Practicas 1628 (2019-2) PDF

 

QUÍMICA ORGÁNICA III (1628) 

FACULTAD DE QUÍMICA. UNAM 

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA 

DEPARTAMENTO DE

QUÍMICA ORGÁNICA MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO 1628

REACCIÓN DE MAILLARD 

Coordinadoras: Dra. MARTHA MENES ARZATE Dra. CRISTINA DEL CARMEN JIMENÉZ CURIEL 1 

 

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Los procedimientos experimentales han sido modificados en base al manual elaborado por el Dr. Fernando León Cedeño, en el que se han introducido diversos procedimientos de Química Verde, los cuales fueron previamente probados por las coordinadoras de este Laboratorio Dra. Martha Menes Arzate y Dra. Cristina del Carmen Jiménez Curiel, con las aportaciones de los profesores del Laboratorio: Q. Guillermina Salazar Vela. M. en C. Blas Flores Pérez Dr. Ramón Marcos Soto Hernández.

Los diagramas de flujo de tratamiento de residuos y desechos, fueron capturados de los proporcionados y elaborados por la Dra. Irma Cruz Gavilán García y la M. en C. Gema Susana Cano Díaz.

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Cuando se elaboran alimentos es común emplear procesos térmicos como la cocción, el tostado, el freído, la esterilización buscando que permitan mediante reacciones químicas como la reacción de Maillard, la caramelización y la oxidación de lípidos, obtener productos que presenten una alta calidad, una vida útil prolongada y que sean seguros para el consumo. Así como modificar las propiedades sensoriales de los alimentos mejorando el sabor, el color y el aroma de los mismos. m ismos. La reacción de Maillard puede producir efectos tanto favorables en el pan, cereales, galletas, cerveza, café y chocolate, como desfavorables en la leche, los jugos de frutas, los  jarabes, el el huevo y la carne. La reacción de Ma Maillard. illard.

Louis Camille Maillard durante el trabajo experimental de su segundo Doctorado, observó que al calentar diferentes aminoácidos con glicerol se formaban péptidos.  Posteriormente, en 1912 remplazó el glicerol por la glucosa, y en lugar de obtener péptidos, la mezcla de reacción se tornó café después de un periodo corto de calentamiento formándose dióxido de carbono.2  La reacción de Maillard, también conocida como glicación no enzimática de proteínas se lleva a cabo entre un azúcar reductor (m (monosac onosacárido, árido, disacárido o polisacárido/cetosa o aldosa) y un grupo amino libre, proveniente de un aminoácido, péptido o una proteína. La reacción de Maillard es responsable de la apariencia y el sabor de los alimentos. Se vincula con el aroma, el color y el sabor del tostado de café y cacao en grano. El asado de la carne, el horneado de los pasteles, el pan y las galletas. 3  La reacción de Maillard implica en tres etapas distintas:4  1. La condensación entre un grupo carbonilo y un grupo amino eliminación de dos moléculas de agua y producción de N-glicosilaminas inestables que experimentan transposición de Amadori y forman cetosaminas. 2. Las cetosaminas pueden reaccionar en tres formas: (1) deshidratación de dos moléculas de agua para producir reductonas (caramelo y un poderoso antioxidante) (2) fisión hidrolítica de una cadena corta lo que produce diacetil diacetilo, o, acetona, piruvato entre otros, que sufrirán además la degradación de Strecker con aminoácidos para formar aldehídos de la base de Schiff de tres moléculas de aguas en las que los (3) deshidratación productos reaccionan con grupos amino. 3. Los compuestos producidos en la segunda etapa pueden reaccionar entr entre e sí y con grupos amino para dar lugar a las melanoidinas y a compuestos avanzados de la reacción de Maillard. En los alimentos la reacción de Maillard depende de varios factores como: el tipo de azúcar, el tipo de residuo de aminoácido, la temperatura, el pH, la presencia de agua de soluciones reguladoras y la presencia de oxígeno, así como de la naturaleza del alimento.5  Uno de los primeros hallazgos claves fue en la década de 1920 cuando Amadori identificó N-glicósidos los comoAmadori" productosa lábiles de las productos bases de Schiff, posteriormente el término "productos los primeros estables de la reacciónles deasignó

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Maillard. Años más tarde, Heyns identificó el análogo del producto Amadori como "producto Heyns" de cetosis. BIBLIOGRAFÍA. 1. Maillard, L.C.; C. R. Hebd. Seances Acad. Sci.  1911, 153, 1078 – 1080.  2. Maillard, L.C.; C. R. Hebd. Seances Acad. Sci.  1912, 154, 66 – 68.  3. Lee, Y Y.Y.; .Y.; Tang, T.K.; Phuah, E.T.; Alitheen, N.B.; Tan, C.P.; Lai, O.M. J Sci Food  Agric. 2017, 97, 1379 – 1385. 4. Hodge, J.E. J Agric Food Chem 1911, 1, 928 –943. Hemmler, D.; Roullier-Gall, C.; Marshall,, J.W Marshall J.W.; .; Rychlik, M.; Taylor , A.J .; Schmitt-Kopplin, P. Scientific Reports. 2017, 7, 3227.  5. Newton, A.E.; Fairbanks Fairbanks,, A. J.; Golding, M.; Andrewes, P.; Gerrard, J. A. Food Funct., 2012, 3, 1231 –1241.

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ÍNDICE PR CTICA 11.. Reacción de aminación reductiva utilizando algunas técnicas de la Química sostenible. PR CTICA 22.. PR PR PR PR PR PR PR PR PR

Síntesis dede Furanos. Obtención Furfural. CT CTIICA 3. Síntesis de Pirroles. Obtención Obtenci ón del 1-fenil-2,5-di 1-fenil-2,5-dimetilpirrol. metilpirrol. CT CTIICA 4. Síntesis de Indoles. Obtención del 1,2,3,4-tetrahidrocarbazol. CT CTIICA 5. Síntesis de Isoxazoles. Obtención de la 3-fenil-5-isoxazolona. CT CTIICA 6. Síntesis de Imidazoles. Obtención de 2,4,5-trifenilimidazol. CT CTIICA 7. Reacciones de azoles. Obtención de furoína. CT CTIC ICA A 8. (Par (Parte te 11)) Obtención Obtenci ón de 1,4-Dihid 1,4-Dihidropiridinas. ropiridinas. Síntesis de la 3,5-diet 3,5-dietoxicarbonil-2, oxicarbonil-2,6-dimetil-1,4-di 6-dimetil-1,4-dihipiridina. hipiridina. CT CTIC ICA A 8. (Par (Parte te 22)) Síntesis de Piridinas. Obtención Obtenci ón de la 3,5-dietoxi 3,5-dietoxicarbonil-2,6 carbonil-2,6-dimetilpiridin -dimetilpiridina. a. CT CTIICA 9. Síntesis de Pirazinas. Obtención de la 2,3-difenilquinoxalina. CT CTIICA 10. Síntesis de Pirimidinas. Obtención de 5-carbetoxi-4-fenil-6-metil-2-oxo-1,2,3,4tetrahidropirimidina.

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10 17 20 24 28 32 36 40 44 47

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PRÁCTICA 1. REACCIÓN DE AMINACIÓN REDUCTIVA UTILIZANDO  ALGUNAS  AL GUNAS TÉCNICAS TÉCNICA S DE L LA A QUÍMICA SOSTENIBLE. SOSTENIB LE.   OBJETIVOS.

1) Sintetizar una amina por medio de la reacción de aminación reductiva. 2) Conocer y aplicar algunas de las técnicas de la química verde. 3) Dar solución a un problema determinando el pproducto roducto obtenido con base en su RF y un análisis por cromatografía en capa fina. INFORMACIÓN.

La aminación reductiva consiste en la reacción de un compuesto carbonílico (cetona o aldehído) con una amina primaria o secundaria en medio moderadamente ácido, para formar una imina o una sal de iminio, en presencia de un reductor (que reduce la imina).

REACCIÓN.

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MATERIAL   Varilla de vidrio Espátula de acero inoxidable Vaso de precipitados de 100 mL Matraz Kitazato de 150 mL Embudo Büchner de 5.5 cm Manguera de hule para vacío Baño María Recipiente de peltre Cámara de elución Probeta de 5 mL Bolsa de plástico con etiqueta Tubo capilar para hacer la aplicación Cromatoplaca de sílica-gel Regla de plástico de 30 cm Lápiz

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CANTIDAD 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

SUSTANCIAS para-Anisaldehído

Cinamaldehído meta-nitroanilina Metanol Borohidruro de sodio Agua destilada Etanol Diclorometano Hexano Acetato de etilo

0.73 mL 0.73 mL 0.54 g 15 mL 0.10 g 10 mL 20 mL 1 mL 8 mL 2 mL

PROCEDIMIENTO.

El compuesto carbonílico carboníli co (0.73 mL, 0.76 g, 5 mmoles), y la amina (0.54 g, 5 mmoles) se colocan en un vaso de precipitados y se mezclan con la ayuda de una varilla de vidrio. Se agita a temperatura ambiente aproximadamente por 10 minutos o bien hasta que se forme un sólido. Si se pesa previamente el vaso de precipitados, se puede determinar el rendimiento de la reacción simplemente determinando el peso del contenido del vaso. El rendimiento con el que se obtiene la imina es prácticamente cuantitativo y el producto está lo suficientemente puro para llevar a cabo la siguiente reacción. A continuación, la imina obtenida se reduce a la amina correspondiente. La reducción se lleva a cabo por la adición de metanol (< 15 mL) al vaso de precipitados en el que se encuentra la imina imin a y a continuación se adicionan lentamente y en porciones, 0.10 g (2.6 mmoles) de borohidruro de sodio. Se observa un cambio de solubilidad, ya que la imina es parcialmente soluble en metanol, pero el producto es bastante soluble, por lo que aproximadamente después de 10 minutos se observa solución completa de la mezcla de reacción, cual indica que la reacción ya una se llevó a cabo. Se elimina el disolvente por lo evaporación, 7 

 

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calentando la mezcla de reacción en un baño de María (prácticamente hasta que queden menos de 5 mL de disolvente). Una vez que se evaporó el disolvente, se le agregan 10 mL de agua, con lo cual la amina precipita. La amina así obtenida se aísla por medio de una filtración al vacío (se emplea un embudo Büchner y un matraz Kitazato). El producto crudo se purifica por medio de una recristalización de etanol/agua. El producto puro se aísla por medio de una filtración al vacío. Escriba un diagrama de flujo donde indi que los residuo s generados. generados. Determine: 1) El rendimiento de la reacción (en gramos de producto y %). 2) El punto de fusión. 3) Se realiza un análisis por cromatografía en capa fina usando como eluyente una mezcla hexano/acetato de etilo (8:2), se utiliza como revelador luz UV y se registra el valor de su RF.

