microondas 2010
Post on 25-Dec-2015
32 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
USO DE LAS MICROONDAS EN SÍNTESIS ORGÁNICA
Facultad de Química Departamento de Química Orgánica,
Ciudad Universitaria
04510 México, D.F., México
Correo electrónico: leoncfdo@servidor.unam.mx
flc@cablevision.net.mx
M en C Fernando León Cedeño
Universidad Nacional Autónoma de México
Tipo de radiación
Longitud de onda
Rayos γ Rayos X Infrarrojo Microndas Ondas de radio
< 1 milimetro 1 metro Miles de metros
Longitud de onda (nm)
Energía (KJ/einstein)
Naranja RojoVioleta Azul Cyan VerdeAmarillo
LUZ VISIBLE
ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
MAGNÉTICO
CAMPO
CAMPOELECTRÍCO
Charles Hard TownesPremio Nobel de física 1984
Miembro del equipo técnico de la Bell Telephone Laboratories de 1933 a 1947.
FCC: COMISIÓN FEDERAL DE COMUNICACIONES
FCC: COMISIÓN FEDERAL DE COMUNICACIONES
El Dr. Townes trabajó intensamente durante la II Guerra Mundial en diseñar sistemas de radar contra bombas utilizando las microondas
En 1948 pasó a formar parte de la planta académica de la Universidad de Columbia como profesor asociado de física
En 1940, Sir John Randall y el Dr. H. A. Boot inventaron el tubo del magnetrón para producir las microondas del radar
Sir John Randall
Percy Le Baron Spencer inventó el horno de microondas. Después de la guerra, el Dr. Percy Spencer trabajando en la Raytheon Manufacturing Company estaba investigando el tubo del magnetrón.
Percy Le Baron Spencer
Durante un experimento encontró que una barra de chocolate dentro de una bolsa de su saco se había fundido totalmente, aunque el efecto de las microondas ya se conocía. El Dr. Spencer dedujo que el magnetrón fue el que fundió su chocolate y no la temperatura de su cuerpo.
El primer horno de microondas se fabricó en 1952 para ser usado en restaurantes y costó $5,000 USA
DISOLVENTE TEMPERATURA (°C)
p.e. (°C) CONSTANTE DIELÉCTRICA
81 100 78.5465 65 32.6378 78 24.3049 61 4.8056 56 20.7025 68 1.8926 98 1.00
H2O
Temperatura alcanzada con 50 ml de disolvente durante 1 minuto de irradiación
CH3OHCH3CH2OH
CHCl3(CH3)2C=O
CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)5CH3
ROTACION DEL DIPOLO:FENÓMENO EN EL CUAL LAS MOLÉCULAS SE ALINEAN AL
CAMPO ELECTRÍCO DE LA RADIACIÓN, Y AL ROTAR 43 VECES/SEGUNDO CADA UNA DE LAS
MOLECULAS, SE DESPRENDE CALOR.
Cl
HCl
Cl
Cl
HCl
Cl
cloroformo
MOLÉCULAS POLARES
microonda
Orientación de lasMoléculas de agua
oxígenohidrógeno
hidrógeno
Eo
δ+δ−
δ−
δ+
rotación
campo eléctricode la radiación de
microondas
δ+
δ−
cambio de fase de laradiación
Eo
δ+
δ−
desprendimiento de calorpor fricción
(pérdida de la constante dieléctrica)
Eo Eo
δ+
δ−
CAMPOELÉCTRICO
POLARIZACIOIÓNRESULTANTE
+ -
Conducción Ionica (Interacción de las microondas con el
Carbonato de calcio)
FUENTE DE CALOR CONVENCIONAL
externamentepor el paso de unacorriente eléctrica
a través de una resistencia
calor generado
ENERGIA DE LAS MICROONDAS
calor generado dentrodel seno de la misma mezcla de reacción
La energía de las microondas no cambia la química, esto es el mecanismo por el cual ocurre una reacción química
¿Como actúa la energía de las microondas para acelerar las reacciones e incrementar los
rendimientos?
