Procedimientos Experimentales QO III (1521) QFB

QUÍMICA ORGÁNICA III (1521)

FACULTAD DE QUÍMICA. UNAM

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE

QUÍMICA ORGÁNICA MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO 1521

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

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PRÁCTICA 1. 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 de la química farmacéutica en los derivados de furano. REACCIÓN.

INFORMACIÓN. Las materias primas ricas en pentosanos son recursos naturales renovables provenientes de la agricultura. Entre ellas están algunos 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); 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. Al hacer reaccionar este compuesto con la 2,4-dinitrofenilhidrazina, 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.

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Agitador de vidrio Anillo metálico Colector de destilación Embudo de separación de 125 mL con tapón Embudo de filtración rápida

MATERIAL. 1 Pinzas de tres dedos con nuez 1 Pipeta graduada de 10 mL 1 Probeta graduada de 25 mL 1 Recipiente de peltre

1

Espátula

1

Frasco vial Matraz de fondo plano de 50 mL

2 1

Matraz de fondo plano de 125 mL Matraz Erlenmeyer Erlenmeye r 125 mL

1 1

Mechero con manguera

1

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

Recipiente eléctrico para baño María Refrigerante de agua con mangueras T de destilación Tela de alambre con placa de asbesto Tubo de ensayo Vaso de precipitados de 100 mL Vidrio de reloj

2 1 1 1 1 1 1 2 2 1

CANTIDAD 7.5 g 5.0 g 3.0 g 2.0 mL

3.0 g 40 mL 45 mL 2 mL 2 mL

PROCEDIMIENTO. En un matraz de fondo plano de 125 mL, con una boca (junta esmerilada 14/20), 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) (DESECHO 1). Neutralice el destilado con carbonato de sodio sólido, satúrelo con cloruro de sodio y aísle el furfural a través de una extracción líquido-líquido con cloruro de metileno (tres porciones de 15 mL cada una) (DESECHO 2). 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 (DESECHO 3). Con este residuo efectúe las siguientes pruebas de identificación: a) En un vial v ial o tubo de ensayo coloque 0.5 mL de una ssolución olución 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 vacío y determine el punto de fusión del producto seco (NOTA 3).

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b) En una tira de papel filtro de 1 cm impregnada con acetato de anilinio, adicione 1 ó 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 tubo de ensayo coloque 0.5 mL del reactivo de Tollens y de 2 a 3 gotas del residuo aceitoso. Mezcle homogéneamente el contenido del tubo y caliente unos minutos en baño María. Observe la formación 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 formado teniendo precaución 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. 2. No lleve la destilación a sequedad, y el residuo deséchelo en un recipiente para residuos. 3. El punto de fusión de la 2,4-dinitrofenilhidrazona del furfural es de 230 oC. 4. Por ningún motivo utilice el mechero para hacer la destilación del diclorometano, debido a que es un disolvente inflamable.  ANTECEDENTES 1) Métodos generales de obtención de furanos. 2) Fundamento químico y mecanismo de la reacción. 3) Derivados del furfural con importancia en alimentos. 4) Técnicas de preparación del reactivo de Tollens, de la solución de la 2,4-dinitrofenilhidrazina y del acetato de anilinio. BIBLIOGRAFÍA. 1. Adams, R.; VoorHees, V.; Organic Synthesis, Coll. Vol. I , pag. 281. 2. Paquette, L. A.; Fundamentos de Química Heterocíclica , págs. 117-118. Ed. Limusa, México, 1987. 3. Acheson, R. M.; Química Heterocíclica , págs. 157-159. Ed. Publicaciones Cultural, México, 1981.

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OBTENCIÓN DE FURFURAL

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D1: Determinar pH (ácido). Neutralizar con lejía de sosa o con desechos básicos para neutralizar (DBN) y desechar al cesto de sólidos para incinerar. D2: Determinar pH (muy ácido). Neutralizar con lejía y desechar con abundante agua en el 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). D4: Guardar para recuperar por destilación al final del semestre. D5: Guardar para incineración. D6: Solicitar el tratamiento para recuperar plata (llevar a pH con ácido nítrico y agregar NaCl para precipitar el 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%). D8: Filtrar la solución y desechar neutra al drenaje con abundante agua, empacar el sólido para incineración.

