UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOFACULTAD DE QUÍMICA

Adriana Pamela Sánchez Nery

_________________________

Carrera: QUÍMICA4º semestre

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Cel. (044) 55 3224 0377

“Síntesis de compuestos orgánicos heterocíclicos dentro del marco de la

Química Verde.”

Síntesis de 7-hidroxi-4-metilcumarina

____________________________Q. Guillermina Salazar Vela.

FOLIO: 259

“Síntesis de compuestos orgánicos heterocíclicos dentro del

marco de la Química Verde.”

Síntesis de 7-hidroxi-4-metilcumarina

Resumen.

En el presente informe se muestra el proceso de síntesis de 7-hidroxi-4-

metilcumarina dentro del marco de la Química Verde en el cual se reduce el uso

de materias primas y el uso de energía utilizando distintos métodos de

calentamiento para obtener este compuesto con rendimientos óptimos; se

exponen algunas de las propiedades de las cumarinas, su interés biológico y su

uso.

Opinión

QUÍMICA, 4º Semestre. En esta estancia se tiene un acercamiento a lo que

es la investigación científica de una manera más profunda ya que son utilizadas

nuevas técnicas donde se toma en cuenta un tema en el que se tiene interés de

mejorar personalmente y de hacer una nueva aportación. Considero que la

química verde es un ámbito que se debe tener cada vez más presente y con esta

estancia se empieza a tener una mayor conciencia de cómo proteger el medio

ambiente en el trayecto de nuestra preparación profesional para aplicarlo en el

futuro.

FOLIO: 259

Introducción

La benzo-2-pirona, comúnmente llamada cumarina es un compuesto

heterocíclico constituido por un anillo bencénico unido a un anillo lactónico de seis

miembros. Su nombre deriva de la palabra “cumarú” vocablo de la lengua Tupi

hablada por nativos de la Guinea francesa, se refiera a la semilla de un árbol el

cual contiene este tipo de compuestos como principal constituyente, igualmente se

puede encontrar en el trébol blanco. Las cumarinas tienen actividades biológicas

las cuales son utilizadas en la industria alimentaria, agronómica y farmacéutica,

entre otras.

A través de los tratamientos y reacciones adecuadas las cumarinas pueden

unirse a otros heterociclos o/e insertar nuevos sustituyentes para formar diversos

compuestos los cuales tienen distintas aplicaciones. La actividad biológica de la

cumarina propicia una extensa variedad de síntesis para obtener derivados de

éste.

Las propiedades farmacológicas y biológicas que están presentes en las

cumarinas se encuentra la capacidad de funcionar como anticoagulantes,

antimicrobianos, antiparasitarios e inhibidores selectivos de la enzima

monoaminoxidasa (responsable de oxidar aminas como la noradrenalina, la

adrenalina, etc.). Algunos de sus derivados presentan actividad antihipertensiva y

otros más se utilizan en el tratamiento del cáncer o como inhibidores del Virus de

la Inmunodeficiencia Humana.

La cumarina puede sintetizarse a partir del salicilaldehído por una reacción

de Perkin o de Knovenagel. El otro producto obtenido es el ácido o-acetilcumárico.

A continuación se reporta la síntesis de 7-hidroxi-4-metilcumarina por medio

de la reacción de Pechmann-Duisberg la cual permite la síntesis de cumarinas por

reacción de fenoles con β-ceto ésteres. Debido a la simplicidad de los reactivos,

esta reacción ha sido la más usada para la preparación de cumarinas.

La reacción tiene lugar en presencia de un ácido de Brønsted fuerte tal

como el ácido sulfúrico o clorhídrico. El acido cataliza la transesterificación y la

tautomería ceto-enol. La posterior aromatización y la eliminación de agua conduce

a la formación del esqueleto de la cumarina.

La introducción de la química verde en esta síntesis consiste en un esfuerzo

para reducir al mínimo o eliminar por completo la posible contaminación creada

por residuos. Se previene la producción de desechos diseñando una síntesis con

reactivos y productos químicos más seguros y en este caso se utilizan

catalizadores en lugar de reactivos estequiométricos para reducir el posible

desperdicio. Se emplean distintas condiciones de temperatura para disminuir la

energía aplicada para obtener rendimientos óptimos.

