Reporte Estancias Cortas 2013-2
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOFACULTAD DE QUÍMICA
Adriana Pamela Sánchez Nery
_________________________
Carrera: QUÍMICA4º semestre
[email protected] 6158
Cel. (044) 55 3224 0377
“Síntesis de compuestos orgánicos heterocíclicos dentro del marco de la
Química Verde.”
Síntesis de 7-hidroxi-4-metilcumarina
____________________________Q. Guillermina Salazar Vela.
FOLIO: 259
“Síntesis de compuestos orgánicos heterocíclicos dentro del
marco de la Química Verde.”
Síntesis de 7-hidroxi-4-metilcumarina
Resumen.
En el presente informe se muestra el proceso de síntesis de 7-hidroxi-4-
metilcumarina dentro del marco de la Química Verde en el cual se reduce el uso
de materias primas y el uso de energía utilizando distintos métodos de
calentamiento para obtener este compuesto con rendimientos óptimos; se
exponen algunas de las propiedades de las cumarinas, su interés biológico y su
uso.
Opinión
QUÍMICA, 4º Semestre. En esta estancia se tiene un acercamiento a lo que
es la investigación científica de una manera más profunda ya que son utilizadas
nuevas técnicas donde se toma en cuenta un tema en el que se tiene interés de
mejorar personalmente y de hacer una nueva aportación. Considero que la
química verde es un ámbito que se debe tener cada vez más presente y con esta
estancia se empieza a tener una mayor conciencia de cómo proteger el medio
ambiente en el trayecto de nuestra preparación profesional para aplicarlo en el
futuro.
FOLIO: 259
Introducción
La benzo-2-pirona, comúnmente llamada cumarina es un compuesto
heterocíclico constituido por un anillo bencénico unido a un anillo lactónico de seis
miembros. Su nombre deriva de la palabra “cumarú” vocablo de la lengua Tupi
hablada por nativos de la Guinea francesa, se refiera a la semilla de un árbol el
cual contiene este tipo de compuestos como principal constituyente, igualmente se
puede encontrar en el trébol blanco. Las cumarinas tienen actividades biológicas
las cuales son utilizadas en la industria alimentaria, agronómica y farmacéutica,
entre otras.
A través de los tratamientos y reacciones adecuadas las cumarinas pueden
unirse a otros heterociclos o/e insertar nuevos sustituyentes para formar diversos
compuestos los cuales tienen distintas aplicaciones. La actividad biológica de la
cumarina propicia una extensa variedad de síntesis para obtener derivados de
éste.
Las propiedades farmacológicas y biológicas que están presentes en las
cumarinas se encuentra la capacidad de funcionar como anticoagulantes,
antimicrobianos, antiparasitarios e inhibidores selectivos de la enzima
monoaminoxidasa (responsable de oxidar aminas como la noradrenalina, la
adrenalina, etc.). Algunos de sus derivados presentan actividad antihipertensiva y
otros más se utilizan en el tratamiento del cáncer o como inhibidores del Virus de
la Inmunodeficiencia Humana.
La cumarina puede sintetizarse a partir del salicilaldehído por una reacción
de Perkin o de Knovenagel. El otro producto obtenido es el ácido o-acetilcumárico.
A continuación se reporta la síntesis de 7-hidroxi-4-metilcumarina por medio
de la reacción de Pechmann-Duisberg la cual permite la síntesis de cumarinas por
reacción de fenoles con β-ceto ésteres. Debido a la simplicidad de los reactivos,
esta reacción ha sido la más usada para la preparación de cumarinas.
La reacción tiene lugar en presencia de un ácido de Brønsted fuerte tal
como el ácido sulfúrico o clorhídrico. El acido cataliza la transesterificación y la
tautomería ceto-enol. La posterior aromatización y la eliminación de agua conduce
a la formación del esqueleto de la cumarina.
La introducción de la química verde en esta síntesis consiste en un esfuerzo
para reducir al mínimo o eliminar por completo la posible contaminación creada
por residuos. Se previene la producción de desechos diseñando una síntesis con
reactivos y productos químicos más seguros y en este caso se utilizan
catalizadores en lugar de reactivos estequiométricos para reducir el posible
desperdicio. Se emplean distintas condiciones de temperatura para disminuir la
energía aplicada para obtener rendimientos óptimos.
El compuesto se caracterizó por cromatografía en contraste con el
compuesto puro, y por Infrarrojo (IR).
Reacción
Justificación
Se eligió este proyecto para lograr la optimización en la síntesis del
compuesto heterocíclico 7-hidroxi-4-metilcumarina dentro del marco de la química
verde para disminuir el uso de reactivos y la reducción de energía utilizada. Este
compuesto es muy utilizado en la industria por sus propiedades farmacéuticas y
biológicas, la síntesis se realiza en condiciones óptimas para obtener un buen
rendimiento.
