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20926161 5-formacion-de-piridinas-1 20926161 5-formacion-de-piridinas-1 Document Transcript

  • “FORMACIÓN DE PIRIDINAS (obtención de 2,6-Dimetil-3,5-dicarbetoxi-1,4-dihidropiridina)” MANCILLA, C.G. E.; ALBARRÁN, A. D.; PERALTA, C. C. A. y PADILLA, M. B. S. Q.F.B.; VI Semestre: Universidad del Valle de México, Campus Chapultepec Laboratorio de Química Orgánica IV (Av. Constituyentes No. 151 Col. San Miguel Chapultepec. C.P. 11850 México, DF.) Resumen……………………………………………………………………………………1 Introducción………………………………………………………………………………...1 Objetivos…………………………………………………………………………………….7 PRÁCTICA # 1 Material……………………………………………………………………………………...7 Reactivos……………………………………………………………………………………7 “SÍNTESIS DE OXIRANO” Procedimiento………………………………………………………………………………9  Diagramas de flujo………………………………………………………………..9 Resultados………………………………………………………………………………….10 Discusión de resultados…………………………………………………………………..11 Cuestionario………………………………………………………………………………..12 Conclusiones……………………………………………………………………………….12 Referencias…………………………………………………………………………………12RESUMEN p-π se encuentran disponibles para formar un orbital molecular deslocalizado y estable.En esta práctica se puede obtener información sobre laobtención de piridinas, en especial del método de Síntesis de Hantzsh para obtener piridinas conHantsch, el cual se ejemplifica con una reacción en la cual compuestos 1,3 dicarbonílico (β -cetoester)se utiliza acetoacetato de etilo e hidróxido de amonio, quees el reactivo el cual aporta el Nitrógeno para la formación La piridina y muchos de sus derivados se pueden obtenerde la piridina para obtener la 2,6-Dimetil-3,5-dicarbetoxi- a partir del alquitran de hulla. Esto es muy conveniente1,4-dihidropiridina, el cuál es un sólido amarillo con punto por que en la actualidad no existe una síntesis práctica ade fusión de 130ºC. gran escala para la obtención de piridina. Aunque se conocen diversos métodos de síntesis para obtenerINTRODUCCIÓN derivados de la piridina, muchas de las piridinas se obtienen con mayor facilidad mediante sustitución directaLa piridina es el sistema heterociclico que se parece más de otras más sencillas; no obstante, muchos de estosal benceno, es muy resistente a la oxidación y se emplea métodos tienen interés sintético más general.con frecuencia como disolvente a la oxidación y seemplea con frecuencia como disolvente junto con agentesoxidantes como el trióxido de cromo para efectuar laoxidación de moléculas organicas. La conjugación cíclicase deduce por su energia de estabilización de 21kilocalorias por mol, y por las longitudes del enlace C-C yC-N que son intermedias entre las observadas paradobles enlaces y enlaces sencillos autenticos. Estasdimensiones moleculares denotan que los 5 átomos decarbono y el átomo de nitrogeno se encuentran situadosen un plano hexagonal en el cual todos los átomos tienenhibridación trigonal (sp2), de manera que los 6 electrones 1
  • Tal vez la única excepción sea la síntesis de Hantzsch, lacual con sus diversas ramificaciones constituye un métodode reacción de validez general. En su versión original, lasíntesis de Hantzsch se efectúa mediante condensaciónde un β -ceto éster, un aldehido y amoniaco para dar unadihidropiridina que se oxida a continuación para obtener lapiridina correspondiente. La condensación inicial, que En la siguiente ecuación se muestra otra ruta posible.permite obtener la dihidropiridina, procede medianteformación inicial que permite obtener la dihidropiridina,procede mediante formación inicial de un componentecarbonilico β -amino-α , β -insaturado y un