La transferencia de la energía de lasMicroondas es directa con cualquier material que las absorba
La transferencia de energía es rápida lo cual crea condiciones de no equilibrio queresulta en temperaturas instantáneasrápidas (Ti)
Esta transferencia activa a un alto porcentaje de las moléculas por arriba de la energía de activación requerida
Constante de rapidez
Factor de frecuenciaó
Factor preexponencialCantidad matémática:
e
Constante de los gases
Temperatura en °
K
Energía de activación
Ea
Efecto de la Temperatura en la Rapidez de la reacción
energía
Frac
ción
de
mol
écul
asqu
e tie
nen
la e
nerg
ía E
Temperatura ambiente
RAPIDEZ DE REACCIÓN CON CALENTAMIENTO CONDUCTIVO
Frecuencia de las colisiones con la geometría correcta requerida para la reacción
k = Ae-Ea / RTT
TEMPERATURA TOTAL
La fracción de las moléculas con la cantidad mínima de energía requerida para la reacción
constante de rapidez de la reacción
La rapidez de reacción se acelera usualmente de 10 a 1000 veces cuando
se calienta con microondasTinstantánea > TTOTAL
ParaPara TTOTAL = 150 = 150 ooCC y para Ea = 50 kcal/mol
TTinstantánea = 206= 206 ooCC 1000 x 1000 x rapidezrapidezTTinstantánea = 185= 185 ooCC 100 x 100 x rapidezrapidezTTinstantánea = 167= 167 ooCC 10 x 10 x rapidezrapidez
APARATO DE MICROONDAS CONVENCIONAL MULTIMODO
• Multimodo – una gran cavidad, horno de microondas comercial, con una alta potencia• Se usa para reacciones en lotes grandes
Problemas:
1. Falta de calentamiento uniforme2. Solo se pueden calentar muestras
pequeñas (~ 1 mL)3. Existen variaciones en la unidades4. Para síntesis paralelas, todas las muestras
deben ser similares5. Baja densidad de poder: 25 a 30 watts por
litro6. No son eficientes para reacciones que
requieren de un alto poder de entrada
Magnetron
Aislador
Guía de las ondas
Microondas reflejadas
Muestra
Cavidad del horno
Microondas
Tecnología de Microndas Multimodo
Magnetrón o Klystron – generador de las microndas, transforma la energía electrica en radiación de microondas (conectado a un circuito electríco).El tubo hueco de cerámica, guía a las microndas
Cátodo(Filamento )
Cavidad resonante
Aspas
Ánodo(armazón)
Fuente de electrones
Bloque ánodo dentro del magnetrón
Antena
Magnetospermanentes
Cátodo(filamento)
Ánodo(armazón)
Guía de la onda
Vista lateral del magnetron
Movimiento de los electrones el bloque ánodo en el sentido de la manecillas de un reloj
cátodo
Electrones
cátodo
corriente antena
Nube de Electronesen rotación
Nube de electronesy corriente inducida
Microonda
Guía de la onda
Cámara
Cámara de la microondas
Aparato de Microondas Convencional Monomodo
• Una sola cavidad– Distribución de energía uniforme– Buen acoplamiento con muestras
pequeñas– Alta densidad de poder (900 watts / litro)
calentamiento más rápido
Aparato de Microondas Convencional Monomodo
Aparato de Microondas Convencional Monomodo
Aparato de Microondas Convencional Monomodo
MICROONDAS
La cavidad circular de modo único dirige la energía de microondas en un área definida, lo que da como resultado un campo homogéneo que rodea a la muestra.
Horno de microndas de Anton Paar, Synthos 3000
En resumen:
HORNO MULTIMODO (DOMÉSTICO COMERCIAL)Baja densidad de poder: 25 a 30 watts por litro
HORNO MONOMODO (PARA HACER REACCIONES)Alta densidad de poder (900 watts / litro)calentamiento más rápido
¿Química verde?(Química sustentable)
Curso de Química Verde Centro Mexicano de Química en Microescala,
Universidad Iberoamericana, A.C.Campus Ciudad de México
Kenneth M. Doxsee Universidad de Oregon
María del Carmen Doria Serrano (UIA)
The Oregon Green Chemistry Center
Principios de la Química Verde
PASIPan-American Advanced Studies Institute on
Sustainability and Green Chemistry
29 May – 10 July 2007Universidad Iberoamericana, México, D.F.
Química VerdeLa química verde es el diseño de productosquímicos y procesos que reducen o eliminan el uso y/o generación de sustancias peligrosas
Solución del siglo XXI a los problemas de la contaminación
12 principios de la química verde,
fueron publicados originalmente por
Paul Anastas y John Warner
Green Chemistry: Theory and Practice (Oxford University Press: New York, 1998),
6. Disminuir el consumo de energía.
12 principios de la química verde
1. Prevención.
2. Economía atómica.
3. Uso de metodologías que generen productos con toxicidad reducida.
4. Generar productos eficaces pero no tóxicos.
5. Reducir el uso de sustancias auxiliares.
12. Minimizar el potencial de accidentes químicos.
12 principios de la química verde
7. Utilización de materias primas renovables.
8. Evitar la derivatización innecesaria.
9. Potenciación de la catálisis.
10. Generar productos biodegradabables.
11. Desarrollar metodologías analíticas para la monitorización en tiempo real.
EJEMPLOS DESCRITOS EN LA LITERATURA
FORMACIÓN DE N-HETEROCICLOS
NH2 + Br Br
H2OK2CO3
MICROONDAS
REFLUJO
N
TIPO DE MATRAZ RENDIMIENTO (%)CERRADO 89ABIERTO 87
Barnard, T.M.; Vanier, G.S.; and Collins, M.J.; Organic Process Research & Development,2006,10,1233.