En la siguiente tabla encontrará los puntos de fusión y los RF  de los posibles productos obtenidos.  AMINA A B C D

Punto de fusion ( C) 82 - 87 93 -95 68 - 70 62 - 66  

RF  0.44 0.37 0.60 0.51

De acuerdo con los resultados que obtuvo indique con cuál compuesto carbonílico y con cual amina trabajó usted en esta práctica. 8 

 

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Práctica propuesta por el Dr. Fernando León Cedeño. BIBLIOGRAFÍA  1) Touchette, K. M.; Reductive Amination: A Remarkable Experiment, for the Organic Laboratory, Journ al of Chemical Chemical Education, 2006, 83, [6], 929-930. 2) Merle, W. C.; Ciszewski, J: T.; Bhatti, M. M.; Swanson, W. F.; Wilson, A. M.; A Simple Secondary Amine Synthesis: Reductive Amination Using Sodium Triacetoxyborohydride, Journ al of Chemical Chemical Education, 2000, 77, [2], 270-271. 3) León-Cedeño, F.; Experiencias en la Implementación de las Técnicas de Química Verde (ó Química Sustentable),  An  Anuar uario io Latin Lat in oameri oam erican cano o de Educaci Edu caci ón Química, XXIV, 2008-2009, 133-143. 4) Menche, D.; Arikan, F.; Li, J.; and Rudolph, Directed Reductive Amination of β Hydroxy-ketones: Convergent Assembly of the Ritonavir/Lopinavir Core , Organic Orga nic Letters, Letters, 2007, 9, 267-270. 5) Abdel-Magid, F.; Carson, K. G.; Harris, B. D.; Maryanoff, C. A.; and Shah, R. D.; Reductive Amination of Aldehydes and Ketones with Sodium Triacetoxyborohydride. Studies on Direct and Indirect Reductive Amination Procedures, Journ al of Organic Chemistry, Chemistry,  1996, 61, 3849-3862.  6) Cho, T.; and. Kang, S. K.; Direct and Indirect Reductive Amination of Aldehydes and Ketones with Solid Acid-Activated Sodium Borohydride under Solvent-Free Conditions, Tetrahedron,  2005, 61, 5725- 5734. 

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PRÁCTICA 2. SÍNTESIS DE FURANOS. OBTENCIÓN DEL FURFURAL. OBJETIVOS. a) Obtener el furfural por deshidratación de pentosas en medio ácido. b) Identificar el producto obtenido por medio de un derivado y otras pruebas de identificación. c) Revisar el interés en química de alimentos de los derivados de furano. INFORMACIÓN. Las materias primas ricas en pentosanos son recursos naturales renovables provenientes de la agricultura. Entre ellas están algunos desperdicios desperdicios fibrosos de las cosechas como las mazorcas de maíz (olote), el salvado del trigo; las cascarillas de la avena, del arroz y del algodón; la cáscara del cacahuate y el bagazo de la caña de azúcar, los cuales constituyen las mejores materias primas para la obtención de furfural.

Los pentosanos abundan tanto como la celulosa en la naturaleza. El pentosano más abundante es el xilano, uno de los componentes de la madera, el cual es un polisacárido de la D-xilosa con enlaces  -1,4-(similares a los enlaces de la glucosa en la celulosa). El xilano representa del 25% al 30% de los cereales y granos (del 32% al 36% en el salvado); s alvado); del 15% al 25% de la madera de árbol y del 5% al 15% de la madera de coníferas. La presencia del grupo funcional aldehído en la estructura del furfural facilita su identificación. identificaci ón. Al hacer reaccionar este compuesto con la 2,4-dinitrofe 2,4-dinitrofenilhidrazi nilhidrazina, na, se forma la 2,4-dinitrofenilhidrazona correspondiente, la cual tiene un punto de fusión característico. Así mismo, al hacer reaccionar el furfural con el reactivo de Tollens se forma un espejo de plata reducida. En la reacción de Maillard, durante el calentamiento de los alimentos se forman compuestos tales como furfural, el 5-hidroximetil 5-hidroximetilfurfural furfural (HMF) y alcohol furfurílico. alcohol furfurílico

HMF

HO

H

HO O

O O

 

El hidroximetilfurfural (HMF), es un intermediario en la reacción de Maillard, reacción favorecida a 50°C y a pH entre 4 y 7, que también también puede formarse durante duran te la caramelización de azúcares a temperaturas de 120°C, pH< 3 y pH > 9 y un bajo contenido de agua. La vía de conversión del almidón o la celulosa comienza con la hidrólisis de polisacárido a glucosa, glucos a, seguido de isomerización de glucosa a fructosa, y deshidratación de fructosa a HMF. El alcohol furfurílico se produce al procesar térmicamente café, jugos de frutas y alimentos horneados, y al almacenar bebidas alcohólicas como brandy o whisky. La 4-hidroxi-2,5-dimetil-3(2H)-furanona (HDF) es uno de los compuestos responsables del sabor al asarla carne por un tiempo corto.

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 ANTECEDENTES 1) Métodos ggenerales enerales de obtención de furanos. 2) Fundamento qquímico uímico y mecanismo de la reacción. 3) Derivados del fu furfural rfural con importanci importanciaa en aalimentos. limentos. 4) Técnicas de preparación del reactivo de Tollens, de la solución de lla a 2,4-dinitrofenilhidrazina y del acetato de anilinio. REACCIÓN.

MECANISMO DE REACCIÓN.

REACCIONES DE IDENTIFICACIÓN. a) Reacción con la 2,4-di 2,4-dinitrofeni nitrofenilhidrazina. lhidrazina.

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Mecanismo:  

b) Reacción con el acetato de anilinio. anilinio.

Mecanismo:

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c) Reacción con el reactivo de Tollens Tollens (nitrato de plata amoniacal).

Agitador de vidrio Anillo metálico Colector de destilación Embudo de separación de 125 mL con tapón Embudo de filtració filtraciónn rápida Espátula Frasco vial Matraz de fondo plano de 50 mL Matraz de fondo plano de 125 mL Matraz Erlenm Erlenmeyer eyer 125 mL

MATERIAL   1 Pinzas de tres dedos con nuez 1 Pipeta graduada de 10 mL 1 Probeta graduada de 25 mL 1 Recipient Recipientee de peltre

1 1 2 1 1 1

Recipient Recipientee eléctrico para baño María Refrigerante de agua con mangueras T de destilació destilaciónn Tela de alambre con placa de asbesto Tubo de ensayo Vaso de precipitados de 100 mL

2 1 1 1 1 1 1 2 2

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Mechero con manguera

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Vidrio de reloj

REACTIVOS Salvado u otra fuente de pentosanos Sulfato de sodio anhidro (QP) Cloruro de sodio (QP) Solución de la 2,4-dinitrofenilhidrazina Carbonato de sodio (QP) cido clorhídri clorhídrico co al 12% Cloruro de metileno (QP) Reactivo de Tollens Acetato de anilinio

1 CANTIDAD 7.5 g 5.0 g 3.0 g 2.0 mL

3.0 g 40 mL 45 mL 0.5 mL 0.2 mL

PROCEDIMIENTO. En un matraz de fondo plano de 125 mL, con una boca Quickfit, coloque 7.5 g de salvado (NOTA 1) y 40 mL de ácido clorhídrico al 12%. Adapte el refrigerante de agua en posición de destilación y caliente la mezcla a ebullición suave, haciendo uso del mechero. Colecte el destilado hasta un volumen de 20-25 mL (NOTA 2). Neutralice el destilado con carbonato

de sodio sólido,con satúrelo condecloruro de sodio aísle el furfural través deuna). una extracción líquido-líquido cloruro metileno (tres yporciones de 15amL cada Seque el extracto con sulfato de sodio anhidro y filtre (o decante) para eliminar el sulfato de sodio. Coloque la solución seca de cloruro de metileno en el matraz de 125 mL, y destile el cloruro de metileno con un baño María, (NOTA 4) hasta que en el matraz quede un residuo aceitoso de color amarillo y olor característico. Con este residuo efectúe las siguientes pruebas de identificación: a) En un vvial ial o tubo de ensayo coloque 0.5 mL ddee una solución de 2,4-dinitrofenilhidrazina y 1 ó 2 gotas del residuo aceitoso. Observe la formación de un sólido de color anaranjado, sepárelo por filtración al v acío y determine el punto de fusión del producto seco (NOTA 3). b) En una tira de pa papel pel filtro de 1 cm impregna impregnada da con acetat acetatoo de anilinio anilinio,, adicione 1 o 2 gotas del residuo aceitoso; observe el color que toma el papel. Una prueba positiva queda indicada por la aparición de un color rojo cereza en el papel. c) En un tuboMezcle de ensayo coloque 0.5 mLeldelcontenido reactivo de de 2 a 3unos gotasminutos del residuo aceitoso. homogéneamente delTollens tubo yycaliente en baño María. Observe la formación form ación de un espejo de plata que se deposita en las paredes del tubo. Reactivo de Tollens. Coloque en un tubo de ensayo de una a tres gotas de solución de AgNO3 al 10%, adicione una gota de solución de NaOH al 5%, agite y agregue solución de NH4OH al 50% hasta disolución del sólido sól ido formado teniendo precaución precauc ión de no agregar exceso de este último. NOTAS. 1. Otras materias primas utilizadas en esta práctica son: All bran, Olote finamente molido, bagazo de caña y xilosa. Olote, grano de maíz y salvado dan los mejores resultados. 2. No lleve la destilación a sequed sequedad, ad, y el residuo deséchelo en un recipiente recipiente para residuos. 3. El punto de fusión de las 2,4-din 2,4-dinitrofenilhi itrofenilhidrazonas drazonas del furfural son: cis-210 oC y trans229°C.

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4. Por ningún motivo utilice el mechero para hacer la destilac destilación ión del diclorome diclorometano, tano, debi debido do a que es un disolvente inflamable. BIBLIOGRAFÍA. 6. Adams, R.; VoorHees, V.; Organic Synthesis, Coll. Vol. I, pag. 281. 7. Paquette, L. A.; Fundamentos de Química Heterocíclica, págs. 117-118. Ed. Limusa, México, 1987. 8. Acheson, R. M.; Química Heterocíclica Heterocíclica, págs. 157-159. Ed. Publicaciones Cultural, México, 1981. 9. Avendaño, C. Introducción a la Química farmacéutica págs. 482, 647 - 648. 2da. Edición. Ed. McGraw-Hill, España 2001.