El compuesto se caracterizó por cromatografía en contraste con el

compuesto puro, y por Infrarrojo (IR).

Reacción

Justificación

Se eligió este proyecto para lograr la optimización en la síntesis del

compuesto heterocíclico 7-hidroxi-4-metilcumarina dentro del marco de la química

verde para disminuir el uso de reactivos y la reducción de energía utilizada. Este

compuesto es muy utilizado en la industria por sus propiedades farmacéuticas y

biológicas, la síntesis se realiza en condiciones óptimas para obtener un buen

rendimiento.

Objetivos

Llevar a cabo la reacción de Pechmann-Duisberg en presencia de un

catalizador ácido para la obtención de 7-hidroxi-4-metilcumarina.

Disminuir la posible contaminación generada por reactivos y productos.

Llevar a cabo distintos métodos de síntesis para utilizar diferentes formas

de calentamiento en base en el rendimiento

Hipótesis

Se optimizará el rendimiento de la síntesis tras la prueba de diferentes

métodos de calentamiento en la obtención del compuesto con producción de la

menor cantidad de desechos que generan contaminación.

Metodología

Se utilizaron tres formas distintas de calentamiento: el método convencional

mediante calentamiento a baño maría, síntesis por calentamiento con energía de

microondas, síntesis a temperatura ambiente.

Método convencional

En un matraz de bola de 25mL coloque 0.825g de resorcinol y 1.0mL de

acetoacetato de etilo, enseguida adicione 2mL de HCl concentrado con agitación.

Se calienta la mezcla de reacción a 30ºC a baño maría durante 20 minutos con

agitación constante. Se obtiene el producto crudo dejando caer en chorro fino

sobre 25mL de agua helada sin dejar de agitar. Separe el sólido formado por

filtración al vacío y lave con 12.5mL de agua. Recristalice el producto crudo por

par de disolventes (etanol- agua).

Síntesis por microondas.

Se prepara la mezcla de reacción en las mismas proporciones que el

método anterior en un matraz de bola de 25mL, se coloca un tapón de papel filtro

en la boca del matraz permitiendo la movilidad del tapón. El matraz de bola se

coloca dentro de un vaso de precipitados de 100mL y se introduce en el

microondas calentando por 15 segundos con una potencia de aproximadamente

625 Watts. Se recristaliza el producto crudo igualmente que en el método

convencional.

Síntesis a temperatura ambiente

Se prepara la mezcla de reacción con las mismas proporciones que en el

método convencional en un vial de 5mL con tapón, dejando la reacción por 24

horas. Al término del tiempo de reacción se filtra y se recristaliza el producto crudo

igualmente que en el método convencional.

**A todos los productos puros se le determina rendimiento, punto de fusión(185º-

186ºC) y se verificó la pureza mediante una cromatografía en capa fina (Eluyente:

Acetato de Etilo).

Resultados

Método de

Síntesis

Tiempo

de

reacción

Punto

de

Fusión

(ºC)

Rendimiento

(%)

Observaciones

en

cromatoplaca

Observaciones

Convencional 20 min 185 67-70 El producto es

puro

Rf:

Producto crudo

tiene una

consistencia

viscosa color

café.

Microondas Dos

pulsos de

15

segundos

185 63 El producto es

puro

Rf:

El producto

recristalizado

mantiene una

coloración.

Temperatura

ambiente

24 Horas 185 72 El producto es

puro

Rf:

El producto

crudo tiene una

apariencia muy

similar al

producto

esperado

Tabla 1. Resultados óptimos de todos los métodos de síntesis.

Se realizaron varias síntesis por microondas de 7-hidroxi-4-metilcumarina variando

en potencia y tiempo para obtener el optimo rendimiento.

No.

Experiencia

Potencia

utilizada

(watts)

Número

de

pulsos

Tiempo de

cada pulso

(segundos)

Rendimiento

(%)

Observaciones

1 375 3 10 36 Después del

tiempo de

reacción

mantiene el

color de la

mezcla de

reacción

2 625 1 15 51 En el producto

puro hay

coloración

rosa.

3 625 2 15 63 En el producto

recristalizado

hay coloración

rosa/café.

4 625 3 15 49 Se pueden

observar

impurezas en

el producto

recristalizado.