compuesto 1,3dicarbonilico de alquilidino o arilideno; la formación deestos compuestos es seguida de una adición de Michael,en el cual participa un carbono β de la enamina rico enelectrones como nucleofilo; la reacción se completa.Aunque las estructuras del tipo no han sido aisladas en La desaquilación o pérdida de del protón dependerá de ladichos procesos, se sabe que interactúan para dar lugar a estabilidad del ión carbonilo incipiente y el tamaño1,4 dihidropiridina1 esférico de los grupos en las posiciones 3,4 y 5.3Otra variante de la síntesis de Hantzsch es la Oxidantes usados para la aromatización de la 1,4-condensación de 2 moles de aldehido con 1 mol de β - dihidropiridina: O2, NaNO2/AcOH, NaNO2/HCl, HNO3,ceto éster en presencia de amoniaco. Los rendimientos Fe(NO3)3, KMnO4, DDQ, etc..son de 20 –30 %, pero la reacción se usa mucho.2Oxidación de dihidropiridina al tratarse con un agenteoxidante para formar piridinaEl mecanismo de oxidación de las dihidropiridinas ha sidoaclarado en parte recientemente. Se ha observado quecuando la dihidropiridina tiene una posición 4 unsustituyente donador de electrones de capacidadmoderada o fuerte, dicho grupo es eliminado en el cursode la oxidación.Estos resultados parecen estar de acuerdo con unmecanismo en el cual se expulsa este sustituyente comouna especie con carga positiva. 1 Fundamentos de Química Heterocíclica, Leo A. Paquete. 1ª edición. México D.F. (2004) p.p. 228- 230 2 3 Química Heterocíclica. R.M. Acheson. 1a edición . Fundamentos de Química Heterocíclica, Leo A. México D.F (1981) p.p. 288-291. Paquete. 1ª edición. México D.F. (2004) p.p. 230- 231 2
  •  Efectuar la síntesis de Hantzsch con la condensación de compuestos 1,3-dicarbonílicos y derivados de amoniaco en presencia de un aldehído  Obtener una 1,4-dihidropiridina utilizando esta síntesis  Revisar la importancia bioquímica y farmacéutica de las piridinas MATERIAL  2 Pipeta de 5 mL graduada  1 Agitador de vidrio  2 Matraz erlenmeyer de 125 mL  1 Büchner con alargadera  1 Matraz erlenmeyer de 50 mL  1 Recipiente de aluminio (baño María)  1 Probeta de 25 mL  1 Espátula  3 Vaso de precipitados de 100 mL  1 Termómetro de 10 a 400°C  1 Vidrio de reloj  1 Embudo büchner  1 Kitasato 250 mL con manguera  2 Pinzas de tres dedos con nuez  Papel filtro  Quickfit  pizeta EQUIPO  Parrilla de calentamiento  Fisher REACTIVOS ACETOATO DE ETILO (Acetoacetato de etilo; Ester diabético: C6H10O3/CH3COCH2COOC2H5) Masa molecular: 130.14 ESTADO FISICO; ASPECTO: Líquido incoloro, de olor característico. PELIGROS FISICOS: El vapor es más denso que el aire. PELIGROS QUIMICOS: Reacciona con oxidantes fuertes EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION: La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio.Importancia bioquímica y farmacéutica de las piridinas PROPIEDADES FÍSICAS: Punto de ebullición: 180.8°C; Punto de fusión: -45°C; Densidad relativa (agua = 1):Los compuestos que contiene un anillo piridínico se 1.021; Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 2.86; Presiónencuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. de vapor, kPa a 20°C: 0.1Algunos de ellos, como la vitamina B6 y los fosfatos del CLORURO DE HIDROGENO (Acido clorhídrico, anhidro;dinucleótido nicotinamida-adenina son los de mayor Cloruro de hidrógeno, anhidro: HCl)importancia bioquímica. El anillo de la piridina es la base Masa molecular: 36.5 ESTADO FISICO; ASPECTO: Gasde muchos fármacos, colorantes y alcaloides. El núcleo de licuado comprimido incoloro, de olor acre.la piridina se encuentra en diversos alcaloides como los PELIGROS FISICOS: El gas es más denso que el aire.de la granada, lobelina,, cicuta, areca y tabaco. Dos PELIGROS QUIMICOS: La disolución en agua es unvitaminas del complejo B, el ácido nicotínico y la piridoxina ácido fuerte, reacciona violentamente con bases y esson derivados piridínicos de gran importancia fisiológica y corrosiva. Reacciona violentamente con oxidantescomercial formado gas tóxico de cloro. En contacto con el aire desprende humos corrosivos de cloruro de hidrógeno.OBJETIVOS Ataca a muchos metales formando hidrógeno. 3