OBTENCIÓN DE FURFURAL

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Neutralizar con lejía de sosa o ccon on desechos bási básicos cos para D1: Determinar pH (ácido). Neutralizar neutralizar (DBN) y desechar al cesto de sólidos para incinerar.  incinerar.  D2:: Determinar pH (muy ácido). Neutralizar con lejía y desechar con abundante agua en el D2 drenaje.. drenaje D3: Lavar con etanol varias veces y secarlo en estufa. Colocarlo una vez seco en un desecador, para su reutilización. Si no se dispone de una estufa se manda secar (normalmente es una solución que se desecha neutra).  neutra).   D4: Guardar para recuperar por destilación al final del semestre. D5: incineración. plata (llevar a pH con ácido nítrico y agregar NaCl D6: Solicitar el tratamiento para recuperar plata para precipitar el AgCl)  AgCl)   D7: Guardar el etanol para destilarlo al final del semestre, si la cantidad de etanol es considerable, por lo general tiene menos del 20%).  20%).   D8: Filtrar la solución y desechar neutra al drenaje con abundante agua, empacar el sólido para incineración.

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PRÁCTICA 3. SÍNTESIS DE PIRROLES. OBTENCIÓN DEL 1-FENIL-2,5DIMETILPIRROL. OBJETIVOS. a) Ilustrar la reacción de Paal-Knorr. b) Obtener el 1-fenil-2,5-dimetilpirrol a través de una reacción de condensación entre un compuesto 1,4-dicarbonílico y la anilina. c) Revisar el interés en química de alimentos de los derivados de pirrol. INFORMACIÓN. Las 1,4-dicetonas se ciclizan con facilidad para formar anillos heterocíclicos de 5 miembros con 1 heteroátomo, por medio de la reacción de Paal-Knorr. Así la acetonilacetona (2,5hexanodiona) en presencia de anilina (o derivados de la misma) forma el 1-fenil-2,5dimetilpirrol dimetilpirr ol correspondient correspondiente. e. Los derivados de pirrolinona pirrolinona se forman por medio de la reacción de aminas primarias con el producto de degradación de azúcar, 1-desoxiglucodiulosa. HO

O

OH

N R

 

Uno de los compuestos responsables del sabor en la costra del pan blanco es la 2-acetil-1pirrolina. Es la responsable del aroma a palomitas de maíz y del aroma de la carne cocida. 2-acetil-1-pirrolina N  

O

Así mismo se han realizado estudios experimentales que describen la formación de -(2formil-5-hidroximetil-pirrol-1-il formil-5-hi droximetil-pirrol-1-il)-L-norleucina, )-L-norleucina, en la reacción de Maillar Maillardd entre la L-lisina y la D-glucosa. En las mieles, en la tercera etapa de la reacción de Maillard los compuestos dicarbonílicos reaccionan con grupos amino o guanidino de las proteínas para formar productos finales de glicación avanzada (AGE). Derivados de lisina con un resto pirrol como la pirralina y la N- -pirrolilnorleucina se forman durante la reacción de 3-desoxiosonas y compuestos amino.

REACCIÓN. +

NH2  

N

EtOH

OO 2, 2,55-He Hex xano anodion diona a

HCl

An Anil ilin ina a 1-Fenil-2,5-dimetilpirrol  

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MECANISMO DE REACCIÓN. 

MATERIAL   Agitador de vidrio 1 Parrilla con agitación magnética Barra de agitación magnética 1 Pinzas de 3 dedos con nuez Embudo Büchner con alargadera 1 Pipeta de 10 mL Embudo de filtración rápida 1 Probeta 25 mL Espátula de acero inoxidable 1 Recipiente de peltre Matraz bola de fondo plano de 25 mL 1 Refrigerante de agua con mangueras Matraz Erlenmeye Erlenmeyerr de 50 mL 1 Vaso de precipitados de 100 mL Matraz Kitazato de 125 mL con 1 Vidrio de reloj manguera REACTIVOS Acetonilacetona Acetonilaceto na (2,5-hexanodion (2,5-hexanodiona) a) (QP) Anilina recién destilada (QP) cido clorhídri clorhídrico co (38%) (RA) cido clorhídrico diluido (se disuelven 0.75 mL de HCl concentrado en 12.5 mL de agua) Etanol (disolvente) (QP) Etanol (disolvente para recristali recristalizar) zar) (QP)

1 1 1 1 1 1 2

CANTIDAD 0.5 mL. 0.388 mL 1 gota 13 mL

3.75 mL 20 mL

PROCEDIMIENTO. En un matraz bola de 25 mL con fondo plano, coloque 0.39 mL (0.4 g, 4.25 mmol) de anilina, 0.5 mL (0.487 g, 4.25 mmol) de 2,5-hexanodiona. En caso de qu e sea otra amina efe efectuar ctuar los cálculos necesarios para llevar a cabo la reacción , una gota de HCl concentrado, 3.8 mL de etanol y un agitador magnético. Se adapta un refrigerante de agua en posición de reflujo y se calienta la mezcla de reacción durante 25 min. Al finalizar el tiempo de calentamiento, la mezcla de reacción se vierte en un matraz Erlenmeyer que contenga 12.5

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mL de agua y 0.75 mL de HCl concentra concentrado. do. El producto se aísla por filtración a vacío y se lava con agua (aproximadamente 12.5 mL). El producto se purifica por par de disolventes etanol-agua. El producto se seca, se pesa para determinar el rendimiento. El rendimiento aproximado es de 0.58 g (80%), presentand presentandoo un punto de fusión de 50-51°C. Registrar el punto de fusión obtenido en caso de que trabaje con una amina diferente a la anilina.  ANTECEDENTES. 1) Importancia de la síntesis de Paal-Knorr. 2) reaccióndemás probable en la reacción de ciclaci c iclación. ón. 3) Mecanismo Métodos de de obtención la acetonilacetona. 4) Propiedades y toxicidad de los reactivos y del producto obtenido. 5) Importancia en química de alimentos de los derivados del pirrol. BIBLIOGRAFÍA. 1. Al-Awar, R.; Wahl, G; J. Chem. Educ., 1990, 67, 265 - 266. 2. Shaw, D.; Wood, W.; J. Chem. Educ., 1992, 69, A313. 3. Acheson, R. M.; Química Heterocíclica Heterocíclica, págs. 120 - 121, Ed. Publicaciones Cultural, México, 1981. 4. Paquette, L. A.; Fundamentos de Química Heterocíclica, págs. 119-120, Ed. Limusa, México, 1987. 5.  5. Ávila, G. Química Orgánica. Experimentos con un enfoque ecológico. pp. 468 - 477. 6. Henle, T.; Bachmann, A. Z Lebensm Unters Forsch., 1996, 202, 72 - 74. 7. Hellwig, M.; Henle, T. Eur. Food. Res. Technol., 2010, 230, 903 - 914. Eur Food Res. Technol 8. Ortega-Garc Hellwig, M.; Henle, T. mica ., 2012Primera , 235, 99aproximación, - 106. 9. Ortega-García, ía, H. Quí Química Heterocíclica Aromática. pág 3. Ed. Universidad Nacional Autónoma de México, 2016. Primera edición.

OBTENCIÓN DE 1-FENIL-2,5-DIMETILPIRROL 1-FENIL-2,5-DIMETILPIRROL

D1: Determinar pH, decolorar, neutralizar de ser necesario. Observar si hay formación de precipitado, de ser así, separarlo por filtración y enviarlo a incineración, el filtrado desecharloo al drenaje. desecharl Guardar el etanol para destilarlo al final del semestre, solo si la cantidad de etanol es D2: considerable.

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Práctica No. 4. SÍNTESIS DE INDOLES. OBTENCIÓN DEL 1,2,3,41,2,3,4 TETRAHIDROCARBAZOL   .

OBJETIVOS. a) Ilustrar la síntesis de indoles de Fischer. b) Preparar el 1,2,3,4-tetrahidrocarbazol, a partir de la fenilhidrazona de la ciclohexanona en presencia de un catalizador ácido.

b) Revisar la importancia en química de alimentos de los derivados del indol. INFORMACIÓN. La preparación de indoles por calentamiento de la fenilhidrazona de un aldehído (o de una cetona o de un cetoácido) en presencia de un catalizador ácido, se conoce como la síntesis de indoles de Fischer. Esta reacción generalmente incluye una condensación intramolecular, seguida de la eliminación de amoniaco. La facilidad de la reacción varía considerablemente. En particular cuando se hace reaccionar a la fenilhidrazona de la ciclohexanona (la cual se forma in situ a partir de la fenilhidrazina y de la ciclohexanona) en presencia del ácido acético y bajo calentamiento a reflujo, se forma con facilidad el 1,2,3,4-tetrahidrocarbazol. Al calentar los alimentos, los aldehídos reaccionan con aminoácidos cíclicos o aminas, tales como el triptófano, triptamina, serotonina, fenilalanina, tirosina y dopamina, dando lugar a las -carbolinas y tetrahidro--carbolinas, que pueden fungir como neuromoduladores a través de efectos sobre la monoaminooxidasa (MAO).   El ácido 3-carboxílico de la 1,2,3,4-tetrahidrocarbolina puede formarse a partir de Ltriptófano y aldehídos. Esta reacción se produce fácilmente en alimentos y es dependiente de la temperatura y el pH. Durante la cocción y el ahumado de la carne y del pescado pueden formarse las -carbolinas mutagénicas norharman y harman y su concentración depende del tiempo y de la temperatura de calentamiento. Las -carbolinas también están presentes en bebidas alcohólicas.   Las tetrahid tetrahidroro--carbolinas se han encontrado en chocolates y cocoas. El ácido 1-metil1,2,3,4-tetrahidro- -carbolina-3-carboxìlico y el ácido 3-carboxìlico de la 1,2,3,4-tetrahidro -carbolina se forman fácilmente durante el procesamiento y almacenamiento de los alimentos. La concentración de este tipo de compuestos es directamente proporcional a los tiempos de calentamiento de los alimentos y a las altas temperaturas. Los bajos niveles de aldehídos en la carne y el pescado crudos hacen que el nivel de THC-3COOHs sea bajo. la presencia de las -carbolinas, 1-metil-9H-pirido[3,4b] Se ha relacionado 1-metil-9H-pirido[3,4b] indol y 9H9 Hpirido[3,4b] indol, como agentes causales en enfermedades como el Parkinson y el cáncer. 