Objetivos
Llevar a cabo la reacción de Pechmann-Duisberg en presencia de un
catalizador ácido para la obtención de 7-hidroxi-4-metilcumarina.
Disminuir la posible contaminación generada por reactivos y productos.
Llevar a cabo distintos métodos de síntesis para utilizar diferentes formas
de calentamiento en base en el rendimiento
Hipótesis
Se optimizará el rendimiento de la síntesis tras la prueba de diferentes
métodos de calentamiento en la obtención del compuesto con producción de la
menor cantidad de desechos que generan contaminación.
Metodología
Se utilizaron tres formas distintas de calentamiento: el método convencional
mediante calentamiento a baño maría, síntesis por calentamiento con energía de
microondas, síntesis a temperatura ambiente.
Método convencional
En un matraz de bola de 25mL coloque 0.825g de resorcinol y 1.0mL de
acetoacetato de etilo, enseguida adicione 2mL de HCl concentrado con agitación.
Se calienta la mezcla de reacción a 30ºC a baño maría durante 20 minutos con
agitación constante. Se obtiene el producto crudo dejando caer en chorro fino
sobre 25mL de agua helada sin dejar de agitar. Separe el sólido formado por
filtración al vacío y lave con 12.5mL de agua. Recristalice el producto crudo por
par de disolventes (etanol- agua).
Síntesis por microondas.
Se prepara la mezcla de reacción en las mismas proporciones que el
método anterior en un matraz de bola de 25mL, se coloca un tapón de papel filtro
en la boca del matraz permitiendo la movilidad del tapón. El matraz de bola se
coloca dentro de un vaso de precipitados de 100mL y se introduce en el
microondas calentando por 15 segundos con una potencia de aproximadamente
625 Watts. Se recristaliza el producto crudo igualmente que en el método
convencional.
Síntesis a temperatura ambiente
Se prepara la mezcla de reacción con las mismas proporciones que en el
método convencional en un vial de 5mL con tapón, dejando la reacción por 24
horas. Al término del tiempo de reacción se filtra y se recristaliza el producto crudo
igualmente que en el método convencional.
**A todos los productos puros se le determina rendimiento, punto de fusión(185º-
186ºC) y se verificó la pureza mediante una cromatografía en capa fina (Eluyente:
Acetato de Etilo).
Resultados
Método de
Síntesis
Tiempo
de
reacción
Punto
de
Fusión
(ºC)
Rendimiento
(%)
Observaciones
en
cromatoplaca
Observaciones
Convencional 20 min 185 67-70 El producto es
puro
Rf:
Producto crudo
tiene una
consistencia
viscosa color
café.
Microondas Dos
pulsos de
15
segundos
185 63 El producto es
puro
Rf:
El producto
recristalizado
mantiene una
coloración.
Temperatura
ambiente
24 Horas 185 72 El producto es
puro
Rf:
El producto
crudo tiene una
apariencia muy
similar al
producto
esperado
Tabla 1. Resultados óptimos de todos los métodos de síntesis.
Se realizaron varias síntesis por microondas de 7-hidroxi-4-metilcumarina variando
en potencia y tiempo para obtener el optimo rendimiento.
No.
Experiencia
Potencia
utilizada
(watts)
Número
de
pulsos
Tiempo de
cada pulso
(segundos)
Rendimiento
(%)
Observaciones
1 375 3 10 36 Después del
tiempo de
reacción
mantiene el
color de la
mezcla de
reacción
2 625 1 15 51 En el producto
puro hay
coloración
rosa.
3 625 2 15 63 En el producto
recristalizado
hay coloración
rosa/café.
4 625 3 15 49 Se pueden
observar
impurezas en
el producto
recristalizado.
Promedio:
50%
Tabla 2 Resultados sobre la síntesis en microondas.
Análisis de resultados
En las distintas experiencias hubieron variaciones tras la obtención del
producto crudo. En el método convencional y en el método de microondas se
obtiene un producto crudo totalmente distinto al producto puro mientras que a
temperatura ambiente se obtiene un producto crudo muy parecido al producto puro
esperado.
Por el método de microondas se tiene obtiene una coloración rosada, que
es el color de uno de los reactivos, el resorcinol, este compuesto es el reactivo
limitante en la reacción y la coloración de este nos indica que no reaccionó
completamente y por esto se obtiene un rendimiento más bajo en contraste con
los otros métodos utilizados.
En los tres métodos se obtiene el mismo punto de fusión y se verificó la
pureza de los productos por medio de una cromatografía en capa fina en donde
no se observó ninguna impureza.
