Practica 7 Sintesis 2-fenilindol

PREPARACIÓN DE 2-FENILINDOL

MIGUEL MATEO VALENCIA – 91012210464

ESPACIO ACADÉMICO: SÍNTESIS ORGÁNICA DOCENTE: FERNANDO AGUDELO

UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y TECNOLÓGICAS PROGRAMA DE QUÍMICA ARMENIA, QUINDÍO MAYO 03 DE 2013

PRÁCTICA Nº 7 – PREPARACIÓN DE 2-FENILINDOL

RESUMEN

Se realizo la producción de 2-Fenilindol, mediante la síntesis de Fisher para la formación de indoles iniciando con la preparación de la fenilhidrazina y posteriormente haciendo reaccionar esta última con un aldehído o una cetona para formar la arilhidrazona respectiva, la cual en presencia del catalizador, formaría finalmente el compuesto indólico. Para la formación de las arilhidrazinas se realiza la reducción de compuestos diazo con exceso de sulfito de sodio e hidrólisis en ácido clorhídrico de la hidrazina sustituida de la sal del ácido sulfónico. El producto obtenido es pesado y se le toma el punto de fusión y el espectro infrarrojo. PALABRAS CLAVE: fenilhidrazona, indol, arilhidrazona, arilhidrazina, catalizador. INTRODUCCIÓN El Indol es un compuesto orgánico heterocíclico, con estructura bicíclica que consiste en un anillo de seis miembros (benceno) unido a otro de cinco miembros (pirrol). La participación de un par aislado de electrones de nitrógeno en un anillo aromático se refiere a que el indol no es una base y no representa una amina simple. El indol sufre sustitución electrófilica, principalmente en la posición 3. Los indoles substituidos son elementos estructurales de alcaloides de la triptamina derivados del triptófano como los neurotransmisores serotonina y dopamina. De entre los anillos de benceno condensado con otros anillos, el indol es, probablemente, el más importante, ya que forma parte de muchos productos naturales. La forma más general de obtener indoles es mediante la síntesis de Fischer. La síntesis de Fischer es la formación de indoles por calentamiento de arilhidrazonas de aldehídos o cetonas en la presencia de un catalizador. El cloruro de cinc es el catalizador más frecuentemente usado, pero también se pueden utilizar otros haluros metálicos, ácidos próticos y de Lewis y ciertos metales de transición.

R` CH2R` NH N C R

ZnCl2

R N H

Arilhidrazona

Indol

+

NH3

Para ver esta reacción desde un punto de vista más amplio se puede desglosar, iniciando con la preparación de la fenilhidrazina y posteriormente haciendo reaccionar esta última con un aldehído o una cetona para formar la arilhidrazona respectiva, la cual en presencia del catalizador, formaría finalmente el compuesto indólico. Síntesis de Fenilhidrazina Esta consiste en la formación de arilhidrazinas por reducción de compuestos diazo con exceso de sulfito de sodio e hidrólisis en ácido clorhídrico de la hidrazina sustituida de la sal del ácido sulfónico. El proceso es un método estándar para la producción de arilhidrazinas.

ArN2

NaSO3

ArN NSO3Na

NaHSO3

SO3Na ArNNHSO3Na

HCl

ArNHNH2

Síntesis del 2-fenilindol

Una vez formada la fenilhidrazona, ésta se tautomeriza produciendo enamina. Luego ocurre desplazamiento sigmatrópico [3,3], el cual rompe el enlace sigma de la posición 1,1, formándose uno nuevo en la posición 3, 3.

H3C N

Ph

H2C

Tautomer.

N

N

H

Ph NH

H

Claramente se observa la pérdida temporal de la aromaticidad sobre el anillo bencénico, lo que implica la inmediata salida de un protón para recuperarla. Posteriormente se produce el ataque nucleofílico del nitrógeno sobre el carbono del enlace imino, formando el heterociclo de cinco miembros.

H H

Ph

Ph NH NH2

H

NH2

N H

El medio ácido hace que se produzca la salida de una molécula de amoníaco, formándose el respectivo indol.