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-carbolinas norharman y harman

N

N

N H

N H

 

-carbolinas presentes en la carne y el pescado H N

H N

H N N

NH2

NH2

N

NH2

N

 

REACCIÓN.

N

  NH2

H Fenilhidrazina

H+

H+

 

+

+

N N O

 

  Ciclohexanona

N

H

H

Fenilhidazona de la Ciclohexanona

 

1,2,3,4-Tetrahidrocarbazol

MATERIAL   Agitador de vidrio 1 Pinzas de 3 dedos con nuez Barra de agitación magnética 1 Pipeta de 5 mL Embudo Büchner con alargadera 1 Probeta 25 mL Embudo de filtración rápida 1 Recipiente de peltre Espátula de acero inoxidable 1 Refrigerante para agua con mangueras Matraz bola de fondo plano de 25 mL 1 Vaso de precipitados de 100 mL Matraz Erlenmeye Erlenmeyerr de 125 mL Vaso de precipitados de 250 mL

Matraz Erlenmeyer de 50 Matraz Kitazato de 125 mLmL con manguera Parrilla con agitación magnética REACTIVOS Fenilhidrazina Fenilhid razina (QP) Ciclohexanona (QP) Metanol (QP) cido acético glacial (RA)

NH4+

11

Vidrio de reloj

  2 1 1 1 1 1 1 1

1 CANTIDAD 0.24 mL 0.26 mL 20 mL 1.8 mL

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MECANISMO DE REACCIÓN.

Formación del 1,2,3,4-tetrahidrocarbazol

PROCEDIMIENTO. En un matraz de fondo redondo de 25 mL con fondo plano, coloque 0.26 mL (0.25 g, 2.54 mmol) de ciclohexanona, ciclohexanona, 1.8 mL de ácido acéti acético co glacial y 0.24 m mLL (0.26 g, 2.45 mmol) de fenilhidrazina (NOTA 1), introduzca el agitador magnético, adapte el refrigerante de agua en posición de reflujo y caliente la mezcla con una ebullición suave por un tiempo de 20 min. Vierta la mezcla de reacción en un vaso de precipitado de 50 mL y deje enfriar la

mezcla deelreacción temperatura ambiente. Adicione agua fría (5 el mL), en este momento precipita producto,a el cual se aísla por filtración al vacío. Lave precipitado con tres

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porciones de agua destilada fría de 5 mL cada una y déjelo secar. El producto crudo se purifica por recristalización por par de disolventes metanol-agua. En caso de requerirlo utilizar un poco de carbón activado. El producto puro se aísla por medio de una filtración al vacío. Determine Ud. el punto de fusión del producto (reportado: 118°C), así como el rendimiento de la reacción. NOTAS. 1) La fenilhidrazina es tóxica y puede causar severas quemaduras en la piel, por lo que debe ser manejada con p precaución, recaución,  en la campana y con guantes de hule. hu le.   ANTECEDENTES. 1) Métodos generales de preparación de indoles. 2) Fundamento químico y mecanismo de la reacción. 3) Propiedades y toxicidad de los reactivos y del producto obtenido. 4) Importancia interés en química de alimentos de los derivados del indol. BIBLIOGRAFÍA. 1. Vogel, A. I.; Textbook of Practical Organic Chemistry. 5TH. Ed., págs. 1161-1162, Ed. Longman, London 1989. 2. Paquette, L. A.; Fundamentos de Química Heterocíclica , págs. 169-171. Ed. Limusa, México, 1987, 3. Acheson, R. M.; Química Heterocíclica, págs. 216-218, Ed. Publicaciones Cultural, México, 1981. 4. Herraiz, T.Food Additives and Contaminants, 2000, 17, 10, 859 - 866. − 4904 5. Herraiz, T. J. Agric. Food Chem.  2000, 48, 4900DEL OBTENCIÓN

1,2,3,4-TETRAHIDROCARBAZOL  Ciclohexanona + Ácido acético glacial + fenilhidracina

Sólido

1. Calentar a reflujo suave por 20 min. 2. Enfriar y filtrar. 3. Lavar con agua. Filtrado

Producto crudo

Filtrado

H2O + metanol +  trazas de producto

H2O + Reactivos sin reaccionar 

4. Determinar punto de fusión f usión   y rendimiento. 5. Recristalizar de metanol/H2O de ser necesario. 6. Filtrar. Sólido

D1

1,2,3,4-tetrahidrocarbazol

PURO

D2

  D1: Neutraliz Neutralizar, ar, decolorar de ser necesario y eliminar en el drenaje con suficiente agua. D2: Guardar el etanol para destilarlo al final del semestre, solo si la cantidad de etanol es considerable.

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PRÁCTICA 5. SÍNTESIS DE 3-FENIL-5-ISOXAZOLONA. 3-F ENIL-5-ISOXAZOLONA. (3-FENILISOXAZOL5(4H)-ONA). OBJETIVOS. a) Efectuar la reacción de compuestos 1,3-dicarbonílicos con derivados de amoniaco para obtener un anillo de 5 miembros con dos heteroátomos. b) Preparar 3-fenilisoxazol-5-ona de acuerdo a las condiciones de reacción establecidas

en la técnica.

c) Revisar el interés en química de alimentos de los derivados de isoxazoles. INFORMACIÓN. Los azoles son un grupo de heterociclos que se derivan del furano, pirrol y tiofeno por sustitución de uno de los grupos  –CH- por nitrógeno. Si este remplazo se hace en la posición 3 se forma el oxazol, imidazol y tiazol, respectivamente, mientras que la inserción del nitrógeno en 2, conduce al isoxazol, pirazol e isotiazol. Los métodos de formación de los isoxazoles y pirazoles se basan en la adición de compuestos que contienen la unión O-N o N-N preformada, a una molécula aceptora con la funcionalidad adecuada. Aunque los pirazoles no están considerados entre los compuestos comunes que se forman en la reacción de Maillard si se han detectado su presencia. Se ha detectado la presencia de una imidazolona derivada de arginina unida a una proteína después del tratamiento en

medio alcalino de pretzels y snack bars, laON-(5-metil-ox -(5-metil-oxo-5-hidroimi o-5-hidroimidazol-2-il)-L-orni dazol-2-il)-L-ornitina. tina. HN

N NH3

HN

CO2H

 

En los alimentos la 2,4,5-trimetil-3-oxazolina es saborizante en chocolate, café, caramelos, pan y cacahuate tostado. El 2,4,5-trimetiloxazol se encuentra presente en el hígado de puerco cocinado y en el café. 2,4,5-trimetil-3-oxazolina N O

 

REACCIÓN:

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Agitador de vidrio Barra de agitación magnética Embudo Büchner con alargadera Embudo de filtración rápida Espátula de acero inoxidable Matraz bola de fondo plano de 25 mL Matraz Erlenmeye Erlenmeyerr de 50 mL Matraz Kitazato de 125 mL con manguera Parrilla con agitación magnética

MATERIAL   1 Pinzas de 3 dedos con nuez 1 Pipeta de 1 mL 1 Probeta 25 mL 1 Recipiente de peltre 1 Refrigerante para agua con mangueras 1 Vaso de precipitados de 100 mL 2 Vidrio de reloj 1

2 1 1 1 1 1 1

1

REACTIVOS Clorhidrato de hidroxilamina (QP) Acetato de sodio (QP) Benzoilacetato de etilo (QP) Etanol

CANTIDAD 0.23 g 0.33 g 0.56 mL (0.63 g) 20 mL

MECANISMO DE REACCIÓN.

PROCEDIMIENTOS. CONVENCIONAL En un matraz de bola 25 mL colocar una solución de 0.56 mL (0.6285 g, 3.27 mmol) de benzoilacetato de etilo en 1.3 mL de etanol, a esta solución adicionar otra, previamente preparada de 0.23 g (3.3 mmol) de clorhidrato de hidroxilamina hidroxilam ina y 0.33 g (4 mmol) de acetato de sodio en 0.83 mL de agua. Calentar la mezcla de reacción a reflujo por 40 minutos, al término de este tiempo dejar enfriar y filtrar al vacío los cristales formados. Recristalizar Recristalizar el producto con etanol. Determinar el punto de fusión (reportado: 152-153ºC) y rendimiento.

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QUÍMICA VERDE Sesión 1. En un frasco de aproximadamente 25 mL colocar una solución de 0.56 mL (0.63 g, 3.27 mmol) de benzoilacetato de etilo en 1.3 mL de etanol, a esta solución adicionar otra, previamente preparada de 0.23 g (3.3 mmol) de clorhidrato de hidroxilamina y 0.33 g (4 mmol) de acetato de sodio en 0.83 mL de agua. Agitar la mezcla de reacción y dejar reposar a temperatura ambiente hasta la siguiente semana. Sesión 2. Filtrar al vacío los cristales formados y tomar punto de fusión. En caso necesario, recristalizar recristaliz ar el producto con etanol. Determinar el punto de fusión (reportado: 152-153 ºC) y el rendimiento. Se puede realizar el procedimiento en ausencia de acetato de sodio   y se obtienen también excelentes resultados ya que el clorhidrato de hidroxilamina, al mezclarse con del benzoilacetato de etilo, el etanol y el agua protona al carbono de carbonilo del benzoilacetato de etilo. PROPUESTA DEL MAESTRO BLAS FLORES PÉREZ, PROBADA Y AVAL ADA POR 4 GENERACION GENERACIONES ES DE ESTU ESTUDIANTES DIANTES D DE E LA C CARRERA ARRERA DE Q, QA Y QFB.  ANTECEDENTES: 1) Métodos generales de preparación de isoxazoles. 2) Fundamento químico y de obtención de isoxazoles a través de compuestos 1,3dicarbonílicos, mecanismo de reacción. 3) Propiedades de reactivos y producto. 4) Interés en aalimentos limentos de lo loss azol azoles-1,2. es-1,2. CUESTIONARIO 1) ¿Para qué se adiciona el acetato de sodio en esta práctica?. 2) ¿Qué tipo de tautomería presenta lla a molécula de la 3-feni 3-fenilisoxazol-5 lisoxazol-5-ona?. -ona?. 3) Si se hiciera reaccionar acetilacetona con el clorhidr clorhidrato ato de la hidroxilam hidroxilamina, ina, ¿qué compuesto se obtendría? 4) ¿Qué interm intermediario ediario se fforma orma al hacer rea reaccionar ccionar a la hidr hidroxilamina oxilamina con el grupo carbonilo de la cetona del -cetoéster?. 5) ¿Con qué objeto se utilizan el etanol y el agua en cada una de las soluciones y por qué razón son utilizados éstos y no otros disolventes?. BIBLIOGRAFÍA:

1. Acheson, R.M; An introduction introduction to the the Chemistry of heterocyclic heterocyclic Compounds. Compounds. 3rd. Ed. John Wiley & Sons, Inglaterra, 1976. Chemistry.  Academic Press, 2. Fiton, A.O.1968 y Smalley, R.K.; Practical Heterocyclic Chemistry.  Inglaterra, .

