Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Estudios Superiores Cuautitlán

Laboratorio de Química Orgánica IV

Equipo 2

Previo: Síntesis de benzimidazol “Reacción de Ladenburg”

Gonzalez Villa Rodary Dymarcuz, León León Donaldo Gamaliel, Granados López Gonzalo.

OBJETIVOS

Obtener ciclos benzoderivados de cinco miembros con dos heteroátomos (NN, NO, NS) mediante una reacción entre anilinas orto sustituidas (-OH, -SH, -NH2) y grupos carbonilosRevisar la importancia y aplicación del benzimidazol.

MECANISMO DE REACCIÓN

En la reacción general:

a. Para el bencimidazol R=H se emplea H-COOHb. Para el 2-metilbencimidazol R=CH3 se emplea CH3-COOH

Hay dos equilibrios ácido-base que se pueden establecer en el ceno de la reacción:

Este ultimo en realidad es un carbocatión estabilizado y por lo tanto es un buen centro electrofílico, y en presencia de este, puede interactuar con lo que este como base libre del primer equilibrio ácido-base ya mencionado.

A través de un equilibrio ácido-base sobre el producto de este ataque nucleofílico, se forma un nuevo intermediario en el que se observa la formación de agua como grupo saliente y ante la ruptura heterolítica del enlace C-O, se forma un carbocatión, el cual se estabiliza por el átomo de nitrógeno, formando así la amida protonada (tautómero enol) la cual se encuentra en equilibrio con su tautómero ceto.

Como dentro del intermediario se encuentra presente un grupo amino (nucleófilo) y el carbonilo protonado de la amida (electrófilo), se forma el enlace C-N.

Mediante un equilibrio ácido-base se forma agua como grupo saliente y ante la ruptura heterolítica del enlace C-O se forma un carbocatión, el cual se estabiliza por cualquiera de los dos átomos de nitrógeno para generar la sal de imino.

Al tratar el compuesto con carbonato de sodio se da una reacción acido-base via de la cual se forma la base libre insoluble en agua.

Si la neutralización se hace con NaOH, y con cuidado también se libera a base libre a pH alto, la reacción se puede hacer reversible.

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DEL IMIDAZOL

Los azoles son un grupo de heterocilos que se derivan formalmente del furano, pirrol y tiofeno por sustituciónde uno de los grupos =CH por un átomo de nitrógeno. Cuando esta sustitución se efectúa en la posición 3, se genera oxazol, imidazol y tiazol, mientras que si la inserción del átomo de nitrógeno se efectúa en la posición 2, se obtiene isoxazol, pirazol e isotiazol.

En su mayor parte, este grupo de heterociclos tiene muchas propiedades y reacciones características de los compuestos aromáticos. Puede decirse que los diversos sistemas de anillos azólicos son más estables que el furano, el pirrol y el tiofeno, y son menos reactivos.

La basicidad de los azoles puede ir desde el imidazol, fuertemente básico (pKa=7), hasta los heterociclos débilmente básicos como tiazol (pKa=2.5), e isoxazol (pKa=1.3). El imidazol forma sales cristalinas estables con muchos reactivos ácidos, las bases débiles también pueden protonarse, pero estas sales suelen disociarse con facilidad.

Además de sus características básicas, el imidazol y el pirazol tienen también un protón ácido, y al igual que el pirrol, forman con facilidad sales con iones metálicos.

El imidazol presenta puntos de ebullición de 256°C es mucho más elevado de lo que era de esperarse debido a la formación de puentes de hidrógeno. Debido a que este factor causal no existe, los derivados N-alquilados (pero no los sustituyentes C-alquilo) tienen puntos de ebullición muy bajos.

IMPORTANCIA Y APLICACIÓN DE BENZIMIDAZOL Y OTROS MÉTODOS DE SINTESIS DEL MISMO

El bencimidazol es un heterociclo muy conocido por sus buenas propiedades antibacterianas y antifúngicas. Igualmente, algunos derivados del bencimidazol, como el omeprazol, actúan como inhibidores de la bomba de protones de manera selectiva e irreversible en la región gástrica. La farmacocinética y farmacodinámica de estos inhibidores es ideal para el tratamiento de úlceras estomacales, y, en combinación con otros fármacos, erradicación del Helicobacter pylori. También se ha estudiado su actividad frente a diversos virus, como el Human cytomegalovirus, HCMV, y el virus de la influenza.