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PRÁCTICA 2. SÍNTESIS DE PIRROLES. OBTENCIÓN DEL 1-FENIL-2,5-DIMETILPIRROL .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 farmacológico de los derivados de pirrol. REACCIÓN.

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 (2,5-hexanodiona) en presencia de anilina (o derivados de la misma) forma el 1-fenil-2,5-dimetilpirrol correspondiente. 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 Erlenmeyer de 50 mL 1 Vaso de precipitados de 100 mL Matraz Kitazato de 125 mL con 1 Vidrio de reloj manguera REACTIVOS Acetonilacetona (2,5-hexanodiona) (QP) Anilina recién destilada (QP) cido clorhídrico (38%) (RA) cido clorhídrico (0.5 M) (se disuelven 2 mL de HCl concentrado en 50 mL de agua) Etanol (disolvente) (QP) Etanol (disolvente para recristalizar) (QP)

1 1 1 1 1 1 2

CANTIDAD 1.0 mL. 0.78 mL 0.075 mL 5 mL

7.5 mL 20 mL

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PROCEDIMIENTO. En un matraz bola de 25 mL con fondo plano, coloque 0.78 mL (0.8 g, 8.59 mmol) de anilina, 1.0 mL (0.97 g, 8.52 mmol) de 2,5-hexanodiona, una gota de HCl concentrado, 7.5 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 25 mL de agua y 1.5 mL de HCl concentrado. El producto se aísla por filtración a vacío y se lava con agua (aproximadamente 25 mL). El producto se purifica por par de disolventes etanol-agua. El producto se seca, se pesa para determinar el rendimiento. El punto de fusión reportado es de 50-51°C.  ANTECEDENTES. 1) Importancia de la síntesis de Paal-Knorr. 2) Mecanismo de reacción más probable en la reacción de ciclación. 3) Métodos de obtención de la acetonilacetona. 4) Propiedades y toxicidad de los reactivos y del producto obtenido. 5) Importancia en química farmacéutica 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 , págs. 120-121, Ed. Publicaciones Cultural, México, 1981. 4. Paquette, L. A.; Fundamentos de Química Heterocíclica , págs. 119-120, Ed. Limusa, México, 1987.

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OBTENCIÓN DE 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 desecharlo al drenaje. D2: Guardar el etanol para destilarlo al final del semestre, solo si la cantidad de etanol es considerable.

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PRÁCTICA 3. IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS, LÍPIDOS Y CARBOHIDRATOS EN PRODUCTOS LÁCTEOS OBJETIVOS. a) Comprobar de forma sencilla la existencia de proteínas, grasas y azúcares en un alimento básico como la leche.

b) Observar el comportamiento de las proteínas lácteas ante determinados cambios físicos y químicos.

Embudo de Filtración rápida Espátula de acero inoxidable Gradilla para tubos de ensayo Mechero Bunsen Pipeta de 10 mL

MATERIAL 1 Pipeta de 1 mL 1 Pipeta Pasteur o Beral 1 Pinzas para sujetar tubos de ensayo 1 Tubos de ensayo 1 Vaso de precipitados de 100 mL

REACTIVOS Solución saturada de NaCl Solución de NaOH al 20 % cido clorhídrico (concentrado) Leche Solución de CuSO 4 al 1 % Sudán III Solución de HCl al 19 %

cido nítrico concentrado Agua destilada Reactivo de Fehling o Benedict

1 1 1 12 1

CANTIDAD 2 mL 5 mL 2 mL La cantidad que sea necesaria 1 mL 0.5 mL 1 mL 0.5 mL 10 mL 1 mL

PROTEÍNAS INFORMACIÓN.