H H Ph NH3

N H

Ph N H 2-fenilindol

Históricamente, el interés en los indoles surge del aislamiento y la caracterización de miembros de una gran familia de alcaloides indólicos, tales como el ácido lisérgico. Muchos de los alcaloides indólicos poseen actividad biológica, existiendo notables investigaciones en la síntesis de estos compuestos con potencial actividad farmacológica. La síntesis comercial del 2-fenilindol se obtiene a partir de la fenilhidrazina y del ácido pirúvico. Entre los derivados del indol se encuentran: el triptófano, la serotonina (neurotransmisor), en la hormona del crecimiento vegetal, etc. El punto más interesante en estos compuestos es que tienen grupos funcionales en la posición 3. El indol se utiliza en perfumería y en la preparación del triptofano, uno de los 20 aminoácidos encontrados comúnmente en las proteínas animales. El indol y sus derivados se utilizan extensamente en la fabricación de perfumes, tintes, herbicidas selectivos y agroquímicos.

OBJETIVO GENERAL Llevar a cabo en el laboratorio una reacción de síntesis de Fischer para obtención de indoles y analizar su producto OBJETIVOS ESPECÍFICOS  

Realizar la síntesis de 2-fenilindol experimentalmente. De acuerdo a la estequiometria de los reactivos predecir cuál será el producto obtenido y su rendimiento.

MATERIALES Y MÉTODOS 

MATERIALES:

       

1 Balón de fondo plano 100 mL 1 Condensador de reflujo para el balón (mangueras) 1 Pinza, nuez y soporte universal 2 Pipetas graduadas de 5.0 mL 1 Pipeta graduada de 1.0 mL 1 Varilla de agitación 1 Baño del rotaevaporador 1 Equipo para filtración al vacío (Buchner, Erlenmeyer con desprendimiento lateral, bomba de vacío) 1 Beaker 600 mL 1 Beaker 150 mL 1 Espátula metálica 1 Termómetro 0-300 °C 1 Baño (Recipiente para el baño: capacidad 4.0 litros)

    



1 Frasco lavador

   

3 Gafas de seguridad. 20 Hojas de papel filtro Vaselina para lubricación Núcleos de ebullición

         

REACTIVOS: 100 mL. acetofenona. Frasco almacén. 100 mL. fenilhidrazina. Frasco almacén. 100 mL etanol (opcional). 20 mL. ácido acético glacial. 20 Hojas de papel filtro. 30 g ZnCl2 anhidro. 30 mL Acido clorhídrico concentrado. 2.0 L de agua destilada. 1 Recipiente para desechos químicos.

PROCEDIMIENTO: En un balón de 50 mL, mida 1.2 mL de acetofenona, 1.0 mL de fenilhidrazina y 2-3 gotas de ácido acético glacial. Introduzca algunos núcleos de ebullición; acople un condensador de reflujo y caliente en un baño maría por una hora. Deje enfriar y adicione 5 mL de etanol 95%. Filtre a presión reducida utilizando Buchner. Enjuague el balón con 1.0 mL de agua fría y vierta el contenido sobre el papel filtro. Seque el residuo utilizando varias capas de papel filtro, de tal manera que se reduzca ostensiblemente la humedad. Pese 1.0 g de la muestra obtenida (fenilhidrazona de la acetofenona) y viértala sobre un beaker de 50 mL. Agregue rápidamente 3.2 g de cloruro de cinc anhidro (este compuesto es altamente higroscópico). Dentro de una cabina extractora de gases, caliente en un baño de arena hasta 170 °C. Agite continuamente, observe el desprendimiento de vapores. Para prevenir que el sólido se fije fuertemente al vidrio, mientras se está calentando, agregue unos 2.5 g de arena lavada. Deje el sistema por un lapso de 10 minutos. Retire el sistema del baño y deje enfriar a temperatura ambiente. Adicione 10 mL de agua y 0.5 mL de ácido clorhídrico concentrado. Caliente en baño maría. Con la barra agitadora trate de desprender el sólido. Filtre en caliente. Recoja el sólido en un beaker de 50 mL. Adicione 9 mL de etanol y 1 mL de agua, caliente suavemente. Filtre en caliente. Estor retirará la arena. Deje enfriar el filtrado, use un baño de hielo (acelere la cristalización raspando las paredes del beaker con la barra agitadora. Filtre al vacío, retire los cristales. Lávelos con abundante agua fría. Deje secar y pese el sólido obtenido. Determine punto de fusión y espectro infrarrojo.

