Sintesis de Quinoxalinas PDF

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Practicas de bioorganica...

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Análisis de resultados Las quinoxalinas, también llamadas benzopirazinas, contienen un anillo de benceno fusionado a un anillo de pirazina.

Las quinoxalinas presentan un amplio espectro de actividades biológicas tales como: antibactericida, antifúngica, antiinflamatoria, antimalaria, antitumoral, antiprotozoaria, antituberculosa, antiviral y herbicida. Además de estas aplicaciones, las quinoxalinas también son usadas como colorantes y semiconductores orgánicos. El método más apropiado para las síntesis de quinoxalinas se basa en la condensación de una 1,2-diamina aromática con un compuesto dicarbonílico en medio ácido. En el caso de esta práctica, se usa benzil y o-fenilendiamina; el benzil es el compuesto dicarbonílico y la o-fenilendiamina es la 1,2-diamina aromática; se utilizó etanol como disolvente (también se puede utilizar metanol, 2- propanol o ácido acético).

La reacción comienza cuando por un efecto de resonancia, el O de unos de los carbonilos del benzil, recoge los electrones del doble enlace que está formando con el C del carbonilo, en ese momento, se adquiere una carga negativa en el O y una carga positiva en el C, en este sitio, donde se forma el carbocatión, el N del o-fenilendiamina introducirá su par de electrones libres, formando así, un enlace C-N. En este punto, en la molécula se encuentra un O con carga negativa y un N con carga positiva; el R-O - y el (R)₂-N+-(H)₂ llevan a cabo una reacción ácido-base, donde el N+ será el ácido y el O - la base, formándose un grupo hidroxilo y una amina secundaria sin carga. Nuevamente habrá una reacción ácido-base donde el alcohol (el O tiene dos pares de electrones libres), tomará un protón de la amina, quedando esta última con carga negativa, que rápidamente formará un doble enlace con el carbono, desplazando una molécula de agua (al protonarse el grupo hidroxilo se forma un ion oxonio, buen grupo saliente en forma de agua). En este punto se formó una enamina entre 1 carbono del carbonilo del benzil y una 1 amina de la ofenilendiamina. Este mismo proceso de repite entre el grupo carbonilo que queda del benzil y la amina restante del o-fenilendiamina, formando así el compuesto a sintetizar en esta práctica, 2,3-difenilquinoxalina. La práctica se divide en dos partes, proceso térmico y proceso con química verde. En el proceso térmico se pone benzil más o-fenilendiamina en un matraz en posición de reflujo y se calienta con el mechero. La temperatura, entre otros factores que afectan la velocidad de la reacción (concentración de reactivos, naturaleza de los reactivos, etc.), mediante el calor, se promociona el inició de la reacción alcanzando la energía de activación, y se coloca en posición de reflujo, para que a medida que la reacción proceda el sistema no se seque, de manera que el disolvente esté evaporándose y condensándose volviendo al matraz. Este procedimiento, como vemos en el mecanismo de la reacción, además de la quinoxalina de interés se produce agua, pudiendo provocar la reacción de hidrólisis, en consecuencia, un rendimiento bajo. Con la implementación de la química verde, se pretende reducir y eliminar las sustancias peligrosas para el medio ambiente y la salud, de la industria química. De tal modo que se plantean 12 principios para conseguir estos objetivos. En términos de la práctica, se emplean los principios 5. Evitar el uso de sustancias auxiliares y 6. Eficiencia energética. Al inicio del proceso, se tiene que el benzil y la o-Fenilendiamina, son ambos compuestos en estado sólido. Donde posteriormente se procede a triturarlos con el agitador de vidrio hasta obtener un polvo fino. Al triturar los reactivos, se favorece que haya una mayor superficie de contacto entre las moléculas, para que estos puedan reaccionar con mayor rapidez. Posteriormente se agrega 1 ml de etanol que actúa como disolvente, para que la reacción pueda ocurrir. A diferencia del procedimiento térmico, no se requiere gran cantidad de disolvente. El etanol se considera como uno de los disolventes que no

generan impacto ambiental ni presentan alto riesgo a la salud humana, por lo que este disolvente puede ser utilizado en la reacción y seguir cumpliendo con el principio 5 de la química verde. Normalmente, la reacción de síntesis de 2,3-difenilquinoxalina, por el procedimiento de química verde, se lleva a cabo con el uso de microondas, donde las ondas de microondas agitan las moléculas haciéndolas rotar a gran velocidad, provocando un mayor número de choques efectivos entre las moléculas, necesarios para la formación del producto. Todo esto reduce el tiempo de reacción a 1 minuto. Sin embargo, en la práctica se lleva a cabo el proceso por agitación durante 5 minutos. Si los reactivos se mezclan a temperatura ambiente, agitándolos con una varilla de vidrio, también ocurre la reacción, en los 5 minutos de agitación. La agitación genera estiramientos entre los enlaces intermoleculares, que, a su vez favorece la formación del producto al encontrarse una mayor superficie de contacto entre las moléculas de los reactivos, formando el producto. Aplicándose el principio 6 de la química verde, donde se efectúa la reacción a temperatura y presión ambiente, no teniendo que recurrir a fuentes externas de energía. Ante esto, se forma una pasta de color beige que es la 2,3difenilquinoxalina. Sin embargo, el producto obtenido es un sólido que contiene impurezas como restos de reactivos sin reaccionar. Por lo tanto, es necesario recristalizar el producto para tenerlo en el mayor grado de pureza posible. La 2,3-difenilquinoxalina, es soluble en disolventes polares, por lo que su recristalización se da en etanol, compuesto ante el cual sí es soluble. Una vez obtenido el producto final, es decir, la 2,3-difenilquinoxalina en forma de sólido cristalino. En ambos productos, (procedimiento térmico y química verde). Se realiza un proceso de cromatografía en capa fina con el objetivo de identificar el producto y su grado de pureza. Dicho resultado, depende de que tan bien se haya efectuado la recristalización del producto, ya que este es un procedimiento específico para la purificación de compuestos sólidos. En la cromatografía en capa fina se comparó el producto obtenido contra benzil y o-fenilendiamina, para ello se empleó una placa de sílica gel, de carácter polar. Por otro lado, como eluyente se utilizó una mezcla de hexano-acetona 7:3, ambos de carácter no polar. Y finalmente se reveló con luz ultravioleta. La cromatografía muestra que los reactivos presentan un carácter menos polar que el producto, siendo eluidos por la fase móvil. Mientras, el producto al tener un carácter polar, resulta retenido por la placa de carácter polar, obteniendo un Rf de 0.65 que identifica al producto. Además de la cromatografía en capa fina, se determina el punto de fusión de ambos productos. El punto de fusión se define como a temperatura a la cual, la materia en estado sólido pasa a estado líquido. Para que dicho cambio ocurra, es necesario que se rompan las fuerzas intermoleculares que mantienen unidas a las estructuras cristalinas del compuesto, por lo que el punto de fusión

depende en gran medida de las fuerzas intermoleculares del compuesto por analizar. El punto de fusión de una sustancia, resulta poco afectado por la presión, por lo que puede ser empleado para caracterizar compuestos orgánicos y comprobar su grado de pureza.

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