La coagulación de las proteínas se produce por su desnaturalización, provocada por diversos factores tanto químicos como físicos; el aumento de temperatura, variaciones de presión y de pH o cambios en la concentración salina. La desnaturalización se relaciona con la alteración de la conformación nativa de las proteínas por alguno de los factores señalados, provocando la ruptura de los enlaces de la estructura cuaternaria, terciaria y secundaria.

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PROCEDIMIENTO. Preparar una serie de cuatro tubos de ensayo y numerarlos: 1) Al tubo No. 1 añadir 2 mL de leche y 2 mL de HCl concentrado. 2) Al tubo No. 2 adicionar igual cantidad de leche y 2 mL de una solución saturada de NaCl. 3) Al tubo No. 3 agregar 2 mL de leche y 2 mL de NaOH al 20%. 4) Al tubo No.4 añadir 2 mL de leche y después calentar levemente.

Anotar los resultados obtenidos y comparar los diferentes tubos. Tubo 1 2 3 4

Contenido Leche/HCl Leche/NaCl Leche/NaOH

Observaciones

Leche/Δ

REACCIONES.

PRUEBA XANTOPROTEICA Y DE B IRUET INFORMACIÓN. Xantoproteica : Esta prueba caracteriza a los aminoácidos aromáticos. Estos aminoácidos son esenciales y precursores de otros compuestos biológicos. Ellos son la fenilalanina, tirosina y triptófano. Sus cadenas laterales poseen un anillo aromático. La tirosina es como la fenilalanina pero con un grupo hidroxilo en su anillo aromático, lo que la hace menos reactiva. Esta reacción se debe a la presencia de un grupo fenilo en la molécula proteica. En esta prueba se produce la nitración del anillo bencénico presente en los aminoácidos aromáticos de las proteínas mediante la reacción con el ácido nítrico concentrado, obteniéndose compuestos que son los responsables de darle esa coloración amarilla a la mezcla resultante de las proteínas junto con el ácido nítrico. Biruet: Es una reacción típica de los enlaces peptídicos en la cual los átomos de cobre del reactivo se une a varios grupo amino y se produce una coloración rosa violeta, pero no es sensible para dipéptidos o aminoácidos libres. PROCEDIMIENTO.

1. Prueba Xantopr oteica.  Recoger con una espátula el precipitado de la leche coagulada (caseína), ponerlo en un trozo de papel filtro y secarlo.  Poner en un tubo de ensayo una pequeña porción del precipitado seco, añadir unas gotas de ácido nítrico concentrado y calentar ligeramente; observar el resultado.

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2. Prueba de Biuret .  Colocar en un tubo una disolución de la proteína, añadir un volumen igual de NaOH al 20%, agitar y agregar de 4 a 5 gotas de CuSO 4 al 1%, agitar nuevamente e interpretar los resultados. Prueba Xantoproteica Biuret

Observaciones

REACCIONES.

LÍPIDOS INFORMACIÓN. Las grasas se colorean de rojo-anaranjado con el colorante Sudán III. Esto se debe a que el Sudán III es un colorante lipófilo (soluble en grasas). Por esa afinidad a los ácidos grasos hace que la mezcla de estos con el colorante se ponga de color rojo, mezclándose totalmente y convirtiéndose en un colorante específico utilizado para revelar la presencia de grasas. PROCEDIMIENTO. Colocar 2 mL de leche en un tubo de ensayo, añadir 10 mL de agua y unas gotas de Sudán III, agitar fuertemente y observar, enseguida añadir 1 mL de HCl al 19% y calentar; pueden aparecer dos o tres fases: 1) Fase Superior: formada por las grasas. 2) Fase intermedia: formada por agua y ciertos compuestos solubles, como la lactosa y algunas proteínas disueltas (lactoalbúmina y lactoglobulina). 3) Fase Inferior: con las proteínas coaguladas y precipitadas. CARBOHIDRATOS INFORMACIÓN. Los monosacáridos y la mayoría de los disacáridos posee poder reductor, debido al grupo carbonilo que tienen en su molécula. El poder reductor consiste en la capacidad de un