3. More, J.A.; Experimental Methods in Organic Chemistry. W.B. Saunders. Philadelphia, E.U, 1976. 4. Departamento de Química Orgánica. Manual de prácticas. Laboratorio de Química Orgánica IV (1645) QFB y QA. Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Química 2007. 5. Ortega-Garc Ortega-García, ía, H. Quí Química mica Heterocíclica Aromática. Primera aproximación, pág 3. Ed. Universidad Nacional Autónoma de México, 2016. Primera edición. 6. Yaylayan, V.A.; Haffenden, L.J.W.;  Food Research International, 2003, 36, 571 –577 7. Henle, T.; Walte Walter, r, A. W.; Haegner, R.; Klosterm Klostermeyer, eyer, H. Z Lebensm Unters Forsch, 1994, 199, 55-58.

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OBTENCIÓN DE LA 3-FENIL-5-ISOXAZOLONA

O

O O OEt + EtOH

NH2OH.HCl +

O Na

+ H O 2

Mezclar ambas soluciones

Filtrado

1. Calentar a reflujo 40 minutos o dejar a t.amb 7 días. 2. Enfriar. 3. Filtrar. Sólido 1. Recristalizar de etanol. 2. Filtrar.

Etanol + trazas de materia prima sin reaccionar. D1

Etanol + trazas de producto. D2 O

O

N

 PURA  

D2: D1 y D2:

Filtrar si eess ne necesario cesario y recuperar el etanol por destilación al fifinal nal del semestre. Sólo si la cantidad de etanol es considerable.

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PRÁCTICA 6. SÍNTESIS DE AZOLES-1,3. OBTENCIÓN DE 2,4,5TRIFENILIMIDAZOL.  OBJETIVOS.  a) Preparar 2,4,5-trifenil 2,4,5-trifenilimidazol imidazol mediante la reac reacción ción de 1,2-dicarbonílico, un aldehído y amoniaco. b) Revisar la importancia en química de alimentos de los iimidazoles midazoles..

un un

compuest compuesto o

INFORMACIÓN El anillo imidazólico es particularmente importante ya que se encuentra en el aminoácido esencial histidina y en su producto de descarboxilación, la histamina (Gilchrist 1995). Esta última posee propiedades farmacológicas potentes que incluyen la estimulación de glándulas y tejido liso, así como la dilatación de capilares; la histamina está relacionada con muchos estados patológicos, incluyendo a las alergias. El imidazol 1,3-disustituído se forman por reacciones de -aminoácidos con azúcares (Davidek et al., 1990). Formando compuestos que poseen aroma y/o sabor. No existe ningún método general para la síntesis de imidazoles, pero se utilizan diversas reacciones de ciclación para producir imidazoles sustituidos o fusionados (Gilchrist 1995). Una de las reacciones más comunes de síntesis de imidazoles sustituidos es la reacción de Radziszewski descubierta simultáneamente por Japp, la cual consiste en hacer reaccionar compuestos 1,2-dicarbonílicos con aldehídos y amoniaco (basada en la síntesis de Debus entre glioxal y amoniaco), para formar el anillo imidazólico con los sustituyentes correspondientes. En el caso específico de los anillos 2,4,5-trisustituidos como el 2,4,5-trifenilimidazol, la reacción se lleva a cabo entre αdicetonas y algún aldehído de mayor peso molecular y amoniaco. Se han realizado estudios modelo de la formación de pirazoles durante la reacción de Maillard. 1,3,5-trimetilpirazol

N N

  REACCIÓN. O O +

 

H

AcONH4

N

 AcOH

O

N H

Benzaldehído Bencilo

2,4,5-Trifenilimidazol

REACTIVOS

Bencilo (QP) Benzaldehído (QP)

 

CANTIDAD

0.21 g 0.12 mL

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Acetato de amonio (QP) cido acético Etanol

QUÍMICA ORGÁNICA III (1628)  0.770 g 1.5 mL 10 mL

MATERIAL   Agitador de vidrio 1 Pinzas de 3 dedos con nuez Barra de agitación magnética 1 Portatermómetro Embudo Büchner con alargadera 1 Probeta 25 mL Embudo de filtración rápida 1 Recipiente de peltre Espátula de acero inoxidable 1 Recipiente eléctrico para baño María Matraz bola de fondo plano de 25 mL 1 Refrigerante para agua con mangueras Matraz Erlenmeyer de 125 mL 1 Termómetro de -10 a 400oC Matraz Erlenmeye Erlenmeyerr de 50 mL 2 Vaso de precipitados de 100 mL Matraz Kitazato de 125 mL con 1 Vaso de precipitados de 250 mL manguera Parrilla con agitaci agitación ón magnética 1 Vidrio de reloj Pipeta graduada de 2 mL 1

2 1 1 1 1 1 1 1 1 1

MECANISMO DE REACCIÓN. MECANISMO DE REACCIÓN. Formación del aminal del benzaldehído.

Condensación entre el aminal y el bencilo.

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PROCEDIMIENTO. En un matraz de bola de fondo plano de 25 mL, se colocan 0.21 g (1 mmol) de bencilo, 0.12 mL (0.125 g, 1mmol) de benzaldehído, 0.770 g (10 mmol) de acetato de amonio y 1.5 mL de ácido acético, mezclar hasta la disolución total de los sólidos, una vez disueltos estos, calentar la mezcla a reflujo durante 40 min. Terminado el tiempo de calentamiento enfriar, verter la mezcla de reacción en hielo (aproximadamente 10 g de hielo no es necesario

pesarlo), filtrar de el sólido al vacío y lavarlo posteriormente con 10 mL de por agua. Purificar producto por recristalización etanol/agua aislándolo filtración al el vacío. Una vez seco, determinar el punto de fusión (reportado: 274-278 ºC) y el rendimiento.  ANTECEDENTES: 1) Métodos generales de preparación de imidazoles. 2) Fundamento químico y de obtención de imidazoles a partir de compuestos 1,2dicarbonílicos. 3) Propiedades de reactivos y producto. 4) Interés en química de alimentos de los azol azoles-1,3. es-1,3. BIBLIOGRAFÍA 1. Acheson, R.M. An Introduction Introduction to the Chemistry Chemistry of Heterocyclic Heterocyclic Compounds Compounds; John Willey & Sons, 3rd. ed.; Londres, L ondres, 1976. 2. Fitton, A.O. y Smalley, R.K. Practical Heterocyclic Chemistry; Academic Press; Londres, 1968.

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3. Gilchrist, T.L. Química Heterocíclica Heterocíclica; Addison-Wesley Iberoamericana, 2nd. ed.; USA, pp. 302-305, 1995. 4. Chawla, A.; Sharma, A.; and Sharma, A.k.; Der Pharma Chemica, 2012, 4(1), 116-140 ((http://derpharmachemica.com/archive.html). 5. Yaylayan, V.A.; and Haff enden, enden, L., Food Chemistry, 2003, 81, 403 – 409. 6. Davidek, T.; VelGek, J.; Davldek,J.F Davldek,J.F.;.; and Pech, P.;J.Agric.Food.Chem. ,1991,39,13741377. 7. 2013, Marzowk, A.A.; 1, 6 –  10.Abbasov, M.; Talybov, A.H.; Mohamed, S.K. 6-10 World. J. Org. Chem, 8. Qasim, S.S.; Nasreena, S.; Syed shahed alia, Int. J. Appl. Biol & Pharm. Tech. 2011, 2(2), 12 – 18. 9. Yaylayan, V.A.; Haffenden, L.J.W.;  Food Research International, 2003, 36, 571 –577

OBTENCIÓN DE 2,4,5-TRIFENILIMIDAZOL 2,4,5-TRIFENILIMIDAZOL

D1 y D2 D2::

Adsorber con carbón activado, filtrar, neutralizar y desechar, el sólido se empaca para incineración.

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PRÁCTICA 7. REACCIONES DE AZOLES -1,3. OBTENCIÓN DE LA FUROÍNA. F UROÍNA.  OBJETIVOS. a) Que el alumno lleve a cabo la condensación benzoínica, utilizando como catalizador a la tiamina (vitamina B1). b) Ilustrar una reacción característica de los azoles-1,3. c) Ilustrar como actúa una coenzima. INFORMACIÓN. Esta reacción de condensación del furfural es muy importante, ya que gracias a la sal de tiazolio ocurre una inversión en la polaridad del grupo carbonilo (umpolung). Una vez que se adiciona el anión de la sal de tiazolio al grupo carbonilo, ocurre un equilibrio ácido-base a través del cual se genera un carbanión (sobre el átomo de carbono del que era el grupo carbonilo), y este es el que actúa ahora sobre el grupo carbonilo de la otra molécula de furfural para formar el enlace carbono-carbono y que se forme así la furoína. En la literatura está descrito que en medios básicos la tiamina se descompone, ya que el anión hidroxilo más que actuar como base y abstraer el protón, puede actuar como nucleófilo y se adiciona al grupo iminio presente en la tiamina2. Se ha descrito que se puede utilizar una amina terciaria en esta reacción de condensación 3, pero la reacción necesita etanol absoluto como disolvente y una atmósfera inerte (nitrógeno o argón). Por esta razón, en esta práctica es importante tratar de evitar esta reacción lateral, para lo cual es necesario cuidar el orden de adición de los reactivos (sobre todo del hidróxido de sodio) y la temperatura de la reacción. REACCIÓN.

.