En la síntesis por microondas la mezcla de reacción se sometía a una
temperatura más alta; se realizaron varias síntesis para cambiar la potencia y el
tiempo en realizar la reacción y al obtener resultados muy parecidos se determina
que este método no es el óptimo para llevar a cabo esta reacción por el bajo
rendimiento obtenido.
En el método convencional y en la síntesis a temperatura ambiente se
obtienen rendimientos muy similares por lo que se realiza una comparación para
elegir el método mas efectivo para la obtención de 7-hidroxi-4-metilcumarina. El
tiempo de reacción en la síntesis a temperatura ambiente es mayor a la síntesis
por el método de calentamiento convencional pero ya que se obtiene un producto
con una apariencia muy parecida al producto final esperado, la reacción se lleva a
cabo en una mejor manera.
El uso de energía en todas las experiencias es poca pero hay variaciones
en el calor que se aplica en ellas que se pueden reflejar en el rendimiento.
En la síntesis con calentamiento de microondas la reacción se elevaba a una
temperatura muy alta donde esta hervía y la obtención del producto era muy
rápido por el cambio brusco en la temperatura de la mezcla de reacción. Se puede
ver que en microondas se tiene el menor rendimiento en contraste con las dos
formas de calentamiento.
En calentamiento a baño maría se somete la mezcla de reacción a 30ºC lo que la
mantiene a una temperatura muy cercana a la temperatura ambiente de la Ciudad
de México. Al realizar la síntesis a temperatura ambiente se obtiene rendimiento
alto y muy parecido al obtenido por calentamiento a baño maría.
El uso de agua es utilizado solamente para calentar a baño maría por esto es
mejor para el ambiente dejar la reacción a temperatura ambiente.
Otro factor que permite seleccionar el método de síntesis a temperatura ambiente
es el hecho de que se obtiene un producto crudo muy parecido al producto puro
esperado y esto se debe a que se lleva la reacción con el tiempo necesario ya que
al parecer se ve afectado el rendimiento al aplicarse calor en la mezcla de
reacción que se ve reflejado en el rendimiento de el método por el calentamiento
en microondas.
Se realizó al producto IR donde se observa, por el espectro, la presencia de los
grupos presentes en el 7-hidroxi-4-metilcumarina, lo que confirma el producto
esperado de la reacción.
Conclusiones
Actualmente, el medio ambiente es una prioridad que debemos cuidar.
Existen diversas formas de síntesis de distintos compuestos, en los que son
utilizados métodos que usan distintas cantidades de energía y solventes, que son
de gran utilidad para el ser humano en todos los ámbitos como el 7-hidroxi-4-
metilcumarina, el cual es utilizado ampliamente por sus propiedades
farmacológicas y biológicas.
Los métodos de calentamiento utilizados en la presente práctica varían en
rendimiento, tiempo de reacción y apariencia; al tomar en cuenta el ambiente y el
óptimo rendimiento de la reacción, la mejor forma de obtener 7-hidroxi-4-
metilcumarina es por el método a temperatura ambiente ya que es totalmente
amigable con el medio ambiente y se obtiene un producto crudo muy parecido al
producto esperado se asegura obtener un compuesto puro tras la recristalización.
Se optimizó el rendimiento de la síntesis tras la prueba con diferentes métodos de
calentamiento con la intención de obtener 7-hidroxi-4-metilcumarina.
Referencias bibliográficas
MARCANO, D.;HASEGAWA, M. Fitoquímica Orgánica. Editorial Torino,
Universidad Central de Venezuela; 2° edición; Venezuela; 2002; p.p. 217-
247.
LÜLLMAN; MOHT; HEIN . Farmacología Texto y Atlas. Editorial Médica
Panamericana; 6° edición; España; 2010; p.p.144-146.
ANAYA, A.L.; ESPINOZA-GARCÑIA,F; CRUZ-ORTEGA,R. Reacciones
químicas entre organismos. Aspectos Básicos y Perspectivas de su
Aplicación. Editorial Plaza y Valdés, UNAM; 1° edición; México; 2001;
p.p.54-58.
CRECENTE CAMPO,J. Síntesis orgánica asistida por microondas.
Obtención de Enol Carbamatos, Tetrahidroisoquinolinas, Benzoazepinas,
Tiazolinas, Sulfuros de Fosfoles, Isoflavinas, Arilcumarinas,
Cumarincumarinas y Núcles de Dendrímeros. Aplicaciones. Universidad de
Santiago de Compostela; España; p.p. 201-202.
ARANGO ACOSTA, Gabriel Jaime. Introducción al Metabolismo
Secundario. Compuestos derivados del Ácido Shikimico. Unversidad de
Antioquia. Medellín, mayo de 2010. [En Línea]
http://farmacia.udea.edu.co/~ff/shikimico.pdf; p.p. 34-42. Fecha de
Consulta: Junio 2013.