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átomo o de un ion de ceder uno o más electrones a otro átomo o ion, que quedará reducido. Este carácter puede ponerse de manifiesto por medio del reactivo de Fehling, a una reacción redox llevada a cabo entre ellos y el sulfato de cobre (II). Las soluciones de esta sal tienen color azul. Tras la reacción con el azúcar reductor se forma óxido de cobre I de color rojo. De este modo, el cambio de color indica que se ha producido la citada reacción y que, por tanto, el azúcar presente es reductor. El hecho de que tengan poder reductor se debe al grupo  – OH del carbono carbonílico está libre, por lo que reacciona con el sulfato de cobre del Fehling (azul soluble) reduciéndolo a óxido de cobre I (rojo anaranjado, menos soluble). PROCEDIMIENTO. Reconocimiento de azúcares en la leche . Con ayuda de una pipeta Pasteur o pipeta beral recoger la fase soluble de la prueba anterior, filtrar y poner 1 mL de este filtrado en un tubo de ensayo. A este tubo agregar 1 mL del reactivo de Fehling (o de Benedict) y calentar durante unos minutos. La prueba se considera positiva si aparece un precipitado de óxido de cobre (I) de color rojo, lo cual indica la presencia de un azúcar reductor. REACCIÓN.

BIBLIOGRAFÍA 1. Pavia, D. F.; Lampman, G. M.; Kriz, G. S. Jr.; Introduction to Organic Laboratory Techniques : A comtemporary approach . 1998 Harcourt College Pubs. Philadelphia. 2. Gilbert, J. C.; Martin, S. F.; Experimental Organic Chemistry :  A Miniscale and microscale approach , 2011, 5ª. Ed. Cengague Learning, Boston M. A. 3. Boyer, R. F.; Modern Experimental Biochemistry . Prentice Hall, 2011. New York. 4. Vogel, A. I.; Textbook of Practical Organic Chemistry , 4th. Ed. Longmans. Londres 1978, 1078. 5. Manual de preparación de reactivos . Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Universidad de Santander, Bucaramanga. 2006.

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IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS, LÍPIDOS Y CARBOHIDRATOS EN PRODUCTOS LÁCTEOS

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PRÁCTICA 4. SÍNTESIS DE INDOLES. OBTENCIÓN DEL 1,2,3,4-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 farmacológica de los derivados del indol. REACCIÓN.

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.

Agitador de vidrio Barra de agitación magnética Embudo Büchner con alargadera Embudo de filtración rápida Espátula Matraz bola de fondo plano de 25 mL Matraz Erlenmeyer de 125 mL Matraz Erlenmeyer 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 5 mL 1 Probeta 25 mL 1 Recipiente de peltre 1 Recipiente eléctrico para baño María 1 Refrigerante para agua con mangueras Vaso de precipitados de 100 mL 1 Vaso de precipitados de 250 mL 1 Vidrio de reloj

2 1 1 1 1 1 1 1

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REACTIVOS Fenilhidrazina (QP) Ciclohexanona (QP) Etanol (QP) cido acético glacial (RA)

QUÍMICA ORGÁNICA III (1521) CANTIDAD 0.24 mL 0.26 mL 10 mL 1.8 mL

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, 1.8 mL de ácido acético glacial y 0.24 mL (0.27 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 de reacción a temperatura ambiente. Adicione agua fría (5 mL), en este momento precipita el producto, el cual se aísla por filtración al vacío. Lave el precipitado con tres porciones de agua destilada fría de 5 mL cada una y déjelo secar (DESECHO 1). El producto crudo se purifica por recristalización de etanol. El producto puro se aísla por medio de una filtración al vacío, (DESECHO 2). 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 recaución, en la campana y con guantes de hul e.  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 farmacéutica de los derivados del indol. BIBLIOGRAFÍA. 1. Vogel, A. I.; Textbook of Practical Organic Chemistry . 5TH. Ed., pags. 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.

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OBTENCIÓN DEL 1,2,3,4-TETRAHIDROCARBAZOL

D1: Neutralizar, 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-FENILISOXAZOL-5(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 farmacológico de los derivados de isoxazoles.