OBSERVACIONES Y RESULTADOS 

La acetofenona es un líquido incoloro con olor dulzón fuerte, aceitoso cuya densidad es de 1,03 g/mL.



La fenilhidrazina es un líquido aceitoso, presenta una densidad de 1,09 g/mL.



Al adicionar la fenilhidrazina a la acetofenona, la solución se torno amarilla. Al adicionar el acido acético glacial se produjo una reacción exotérmica, liberando calor formándose una solución de color amarilla que posteriormente se volvió un sólido. Después de filtrar y secar el residuo, este presenta una coloración de color dorado pálido, con aspecto arcilloso.



El peso del producto es de

g

Su espectro IR:

Comparado con el espectro IR registrado en la literatura podemos apreciar que son muy similares presentando bandas características para este compuesto, presentando las principales diferencias en la primera banda, que para el espectro obtenido experimentalmente fue más ancha, probablemente debido a agentes contaminantes del reactivo obtenido o a ruidos presentes al momento de obtener el espectro.

Espectro IR de la literatura:

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN Cálculos y resultados

Reactivo límite:

Peso teórico

Rendimiento

El porcentaje de rendimiento dio el 171,27 por ciento, un porcentaje muchísimo mayor al esperado pero debido a que el producto obtenido no fue el deseado. PREGUNTAS:

1. Consulte la ficha técnica de los reactivos utilizados en esta práctica. ¿Qué cuidados debe tener al manipularlos? 2. Con base en los datos de densidad y pureza de los reactivos, determine el rendimiento de la reacción. 3. A un químico orgánico se le propone la preparación, vía síntesis de Fischer, de los índoles A y B, para lo cual se le pide que utilice, como compuesto de partida la 2-pentanona. ¿Será que ambos compuestos se pueden preparar utilizando la cetona propuesta? Explique

N

N

H

H

Indol A

Indol B

RESPUESTAS: 2-FENIL LINDOL Polvo blanco o amarillo con aroma desagradable Fórmula: C14H11N Peso molecular: 318.33g/mol Pto. fusión: 186°CPto. Ebullición: 250°C Se utiliza para preparar ácido indolacético y otras sustancias que ayudan al crecimiento de las plantas, son utilizados en perfumes, colorantes y productos agroquímicos Soluble en THF, acetona, ligeramente soluble en metanol | | RIESGOS A LA SALUD: INHALACIÓN: Irritación Primeros auxilios: Trasladar al aire fresco. Si es necesario administrar respiración artificial INGESTIÓN: Irritación Primeros auxilios: Dar a beber abundante agua OJOS: Irritación Primeros auxilios: Lavar con jabón y abundante agua corriente durante 15 min. PIEL: Irritación. Primeros auxilios: Lavar la zona afectada con abundante agua durante 15min. ACETOFENONA Sólido cristalino amarillo pálido, olor dulce Fórmula: C8H8O Pto. fusión: 20.5°C rata LD50:815mg/Kg Pto. ebullición: 202.6°C Densidad: 1.03g/mL Soluble en disolventes orgánicos RIESGOS A LA SALUD: INHALACIÓN: Irritación. Primeros auxilios: Trasladar al aire fresco. Si es necesario administrar respiración artificial INGESTIÓN: Nocivo. Primeros auxilios: Administrar bastante agua y NO INDUCÍR EL

