Cumarina Quimica Industrial II

5/9/2018 Cumarina Quimica Industrial II - slidepdf.com

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Formaci6n de cumarinas

Obtenci6n de ~-metilumbeliferona

(7 -hidroxi-4-meti lcum arina)

Objetivos

• Efectuar la reaccion de Pechmann-Duisberg con la condensaci6n de compuestos 1,3-

dicarbonflicos y fenoles en presencia de un catalizador acido.

• Preparar p-metilumbeliferona sequn la reacci6n de Pechmann-Duisberg.

• Revisar la importancia biol6gica y farrnaceutica de las cumarinas.

Antecedentes

• Metodos generales de preparaci6n de cumarinas.

• Fundamento qufmico de la reacci6n de Pechmann-Duisberg.• Propiedades de reactivos y productos.

• lnteres biol6gico de las cumarinas.

Reacci6n a efectuar y estequiometria

A

HO~O I

H

Hel, ~~

HO

(1 ) (2) (12)

AcetoacetatoResorcinol (2) Acido clorhldrlco

~-metilumbeliferona

de etilo (1) (12)

PM 130.14 110.11 36.46 176.17

Peso (g) 3.9 3.3 3.59 5.2851 (teorico)

Volumen (ml) 3.8 ----- * 8

Densidad ( g / m l ) 1.021 ----- * 1.18

Moles 30 X 10-3 30 X 10-3 98.46 X 10-3 30 X 10-3 (teorico)

* es sustancia s6lida, par eso no se cita el volurnen y la densidad.

Capitulo 6 Compuestos heterociclicos 529



Mecanismo de fa reacci6n

Dentro de las reacciones acido-base que se pueden lIevar a cabo, esta la protonaci6n de cual-

quiera de los atornos de oxiqeno de los grupos carbonilo del acetoacetato de etilo (1); 1 0 cual dalugar a los intermediarios (3) y/o (4).

OI~E9E90 .......

, . . . _

~ +H " E~o 0 o 0

(1 ) (3)

o

(1) (4)

En los dos intermediarios tenemos los grupos carbonilos protonados que presentan una reac-

tividad diferente, 1 0 cual va a implicar que se puedan lIevar a cabo dos reacciones diferentes, atraves de las cuales se explica la formaci6n del producto:

1. Una reacci6n de sustituci6n electrofllica arornatica.

2. Una reacci6n de transesterificaci6n.

De acuerdo a los requerimientos enerqeticos de estas dos reacciones, 1 0 mas probable es

que ocurra en primer lugar la reacci6n de transesterificaci6n, la cual se lIeva a cabo entre el gru-

po hidroxilo del resorcinol (2) y el intermediario (4) para formar aSI el intermediario (5):

+

S L

O

. ,HHO OI~'O/

I I~H Et

- , , _ , . . . _ _ _ ~

HO~OIH

.......o

o'Et

(2) (4) (5)

5:30 Oulmica orqanica. Experimentos con un enfoque ecoloqico



A traves de un equilibrio acido-base sabre el intermediario (5), se genera etanol como grupo

saliente (intermediario (6)), y antela ruptura heterolitica del enlace C-O, se regenera la hibrida-

ci6n Sp2del grupo carbonilo y se obtiene el intermediario (7):

MEl )

H O ~ I H

(5)

M-

HO~O

H+ /0,

H Et

(7)

Mediante otro equilibria acida-base sobre el intermediario (7), se genera el intermediario (8),

en el que esta presente un grupo carbonilo protonado, que en realidad es un carbocati6n estabi-

lizado (esto es un electr6filo), para que ocurra una reacci6n de sustituci6n electrofflica aromatics

intramolecular, la cual implica primero una reacci6n de adici6n para formar el intermediario (9),

que, via una reacci6n de eliminaci6n de un prot6n, da lugar al producto de sustituci6n, el anillo

heterociclico (10):

MHO~O

(7)

. . . . . .