REACCIÓN:

Agitador de vidrio Barra de agitación magnética Embudo Büchner con alargadera Embudo de filtración rápida Espátula Matraz bola de fondo plano de 25 mL Matraz Erlenmeyer 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 Recipiente eléctrico para baño María 1 Refrigerante para agua con mangueras 2 Vaso de precipitados de 100 mL 1 Vidrio de reloj

2 1 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

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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. PROCEDIMIENTOS. CONVENCIONAL En un matraz de bola 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. 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 el producto con etanol. Determinar el punto de fusión (reportado: 152-153ºC) y rendimiento. 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 recristalizar el producto con etanol. Determinar el punto de fusión (reportado: 152-153 ºC) y el rendimiento.  ANTECEDENTES: 1) Métodos generales de preparación de isoxazoles. 2) Fundamento químico y de obtención de isoxazoles a través de compuestos 1,3dicarbonílicos. 3) Propiedades de reactivos y producto. 4) Interés en farmacología de los azoles-1,2. CUESTIONARIO 1) ¿Para qué se adiciona el acetato de sodio en esta práctica?. 2) ¿Qué tipo de tautomería presenta la molécula de la 3-fenilisoxazol-5-ona?. 3) Si se hiciera reaccionar acetilacetona con el clorhidrato de la hidroxilamina, ¿qué compuesto se obtendría? 4) ¿Qué intermediario se forma al hacer reaccionar a la hidroxilamina 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?.

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BIBLIOGRAFÍA:

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

OBTENCIÓN DE LA 3-FENIL-5-ISOXAZOLONA

D1 y D2:

Filtrar si es necesario y recuperar el etanol por destilación al final del semestre. Sólo si la cantidad de etanol es considerable.

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PRÁCTICA 6. SÍNTESIS DE AZOLES-1,3. OBTENCIÓN DE 2,4,5-TRIFENILIMIDAZOL .

OBJETIVOS a) Preparar 2,4,5-trifenilimidazol mediante la reacción de 1,2-dicarbonílico, un aldehído y amoniaco. b) Revisar la importancia en química farmacéutica de los imidazoles.

un

compuesto

REACCIÓN

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 1,2dicarbonílicos 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 α -dicetonas y algún aldehído de mayor peso molecular y amoniaco.

REACTIVOS Bencilo (QP) Benzaldehído (QP) Acetato de amonio (QP) cido acético Etanol

CANTIDAD 0.21 g 0.12 mL 0.770 g 1.5 mL 10 mL

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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 400 oC Matraz Erlenmeyer 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 agitación magnética 1 Vidrio de reloj Pipeta graduada de 2 mL 1

2 1 1 1 1 1 1 1 1 1

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 30 min. Terminado el tiempo de calentamiento enfriar, filtrar el sólido al vacío y enseguida lavarlo con 10 mL de agua. Purificar el producto por recristalización de etanol/agua aislándolo posteriormente por filtración al 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 farmacéutica de los azoles-1,3. BIBLIOGRAFÍA 1. Acheson, R.M.  An Introduction to the Chemistry of Heterocyclic Compounds ; John Willey & Sons, 3rd. ed.; Londres, 1976. 2. Fitton, A.O. y Smalley, R.K. Practical Heterocyclic Chemistry ; Academic Press; Londres, 1968. 3. Gilchrist, T.L. Química 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 Ha ff enden, L., Food Chemistry , 2003,81, 403 –409 6. Davidek, T.; VelGek, J.; Davldek,J.F.; and Pech, P.; J. Agric. Food Chem.,1991,39,1374-1377.

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OBTENCIÓN DE 2,4,5-TRIFENILIMIDAZOL

D1 y D2:

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

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PRÁCTICA 7. REACCIÓNES DE AZOLES-1,3. OBTENCIÓN DE LA FUROÍNA. OBJETIVOS. a) Que el alumno lleve a cabo la condensación benzoínica, utilizando como catalizador a la tiamina (vitamina B 1). b) Ilustrar una reacción característica de los azoles-1,3. c) Ilustrar como actúa una coenzima. REACCIÓN.

