Introducción:

Entre los heterociclos de 5 eslabones, poseen especialmente algunos derivados del pirrol, ya que se encuentran como los componentes de sustancias colorantes de la sangre y de la bilis, en las hojas verdes, en la vitamina B12, en los alcaloides, en las albuminas, en los ácidos nucleicos y en las enzimas.

El pirrol (azol), C4H5N, se detectó en primer lugar en el alquitrán de hulla y más tarde en el aceite de huesos de los productos de destilación de la harina de los huesos. Sus vapores colorean de rojo las astillas de pino humedecidas con ácido clorhídrico. A esta reacción de caracterización se debe su nombre el pirrol (pyrros= color de fuego, rojo vivo).

Según la nomenclatura antigua, las posiciones 2 y 5 se designan como α y α‘y a las 3 y 4 β y β’. Cuando el átomo de H del nitrógeno del pirrol esta sustituido por otros restos, se habla de productos N-sustituidos.

Síntesis de pirroles de Knorr. Consiste en la condensación de una α-aminoacetona con compuestos que posean junto al grupo carbonilo grupos metileno activos. La obtención del compuesto α-aminocetónico y la reacción de condensación se producen, generalmente, in situ; p. ej., por reducción del hidroxiiminoacetato de etilo con polvo de zinc y acético glacial resulta el α-aminoacetrato de etilo intermedio, que se ciclocondensa inmediatamente con el éster acetoacético para dar el 2,4-dietoxicarbonil-3,5-dimetilpirrol. Por hidrólisis alcalina y descarboxilación del diéster se obtiene el 2,4dimetilpirrol.

Este método se utiliza principalmente para la obtención de pirroles sustituidos para colorantes de porfirina. El pirrol recién destilado en un liquido incoloro de p.e. 131 °C , que se oscurece al aire y se resinifica lentamente. Espoco soluble en agua y soluble en alcohol y éter.

Objetivo:

Ilustrar a partir de compuestos acíclicos la preparación de sistemas heterocíclicos de cinco miembros utilizando la síntesis de Knorr.

Reactivos:

Nombre del reactivo

Peso molecular (g/mol)

Densidad (g/mL)

Mol Carga (g mL)

Hidróxido de amonio

35.04 g/mol 0.9 ------ ------

Acetoacetato de etilo

130.14 1.021 0.01 1.27 mL/1.29 mL

Ácido acético glacial

60.05 1.05 0.087 5 mL/5.25 g

Ácido clorhídrico 36.46 1.19 0.016 0.5 mL/0.595 g

Nitrito de sodio 68.9 2.17 0.005 0.16 mL/0.347 g

Zinc en polvo 65.38 7.14 0.01 0.35 gAnilina 93.01 1.021 0.005 0.465g

/0.455 mL2,5-Hexandiona 114.14 0.974 0.005 0.570

g/0.585 mL

Metodología

Se llevó a cabo una síntesis de pirrol sustituido utilizando nitrito de sodio y aplicando calentamiento convencional.

En un matraz bola se 100 mL se adicionó Acetoacetato de etilo y ácido acético glacial, y después de eso se enfrió la solución por debajo de los 5-7°C. Esta fue la solución 1. Después de esto se preparó la solución de nitrito de sodio disuelta en agua destilada y se puso a enfriar la solución. Esta correspondió a la solución 2. Cuando se adicionó la solución 2 en la sol. 1 se puso en baño de hielo y se agitó vigorosamente durante aproximadamente 15 min. Con una temperatura cercana a los 15 minutos. Se retiró de baño de hielo y se siguió agitando durante 30 minutos a temperatura ambiente. Luego de esto se adicionó el zinc en polvo durante un periodo de 10 min. y posteriormente se adicionó el ácido acético glacial, se calentó a reflujo durante 45 minutos. Cuando termino el tiempo de reflujo se vació la mezcla en otra mezcla de agua-hielo y se filtró el sólido. Ya por último se lavó el residuo de zinc con dos porciones de ácido acético caliente, se decantaron los lavados en agua destilada fría y se filtró el sólido.

Procedimiento y observaciones:

Antes de adicionar los 10 mmol de acetoacetato de etilo este tenía una apariencia transparente con un olor no muy fuerte, después se adicionó 5 mL de ácido acético glacial el cual estaba a una concentración de aproximadamente el 99%, la solución no se calentó y se enfrió en un baño de hielo de aproximadamente entre 5 y 7C.