  • VIAS DE EXPOSICION: La sustancia se puede absorber RIESGO DE INHALACIONPor evaporación de estapor inhalación. sustancia a 20°C se puede alcanzar muy rápidamente unaRIESGO DE INHALACION: Al producirse una pérdida de concentración nociva en el aire.gas se alcanza muy rápidamente una concentración TOXICOLOGÍA: La sustancia es corrosiva para los ojos, lanociva de éste en el aire. piel y el tracto respiratorio. Corrosiva por ingestión. LaTOXICIDAD: Corrosivo. La sustancia es corrosiva de los inhalación de altas concentraciones del vapor puedeojos, la piel y el tracto respiratorio. La inhalación de altas originar edema laringeal, inflamación del tracto respiratorioconcentraciones del gas puede originar edema pulmonar y neumonia. Los efectos pueden aparecer de forma no(véanse Notas). Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata.inmediata. La sustancia puede afectar el pulmón, dando PROPIEDADES FÍSICAS: Punto de ebullición: (25%)lugar a bronquitis crónica. La sustancia puede causar 38°C; Punto de fusión: (25%) -58°C; Densidad relativaerosiones dentales. (agua = 1): (25%) 0.9; Solubilidad en agua: MisciblePROPIEDADES FÍSICAS: Punto de ebullición a 101.3 FORMALDEHIDO (Metanal; Metil aldehído; Oximetileno:kPa: -85°C; Punto de fusión: -114°C; Solubilidad en agua, H2CO) Masa molecular: 30.0g/100 ml a 20°C: 72; Solubilidad en agua: Elevada; Propiedades toxicológicas: INHALACION: Sensación deDensidad relativa de vapor (aire = 1): 1.3; Coeficiente de quemazón. Tos. Dolor de cabeza. Náuseas. Jadeo.reparto octanol/agua como log Pow: 0.25 OJOS Enrojecimiento. Dolor. Visión borrosa.ETANOL (anhidro) (Alcohol etílico: CH3CH2OH/C2H5OH Propiedades físicas: Punto de ebullición: -20°C; Punto deMasa molecular: 46.1 fusión: -92°C; Densidad relativa (agua = 1): 0.8ESTADO FISICO; ASPECTO: Líquido incoloro, de olor Solubilidad en agua: muy elevada; Densidad relativa decaracterístico. vapor (aire = 1): 1.08; Punto de inflamación: gasPELIGROS FISICOS: El vapor se mezcla bien con el aire, inflamable; Temperatura de autoignición: 430°C; Límitesformándose fácilmente mezclas explosivas. de explosividad, % en volumen en el aire: 7-73PELIGROS QUIMICOS: Reacciona lentamente con Propiedades químicas: La sustancia polimeriza debido alhipoclorito cálcico, óxido de plata y amoníaco, originando calentamiento suave. Reacciona con oxidantes.peligro de incendio y explosión. Reacciona violentamentecon oxidantes fuertes tales como, ácido nítrico o PROCEDIMIENTOperclorato magnésico, originando peligro de incendio yexplosión. En un matraz Erlenmeyer de 50 ml coloque 10ml deVIAS DE EXPOSICION: La sustancia se puede absorber acetoacetato de etilo, 2.8ml de formaldehído al 35%,por inhalación del vapor y por ingestión. 