ESCALAMIENTO:
NH2 + Br Br
H2OK2CO3
MICROONDAS
REFLUJO
N
RENDIMIENTO (%)20.0
mmol0.2 mol 0.6 mol 1.0 mol
87 a 83 b 91 b 89 b
a reactor monomodo.b reactor multimodo
OOR
RI
I
n + nPd(OAc)2
PCH3 3
Bu3N, 1,4-DIOXANO
OR
OR
nR = nBu
REACCIÓN DE HECK
OOR
RI
I
n + nPd(OAc)2
PCH3 3
Bu3N, 1,4-DIOXANO
OR
OR
nR = nBu
poli(2,5-dibutoxi-1,4-fenilenvinileno)
OHHO + 2 IBASE
60 minutos25 Co
OOR
R
R = nBu
I2, HIO3, H2SO4 AcOH, CCl4
OOR
RI
I
PREPARACIÓN DEL 2,5-DIYODO-1,3-DI-n-BUTILDIÉTER DE LA HIDROQUINONA
OOR
RI
I
n + nPd(OAc)2
PCH3 3
Bu3N, 1,4-DIOXANO
OR
OR
nR = nBu
REACCIÓN DE HECK
OOR
RI
I
n + nPd(OAc)2
PCH3 3
Bu3N, 1,4-DIOXANO
OR
OR
nR = nBu
poli(2,5-dibutoxi-1,4-fenilenvinileno)
microondasbaño de aceite
Tetrahedron,2006,62,4709.
Ren
dim
ient
o (%
)
Tiempo (minutos)
sorpresa
LÍQUIDOS IÓNICOS
NR2 S
NR1R2
X:
N
N
R1
R2
R1 = CnH2n+1 ( principalmente n = 1 - 2 )R2 = CnH2n+1 ( n = 1 - 8 )X = I:- ; Br:- ;Cl:- ; PF6
- ; BF4- ; AlCl4
- ; SbF6- ; HSO4
-
X:
X:
CRISTALES DE UN LÍQUIDO IÓNICO
A temperatura ambiente los líquidos iónicos difieren de las sales fundidas clásicas , ya que ellos consisten de cationes orgánicos y tienen puntos de fusión que en general son menores a los 100 ºC.
PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS IÓNICOS:
1. CONDUCEN LA ELECTRICIDAD2. TIENEN UN APRESIÓN DE VAPOR MUY BAJA
(NO SON VOLÁTILES)3. MUCHOS TIENEN UNA BAJA COMBUSTIBILIDAD4. EXCELENTE ESTABILIDAD TÉRMICA5. UN AMPLIO INTERVALO DE TEMPERATURA EN
FASE LÍQUIDA6. EXCELENTES DISOLVENTES PARA MUCHOS
COMPUESTOS ORGÁNICOS7. MISCIBLES CON MUCHOS DISOLVENTES
ORGÁNICOS (CON EXCEPCIÓN DE LOS NO POLARES)
X = I:- ; Br:- ;Cl:- ; PF6- ; BF4
- ; AlCl4- ; SbF6
- ; HSO4-
R2 = CnH2n+1 ( n = 1 - 8 )R1 = CnH2n+1 ( principalmente n = 1 - 2 )
N
N
R1
R2X:
BALANCE HIDROFILICIDAD/LIPOFILICIDAD
SÍNTESIS DE LÍQUIDOS IÓNICOS
NN
H3C + XR
CALOR(REFLUJO)
3 a 72 horasN
NH3C
R+
X:-
La síntesis convencional de los líquidos iónicos tiene varias desventajas:
• Se necesitan largos tiempos de calentamiento a reflujo.
• La purificación de los líquidos iónicos con frecuencia es problemática y se necesitan grandes cantidades de disolventes orgánicos para extraer las impurezas.