HCl NH2

Cl OH

N

N N

2

H

S

OH

Clorhidrato de Tiamina

O

O

O O

NaOH / EtOH

O

Furfural

Furoína

REACTIVOS Clorhidrato de la tiamina (vitamina B1) (QP)

CANTIDAD 0.3 g 

Furfural (QP) Etanol (QP) Hidróxido de sodio (QP)

0.75 3 mLmL  0.023 g

Agitador de vidrio Barra de agitación magnética Embudo Büchner con alargadera Embudo de filtración rápida Espátula de acero inoxidable Frasco ámbar de 50 mL Jeringa Matraz Kitazato de 125 mL con manguera

 

MATERIAL   1 Parrilla con agitación magnética 1 Pinzas de 3 dedos con nuez 1 Pipeta de 1 mL 1 Probeta 25 mL 1 Recipiente de peltre 1 Vaso de precipitados de 100 mL 1 Vaso de precipitados de 400 mL

1

Vidrio de reloj

1 1 1 1 1 2 1 1

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MECANISMO DE REACCIÓN.

PROCEDIMIENTO. En un frasco ámbar con tapa, coloque 0.3 g (0.8894 mmol) del clorhidrato de la tiamina (Vitamina B1) en 1.0 mL de agua destilada, y una vez que este disuelta, adicione a la

solución 3 mL de etanol. La disolución enfría utilizando un baño deeste hielo,fría coloque dentro del frasco el agitador magnético. Es se importante que la disolución para que la reacción proceda y no se descomponga el catalizador. Una vez que la disolución este fría, se adiciona LENTAMENTE y bajo agitación magnética (a través de una pipeta de 1 mL a la cual se le adapta una jeringa de plástico de 2 mL), 0.9 mL de una solución de hidróxido de sodio al 8%, por un PERIODO DE 7 A 10 MINUTOS. La solución adquiere un color co lor amarillo. A la solución anteri anterior, or, manteniendo la agitación vigorosa, se le adicionan 0.75 mL (0.87 g, 9.05 mmol) de furfural. Una vez que se termina la adición, se continúa la agitación por 15 minutos a temperatura ambiente. (PRECAUCIÓN :  Para realizar esta práctica con éxito, es muy importante seguir todos los pasos anteriores, sobre todo el enfriamiento y la adición de los reactivos). Se tapa el frasco y se deja reposar a temperatura ambiente por 1 semana. El producto sólido impuro se aísla por medio m edio de una filtración al vacío, v acío, utilizand utilizandoo un embudo Bunsen y un matraz Kitazato. El producto crudo se coloca en un vaso de precipitados de 50 mL y se purifica por medio m edio de una recristalizac recristalización ión de etanol al 95% o se lava cono etano etanoll helado. El producto puro se aísla por medio de una filtración al vacío. Los cristales se dejan

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secar, se calcula el rendimiento y se reporta el punto de fusión del producto (reportado: 135 ºC). CUESTIONARIO. 1) Proponga un mecanismo de reacción detallado que explique la condensación benzoínica, utilizando tiamina e hidróxido de sodio. 2) ¿Cuál es el objeto de utilizar hidróxido de sodio en la reacción? 3) Escriba la estructura del producto que se formaría si el hidróxido de sodio no se adiciona solución de la tiamina, y proponga un mecanismo para explicar lalentamente formación adelaeste producto. BIBLIOGRAFÍA. 1. Pavia, D. L.; Lampman, G M M.;.; Kriz, G S.; Engel, R. G; Introduction to Organic Laboratory rd Techniques,  3 . Ed., pags. 292-307, Ed. Saunders College Publishing, 1988.  2. Maier, G D.; M Metzler, etzler, D. E.; J. Am. Chem. Soc., 1957, 79, 4386-4391. 3. Yano, Y.; Tamura, Y Y.;.; Tagaki, W.; Bull. Chem. Soc. Japan, 1980, 53, 740.  ANTECEDENTES. 1) Reacción de condensación aldólica. 2) Fundamento químico y mecanismo de reacción. 3) Propiedades de reactivos y producto. 4) Interés en química de alimentos de los azoles-1,3.

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OBTENCIÓN DE FUROÍNA Clorhidrato Clorhidra to de tiamina (Vitamina B) + H2O + EtOH 1. Enfriar la mezcla en baño de hielo. 2. Agitar.

 Adicionar NaOH al 8%, gota  Adicionar gota a gota durante un periodo de 7 a 8 min. 3. Agitar.

 Adicionar Furfural Furfural 4. Agitar  5. Dejar el matraz en reposo por una semana. 6. Filtrar. Sólido

Filtrado

Solución alcalina con trazas de furfural

Furoína cruda 7. Recristalizar de   EtOH

D1 Sólido

Filtrado

EtOH con trazas de producto D2

FUROÍNA PURA  

D1: mandar dar a iincineración ncineración.. Neutrali Neutralizar. zar. En cas casoo de pr presentar esentar color color decol decolorar orar D1: Filtrar y man con carbón activado y desechar al drenaje con abundante agua. D2 D2::  Filtrar si es necesario y recuperar en etanol por destilación al final del semestre. Sólo si la cantidad de etanol es considerable.

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PRÁCTICA 8. (Parte 1) OBTENCIÓN DE 1,4-DIHIDROPIRIDINAS. SÍNTESIS DE LA 3,5-DIETOXICARBONIL-2,6-DIMETIL-1,4-DIHIDROPIRIDINA   .

OBJETIVOS. a) Ilustrar la síntesis de Hantzsch, obteniendo una piridina sustituida. b) Obtener un intermediario, una 1,4-dihidropiridina, la cual se va a utilizar como sustrato en una reacción de oxidación para obtener la piridina correspondiente. c) Revisar el interés en la química de alimentos de este tipo de compuestos. INFORMACIÓN. La síntesis de Hantzsch es un procedimiento versátil para obtener piridinas. La reacción consiste en tratar un compuesto 1,3-dicarbonílico (-cetoéster) con un aldehído y amoniaco para obtener una 1,4-dihidropiridina, que al tratarse con un agente oxidante apropiado, forma la piridina correspondiente. Los oxidantes usados para la aromatización de la 1,4dihidropiridina son: O2, NaNO2/AcOH, NaNO2/HCl, HNO3, Fe(NO3)3, KMnO4, DDQ (Diclorodicianoquinona), entre otros.  Por medio de la síntesis de Hantzsch se pueden obtener como intermediario una 1,4dihidropiridinas sustituidas. Se ha demostrado en esta síntesis, desarrollada por Arthur Hantzsch, que se forma una 1,4-dihidropiridina por la adición 1,4- de Michael entre una enamina y una enona. REACCIÓN. H

H O

O EtO

OEt

+ O

O

O

O NH3

EtOH

H H

EtO

O OEt

N H 3,5-Dietoxicarbonil-2,6-dimetil1,4-dihidropiridina  

MECANISMO DE REACCIÓN.

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MATERIAL   Agitador de vidrio 1 Pipeta de 1 mL Barra de agitación magnética 1 Pipeta de 5 mL Embudo Büchner con alargadera 1 Probeta 25 mL Embudo de filtración rápida 1 Recipiente de peltre Espátula de acero inoxidable 1 Refrigerante para agua con mangueras Jeringa 1 T para vacío Matraz bola de fondo plano de 25 mL 1 Tapón esmerilado Matraz Erlenmeye Erlenmeyerr de 125 mL 1 Trampa para gases nitrosos Matraz Kitazato de 125 mL con 1 Vaso de precipitados de 100 mL manguera Parrilla con agitación magnética 1 Vaso de precipitados de 250 mL Pinzas de 3 dedos con nuez 2 Vidrio de reloj

2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1

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REACTIVOS Formaldehído (37%) (QP) Acetoacetato de etilo (QP) Hidróxido de amonio concentrado (RA) Etanol (QP)

QUÍMICA ORGÁNICA III (1628)  CANTIDAD 0.7 mL 2.5 mL 3.1 mL 0.95 mL

PROCEDIMIENTOS. CONVENCIONAL En un matraz de fondo redondo de 100 mL, con una boca (junta esmerilada 14/20), se le adapta un refrigerante de agua en posición de reflujo re flujo y se adicionan los siguientes reactivos re activos a través del refrigerante (en el orden indicado): 0.7 mL (0.26 g, 9.34 mmol) de formaldehído acuoso (formalina) al 37%, 2.5 mL m L (2.55 g, 19.61 mmol) de acetoacetat acetoacetatoo de  etilo y 3.1 mL (0.6235 g, 17.78 mmol) de hidróxido de amonio concentrado (28%). Las paredes del condensador se lavan con 0.95 mL de etanol. La mezcla de reacción se agita bajo una agitación agitació n magnética vigorosa y se calienta a reflujo por 30 minutos. Al finalizar el tiempo de calentamiento, la mezcla m ezcla de reacción se coloca dentro de un vaso vas o de precipitados de 50 mL y se deja enfriar utilizando un baño de hielo ( NOTA 1). La suspensión resultante se filtra, y el sólido se lava cuidadosamente con 3 porciones (de 1 mL cada una) de etanol bien frío. El producto crudo se purifica por recristalización con la mínima cantidad de etanol caliente. El producto puro se aísla por medio de una filtración al vacío. El producto puro tiene un punto de fusión de (183-184 °C). QUÍMICA VERDE. En un frasco ámbar con tapa, se adicionan los siguientes reactivos: 0.7 mL (0.26 g, 9.34 mmol) de formaldehído acuoso (formalina)   al 37%, 2.5 mL (2.5525 g, 19.61 mmol) de acetoacetato de etilo y 3.1 mL (0.6235 g, 17.78 mmol) de hidróxido de amonio concentrado (28%). Las paredes del frasco se lavan con 0.95 mL de etanol. Una vez que ya esté preparada la mezcla de reacción, el frasco se tapa y se deja reposar durante una semana a temperatura ambiente. La mezcla de reacción se coloca dentro de un vaso de precipitados de 50 mL y se deja enfriar utilizando un baño de hielo ( NOTA 1). La suspensión resultante se filtra, y el sólido se lava cuidadosamente con 3 porciones (de 1 mL cada una) de etanol frío. El producto crudo se purifica por recristalización con la mínima cantidad de etanol caliente. El producto puro se aísla por medio de una filtración al vacío. Se calcula el

rendimiento y se reporta el punto de fusión del producto (reportado: 183-184 °C). NOTAS. 1) En este punto el producto debe precipitar completamente, si es necesario induzca la precipitación. 2) Se obtiene una segunda cosecha de producto menos puro, si se agrega agua a las aguas madres, se aísla el producto crudo por filtración al vacío y el producto crudo se purifica por medio de una recristalización de la manera ya indicada. BIBLIOGRAFÍA. 1. Norcross, B. E.; Clement, G; Weinste Weinstein, in, M.; J. Chem. Educ., 1969, 46, 694-695.  2. Cheung, L.W.; Styler, S. A.; Dicks, A. P. J. Chem. Educ., 2010, 87, 628-630. 