HO HO

(10)

Capitulo 6 Compuestos heterociclicos 531



Por medio de un equilibrio acido-base sobre el intermediario (10) se obtiene el intermediario

(11), en el que se observa la qeneracfon de agua, la cual se elimina para dar lugar al producto

final (12):

o HO

HH .0

1V· ,

+ H

oO

(10)

HO

H1+ :0,H

(12)

Parte experimental

Material

Matraces Erlenmeyer de 50 ml 2 Embudo de vidrio de tallo corto 1

Matraz Erlenmeyer de 125 ml 1 Agitador de vidrio 1

Vaso de precipitados de 250 ml 1 Vidrio de reloj 1

Pipeta de 5 ml 1 Espatula 1

Matraz Kitasato de 250 ml con manguera 1 Pinza de 3 dedos con nuez 1

Embudo BUchner con alargadera 1 Recipiente de peltre 1

Probeta de 25 ml 1 Recipiente de aluminio (baric Maria) 1

Term6metro -10 a 400°C 1

. 532 Quimica orqanica, Experimentos con un enfoque ecol6gico



Sustancias

Cantidad Calidad

Acido clorhidrico 8.0 ml Concentrado

Acetoacetato de etilo 3.9 ml Q.P.

Resorcinol~

3.3 9 Q.P.

Etanol 50.0 ml de 96°

7-hidroxi-4-metilcumarina producto

Procedimiento

En un matraz Erlenmeyer de 125 ml coloque 3.3 9 de resorcinol en 3.9 ml de acetoacetate de

etilo, enseguida adicione y poco a poco y agitando y 8 ml de acido clorhidrico concentrado. Ca-

liente la mezcla de reacci6n a 300C durante 20 minutos sin dejar de agitar y luego de este tiem-

po deje caer la mezcla de reacci6n en chorro fino sobre agua helada (aproximadamente 100 ml)

agitando constantemente. Separe el s61ido formado por filtraci6n al vacio y lave con agua (50ml). Recristalice el producto crudo por par de disolventes etanol/agua, sequelo, determine ren-

dimiento y punto de fusi6n.

Capitulo 6 Compuestos heterocfclicos 53



Diagrama ecoloqico

Obtancion de 7-hidroxi-4-metilcumarina

Resorcinol + acetato de

etilo + Hel conc.

1) Agitar constantemente

2) Calentar a 30°C/20 min.

3) Vaciar cuidadosamente y con agitaci6n

constante en agua helada

7-hidroxi-4-metil-cumarina +

materia prima que no reacciono

Filtrado

1) Filtrar

2) Lavar con agua3) Secar

Solido

1

7 hidroxi-4-metil-

cumarina cruda

Fase acuosa acida + trazas

demateria prima que no

reacciono.

Filtrado

1) Recristalizar de etanol

2) Filtrar

3) Secar

Solido

II Producto puro I I Etanol

o

D1: filtre el solido, recristalice, determine el punta de fusion y haga cromatoplaca comparativa. Decolore las

aguas madres con carbon activado, neutralice y deseche por el drenaje can agua abundante.

D2: filtre el solido presente y purifique junto con el solido obtenido en D1. En casa de tener un volurnen con-

siderable (250 ml aprox. de liquido), destile en rotavapor; de no ser asl, neutralice con NaOH 0 dese-

chos basicos y deseche par el drenaje con agua abundante.

534 Quimica orqanica. Experimentos con un enfoque ecoloqico



Cuestionario

1. l,Que cumarina se obtiene al utilizar resorcinol, acido malico y acido sulfurico concentrado?

2. l,Podria utilizar acido sulfurico diluido como agente condensante en esta reacci6n? Funda-

mente su respuesta.

3. l,Podria utilizarse acido sulfurico concentrado con la finalidad planteada en la pregunta ante-

rior? En caso de ser afirmativa su respuesta, l,que precauciones habria que observar?

4. De utilizar fenol en lugar de resorcinol, 1,Iareacci6n se veria favorecida?, l,por que?

5. l,Se contrapone la ecologia al desarrollo de la quimica debido al alto costo que implica la

recuperaci6n 0 tratamiento de los desechos quimicos?

Bibliografia

Acheson, R.M., An Introduction to the Chemistr y of Heterocyclic Compounds, 3a. ed., J. Willey & Sons, Londres, In-

glaterra, 1976.

Giral, F. y Rojahn, C.A., Productos quimicos y termeceuticos, tomo III, Atlanle, Mexico, 1946.

Streitweiser, A. Jr. y Heathcook, C.H., Quimica orqenice, Interamericana, Mexico, 1979.

Vogel, A.I., A Textbook of Practical Organic Chemistry, Longman, Londres, Inglaterra, 1978.

Capitulo 6 Compuestos heteroclclicos 535

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