VÓMITO OJOS: Irritación. Primeros auxilios: Lavar con jabón y abundante agua corriente durante 15 min. PIEL: Irritación. Primeros auxilios: Lavar la zona afectada con abundante agua durante 15min. FENILHIDRAZINA Cristales o líquido aceitoso, de incoloro a amarillo, vira a marrón por exposición al aire y a la luz. Fórmula: C6H8N2 PM: 98.2/mol Pto. fusión: 19.5°C Pto. ebullición: 243.5°C Densidad: 3.7g/mL Poco soluble en agua RIESGOS A LA SALUD: INHALACIÓN: Tos, dificultad respiratoria, dolor de garganta. Primeros auxilios: Trasladar al aire fresco. Si es necesario administrar respiración artificial INGESTIÓN: Dolor abdominal, diarrea, nauseas. Primeros auxilios: Dar a beber abundante agua OJOS: Enrojecimiento, dolor, visión borrosa. Primeros auxilios: Lavar con jabón y abundante agua corriente durante 15 min. PIEL: Piel seca, enrojecimiento, dolor, ¡PUEDE ABSORBERSE! Primeros auxilios: Lavar la zona afectada con abundante agua durante 15min. CLORURO DE ZINC Sólido blanco cristalino sin olor Fórmula: ZnCl2 PM: 136.29g/mol Pto. fusión: 290°C Pto. ebullición: 732°C Densidad: 2.91g/mL Su descomposición produce humos tóxicos de óxido de zinc y clorados RIESGOS A LA SALUD: INHALACIÓN: Irritante en las vías tractorespiratorias. Primeros auxilios: Trasladar al aire fresco. Si es necesario administrar respiración artificial INGESTIÓN: Ardor, ulceraciones en tracto gastrointestinal. Primeros auxilios: De a beber leche o agua, NO PROVOCAR EN VÓMITO. OJOS: Irritación y ardor. Primeros auxilios: Lavar con jabón y abundante agua corriente durante 15 min. PIEL: Irritación, ardor y ulceraciones en la piel. Primeros auxilios: Lavar la zona afectada con abundante agua durante 15min. ETANOL Líquido claro de olor característico Fórmula: C2H6O PM: 46.07g/mol LD50(oral, ratas): 7060mg/Kg Pto. fusión: -130°C Pto. ebullición: 78.3°C Densidad: 0.7893g/mL Soluble en agua, éter, etanol, metanol, cloroformo y acetona

RIESGOS A LA SALUD: INHALACIÓN: Irritación en el tracto respiratorio, nauseas, vómito, dolor de cabeza. Primeros auxilios: Trasladar al aire fresco. Si es necesario administrar respiración artificial INGESTIÓN: Envenenamiento alcohólico o alcoholismo. Primeros auxilios: NO PROVOCAR EN VÓMITO. OJOS: Irritación. Primeros auxilios: Lavar con jabón y abundante agua. 2. R//

Reactivo límite:

Peso teórico

Rendimiento

3. R// Respuesta Análisis

Para abordar la solución de este ejercicio, se debe realizar la desconexión de los indoles y determinar si el compuesto carbonilo coincide con el reactivo propuesto.

Desconexión del Indol A

Interconversión del doble enlace en alcohol.

IGF N

N

H

H

O H

Indol A

Formación de carbonilo y posterior ruptura de la unión sobre el anillo.

+

NH2

O

NH2

O Anilina

2-Pentanona

Desconexión del Indol B

IGF N

N

H

H

Indol B

O H

+ NH2

O

O

NH2 Anilina

3-Pentanona

Una vez realizada la desconexión, se establece claramente que desde el compuesto carbonilo propuesto (2-pentanona), sólo se puede preparar el indol A.

Síntesis de Fischer

+

H

+ NHNH2 Fenilhidrazina

Tautomerismo

O

N

2-Pentanona

H Fenilhidrazona

3 2

3 2

N1

N

NH 1

H Enamina más sustituida

3, 3 Desplazamiento sigmatrópico

H NH NH

NH NH2

N

NH2

H

H +

H

N

NH3

N

H

H Indol A

CONCLUSIONES  

Se pueden producir índoles mediante la síntesis de fischer. Las pruebas como el punto de fusión y el espectro infrarrojo son una herramienta útil para identificar y caracterizar sustancias.

 BIBLIOGRAFÍA SILVERSTEIN, BASSLER y MORRILL. Spectrometric Identification of Organic Compounds, Fifth Edition. John Wiley & Sons, inc.