12.4ml de hidróxido de amonio y 3.8ml de etanol. ColoqueTOXICIDAD: Por evaporación de esta sustancia a 20°C se la mezcla de reacción en un baño María y caliente durantepuede alcanzar bastante lentamente una concentración 35 minutos a 92°C agitando la mezcla de reacciónnociva en el aire. La sustancia irrita los ojos. La inhalación cuidadosamente. Retire la mezcla de reacción del bañode altas concentraciones del vapor puede originar María y siga agitando hasta que la temperatura baje.irritación de los ojos y del tracto respiratorio. La sustancia Enfriar a baño de hielo para que el producto solidifique.puede causar efectos en el sistema nervioso central. El Filtre y lave el producto obtenido con tres porciones de 15líquido desengrasa la piel. La sustancia puede afecta al mL cada una de etanol helado, agitando.tracto respiratorio superior y al sistema nervioso central, Recristalice el producto crudo por método de par dedando lugar a irritación, dolor de cabeza, fatiga y falta de disolventes, utilizando metanol o etanol/agua, séquelo,concentración. La ingesta crónica de etanol puede causar determine punto de fusión (130-132°C) y rendimiento.cirrosis hepática.PROPIEDADES FÍSICAS: Punto de ebullición: 79°C; Diagrama de flujoPunto de fusión: -117°C; Densidad relativa (agua = 1): 0.8;Solubilidad en agua: Miscible; Presión de vapor, kPa a20°C: 5.8; Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.6;Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire =1): 1.03; Punto de inflamación: 13°C (c.c.); Temperaturade autoignición: 363°C; Límites de explosividad, % envolumen en el aire: 3.3-19; Coeficiente de repartooctanol/agua como log Pow: -0.32HIDRÓXIDO DE AMONIO NH4OHMasa molecular: 35.1ESTADO FISICO; ASPECTO: Disolución incolora, muyvolátil, de olor acre.PELIGROS QUIMICOS Reacciona con muchos metales ysus sales dando lugar a la formación de compuestosexplosivos. Ataca a muchos metales formando gasinflamable de hidrógeno. La disolución en agua es unabase fuerte y reacciona violentamente con ácidos.VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorberpor inhalación del vapor o aerosol y por ingestión. 4
  • RESULTADOSReacción: O O O O O O H H H H EtO EtO OEt EtO OEtEtO + + -H2O -2H2O N O O O + NH3 O O HMecanismo:NH4+ OH- NH3 + H2O1º O O O HEtO EtO EtO H H NH3 N N H H O O OH O O OH H EtO EtO H2 O + H H H N N H H2º Tautomería ceto-enólica: O O O O H H H EtO H H EtO EtO H O O OH H O H O O H N H H EtO H O EtO OH H O O3º Tautomería Imina-enamina; formación del producto 5
  • O O O O H OEt EtO OEt EtO O + H Imina H Enamina O H2N O N + H2 O H H O O O O O O EtO OEt EtO OEt EtO OEt N N O H O N O H H H H H H H H O O O O EtO OEt EtO OEt H N N H + H2O 2,6-Dimethyl-1,4-dihydro-pyridine-3,5-dicarboxylic acid diethyl ester H C13H19NO4 Exact Mass: 253.13 Mol. Wt.: 253.29 m/e: 253.13 (100.0%), 254.13 (14.8%), 255.14 (1.8%) C, 61.64; H, 7.56; N, 5.53; O, 25.27Cálculos: 10 .21 gn acetoaceta todeetilo = (10 ml )(1.021 g / ml ) = = 7.8454 ×10 −2 mol 130 .14 g / mol 2.24 gn formaldehi do = ( 2.8ml )( 0.8 g / ml ) = = 7.4667 ×10 −2 mol → Re activoLimi tan te 30 g / mol 11 .16 gn hidróxidod eamonio = (12 .4 ml )( 0.9 g / ml ) = = 3.1795 ×10 −1 mol 35 .1g / mol 1.5074 gn producto = = 5.9536 ×10 −3 mol 253 .19 g / mol  5.9536 ×10 −3 mol %R =   7.4667 ×10 −2 mol (100 ) = 79 .74 %    Punto de fusión: 130ºC 6
  • DISCUSIÓN DE RESULTADOS sistema resultante es un éster 3,5-piridindicarboxílico. La hidrólisis seguida de pirólisis de la sal de calcio del ácido En esta práctica se realizó la formación de la 2,6- provoca la descarboxilación dando como resultado la Dimetil-3,5-dicarbetoxi-1,4-dihidropiridina a partir de 2 piridina. moles de acetoacetato de etilo y de formaldehído en el d) justifique por que se adicionan los reactivos en el orden cual el formaldehído se comporto como reactivo señalado? Primeramente ocurre Enolización del carbono limitante. a, del acetoacetato de etilo, y condensación con el aldehído, con