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manual de qjuimica heterocilica upibi ipn
Typology: Schemes and Mind Maps
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Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
Prólogo 3
Guia para el trabajo en el laboratorio 5
Practica 1. Síntesis de un compuesto heterocíclico de tres miembros. (S)- Tiirancarboxilato De Metilo.
Práctica 2. Síntesis de furfural 9
Práctica 3. Análisis espectroscópico en el IR de compuestos heterocíclicos 12
Práctica 4. Aplicaciones de la espectroscopía de resonancia magnética nuclear en quimica heterociclica
Práctica 5. Síntesis y caracterización de un heterociclo de cuatro miembros. Síntesis de un tietano
Práctica 6. Síntesis de sulfonilmetilbenzotiazol 33
Práctica 7. Síntesis de 2-fenil-bencimidazol utilizando microondas 37
Práctica 8. Síntesis de 7-hidroxi-4-metil-cumarina. 40
Práctica 9. Síntesis de un heterocíclico de seis miembros: 2,6-dimetil-3,5- dicarboxietil-4-fenildihidropiridina
Práctica 10. Síntesis de ácido barbitúrico 47
Práctica 11. Síntesis del 3,5-dimetilisoxazol 50
Práctica 12. Síntesis de 3-metil-1-fenil-1,2-dihidropirazol-5-ona 53
Práctica 13. Síntesis de 2-fenilindol 56
Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
Las prácticas se presentan explícitamente en la parte experimental , de tal forma que el
alumno sea capaz de proceder por sí solo. Además, el profesor proporcionará información
complementaria para lograr la exitosa realización de la práctica. Los experimentos están
optimizados para consumir la menor cantidad posible de reactivos, respete las cantidades
indicadas y evite el desperdicio de substancias químicas.
La mayoría de los experimentos se realizarán en pequeños equipos de dos o tres personas,
independientemente del trabajo en grupo, cada uno de los estudiantes es responsable de
registrar en su bitácora el total de datos obtenidos que constituirán sus resultados. Es
importante mencionar que los resultados deben presentarse con pulcritud, claridad y sin
faltas de ortografía. Si el reporte requiere de la presentación de gráficas, recuerde que
todos los ejes deben estar perfectamente rotulados, con unidades claramente definidas,
cada gráfica deberá llevar su pie de figura y las tablas su correspondiente encabezado.
Además se pretende que el alumno desarrolle y demuestre su capacidad para el análisis
de resultados que le permitan formular conclusiones razonables. Todo esto le servirá
para elaborar su informe escrito en el que, además, deberá incluir la citas a la bibliografia
consultada para la mejor comprensión del tema.
Finalmente, esperamos que el alumno de Ingeniería Farmacéutica de la UPIBI encuentre en
este material didáctico una guia para el desarrollo de sus habilidades en la síntesis y
caracterización estructural de compuestos heterocíclicos.
Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
Todos los reactivos deberán ser tratados como si fueran tóxicos, si se derrama cualquiera de ellos limpie inmediatamente el sitio en el que ocurrió. Si los reactivos se derraman en su piel, lave inmediatamente la zona de contacto (si se trata de ácido sulfúrico, quite el exceso y luego lave). Familiarícese con la localización y uso de extinguidores así como con la regaderas de emergencias. Las indicaciones particulares se señalan en cada práctica, ponga cuidadosa atención en ellas.
Los estudiantes deberán llevar al laboratorio batas de algodón para proteger sus ropas, guantes y lentes de seguridad.
Cualquier accidente que resulte en un daño personal, no importa que tan leve sea, repórtelo a la brevedad con el profesor encargado del laboratorio.
Ciertos instrumentos estarán presentes, otros no. No utilice el equipo si tiene usted dudas o dificultades para operarlo, solicite el apoyo de su profesor.
Si usted deja material para ser almacenado en el laboratorio, deberá estar adecuadamente identificado, indicando fecha, contenidon numero de equipo e integrantes del mismo, de no ser así será desechado.
Parte de su responsabilidad en el laboratorio es su seguridad, no introduzca alimentos, ni utilice equipo de sonido que pueda distraer su atención, apague su celular. Además de dejar limpia el área de trabajo, esto incluye desechar los materiales químicos en el lugar o depósito adecuado. Pregunte a su profesor el lugar en el que se colocarán los residuos obtenidos durante la experimentación.
Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
Los heterociclos más sencillos son los saturados de tres miembros con un heteroátomo los más importantes son oxiranos o epóxidos (3), las aziridinas (4) y los tiiranos (5).
R O^ R R^ NR R R S^ R
La química de los heterociclos de tres miembros esta dominada por la tensión anular, lo que lleva a una reactividad mayor en los procesos en los que se alivia la tensión. Así pues, la coordinación de un electrófilo con el heteroátomo del anillo, el ataque de un nucleófilo a un átomo de carbono del anillo, el calentamiento o la irradiación, todo ello puede dar como resultado la apertura del anillo. Esto significa que los heterociclos de tres miembros son moléculas anormalmente reactivos y que una amplia variedad de reactivos puede atacar estos sistemas anulares.
La reacción a realizar en esta práctica consiste en la transformación del (R)-cisteinato de metilo en el (S)-tiirancarboxilato de metilo de acuerdo al siguiente esquema.
H (^) NaNO /HCl 2 HS CO 2 Me HS (^) CO 2 Me -H+, -N 2 S (^) H
NH 2 2 CO 2 Me
3.1 ¿Cuáles son los métodos más importantes para sintetizar heterociclos de tres miembros? De un ejemplo general o especifico de cada uno. 3.2 De dos ejemplos de heterociclos de tres miembros que presenten actividad biológica importante, dibuje su estructura y diga que actividad presentan. 3.3 ¿Cuál es la característica principal de reactividad de los heterociclos de tres miembros? Explique su respuesta y de un ejemplo general o especifico. 3.4 Haga un diagrama de bloque de la parte experimental. 3.5 Busque y escriba las propiedades (toxicidad, usos, cuidados de manejo) más importantes de los reactivos
Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
4.1 Material 4.2 Reactivos 2 vasos de precipitados de 100 mL R-cisteinato de metilo (clorhidrato ) 2 pipetas de 10 mL nitrito de sodio 1 bandeja Cloroformo 1 termómetro sulfato de magnesio anhidro 1 embudo de separación ácido clorhídrico 1M 2 soporte universal 1 matraz bola 50 mL 1 cabeza de destilación 1 portatermómetro 1 refrigerante 2 pinzas de tres dedos 1 bomba de agua
4.3 Procedimiento.
Pesar 0.171 g de L-cisteinato de metilo y disolver en 5 mL de ácido clorhídrico 1 M, poner esta solución en una bandeja con hielo y enfriar entre 0-6 °C, adicionar 0.207 g de nitrito de sodio y agitar manualmente durante 5 minutos, la solución toma un color rojo intenso que poco a poco va disminuyendo en intensidad.
Después de los cinco minutos de agitación poner la solución en un embudo de separación y extraer dos veces con 7 mL de cloroformo, separar las fases y secar la fase orgánica con sulfato de magnesio anhidro.
Montar un sistema de destilación simple y destilar todo el cloroformo, el residuo es el producto. De ser posible hacer un espectro de RMN-H en cloroformo deuterado y su espectro ir.
5.1 Indicar las características del producto obtenido.
5.2 Reportar el volumen, la masa de producto obtenido y el rendimiento de la reacción.
5.3 Indique la reacción y proponga un mecanismo de reacción.
6.1 Explique si su rendimiento fue bueno o bajo, si fue bajo, mencione las posibles causas.
6.2 Analice los espectros de RMN-H y de ir y explíquelos y compárelos con los reportados, y en base a estos datos diga si sí se obtuvo el compuesto esperado.
6.3 Desarrolle el mecanismo de la reacción propuesto.
Que el alumno:
1.1 Obtenga furfural partiendo de un recurso natural
1.2 Sea capaz de explicar las reacciones químicas que se realizan en esta experiencia.
Los compuestos de cinco miembros que tienen un solo heteroátomo en el sistema anular son uno de los grupos de heterociclos más importantes, los más comunes entre ellos son el pirrrol (1), el furano (2) y el tiofeno (3). Se puede considerar que estos compuestos son aromáticos, en mayor o menor grado de acuerdo a sus propiedades físicas y sus energías de resonancia; todos ellos poseen un exceso de electrones π, puesto que tienen 6 electrones distribuidos entre 5 átomos. Debido a esto, su química presenta cierto parecido con los compuestos aromáticos bencénicos nucleofílicos, como el fenol y la anilina.