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 2 nucleófilo y se adiciona al grupo iminio presente en la tiamina . Se ha descrito que se 3 puede utilizar una amina terciaria en esta reacción de condensación , 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.

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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REACTIVOS Clorhidrato de la tiamina (vitamina B 1) (QP) Furfural (QP) Etanol (QP) Hidróxido de sodio (QP)

CANTIDAD 0.3 g 0.382 mL 3 mL 0.023 g

PROCEDIMIENTO. En un frasco ámbar con tapa, coloque 0.3 g (0.192 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 se enfría utilizando un baño de hielo, coloque dentro del frasco el agitador magnético. Es importante que la disolución este fría 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 amarillo. A la solución anterior, manteniendo la agitación vigorosa, se le adicionan 0.75 mL (0.3988 g, 3.75 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, sobretodo 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 de una filtración al vacío, utilizando un embudo Bunsen y un matraz Kitazato (DESECHO 1). El producto crudo se coloca en un vaso de precipitados de 50 mL y se purifica por medio de una recristalización de etanol al 95%. El producto puro se aísla por medio de una filtración al vacío (DESECHO 2). Los cristales se dejan 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 lentamente a la solución de la tiamina, y proponga un mecanismo para explicar la formación de este producto. BIBLIOGRAFÍA. 1. Pavia, D. L.; Lampman, G M.; Kriz, G S.; Engel, R. G; Introduction to Organic Laboratory Techniques, 3rd. Ed., pags. 292-307, Ed. Saunders College Publishing, 1988. 2. Maier, G D.; Metzler, D. E.; J. Am. Chem. Soc. , 1957, 79, 4386-4391. 3. Yano, Y.; Tamura, Y.; Tagaki, W.; Bull. Chem. Soc. Japan, 1980, 53, 740.

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OBTENCIÓN DE FUROÍNA

D1: Filtrar y mandar a incineración. Neutralizar. En caso de presentar color decolorar con carbón activado y desechar al drenaje con abundante agua. D2: Filtrar si es necesario y recuperar en etanol por destilación al final del semestre. Solo 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 farmacológico de este tipo de compuestos. REACCIÓN.

INFORMACIÓN. La síntesis de Hantzsch es una 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, la cual al tratarse con un agente oxidante apropiado, forma la piridina correspondiente. Los oxidantes usados para la aromatización de la 1,4-dihidropiridina son: O 2, 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 que en esta síntesis, desarrollada por Arthur Hantzsch, se forma una 1,4-dihidropiridina por la adición-1,4 (Michael) entre una enamina y una enona. 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 Erlenmeyer 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 (1521) 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 y se adicionan los siguientes reactivos 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 (2.55 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 condensador se lavan con 0.95 mL de etanol. La mezcla de reacción se agita bajo una agitación magnética vigorosa y se calienta a reflujo por 30 minutos. Al finalizar el tiempo de calentamiento, 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 bien frío (DESECHO 1). 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 (DESECHO 2). 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 (DESECHO 1). 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 (DESECHO 2). 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; Weinstein, M.; J. Chem. Educ., 1969, 46, 694-695.

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

D1: Al filtrado determinarle pH, neutralizar en caso necesario, de aparecer color o sólido suspendido tratar con carbón activado y enviar a incineración y desechar la solución neutra al drenaje. 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 farmacéutica de este tipo de compuestos. REACCIÓN.

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-dietoxicarbonil-2,6-dimetilpiridina. 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) Peroxido de hidrógeno Carbonato de sodio (QP) Etanol

1 1 1 1 1 1

CANTIDAD 0.5 mL 10 mL 50 mL 1g 10 mL

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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 hidrogeno 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 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 contenidos en in vaso de precipitado. 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 (DESECHO 1). 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, (DESECHO 2). El producto puro tiene como forma cristalina agujas blancas largas, con un punto de fusión de 70-71 ºC.  ALTERNATIVO:

