PRÁCTICA 5 PREPARACIÓN DE 2-FENILINDOL __________________ __________ _________________ __________________ _________________ __________________ ___________________ __________ _
Daniela Santoyo Alemán, Profesor: Fernando Agudelo Universidad del Quindío, Facultad de Ciencias Básicas y Tecnologías, Programa de Química 27 de marzo de 2015
RESUMEN En esta práctica de laboratorio se realizó la síntesis de 2-fenilindol por medio de una síntesis de Fischer a partir de la fenilhidrazona de la acetofenona, la cual actúa como un intermediario, con un catalizador ácido, que en este caso es ZnCl2. La fenilhidrazona isomeriza a las enaminas, después se protona formando la imina y finalmente formando un aminoacetal cíclico y desprendiendo amoniaco. El punto de fusión tomado al 2-fenilindol dio en un rango de 189- 190 °C. Su porcentaje de rendimiento fue del 81,86 %.
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. Este método consiste en calentar fenilhidrazonas de cetonas o aldehídos con ácido de Lewis como cloruro de zinc anhídrido o trifloruro de boro, llevándose a cabo una transposición para formar un sistema cíclico con eliminación de una molécula de amoniaco. 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 punto más interesante en estos compuestos es que tienen grupos funcionales en la posición 3. El indol se utiliza en perfumería y en la preparación del triptofano, uno de los 20 aminoácidos encontrados comúnmente en las proteínas animales. El indol y sus derivados se utilizan extensamente en la fabricación de perfumes, tintes, herbicidas selectivos y agroquímicos. 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. Los derivados del fenilindol a su vez pueden ser utilizados como precursores en la síntesis de ciertas vitaminas, ácidos biliares, algunas drogas y venenos naturales.El derivado adrenocorticoide por lo general se emplea para el tratamiento de enfermedades inflamatorias de la piel, de las articulaciones (artritis reumatoide) y los pulmones (asma).
METODOLOGÍA 1,2 mL Acetofenona
1mL Fenilhidrazina 2-3 gotas HAc Glacial 1h
Refluir 5mL Etanol 95% Filtrar
Filtrado
Residuo
Secar 3,2 g ZnCl2 170°C
Calentar
Agitar 2,5 g Arena Enfriar 10mL H2O 0,5mL [HCl] Filtrar
Filtrado
10 mL CH2Cl2
Residuo
Concentrar
Pesar Punto de Fusión IR
OBJETIVOS
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)
RESULTADOS Y CÁLCULOS Se agregaron 1,2 mL de acetofenona (líquido aceitoso, amarillo, de olor agradable) a un balón de fondo plano, a este se le adicionó 1 mL de fenilhidrazina (líquido amarillo aaceitoso) y el color de la mezcla se intensificó. Al adicionar HAc Glacial se formó inmediatamente un precipitad amarillo turbio, la reacción es exotérmica, allí se formó la fenilhidrazona, al agitar se formó un sólido. Se puso en reflujo el balón durante 1 hora. Al término de este se observó un color más oscuro del sólido fenilhidrazona. Al adicionar etanol se desprendió dicho sólido utilizando una varilla agitadora y se filtró al vacío. Se colocó el residuo seco en un beaker, se adicionó cloruro de zinc y se puso el recipiente en un baño de arena ya que la reacción necesita temperatura elevada más o menos de 170 ºC, agregando también alrededor de 2 g de arena al beaker, se agitó la mezcla durante 20 minutos aproximadamente y se le agregó HCl al enfriar el beaker, se filtró y se lavó con diclorometano el cual hace soluble el 2-fenilindol y separa la arena de éste, por último se puso en baño maría para evaporar el diclorometano y obtener el 2-fenilindol deseado.
Porcentaje de rendimiento: 1,2 mLAx
1,03 gA 1 mL A
x
98 gA
x
1 molA
100 g A 120,15gA
= 0,009983 moles acetofenona
1,0mLx
1,093 g 1 mL
x
99 g
x
1 mol
100 g 108,05 g
= 0,01001 moles Fenilhidrazina
0,009983 molA x
1 mol− 1mol A
= 1,93 g 2 Fenilindol teórico
x
193,077 g − 1mol −
% Rend=
p
% Rend =
ó
1,58 1,93
x 100
x 100 = 81,86 %
ANÁLISIS DE RESULTADOS El indol sufre sustitución electrofílica principalmente en la posición 3. El mecanismo de la síntesis de indoles de Fischer empieza con la tautomerización catalizada por ácido de la arilhidrazona. Ocurre una transposición, catalizada por ácidos, de una Fenilhidrazona con eliminación de Agua y NH3. Los grupos Electro-donadores favorecen la ciclación y los electro-atractores 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. Cuando existen sustituyentes en meta, respecto al nitrógeno de la hidrazona, la ciclación puede tener lugar en dos posiciones, que conducen a dos indoles isómeros. A continuación se muestra el mecanismo de reacción para la obtención de 2- fenilindol:
H3C
Ph
Tautomer.