En semejanza con la anilina y el fenol es más estrecho en el caso del pirrol, que posee una energía de resonancia apreciable y sufre reacciones de sustitución electrofilica con facilidad. Por otra parte, el furano tiene una energía de resonancia muy baja, y su química se asemeja más a la de un dieno núcleo filo que a la de un compuesto aromático bencénico. El tiofeno también es apreciablemente aromático y sufre reacciones de sustitución con electrofilos, aunque no tan fácil como el pirrol.
N O^ S (^) O H
(1) (2) (3) furfural
COH
Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
El sistema anular del furano se encuentra en muchos compuestos naturales, ya sea como estructura totalmente insaturada o en forma completa o parcialmente reducida. El furan-2- carboxaldehido (furfural) está disponible a bajo costo y a gran escala, gracias a la hidrólisis catalizada por ácidos de desechos de cereales. Los carbohidratos de materiales como el olote del maíz se hidrolizan con ácido para dar pentosas, las que a su vez se convierten por acción del ácido en furfural, que es la materia prima empleada normalmente para preparar otros furanos sencillos.
3.1. Investigue y de un ejemplo del método clásico de síntesis de pirrol por el método de Pall-Knor.
3.2. Explique la aromaticidad del furano, pirrol y tiofeno.
3.3 Busca y desarrolla el mecanismo de reacción para la obtención del furfural a partir de las pentosas. 3.4. Indique algunos derivados del furano con actividad biológica. 3.5. Da algunos ejemplos de reacciones de sustitución electrofílica aromática (SEA) de estos heterociclos. 3.6. Desarrolla un diagrama de bloques de la parte experimental.
4.1 Material 4.2 Reactivos. 1 matraz balón de 100 mL H 2 SO 4 al 20% 1 refrigerante NaCl 1 cabeza de destilación cloroformo 1 embudo de separación Na 2 SO 4 anhidro 1 bomba de agua 1 vaso de precipitados de 250 mL 2 soporte universal 1 probeta de 50 mL 1 embudo de vidrio 1 anillo de fierro 1 parrilla de calentamiento
Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
7.1 Comentar la importancia de los heterociclos de cinco miembros.
7.2 Mencionar los métodos más importantes que se utilizan para sintetizar este tipo de heterociclos.
7.3 Explicar si consideran que se cumplieron los objetivos de la practica.
8.1 Domínguez, X. A: Química Orgánica Experimental, Ed. Limusa. México, 1982.
8.2 Wilcox, C. F., Experimental Organic Chemistry, Mcmillan Jr., USA, 1988.
8.3 Gilchrist T. L., Química Heterocíclica, Addison-Wesley Iberoamericana, USA, 1995.
1.1 Que el alumno conozca y aprenda la información más relevante que se puede obtener de un compuesto a partir de un espectro infrarrojo.
1.2 Que el alumno aprenda a determinar los grupos funcionales presentes en un compuesto a partir de su espectro infrarrojo.
2.1 Espectro electromagnétrico. La luz visible, infrarroja, ultravioleta, las microondas y las ondas de radio son ejemplos de radiación electromagnética. Todas estas radiaciones viajan a la velocidad de la luz (c = 3x10 -8^ m/s) pero se diferencian en su frecuencia, en su longitud de onda y en su energía La frecuencia de una onda es el número de ciclos ondulatorios que pasan por un punto fijo en un segundo. La longitud de onda es la distancia entre dos picos (o dos valles) cualquiera de la onda. La longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales y se relacionan mediante la siguiente ecuación:
Otra forma de describir la frecuencia de la radiación electromagnética es el número de onda, muy utilizado en la espectroscopia de infrarrojo. Esta unidad se refiere al número de ondas que hay en 1 cm:
Las ondas electromagnéticas viajan como fotones que son paquetes de energía sin masa. La energía de un fotón es directamente proporcional a su frecuencia e inversamente proporcional a su longitud de onda. Su energía viene dada por la siguiente expresión:
Bajo ciertas condiciones cuando una molécula colisiona con un fotón puede absorber la energía de éste, produciéndose un aumento de la energía de la molécula en una cantidad igual a la energía del fotón.