Al preparar la solucion de 5 mmol de nitrito de sodio con 2 mL de agua destilada hubo un cambio de temperatura que oscilo entre los 5 y 8 C y al momento de mezclar las dos muestras, la adición duro unos 10 minutos. La temperatura no se elevó demasiado y durante este paso no hubo cambio de coloración pues permaneció transparente. También durante la agitación constante a temperatura ambiente no hubo cambio de coloración.

Luego de estar adicionando los 10 mmol de zinc en polvo en tres porciones la mezcla tiene la misma coloración y después de unos 8 minutos hay una muestra de color gris, es decir, un precipitado. La temperatura en cada intervalo fue de 20-23 C.

Antes del reflujo se adicionaron 3 mL de ácido acético pero no hubo cambio de coloración y ya durante el reflujo la solución primeramente tubo una coloración ligeramente verde claro pero ya terminado el reflujo la solucion tuvo una coloración verde-amarilla y con pequeños fragmentos de zinc pero en mucha menos cantidad que al principio de la adición. Terminado el tiempo de reflujo se vació mezcla en 25 mL de agua hielo formándose una coloración turbia y con precipitados de color blancos, los cuales se filtraron quedando una muestra de color blanca en el papel filtro. La solucion o el sobrenadante quedaron de color verde.

Con dos porciones de ácido acético caliente (3 mL c/u) se lavaron los residuos de zinc y al y se decantaron los lavados en 10 mL de agua destilada. Después filtrado el sólido ya no se llevó a cabo una recristalización con etanol.

Mecanismo general:

El método implica la reacción de una α- amino - cetona y un compuesto que contiene un grupo metileno α - a (unido a la siguiente de carbono a) un grupo carbonilo.

Resultados:

Producto

Nombre IUPAC:3,5-dietoxicarbonil-2,4-dimetilpirrol

Masa experimental

Masa teórica

Rend. (%)

P. F. teor.

p.f. exp.

1 0.48 g 1.196 g

40.12 %

134-138 C

126-130 C

Reactivo limitante: acetoacetato de etiloReactivo en exceso nitrito de sodio

Análisis de resultados:

Por medio de la síntesis de Knorr se emplearon dos equivalentes de acetoacetato de etilo , una de los cuales se convirtió a acetato de 2-oximinoacetoacetato disolviéndolo en ácido acético glacial , y añadiendo lentamente un equivalente a la solucion acuosa saturada de nitrito de sodio , con enfriamiento externo. Zinc a continuación, el polvo se agitó en, la reducción de la oxima de grupo a la amina. Esta reducción consume dos equivalentes de zinc y cuatro equivalentes de ácido acético.

Entonces el rendimiento que se tiene es bueno ya que fue de 40.12%, además el rendimiento de la bibliografía consultada es de 50%. Ademas se tuvieron uchos problemas debido a que durante el reflujo, el agitador magnético se atoró con el residuo de zinc que sobro durante la reacción, entonces se tuvo que abrir y empezar a mover. Como se puedo ver ya durante el reflujo la muestra presenta una coloración verde-amarilla, esto nos indico que si estaba procediendo la reacción y sobre todo esa coloración se debio a que el zinc se esta reducciendo, es decir, esta donando sus electrones al nitrógeno que en este caso va a ser el del pirrol.

Otra cuestión importante es que se utilizo el baño de hielo para evitar que el acido nitroso (formado a partir del nitrito de sodio se descompusiera en forma de gas) y que esta reacción es exotérmica. En una bibliografía encontrada se encontró que el fusión del material es 126-130 °C y que llevada a cabo la recristalización con alcohol se obtienen unos de cristales de color amarillo pálido que funden a 136-137 °C; lo cual concuerda con el punto de fusión de nuestro producto y con su coloración ya que no se llevó a cabo la recristalización. Entonces con las impurezas que tiene el compuesto el punto de fusión se ve disminuido y al purificar este aumenta aunque la masa disminuye.

El producto bruto se vuelve rosa cuando se expone a la luz, mientras que un producto recristalizado es bastante estable.

Ya por último, como se puede ver en el mecanismo de la reacción, los productos que posiblemente se forman son el 5-etoxi-2etoxicarbonil-3-metil-4-metoxicarbonilpirrol y 3,5-diacetil-2,4-dietoxipirrol.

Conclusiones:

Esta práctica es muy importante de visualizar porque tiene una aplicación en lo que se refiere a la síntesis de colorantes. Además el mecanismo es un poco complejo pero valió la pena analizarlo detalladamente.

Bibliografía:

1. Seyhan Ege, Química Orgánica, Editorial Reverté, Universidad de Barcelona, 2000, pág. 1102. 2. Enrique Battaner, Biomoléculas, Universidad de Salamanca, España, 1993, pág. 207. 3. Knorr, D. Ber. 1884, 17, 1635.