cuales
son reacciones convergentes en las que tres o más materiales de partida reaccionan para formar un producto, donde básicamente todos o la mayoría de los átomos contribuyen al nuevo producto formado. (sedici, 2017) Por otra parte, también se ha logrado minimizar la generación de residuos al incluir el uso de materiales catalíticos reciclables y reutilizables, capaces de sustituir los ácidos minerales empleados comúnmente en cantidades estequiométricas. En este sentido, los heteropolicompuestos resultan ser catalizadores atractivos, ya que cumplen con las condiciones anteriores, y que una misma estructura posee multifuncionalidad intrínseca: son ácidos fuertes y pueden tener alta capacidad oxidante. Es posible realizar el diseño del catalizador a escala atómica/molecular, basándose en las propiedades acídicas y redox buscadas, por medio de una selección adecuada de los constituyentes.En este trabajo se presentan diversos avances recientes que involucran el uso de reacciones multicomponente en la síntesis de compuestos orgánicos, empleando catálisis por heteropolicompuestos. Los heterociclos preparados corresponden a las familias de 1,4dihidropiridinas, dihidropirimidinonas, imidazoles, quinazolinonas, xantenonas y piridinas. (sedici, 2017)
Los compuestos heterocíclicos como ya se tiene dicho poseen una amplia gama de aplicaciones: predominan entre los compuestos usados como farmacéuticos, agroquímicos y de uso veterinario; se utilizan como aditivos abrillantadores, antioxidantes, inhibidores de la corrosión, como colorantes y pigmentos; y en muchas aplicaciones más. (quimica organica , 2017) Por lo tanto, es razonable, que actualmente gran parte de las investigaciones en química traten de la síntesis y propiedades de los compuestos heterocíclicos. A ese fin se orienta este artículo que pretende proporcionar a los estudiantes de química herramientas básicas de la retrosíntesis. El proceso de desconexión para moléculas con varios heteroátomos, puede realizarse para cada enlace carbono-heteroátomos, de acuerdo a los modelos anteriormente estudiados o simultáneamente, para lo cual se utilizan reactivos poliheteroatómicos asequibles. (quimica organica , 2017)
METODOLOGÍA Materiales y Reactivos
3 vasos de precipitado de 125 ml
Matraz de tres bocas
Tapón de vidrio
Tapón con adaptador para temperatura
Termómetro
Embudo de separación
Cristalizador
Parilla
Agitador magnético
Sulfato de hidrozina
Hidróxido de sodio
2.4 pentanodiona
Cloruro de sodio
Éter
Éter de petróleo
Bromuro de potasio
Agua destilada
Hielo
Procedimiento
Se disolvió 1.805 g de sulfato de hidrazina en 11,2 ml de una disolución 2.9M de hidróxido de sodio.
Se sumergió en hielo hasta que llegó una temperatura de 15C luego se le adicionó 1,39 g de 2.4 pentanodiona, y con una constante agitación el cual se mantuvo los 15 C.
Luego se le agregó 5.58 ml de agua y se agitó para disolver sales inorgánicas, esta sustancia se lo transfirió a un embudo de separación y luego se extrajo con 3 ml de éter.
Este proceso se lo repitió cuatro veces usando 1.2 ml de éter, se los lavó con una disolución saturada de cloruro de sodio y luego se realizó la extracción necesaria.
Se le agregó carbonato de potasio anhídrido para eliminar el agua remanente, luego se lo decantó y se evaporó el éter.
Se obtuvo al final 1.0 g de un sólido cristalino de color amarillento, que luego se lo fundió.
RESULTADOS
En la práctica se sintetizó 3,5-dimetilpirazol a partir de una reacción de Knorr para la síntesis de pirazoles usando 2,4-pentanodiona y sulfato de hidracina. El cual se obtuvo un éter repitiendo como cuatro veces, pero al momento que este proceso se repetía las capas eran más delgadas, al momento que se obtuvo el éter este se evaporo al momento que se le agregó el calor se obtuvo los cristales de color amarillo, para luego fundirlo el cual si se obtuvo la muestra final del laboratorio.
CONCLUSIÓN
Son reacciones que se dan más uso en el campo de la medicina, además se usa otros solventes aparte del éter, mientras estos se usen para la separación de líquido a líquido, un ejemplo de ellos es el cloroformo, además que cada vez que se obtenía más el producto esta capa se hacía más pequeña, y cuando este reactivo se lo obtuvo por completo se lo separó, esta se le agrego calor para poder deshidratar para que este se forme los cristales amarillentos y se fundan al final, y cuando estos compuestos reaccionan formaran un anillo aromático característica esencial de los aromáticos.