H2C
N
Ph NH
N
N
H
H
Claramente se observa la pérdida temporal de la aromaticidad sobre el anillo bencénico, lo que implica la inmediata salida de un protón para recuperarla. Posteriormente se produce el ataque nucleofílico del nitrógeno sobre el carbono del enlace imino, formando el heterociclo de cinco miembros. H Ph
H Ph
NH NH2
H
NH2
N H
El medio ácido hace que se produzca la salida de una molécula de amoníaco, formándose el respectivo indol. H
H Ph NH3
N H
Ph N H 2-fenilindol
Espectro infrarrojo entregado por el docente:
Banda (cm-1)
Análisis de enlace
3400 3000
Tensión N-H Tensión =C-H, de la parte aromática de la molécula. Tensión C=C Anillo monosustituido Flexión fuera del plano =C-H
1617 1951 -1889 900-690
Espectro infrarrojo resultante de la práctica:
Banda (cm-1)
Análisis de enlace
3400-3500 3000
Tensión N-H Tensión =C-H, de la parte aromática de la molécula. Tensión C=C Anillo monosustituido Flexión fuera del plano =C-H
1599,21 1937 -1718 900-690
Como se puede observar estas bandas son muy cercanas con las bandas del espectro teórico lo cual indica que se obtuvo el compuesto deseado. Además el punto de fusión tomado a la muestra dio en un rango de 189-190 °C comparándolo con el teórico que es 187-188 °C se confirma que se obtuvo el 2-fenilindol.
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. El baño de arena permite conservar las altas temperaturas durante un periodo de tiempo. El cloruro de cinc (Zn) cumple una función muy importante y es la de evitar la destrucción de la fenilhidrazona.
CUESTIONARIO 1. Consulte la ficha técnica de los reactivos utilizados en esta práctica. ¿Qué cuidados debe tener al manipularlos?
R: -
Acetofenona: No manipule el material cerca de alimentos o agua de bebida. Evitar el contacto con los ojos, piel, y ropa. Vestir prendas y llevar lentes protectoras. Observar las normas de higiene y seguridad en el trabajo.
Fenilhidrazina:
-
Asegurar suficiente ventilación /aspiración en el puesto de trabajo. Evitar la formación de aerosoles. Mantener el depósito, que no está en uso, cerrado herméticamente. Abrir y manejar el recipiente con cuidado.
Etanol:
-
-
-
-
Para manejar este producto es necesario utilizar bata y lentes de seguridad, en un área bien ventilada. Cuando el uso es constante, es conveniente utilizar guantes. No utilizar lentes de contacto al trabajar con este producto. Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta, utilizar Propipetas, nunca aspirar con la boca.
ZnCl2: Evitar la formación de polvo. No fumar, comer o beber durante su manipulación. Procurar higiene personal adecuada después de su manipulación.
Ácido Acético Glacial:
-
Usar siempre protección personal así sea corta la ex posición o la actividad que realice con el producto. Mantener estrictas normas de higiene, no fumar, ni comer en el sitio de trabajo. Usar las menores cantidades posibles. Conocer en donde está el equipo para la atención de emergencias. Lea las instrucciones de la etiqueta antes de usar el producto. Rotular los recipientes adecuadamente. Manipular alejado de fuentes de ignición y calor. Evitar el contacto e inhalación del producto.
[HCl] :
-
-
-
-
-
Usar siempre protección personal así sea corta la exposición o la actividad que realice con el producto. Mantener estrictas normas de higiene, no fumar, ni comer en el sitio de trabajo. Usar las menores cantidades posibles. Conocer en donde está el equipo para la atención de emergencias. Leer las instrucciones de la etiqueta antes de usar el producto. Rotular los recipientes adecuadamente. Evitar la liberación de vapor en las áreas de trabajo. Para diluir o preparar soluciones, adicionar lentamente el ácido al agua para evitar salpicaduras y aumento rápido de la temperatura. Debe tenerse cuidado con el producto cuando se almacena por períodos prolongados.
2. A un químico orgánico se le propone la preparación, vía síntesis de Fischer, de los índoles A y B, para lo cual se le pide que utilice, como compuesto de partida la 2 pentanona. ¿Será que ambos compuestos se pueden preparar utilizando la cetona propuesta? Explique
N
N
H
H
Indol A
Indol B
R: Análisis Desconexión del Indol A
IGF N
N
H
H
O H
Indol A
+ O
NH2
O NH2
Anilina
2-Pentanona
Desconexión del Indol B
IGF N
N
H
H
O H
Indol B
+ O
NH2
NH2 Anilina
O 3-Pentanona
Una vez realizada la desconexión, se establece claramente que desde el compuesto carbonilo propuesto (2-pentanona), sólo se puede preparar el Indol A porque si sintetizamos el Indol B obtenemos otro indol diferente.
Síntesis Indol A
+
H
+ NHNH2
N
O
Fenilhidrazina
N
2-Pentanona
H Fenilhidrazona
3
Tautomerismo
3 2 N 1
2
3, 3
NH
Desplazamiento sigmatrópico
1
H Enamina más sustituida
H
NH NH
NH NH2
N H
H +
H
N H
NH3
N H Indol A
NH2
BIBLIOGRAFÍA:
(En línea) http://www.quimicaorganica.org/sintesis-organica/633-sintesis-deindoles.html Allinger, Química Orgánica, (1984), España, 2°edición, Ed. Reverte, pág: 277-278 SILVERSTEIN, R. M., BASSLER, G. C. y MORRILL, T. C. Identificación espectrométrica de Compuestos Orgánicos. Primera Edición (en español). Editorial Diana, 1980. www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Ficheros /901a1000/nspn0938.pdf