Promedio:

50%

Tabla 2 Resultados sobre la síntesis en microondas.

Análisis de resultados

En las distintas experiencias hubieron variaciones tras la obtención del

producto crudo. En el método convencional y en el método de microondas se

obtiene un producto crudo totalmente distinto al producto puro mientras que a

temperatura ambiente se obtiene un producto crudo muy parecido al producto puro

esperado.

Por el método de microondas se tiene obtiene una coloración rosada, que

es el color de uno de los reactivos, el resorcinol, este compuesto es el reactivo

limitante en la reacción y la coloración de este nos indica que no reaccionó

completamente y por esto se obtiene un rendimiento más bajo en contraste con

los otros métodos utilizados.

En los tres métodos se obtiene el mismo punto de fusión y se verificó la

pureza de los productos por medio de una cromatografía en capa fina en donde

no se observó ninguna impureza.

En la síntesis por microondas la mezcla de reacción se sometía a una

temperatura más alta; se realizaron varias síntesis para cambiar la potencia y el

tiempo en realizar la reacción y al obtener resultados muy parecidos se determina

que este método no es el óptimo para llevar a cabo esta reacción por el bajo

rendimiento obtenido.

En el método convencional y en la síntesis a temperatura ambiente se

obtienen rendimientos muy similares por lo que se realiza una comparación para

elegir el método mas efectivo para la obtención de 7-hidroxi-4-metilcumarina. El

tiempo de reacción en la síntesis a temperatura ambiente es mayor a la síntesis

por el método de calentamiento convencional pero ya que se obtiene un producto

con una apariencia muy parecida al producto final esperado, la reacción se lleva a

cabo en una mejor manera.

El uso de energía en todas las experiencias es poca pero hay variaciones

en el calor que se aplica en ellas que se pueden reflejar en el rendimiento.

En la síntesis con calentamiento de microondas la reacción se elevaba a una

temperatura muy alta donde esta hervía y la obtención del producto era muy

rápido por el cambio brusco en la temperatura de la mezcla de reacción. Se puede

ver que en microondas se tiene el menor rendimiento en contraste con las dos

formas de calentamiento.

En calentamiento a baño maría se somete la mezcla de reacción a 30ºC lo que la

mantiene a una temperatura muy cercana a la temperatura ambiente de la Ciudad

de México. Al realizar la síntesis a temperatura ambiente se obtiene rendimiento

alto y muy parecido al obtenido por calentamiento a baño maría.

El uso de agua es utilizado solamente para calentar a baño maría por esto es

mejor para el ambiente dejar la reacción a temperatura ambiente.

Otro factor que permite seleccionar el método de síntesis a temperatura ambiente

es el hecho de que se obtiene un producto crudo muy parecido al producto puro

esperado y esto se debe a que se lleva la reacción con el tiempo necesario ya que

al parecer se ve afectado el rendimiento al aplicarse calor en la mezcla de

reacción que se ve reflejado en el rendimiento de el método por el calentamiento

en microondas.

Se realizó al producto IR donde se observa, por el espectro, la presencia de los

grupos presentes en el 7-hidroxi-4-metilcumarina, lo que confirma el producto

esperado de la reacción.

Conclusiones

Actualmente, el medio ambiente es una prioridad que debemos cuidar.

Existen diversas formas de síntesis de distintos compuestos, en los que son

utilizados métodos que usan distintas cantidades de energía y solventes, que son

de gran utilidad para el ser humano en todos los ámbitos como el 7-hidroxi-4-

metilcumarina, el cual es utilizado ampliamente por sus propiedades

farmacológicas y biológicas.

Los métodos de calentamiento utilizados en la presente práctica varían en

rendimiento, tiempo de reacción y apariencia; al tomar en cuenta el ambiente y el

óptimo rendimiento de la reacción, la mejor forma de obtener 7-hidroxi-4-

metilcumarina es por el método a temperatura ambiente ya que es totalmente

amigable con el medio ambiente y se obtiene un producto crudo muy parecido al

producto esperado se asegura obtener un compuesto puro tras la recristalización.

Se optimizó el rendimiento de la síntesis tras la prueba con diferentes métodos de

calentamiento con la intención de obtener 7-hidroxi-4-metilcumarina.

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Consulta: Junio 2013.