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OBTENCIÓN DE 3,5-DIETOXICARBONIL2,6-DIMETIL-1,4-DIHIDROPIRIDINA 

Formaldehido + AcOEt + NH4OH 1. Calentar a reflujo 10 min. 2. Enfriar y filtrar. 3. Lavar con EtOH frio. Filtrado

Sólido

trazas de materia prima que no reacciono.

3,5-dietoxicarbonil-2,6dimetil-1,4-dihidropiridina cruda

D1

Filtrado

EtOH + trazas de producto D2

4. Recristalizar    con EtOH. 5. Filtrar. Sólido

3,5-dietoxicarbonil-2,6dimetil-1,4-dihidropiridina PURA

 

D1: filtrado o determinarle pH, neutralizar en caso necesario, de aparecer color o sólido D1: Al filtrad suspendido suspendi tratar con carbón activado y enviar a incineraci incineración ón y desechar la solución neutra al do drenaje. D2: D2:  Guardar el etanol para destilar al final del semestre. Solo si la cantidad de etanol es considerable.

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PRÁCTICA 8. (Parte 2)  OBTENCIÓN DE PIRIDINAS. SÍNTESIS DE LA 3,5-DIETOXICARBONIL-2,6-DIMETILPIRIDINA.  OBJETIVOS. a) Obtener una piridina por medio de la oxidación de una 1,4-dihidropiridina. b) Aislar una piridina en función de sus propiedades ácido-base. c) Revisar la importancia en química de alimentos de este tipo de compuestos. INFORMACIÓN. La 3,5-dietoxicarbonil-2,6-dimetil-1,4-dihidropiridina se oxida con nitrito de sodio, ácido nítrico y ácido acético (o bien otros agentes oxidantes como el oxono o el percarbonato de sodio), para formar la 3,5-dietoxicar 3,5-dietoxicarbonil-2,6-dimeti bonil-2,6-dimetilpiridina. lpiridina. Cuando se calientan pentosas, hexosas hexosas y disacáridos con aminas primarias ssee forman 1alquil-3-oxopiridiniobetainas. La sal de N-(1-carboxeti -(1-carboxetil)-6-(hidroxi l)-6-(hidroximetil)piridinio-3-ol, metil)piridinio-3-ol, Alapiridaina, fue el primer producto de reacción de Maillard no volátil reportado en la literatura que incrementa el sabor dulce.  Alapiridaina  Alapirida ina

1-aquil-3-oxopiridiniobetaína

HO O O

N

O

H O

H H

EtO

 

OH

REACCIÓN. O

OH

N

O HNO3

OEt

O

EtO

OEt

N

N

H 3,5-Dietoxicarbonil-2,6-dimetil1,4-dihidropiridina

3,5-Dietoxicarbonil-2,6-dimetilpiridina  

MECANISMO DE REACCION. O H

O

N

O

H

O

H H

EtO

O

N

 

O

N

+

O

O

O

O

O

H

H H

O

N

O O

 

N

OEt

 

EtO

O

O OEt

H

N O

H

O

EtO

N

N

+   H O 2

O

O

O

EtO

H N O

H

H

OEt N

O

O

O

-H

OEt N

O

 

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QUÍMICA ORGÁNICA III (1628) 

MATERIAL   Matraz bola de 25 mL con fondo plano 1 Probeta de 25 mL Refrigerante de agua con mangueras Agitador magnético Embudo de filtración rápida 1 Barra de agitación magnética Parrilla de calentamiento/agitación 1 Pinza de 3 dedos con nuez magnética Espátula de acero inoxidable 1 Embudo Büchner con alargadera Vaso de precipitados de 100 mL 1 Agitador de vidrio Matraz Kitazato de 125 mL con manguera 1 Termómetro de -10 a 400 oC REACTIVOS cido nítrico conc. (RA) cido nítrico al 20 ó 30 % (RA) Peróxido de hidrógeno Carbonato de sodio (QP) Etanol

1 1 1 1 1 1

CANTIDAD 0.5 mL 10 mL 25 mL 1g 10 mL

PROCEDIMIENTO.

En un matraz de fondo redondo de 50 mL, con dos bocas (juntas esmeriladas 14/20), adicione 0.5 g (1.95 mmol) de la 3,5-dietoxicarbonil-2,6-dimetil-1,4-dihidropiridina (la cual se obtuvo de acuerdo con la técnica anterior). Adapte un refrigerante de agua en posición de reflujo, coloque a éste una trampa que permita burbujear los gases generados en peróxido de hidrógeno o solución diluida de permanganato de potasio. Una vez montado el equipo adicione por la boca del matraz 0.5 mL de ácido nítrico concentrado. (NOTA 1), con agitación magnética caliente cal iente la mezcla de reacción de 40 a 50 °C de 20 a 30 minutos (NOTA 2). Vierta la solución en 13 mL de hielo-agua conteni contenidos dos en in vaso de precipita precipitado. do. Lleve la solución cuidadosamente a pH ligeramente básico con Na 2CO3 sólido (NOTA 3). Filtre la suspensión resultante, lave el producto obtenido con agua fría y se seca al aire. El producto crudo se purifica por una recristalización par de metanol-agua o etanol-agua. El producto puro se aísla por medio dedisolventes una filtraciónutilizando al vacío. El producto puro tiene como forma cristalina agujas blancas largas, con un punto de fusión de 70-71 ºC.  ALTERNATIVO:  AL TERNATIVO:

En un matraz de fondo redondo de 50 mL, adicione 0.5 g (1.95 mmol) de la 3,5dietoxicarbonil-2,6-dimetil-1,4-dihidropiridina (la cual se obtuvo de acuerdo con la técnica anterior). Adicioné 10 mL de una solución de ácido nítrico al 20% o al 30%. Adapte un refrigerante de agua en posición de reflujo, con agitación magnética caliente la mezcla de reacción a reflujo durante 30 minutos (NOTA 2). Vierta la solución en 7 mL de hielo-agua contenidos en un vaso de precipitado. Lleve la solución cuidadosamente a pH ligeramente básico con Na2CO3  sólido (NOTA 3). Filtre la suspensión resultante, lave el producto obtenido con agua fría y se seca al aire. El producto crudo se purifica por una recristalización par de disolventes utilizando metanol-agua o etanol-agua. El producto puro se aísla por medio de una filtración al vacío. El producto puro tiene como forma cristalina agujas blancas largas, con un punto de fusión de 70-71 ºC. 

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NOTAS. 1) Procure que no se escapen los gases nitrosos generados al ambiente. 2) El punto final de la oxidación se observa por la desaparición del color amarillo de la disolución debido a la 1,4-dihidropiridina, la cual al oxidarse a la piridina correspondiente desaparece. 3) Se debe ddee tener cuidado al neutralizar la mezcla de reacción, porque se puede formar espuma abundante debido al gas que se desprende.  ANTECEDENTES. 1) Métodos generales de preparación de piridinas. 2) Síntesis de Hantzsch. 3) Fundamento químico, estequiometr estequiometria ia y mecanismo de reacción. 4) Análisis del proced procedimiento imiento en la formación de la 3,5-dietoxicarbonil-2,6-d 3,5-dietoxicarbonil-2,6-dimetil-1,4imetil-1,4dihidropiridina dihidropi ridina y de la 3,5-dietoxicarbonil-2,6-di 3,5-dietoxicarbonil-2,6-dimetilpiridina. metilpiridina. 5) Importancia en qquímica uímica de alimentos de algunos derivados de la piridina. BIBLIOGRAFÍA. 1. Norcross, B. E.; Clement, G; Weinste Weinstein, in, M.; J. Chem. Educ., 1969, 46, 694-695  2. Pachmayr, O,; Ledl, F. und Severin, T. Z Lebensm Unters Forsch., 1986, 182, 294-297 3. Ottinger, H.; Soldo, T.; Hofmann Hofmann,, T. J. Agric. Food Chem. 2003, 51, 1035-1041

OBTENCIÓN DE 3,5-DIETOXICARBONIL2,6-DIMETILPIRIDINA

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D1:: Filtrar la so solución, lución, eell sólido se empaca pa para ra incinera incineración ción y el líqui líquido do se desec desecha ha D1 neutro. D2: D2:  Decolorar con carbón activado si es necesario. Filtrar Filtr ar y desechar neutra la solución. El sólido de empaca para incineración. D3: Guardar para recuperar por destilación al final del semestre.

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PRÁCTICA 9.  OBTENCIÓN DE PIRAZINAS. OBTENCION DE LA 2,3-DIFENILQUINOXALINA 2,3 -DIFENILQUINOXALINA  OBJETIVOS.  a) Llevar a cabo la síntesis de una pirazina. b) Ilustrar la formación de la 2,3-difenil 2,3-difenilquinoxalina. quinoxalina. c) Revisar el interés en química de alimentos de las pirazinas. REACCIÓN. NH2

N

O +

NH2 -Fenilendiamina

o

+

  H2O

N

O

Bencilo

2,3-Difenilquinoxalina

 

MECANISMO DE REACCIÓN. EtO H

H   H O

NH2

N

+ NH2

 

H OEt OEt N O

O

OH

NH2 O

NH2 O

HO H H   OEt

N

N

- H2O

N

O N

NH2 O

NH O 2

EtO

H   H

N

N

- H2O

N

OH N

N

H

H

N

HO   INFORMACIÓN. Uno de los métodos para preparar pirazinas consiste en hacer reaccionar una -

-aminoaciloina consigo misma, para a que a través de una aminocetona o bien posterior reacción deuna oxidación se obtenga la pirazina aromática correspondiente. Otra

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manera de obtener estos compuestos es utilizar un 1,2-diaminocompuesto con una instauración, como la orto-feniléndiamina (1,2-diaminobenceno), con un compuesto 1,2dicarbonílico, para obtener la pirazina aromática correspondiente, sin necesidad de llevar a cabo la reacción de oxidación. Las pirazinas se forman por la reacción de Maillard y por pirolisis de amino compuestos en los alimentos. Se encuentran en alimentos que han sido tratados térmicamente como el pan, carne el café la cocoa ydel las nueces Las lapirazinas sontostado, responsables aroma tostadas. y sabor de diversos alimentos.  Aroma de cacahuates totados y palomitas. 2-metilpirazina

 Aroma nueces tostadas

 Aroma a papa.