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 Na 2CO3  sólido (NOTA 3). Filtre la suspensión resultante, lave el producto obtenido con agua fría y se seca al aire (DESECHO 1). 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, (DESECHO 2). El producto puro tiene como forma cristalina agujas blancas largas, con un punto de fusión de 70-71 ºC. NOTAS. 1) Procure que no se escapen los gases nitroso 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 de 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, estequiometria y mecanismo de reacción. 4) Análisis del procedimiento en la formación de la 3,5-dietoxicarbonil-2,6-dimetil-1,4dihidropiridina y de la 3,5-dietoxicarbonil-2,6-dimetilpiridina. 5) Importancia biológica de algunos derivados de la piridina. BIBLIOGRAFÍA. 1. Norcross, B. E.; Clement, G; Weinstein, M.; J. Chem. Educ., 1969, 46, 694-695

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OBTENCIÓN DE 3,5-DIETOXICARBONIL2,6-DIMETILPIRIDINA

D1: Filtrar la solución, el sólido se empaca para incineración y el líquido se desecha neutro. D2: Decolorar con carbón activado si es necesario. Filtrar 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 OBJETIVOS. a) Llevar a cabo la síntesis de una pirazina. b) Ilustrar la formación de la 2,3-difenilquinoxalina. c) Revisar el interés en química farmacéutica de las pirazinas. REACCIÓN.

INFORMACIÓN. Uno de los métodos para preparar pirazinas consiste en hacer reaccionar una aminocetona o bien una -aminoaciloina consigo misma, para a que a través de una posterior reacción de oxidación se obtenga la pirazina aromática correspondiente. Otra 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. 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 Erlenmeyer 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) Etanol (QP)

1 1 1 1 2 1 1

CANTIDAD 0.5 g 0.26 g

1 mL 30.0 mL

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PROCEDIMIENTO. En un vaso de precipitados de 100 mL se colocan 0.5 g de bencilo (2.3 mmol) y 0.26 g de orto-fenilendiamina (1,2-diaminobenceno). Los reactivos se mezclan perfectamente por agitación con 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. Se aísla el producto crudo por medio de una filtración al vacío (empleando un matraz Kitazato y un embudo Büchner) (DESECHO 1). El producto crudo se purifica por medio de una recristalización con etanol. (DESECHO 2). Se calcula el rendimiento y de determina el punto de fusión (reportado 120-122 °C).  ANTECEDENTES. a) Métodos generales de obtención de pirazinas. b) Fundamento químico y mecanismo de la reacción. c) Propiedades de los reactivos y del producto obtenido. d) Interés en química farmacéutica de las pirazinas. 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 Smith, G.F.; Heterocyclic Chemistry , 3rd. Ed., págs. 214-215, Ed. Chapman & Hall, London, 1995.

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OBTENCIÓN DE 2,3-DIFENILQUINOZALINA

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

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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-fenil-6-metil-2-oxo-1,2,3,4tetrahidropirimidina. c) Revisar el interés en farmacia de las pirimidinas. REACCIÓN.

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 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 Erlenmeyer 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

2 1 1 1 1 1 1 1

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REACTIVOS Benzaldehído (QP) Acetoacetato de etilo (QP) Urea (QP) cido clorhídrico concentrado (QP) Etanol

CANTIDAD 0.13 mL 0.25 mL 0.075 g 0.3 mL 20.0 mL

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. Se coloca el refrigerante 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 de etilo, 0.075 g de urea (1.25 mmol) y 0.1 ml de ácido clorhídrico concentrado, la mezcla se agita durante 10 minutos. Posteriormente se tapa el frasco y se 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. 2) Fundamento químico y mecanismo de la reacción. 3) Propiedades de los reactivos y del producto obtenido. 4) Interés en química farmacéutica de las pirimidinas. BIBLIOGRAFÍA

1. Guillén, D.M.; and Manzanos, M.J.; J. Agric. Food Chem., 1999, 47, 3016-3027. 2. Klampfl, C.W.; Himmelsbach, M.; Buchberger, W.; and Klein, H.;  Analytica Chimica  Acta, 2002, 454, 185-191.

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FACULTAD DE QUÍMICA. UNAM

QUÍMICA ORGÁNICA III (1521)

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