El estudio del bencimidazol y sus derivados en ciencia de materiales data de hace mucho tiempo. Por ejemplo, se han preparado películas protectoras de gran estabilidad térmica a partir de polímeros organometálicos de bencimidazol con Cu y Zn. La estabilidad térmica de estos polímeros varía según el metal: 250 °C para el de cobre y hasta 500 °C para los de zinc. Junto con otras moléculas de bajo peso molecular, el bencimidazol ha sido evaluado como fotodetector y como membranas conductoras de protones en celdas solares. Recientemente, el bencimidazol y sus derivados poliméricos han sido estudiados por sus propiedades ópticas no-lineales. La generación de ondas armónicas secundarias en el bencimidazol fue cinco veces mayor que en el hidrógeno fosfato de potasio (KDP), material de referencia.

El bibenzimidazol ha sido muy estudiado por su similitud estructural con la bipiridina, especialmente por sus potenciales propiedades optoelectrónicas. De otro lado, recientemente se está estudiando sus propiedades biológicas. Por ejemplo se ha estudiado su actividad inhibitoria de la topoisomerasa I.

Un método alternativo para la síntesis de benzimidazoles a partir de orto-fenilendiamina y un ácido carboxílico utilizando a la arcilla natural bentonita como catalizador e irradiación de infrarrojo como fuente de energía. Entre las ventajas que presenta dicho método se encuentra que los tiempos de reacción son más cortos comparados con algunos reportados en fase homogénea. El método se realiza de la siguiente manera:

Parte experimental 1. Mezclar 1.2 g de orto-fenilendiamina con 0.5 g de ácido fórmico y 5 g de bentonita

adaptando un refrigerante en posición de reflujo.2. Irradiar con una lámpara de infrarrojo durante 15 minutos.3. Extraer con acetato de etilo y filtrar para eliminar la arcilla.4. Evaporar el disolvente y recristalizar con una mezcla H2O/EtOH.5. Determinar rendimiento y punto de fusión.

BIBLIOGRAFIA

http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1810634X2006000400002&lng=es&nrm=isPaquete, A. Leo. (2006). FUNDAMENTOS DE QUIMICA HETEROCICLICA. Editorial Limusa. México. Penieres, C. Guillermo. (2006). MANUAL DE EXPERIMENTOS EN QUIMICA HETEROCICLICA. Editorial UNAM. México.

Matraz

1.25 g de o-fenilendiamina

1.4 mL de ácido fórmico al 90%

Reflujo 1.5Hrs en baño de aceite

Añadir NaOH al 10% hasta cristalización

completa

Recristalizar con agua

Se deja enfriar

Filtrar a vacío

DIAGRAMA DE FLUJO

Información sobre reactivoFórmula químico HCOOH(Ácido Fórmico)

Número CAS 64-18-6

Datos químicos y físicosSolubilidad en agua soluble (20 °C)Punto de fusión 8 °CMasa molar 46.03 g/molPunto de ebullición 101 °CInformación de seguridad

PeligrosLíquidos y vapores inflamables.Provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares graves.

Pictograma de peligros

Tratamiento Los ácidos orgánicos líquidos o resp. soluciones se diluyen si es necesario y se neutralizan cuidadosamente con hidrogenocarbonato

sódico (art. 106323) o hidróxido sódico (art. 106462). Antes del vertido en la categoría D controlar el valor del pH con tiras indicadoras universales (art. 109535).

Información sobre reactivoFórmula químico C7H6N2(Benzimidazol)

Número CAS 51-17-2

Datos químicos y físicosSolubilidad en agua insoluble (20 °C)Punto de fusión 170 – 173°CMasa molar 118.13 g/molPunto de ebullición >360 °CInformación de seguridadPeligros Contaminante para el agua

Pictograma de peligros

TratamientoLos reactivos orgánicos líquidos relativamente no reactivos desde el punto de vista químico se recogen en la categoría A. Si contienen halógenos se les asigna la categoría B. Residuos sólidos: categoría C.

Información sobre reactivoFórmula químico C6H8N2(o-Fenilendiamina)

Número CAS 95-54-5

Datos químicos y físicosPunto de fusión 100 -103 °CMasa molar 108.14 g/molPunto de ebullición 256 -258 °C

Información de seguridad

PeligrosIrritación de en los ojosPeligroso por inhalación o en contacto con la piel.Contamina el medio ambiente.

Pictograma de peligros

Tratamiento

Los ácidos orgánicos líquidos o resp. soluciones se diluyen si es necesario y se neutralizan cuidadosamente con hidrogenocarbonato sódico (art. 106323) o hidróxido sódico (art. 106462). Antes del vertido en la categoría D controlar el valor del pH con tiras indicadoras universales (art. 109535).