2-etil-3-vinil-pirazina

2-etil-3-metoxipirazina

N

N

N

N

N N

 Aroma  Arom a a papa cruda

2,5-dimetilpirazina

2-metoxi-3-isobutilpirazina

N

N

N N

O

N

 

O

Sabor en el café verde

MATERIAL   Agitador de vidrio 1 Pipeta de 1 mL Embudo Büchner con alargadera 1 Probeta 25 mL Embudo de filtración rápida 1 Recipiente de peltre Espátula de acero inoxidable 1 Recipiente eléctrico para baño María Matraz Erlenmeye Erlenmeyerr de 50 mL 1 Vaso de precipitados de 100 mL Matraz Kitazato de 125 mL con 1 Vaso de precipitados de 250 mL manguera Pinzas de 3 dedos con nuez 1 Vidrio de reloj REACTIVOS Bencilo (QP) orto-Fenilendiamina (1,2-diaminobenceno) (QP) Metanol (QP) Isopropanol cido acético glacial Etanol (QP)

 

2-isobutil-3-metoxipirazina

 Aroma a papa

N

O

  1 1 1 1 2 1 1

CANTIDAD 0.24 g  0.12 g  g 

1 mL 1 mL 1 mL 30.0 mL

PROCEDIMIENTO. En un vaso de precipitados de 100 mL se colocan 0.25 g de bencilo (1.15 mmol) y 0.13 g de o-feniléndiamina (1.2 mmol). Los reactivos se mezclan perfectamente por agitación con

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una varilla de vidrio y se adiciona 1 mL del disolvente asignado previamente (metanol, etanol o 2-propanol). Se continúa la agitación manual con la varilla de vidrio durante un período de 3 a 5 minutos. En ese lapso de tiempo se deberá observar la formación de un precipitado color beige. El producto crudo se aísla por medio de una filtración al vacío (empleando un matraz Kitazato y un embudo Büchner). El producto crudo se purifica por medio de una recristalización con etanol. Se calcula el rendimiento y de determina el punto de fusión (reportado 120-122 °C).  NOTA. También se puede utilizar ácido acético en lugar del alcohol.  ANTECEDENTES. 1) Métodos ggenerales enerales de obtención de pirazinas. 2) Fundamento quí químico mico y mecanismo de la reacción. 3) Propiedades de los reactivos y del producto obtenido. 4) Interés en química de alimentos de las pi pirazinas. razinas. CUESTIONARIO. 1) ¿Qué ocurre cuando se adiciona el alcohol a la mezcla del bencilo y la ortofeniléndiamina? 2) ¿Habrá alguna diferencia de acuerdo al tipo de alcohol (metanol, etanol o 2-propanol) empleado? BIBLIOGRAFIA. 1. Joule, J. A.; Mills, K.; and S Smith, mith, G.F.; Heterocyclic Chemistry, 3rd. Ed., págs. 214-215,

Ed. Chapman & Hall, London, 1995. 2. Maga, J.A.; Sizer, C. E. J. Agr. Food Chern., 1973, 21, 22 – 30. 3. Belitz, H.D.; Grosch, W. Food Chemistry. Springer. Págs 343 - 344. Second Edition.

OBTENCIÓN DE 2,3-DIFENILQUINOZALINA Bencilo + EtOH + o-fenilendiamina 1. Homogenizar la mezcla. 2. Dejar reposar 40 min. a temperatura ambiente 3. Filtrar el sólido al vacío. Sólido

Filtrado

2,3-difenilquinoxalina cruda

Filtrado

EtOH con trazas de producto D2

4. Recristalizar    de EtOH. 5. Filtrar. Sólido

Solución hidroalcohólica con trazas de materia prima D1

2,3-difenilquinoxalina PURA  

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D1:: Reunir para destilar el EtOH, la cola de destilación puede ser bencilo que puede D1 purificarse por recristalización recristalización para ser reusado. D2:  Recuperar por destilación cuando sea una cantidad significativa. D2: PRÁCTICA 10. 

SÍNTESIS DE PIRIMIDINAS. OBTENCIÓN DE LA 5-ETOXICARBONIL-4-FENIL-6-METIL-2-OXO-1,2,3,4-TETRAHIDROPIRIMIDINA.   OBJETIVOS. a) Llevar a cabo la síntesis de una pirimidina. b) Ilustrar la formación de la 5-etoxicarbonil-4 5-etoxicarbonil-4-fenil-6-metil-2-o -fenil-6-metil-2-oxo-1,2,3,4xo-1,2,3,4tetrahidropirimidina. c) Revisar el interés en química de alimentos de las pirimidinas. INFORMACIÓN. La reacción de Biginelli es una reacción de 3 componentes muy versátil para obtener pirimidinas. La reacción consiste en hacer reaccionar un aldehído con un -cetoéster y urea utilizando alcohol como disolvente, para que la reacción se lleve a cabo se requiere de catálisis ácida. Los catalizadores más comúnmente utilizados para realizar la reacción de Biginelli son HCl, H2SO4, AcOH, AcOH/HCl, dioxano/HCl, ácido tartárico/MeOH REACCIÓN. O O H

O

O

+

+

OEt  Acetoacetato  Acetoace tato de etilo

H2N

HCl NH2

EtO2C

EtOH

N

Urea

Benzaldehído

N

H O

H 5-Etoxicarbonil-4-fenil-6-metil-2-oxo1,2,3,4-tetrahidropirimidina

  MATERIAL   Agitador de vidrio 1 Pinzas de 3 dedos con nuez Barra de agitación magnética 1 Pipeta de 5 mL Embudo Büchner con alargadera 1 Probeta 25 mL Embudo de filtración rápida 1 Recipiente eléctrico para baño María Espátula de acero inoxidable 1 Recipiente de peltre Matraz bola de fondo plano de 25 mL 1 Refrigerante para agua con mangueras Matraz Erlenmeye Erlenmeyerr de 50 mL 1 Vaso de precipitados de 100 mL Matraz Kitazato de 125 mL con 1 Vaso de precipitados de 250 mL manguera Parrilla con agitación magnética 1 Vidrio de reloj REACTIVOS Benzaldehído (QP) Acetoacetato de etilo (QP)

2 1 1 1 1 1 1 1

CANTIDAD 0.13 mL 0.25 mL

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Urea (QP) cido clorhídrico concentrado (QP) Etanol

0.075 g 0.3 mL 20.0 mL

MECANISMO DE REACCIÓN.

H

 

O

-H /+H

H

O H H

H

O 

H NH2 H2N

H

N

H2N

H

O

H

N

H2N

O H O

O

H

H2N

-H2O

O

O

EtO

EtO

H O

O

O

H

O H H N

H2N

N

H

O H

EtO

N O H N 2

O

H

H EtO

N

O O

H

H

O

N H   H

-H /+H

O

O -H EtO

NH N H

O

O

H

EtO

NH N H

-H2O

H EtO

N

O H

N

O H

H

O

 

PROCEDIMIENTOS CONVENCIONAL. A una solución de benzaldehído 0.133 g (0.127 mL, 1.25 mmoles) en 0.5 mL de etanol, contenidos en un matraz bola de fondo plano de 25 mL de una boca, se adiciona 0.247 g (0.242 mL, 1.90 mmoles) de acetoacetato de etilo, 0.075 g (1.25 mmoles) de urea y una gota de ácido clorhídrico concentrado. concentrado. Se coloca el refrigerant refrigerantee en posición de reflujo y se calienta con una parrilla de agitación magnética durante 10 min. Terminado el tiempo de reacción se enfría en un baño de hielo, hasta que se observa la formación de un sólido blanco. El sólido se separa por filtración al vacío y se lava con etanol frío (3x1 mL). Se recristaliza de etanol o etanol-agua, se filtra, se seca y se determina el punto de fusión (208°-210 °C) y rendimiento. QUÍMICA VERDE. En un frasco se coloca el benzaldehído 0.133 g (0.127 mL, 1.25 mmol), se adiciona 0.242

mL (0.247 g, 1.9 mmol) de acetoacetato  0.075 g de urea (1.25 mmol) y 0.1 ml de ácido clorhídrico concentrado, la mezclade seetilo, agita. Posteriormente se tapa el frasco y se

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guarda hasta la siguiente sesión. La formación del producto se observa al cabo de 5 horas. Una vez obtenido el producto, se recristaliza con etanol o etanol-agua. Para lo que se requiere de un máximo de 20 mL de etanol caliente, hasta lograr la disolución completa del producto (no es necesario utilizar los 20 mL), Continúe el calentamiento hasta lograr que se evapore el disolvente a la mitad de su volumen. Utilice etanol bien frío para bajar el resto de los cristales. Se registra el rendimiento y se toma el punto de fusión (reportado: 208-210 °C).  ANTECEDENTES. 1) Métodos generales de obtención de pirimidinas pirimidinas.. 2) Fundamento qquímico uímico y mecanismo de la reacción. 3) Propiedades de los reactivos y del producto obtenido. 4) Interés eenn quí química mica de al alimentos imentos ddee las pirimidinas. BIBLIOGRAFÍA

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OBTENCIÓN DE 5-ETOXICARBONIL-4-FENIL-65-ETOXICARBONIL-4-FENIL-6METIL-2-OXO-1,2,3,4-TETRAHIDROPIRIMIDINA 

Benzaldehído + Acetoacetato de etilo + Urea + EtOH + HClconc. 1. Calentar a reflujo dutante 10min o dejar 1 semana. 2. Enfriar en baño de hielo. 3. Filtrar el sólido al vacío. 4. Lavar con EtOH frío 3x1 Filtrado

Sólido

5-etoxicarbonil-4-fenil-6-metil2-oxo-1,2,3,4-tetrahidropirimidina cruda

Filtrado

EtOH con trazas de producto

EtOH con trazas de materia prima que no reaccionó

5. Recristalizar    de EtOH o EtOH/H2O. 6. Filtrar y secar. Sólido

D1

5-etoxicarbonil-4-fenil-6-metil2-oxo-1,2,3,4-tetrahidropirimidina PURA

D2

  D1:: Filtrar si es necesario y empacar el sólido ppara ara inci incineración, neración, neutralizar con NaOH. D1 Si la cantidad de EtOH es mayor de 20% guardar para su recuperación. D2 D2::  Guardar para destilar al final del semestre.

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