2.2 Fundamentos de la espectroscopia infrarroja: regiones del IR y modos fundamentales de vibración.
La región del infrarrojo del espectro corresponde a frecuencias que van desde 8 x 10 -5^ cm a 8 x 10-2^ cm. Los fotones que transporta la radiación infrarroja no tienen energía suficiente para provocar transiciones electrónicas pero si pueden conseguir vibraciones de los enlaces
Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
Flexión asimétrica en el plano (“flrexión”): En esta vibración el ángulo de enlace aumenta y disminuye porque el átomo central se acerca a uno de los dos extremos y por tanto se aleja del otro, manteniéndose siempre los tres átomos en el mismo plano.
Una molécula absorbe luz infrarroja sólo cuando la energía de los fotones es igual a la diferencia de energía entre un estado vibracional y el que le sigue en sentido ascendente. La inmensa mayoría de las moléculas existen en el estado de más baja energía y la absorción de luz, que origina un espectro en el infrarrojo, es consecuencia de la elevación de las moléculas al estado más alto siguiente. La absorción de luz infrarroja por parte de una molécula requiere que el enlace que va a vibrar tenga un momento dipolar para que vibre a una frecuencia más alta. La intensidad de la absorción de radiación infrarroja tiene relación directa con la magnitud del momento dipolar de manera que cuanto mayor es el momento dipolar más intensa es la absorción. Por ejemplo, la absorción infrarroja de los enlaces O-H es más intensa que la de los enlaces C-H porque los enlaces O-H son más polares.
Las bandas de absorción características de casi todos los grupos funcionales se encuentran entre 4.000 y 800 cm-1. Los espectros de infrarrojo se representan como gráficas de absorbancia frente a número de onda.
2.3 Preparación de la muestra.
Las muestras gaseosas no requieren preparación, solo requieren ser puras, se usa una celda de muestra con una larga longitud de muestra (usualmente 5-10 cm) pues los gases muestran absorbancias relativamente débiles.
Las muestras líquidas se pueden disponer entre dos placas de una sal de lata pureza (comúnmente cloruro de sodio o también bromuro de potasio o fluoruro de calcio). Las placas son transparentes a la luz infrarroja y no introducirán líneas en el espectro. Las placas de sal son solubles en agua por lo que la muestra, y los materiales de limpieza deben estar completamente libres de humedad.
Las muestras sólidas se pueden preparar principalmente de dos maneras. La primera es moler la muestra con un agente aglomerante como el nujol, en un mortero de mármol o ágata. Una fina película de la mezcla se aplica en una placa de sal y se realiza la medición. El segundo método es triturar una pequeña cantidad de la muestra con una sal especialmente purificada (usualmente KBr grado espectroscópica) en un mortero de ágata. Esta mezcla en polvo se comprime en una prensa para formar una pastilla transparente.
Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
Autores: Benito Rizo Zúñiga, María del Socorro Camargo Sánchez, Teresa Jaens Contreras,
5.1 Dibuje las fórmulas más importantes para cada fórmula condensada. ¿Qué es la espectroscopia IR?
5.2 Asigne las señales más características en cada espectro Indique a que compuesto corresponde cada espectro.
Justifique sus resultados en base a las señales características observadas en cada espectro, y en caso de ser necesario por la comparación con el espectro reportado.
7.1 ¿Cuál es la importancia de la espectroscopia IR?
7.2 Mencione algunas de señales características de los grupos funcionales más importantes en química orgánica.
7.3 ¿Se cumplieron los objetivos? Recomendaciones para mejorar la práctica.
8.1 McMurry John, Química Orgánica, 6ta Edición Thomson, México 2004.
8.2 Willard H. H, Merritt L. L. Dean J. A. y Settle.F. A., Métodos Instrumentales de Análisis, Ed Iberoamericana, México 1991.
8.3 Silverstein Robert, Bassler Clayton, Identificación Espectroscópica de Compuestos Orgánicos, Ed. Diana, México 1980.