posterior deshidratación para la formación La técnica utilizada fue la de Hantzsch la cual se del sistema a,b-insaturado. efectuó mediante condensación de un β -ceto éster Posteriormente ocurre un Ataque nucleofílico del (acetoacetato de etilo), un aldehido (formaldehído) y amoniaco, al carbonilo del grupo ceto, con formación de amoniaco (a partir de hidróxido de amonio) para dar una un b-hidroxi-éster, quien se deshidrata para dar la dihidropiridina que se oxido para obtener la piridina formación del sistema a,b-insaturado. correspondiente mediante formación inicial de un En seguida ocurre una adición de Michael vía enamina, componente carbonilico β -amino-α , β -insaturado y un para dar el producto de adición 1,4 sobre el producto de compuesto 1,3 dicarbonilico de alquilidino; la formación condensación de Knoevenagel, con posterior de estos compuestos es seguida de una adición de desplazamiento de un protón para dar como producto final Michael, en el cual participa un carbono β de la una cetoenamina. enamina rico en electrones como nucleofilo; la reacción Después se produce una ciclación intramolecular inducida se completa e interactúan para dar lugar a 1,4 por el par de electrones de la enamina, con posterior dihidropiridina. tautomerización hacia el sistema 1.4-dihidro que es La reacción nos dio un rendimiento del 79.74% y mucho más estable. nos dio un punto de fusión de 130ºC, el cual entra dentro de los parámetros del compuesto que va de 130-132ºC, CONCLUSIONES según la técnica ya que se busco el compuesto en el Index Merck y en Internet y no se encontro. El peso La piridina tiene características muy similares al benceno, molecular se obtuvo del Chem Dra. Al realizar el como son la forma cíclica, los 6 electrones girando en los mecanismo en el programa. enlaces conjugados, y así muchas mas, al presentar todas estas características también se concluye que existenCUESTIONARIO diversas reacciones para sintetizarla, en esta ocasión se llevo a cabo la mas común y general que fue la síntesis dea) ¿Qué convenientes e inconvenientes tiene el uso del Hantzsch, que consiste en la condensación de un β ceto-aldehído e hidróxido de amonio en lugar de acetaldehído éster, un aldehido y amoniaco para dar unade amonio? Si se ocupa el acetaldehido de amonio dihidropiridina, que en este caso se obtuvo 3,5-provocaríamos que la reacción no reaccionaria dicarbetoxi-2,6-dimetil-1,4-dihidropiridina.adecuadamente, y por lo consiguiente no se llevaria acabo la síntesis de Hantzsch El procedimiento realizado se modifico del original parab) ¿Qué producto obtendría al tratar la dihidropiridina poder obtener un porcentaje mayor de rendimiento.sintetizada con hidróxido de potasio, con ácido nítrico ycon calentamiento? Se oxidaría la dihidropiridina, es decir El calentamiento del reflujo realizado con la mezclase aromatizaría y dará como producto la piridina. produce la reacción no se necesito de algún otro reactivoc) Si se deseara pasar la 1,4-dihidropiridina a una piridina, después de esta reacción ya que con el filtrado a vació y¿qué proceso se utilizaría? Se debería hacer una recristalización con etanol se obtuvo puro el producto.oxidación y descarboxilación al producto. Para oxidarlo seadiciona ácido nítrico para dar el sistema aromático. El 7
  • REFERENCIAS℘ Fundamentos de Química Heterocíclica, Leo A. Paquete. 1ª edición. México D.F. (2004) p.p. 228- 230℘ Química Heterocíclica. R.M. Acheson. 1a edición . México D.F (1981) p.p. 288-291.℘ Fundamentos de Química Heterocíclica, Leo A. Paquete. 1ª edición. México D.F. (2004) p.p. 230- 231℘ www.mtas.es 8