CUESTIONARIO 1.-Explique el mecanismo que sigue de la reacción de síntesis de la 3.5 dimetilpirazina. El 3,5-dimetilpirazol se ha preparado a partir de acetilacetona e hidrato de hidrazina en etanol 3 o sulfato de hidrazina en álcali acuoso, se prefiere este último método, porque la reacción con hidrato de hidrazina es a veces violenta, 3,5-dimetilpirazol también se ha preparado por hidrólisis y descarboxilación de los derivados de 1-carbamido o 1carboxamidina, obtenidos por reacción de semicarbazida. (google books, 2017) Ciclo-condensación de hidrazina, y alquilo arilhidrazinas con compuestos 1 3dicarbonilo. Este método se utiliza a menudo para la síntesis de homólogos de pirazol. La reacción de la hidrazina con acetilacetona da como resultado 3,5-dimetilpirazol. (booksgoogle, 2017) Fig. 1 Fig.2
Figura 1: Obtención del dimetilpirazol
Figura 2: Síntesis
2.- ¿Cómo se puede verificar que el compuesto obtenido tiene estructura de un anillo? Primero estos necesitan dos heteroátomos adyacentes, como la hidracina y la hidroxilamina, el cual estos reacciona con compuestos como 1.3 dicarbonílicos, un ejemplo de esto es en la práctica realizada el cual se unos como base el 2.4 pentanodiona la cual esta reacciona con hidracina donde se obtuvo el 3,5 dimetilpirazina y con hidorxilamina da el 3.5 dimetilsoxazol. (booksgoogle, 2017) Estos son reactivos básicos, por lo tanto se generan nucleófilos libres los cuales estos reaccionan con compuestos carbonílicos, este anillo se obtiene al momento que se deshidrata el intermedio resultante y así se obtiene el anillo aromático además estos se los reconocen por que realizan una reacción de adición (booksgoogle, 2017) Fig. 3
Figura 3: Dimetilpirazol
3.- Si no dispusiera de éter para realizar las extracciones del producto ¿Qué otro disolvente usaría y como lo escogería? Es frecuente obtener mezclas de reacción en disolución o suspensión acuosa (bien porque la reacción se haya llevado a cabo en medio acuoso o bien porque durante el final de reacción se haya añadido una disolución acuosa sobre la mezcla de reacción inicial). En estas situaciones, la extracción del producto de reacción deseado a partir de esta mezcla acuosa se puede conseguir añadiendo un disolvente orgánico adecuado, más o menos denso que el agua, que sea inmiscible con el agua y capaz de solubilizar la máxima cantidad de producto a extraer pero no las impurezas que lo acompañan en la mezcla de reacción. Después de agitar la mezcla de las dos fases para aumentar la superficie de contacto entre ellas y permitir un equilibrio más rápido del producto a extraer entre las dos fases, se producirá una transferencia del producto deseado desde la fase acuosa inicial hacia la fase orgánica, en una cantidad tanto mayor cuanto mayor sea su coeficiente de reparto entre el disolvente orgánico de extracción elegido y el agua. Unos minutos después de la agitación, las dos fases se separan de nuevo, espontáneamente por decantación, debido a la diferencia de densidades entre ellas, con lo que la fase orgánica que contiene el producto deseado se podrá separar mediante una simple decantación de la fase acuosa conteniendo impurezas. La posición relativa de ambas fases depende de la relación de densidades. Dado que después de esta extracción, la fase acuosa frecuentemente aún contiene cierta cantidad del producto deseado, se suele repetir el proceso de extracción un par de veces más con disolvente orgánico puro. (ub.edu, 2017) Fig. 4 Fig. 5
Figura 4: disolventes menos densos que el agua
Figura 5: disolventes más densos que el agua
Bibliografía booksgoogle. (27 de Julio de 2017). Obtenido de booksgoogle:
https://books.google.com.ec/books?id=a0q3bMk5UrgC&pg=PA1069&lpg=PA1069&dq =como+saber+que+un+3.5+dimetilpirazol+tiene+anillos&source=bl&ots=hwwGUI_riv&sig=6dfCn9uAJ3vrdbKza3K 3tn2WTPM&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwif9bzG2anVAhUBOiYKHeKLAioQ6AEIJDAA#v=o nepage&q=com google books. (27 de julio de 2017). Obtenido de google books :
https://books.google.com.ec/books?id=bwrXAgAAQBAJ&pg=PA87&dq=sintesis+de+3+ 5+dimetilpirazol+mecanismo&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjW2_Px1KnVAhVKwiYKHfj4C 1UQ6AEIKjAB#v=onepage&q=sintesis%20de%203%205%20dimetilpirazol%20mecanis mo&f=false quimica organica . (26 de julio de 2017). Obtenido de quimica organica :
http://www.quimicaorganica.org/sintesis-organica/629-sintesis-de-heterociclos-convarios-heteroatomos.html sedici . (julio de 2017). Obtenido de sedici: http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/38984 ub.edu. (27 de julio de 2017). Obtenido de ub.edu:
http://www.ub.edu/oblq/oblq%20castellano/extraccio_tip.html#10
