Química organica. Heterocíclicos más importantes

1. RESUMEN

 El objetivo de la practica de laboratorio fue síntetizar 3,5-dimetilpirazol partiendo de la acetilacetona e hidrazina y 2,4-pentanodiona, para su posterior purificación a través de filtrados al vacio. Se obtuvo 1,0012 g de 3,5-dimetilpirazol y este proceso arrojo un rendimiento de 59,39%, este rendimiento es optimo y pudo verse afectado por errores en la practica. Se verifico la obtención del compuesto mediante su punto de fusión. Además, se evaluaron los espectros y las características generales del 3,5-dimetilpirazol y se analizo la información recogida.

Palabras Claves:   punto de fusión , heterocíclicos,  síntesis, rendimiento, anillo, espectros, heteroátomos.  

1. INTRODUCCIÓN:  

En la química orgánica encontramos compuestos alifáticos y compuestos cíclicos. Estos últimos se pueden clasificar en dos grandes grupos compuestos carbocíclicos y compuestos heterocíclicos, esta clasificación depende de la composición de sus anillos1. Este informe se centrará en los compuestos heterocíclicos más específicamente en el 3,5-dimetilpirazol.

Los compuestos heterocíclicos son aquellos que en sus anillos poseen otros elementos aparte del carbono, principalmente O, S o N. Muchos de estos compuestos tienen gran importancia en bioquímica y grandes aplicaciones en áreas industriales, agrícolas y médicas. Los compuestos heterocíclicos según el heteroátomo y el tamaño del anillo2, los más importantes se muestran en la figura 1.

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Figura  1. Heterocíclicos más importantes.

Durante esta práctica se sintetizó un pirazol. Los pirazoles son compuestos muy estables frente a agentes oxidantes y ácidos fuertes y no muestran tendencia a polimerizarse, aunque estos heterocíclicos se caracterizan por su gran basicidad, poseen algunas propiedades ácidas y pueden formar sales potásicas3. Estos heterocíclicos pueden ser sintetizados a partir de reactivos con dos heteroátomos adyacentes, como la hidracina y la hidroxilamina que al reaccionar con compuestos 1,3-dicarbonílicos o sus equivalentes producen pirazoles e isaxoles1. Durante esta práctica de laboratorio se sintetizó 3,5-dimetilpirazol a partir de hidracina y 2,4- pentanodiona.

La importancia de realizar esta práctica para nuestra formación como químicos farmacéuticos, es que los compuestos pirazolicos tienen un gran campo de aplicación en el área de la farmacia y la medicina pues poseen propiedades antipiréticas, antiinflamatorias, antitumorales, antifúngicas y antibacteriales. Además, son utilizados en tratamientos contra el asma y el cáncer4. Por esto, aprender a sintetizarlos puede ser una herramienta en futuras investigaciones para desarrollar nuevos fármacos o para mejorar unos preexistentes, pues la mayoría de los fármacos tienen en su estructura fundamentalmente compuestos heterocíclicos, un ejemplo de esto es la penicilina2.

1. ANÁLISIS DE RESULTADOS:

Durante la práctica de laboratorio se realizó la síntesis del 3,5-dimetilpirazol.

Uno de los métodos más utilizados para la síntesis de pirazoles consiste en la reacción de condensación de compuesto 1,3-dicarbonilicos con hidrazinas. El mecanismo de esta reacción consiste en la doble condensación(adicción-eliminación) de los grupos   de la hidrazina con los grupos carbonilo de la 1,3-dicetona.[pic 2]

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Esquema 1

Para la síntesis de 3,5-dimetilpirazol se necesita hidrazina y 2,4-pentanodiona, la hidrazina como es un nucleofilo fuerte ataca al carbonilo de la 2,4-pentanodiona ya que el enlace C-O esta polarizado, esto ocasiona que el carbono se encuentre deficiente en electrones y sirva como electrófilo. La hidrazina desplaza los electrones del enlace en dirección al oxígeno. el oxígeno se protona dos veces y la hidrazina se desprotona.

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Esquema 2

Como el oxígeno es mal grupo saliente debe protonarce dos veces para que puede ser eliminado de manera más fácil y en forma de agua, al salir en forma de agua la hidrazina desprotonada genera un doble enlace con el carbono y posteriormente se desprotona para generar mayor estabilidad, como la hidrazina contiene dos grupos  , el grupo que   que todavía no ha reaccionado ataca al carbonilo que todavía queda en la molécula.[pic 5][pic 6]

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Esquema 3

El grupo   se desprotona y el oxígeno se protona, como el carbono no puede quedar con dos grupos tan electro atrayentes el oxígeno debe salir ya que es el mejor grupo saliente que el , al adicionarle calor a la reacción se genera la eliminación del y se genere un doble enlace carbono nitrógeno y posteriormente se genera un heterociclo.[pic 8][pic 9][pic 10]

La reacción ocurre de con gran facilidad y el producto una vez aislado se puede purificar fácilmente por cristalización.

Para realizar esta sínteis se pesó 1,8012 g de sulfato de hidracina, a los cuales se les añadió 11mL de hidróxido de sodio 3.0 M. Estos compuestos se colocaron en un balón de tres bocas y se sometieron a un baño de hielo con el fin de mantener la temperatura de la mezcla en 15oC. A esta mezcla se le adicionó gota a gota y con agitación constante 1,6mL de 2,4-pentanodiona. Cuando todos los compuestos de la mezcla se disolvieron esta se traspasó a un embudo de decantación extrayéndolo con 4mL de éter etílico. Se realizaron tres filtrados con 1,5mL de diclorometano en cada ocasión.

Posterior al proceso de filtración, se realizó la eliminación de las posibles trazas de agua que podían quedar en la mezcla añadiéndole carbonato de sodio anhidro. La mezcla se llevó al rotoevaporador para eliminar el diclorometano presente en ella, obteniendo sólido de dimetilpirazol el peso se registra en la tabla 1.

Se realizó una cristalización del 3,5-dimetilpirazol en éter de petróleo, se pesaron los cristales obtenidos y se midió su punto de fusión obteniendo el intervalo registrado en la tabla 2 que al compararlo con el registrado en la literatura 108,0oC – 109,0oC, se afirmó que sí se había sintetizado el pirazol deseado. La diferencia esperada entre el rango de el punto de fusión obtenido experimentalmente es de  2 oC5, pero el obtenido tiene una diferencia de 3,8oC esto indica que el compuesto que se sintetizó no está completamente puro puede contener trazas de diclorometano con el que se filtró. Para purificar el 3,5-dimetilpirazol se podrían realizar recristalizaciones.[pic 11]

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