USO DE LA RADIACIÓN CON MICROONDAS EN LA SÍNTESIS DE LÍQUIDOS IÓNICOS
NN
H3C + I NN
H3C +I:-
ConvencionalTiempo (min.)
MicroondasTiempo (min.)
Rendimiento (%)
640 4 92
N+I:-
+ I I:-N
ConvencionalTiempo (min.)
MicroondasTiempo (min.)
Rendimiento (%)
960 10 95
I:-SN
CH3
++ ISN
CH3
ConvencionalTiempo (min.)
MicroondasTiempo (min.)
Rendimiento (%)
1080 35 96
MECANISMO POR CONDUCCION.La irradiación con microondas de una solución que contenga iones en la muestra, hará que los iones se muevan a través de la solución bajo la influencia del campo eléctrico aplicado, lo que resultará en un gasto de energía debido a un incremento en la rapidez de las colisiones, convirtiendo la energía cinética en calor.
USO DE DISOLVENTES EN LAS REACCIONES CON MICROONDAS
DISOLVENTE CONSTANTE DIELÉCTRICA (ε)
1-METIL-2-PIRROLIDONA (NMP)
32.2
DIMETILSULFÓXIDO 46.7N,N-DIMETILFORMAMIDA 36.7
PROBLEMA: separación en el trabajo final de la reacción
DISOLVENTE CONSTANTE DIELÉCTRICA (ε)
HEXANO 1.88TOLUENO 2.38
TETRAHIDROFURANO (THF) 7.58DIOXANO 2.21
USO DE DISOLVENTES CON BAJAS CONSTANTES DIELÉCTRICAS EN LAS REACCIONES CON MICROONDAS
PROBLEMA: el calentamiento, y esto lo resuelve el uso de LI
EJEMPLOS DESCRITOS EN LA LITERATURA DE REACCIONES EMPLEANDO LA RADIACIÓN DE MICRONDAS Y LÍQUIDOS IÓNICOS,
Número de publicaciones conteniendo la frase “líquido iónico”ISIS
REACCIONES DE REDUCCIÓN SELECTIVA
NO:
O
OH3C
O
H CO
O:- +M
Pd(C) 10 %MICROONDAS (μw)
[BMIM]PF6
NH2
O
OH3C
7 MINUTOS 70 %
REACCIÓN DE HECK
+O-nBu
O [Pd]
MICROONDAS(μw)
Et3N, [BMIM]PF6
Br
R R
O-nBu
O
HALOGENURO DE ARILO
TIEMPO (MINUTOS)
RENDIMIENTO (%)
20 61Br
CH3O
REACCIÓN DE HECK
+O-nBu
O [Pd]
MICROONDAS(μw)
Et3N, [BMIM]PF6
Br
R R
O-nBu
O
HALOGENURO DE ARILO
TIEMPO (MINUTOS)
RENDIMIENTO (%)
20 90Br
F3C
REACCIONES DE CICLOADICIÓN 1,3-DIPOLAR
μwMICROONDAS
N CO2Et
OEt CO2Et o 70 C+
CH
O
EtOLÍQUIDO IÓNICO
OEt
O
NEtO2CCO2Et
Tetrahedron Letters,2000.41,7351.
LÍQUIDO IÓNICO: [EMIM]BF4 ó [EMIM]PF6
NNH3C +
PF6-
O
O
+Sc(OTf)2 (0.2 EQUIV)
DISOLVENTE, 25 C, 2 ho
O
O
CATALIZADOR DE ESCANDIO
O
O
+Sc(OTf)2 (0.2 EQUIV)
DISOLVENTE, 25 C, 2 ho
O
O
DISOLVENTE RENDIMIENTO (%)
CD2 Cl2 22[BMIM] PF6 (1 equivalente)
+ CD2 Cl245
[BMIM] PF6 >99
CATALIZADOR DE ESCANDIO
DIENOFILO DIENO PRODUCTO ENDO: EXO
RENDIMIENTO (%)
>99 : 1
94
>99 : 1
95O
O
O
O
O
O
REACCIONES DE DIELS-ALDER
REACCIÓN MULTICOMPONENTE
NNH3C +
HSO4-
LÍQUIDO IÓNICO CON CATALISIS ÁCIDA
H
CH3O
O
OCH3
O O
NH2H2N
O+ +
[BMIM] [HSO4]
MICROONDAS140 Co N
NH
HO
CH3O
O
OCH3
REACCIÓN DE BIGINELLI
H
CH3O
O
OCH3
O O
NH2H2N
O+ +
[BMIM] [HSO4]
MICROONDAS140 Co N
NH
HO
CH3O
O
OCH3
[BMIM] [HSO4], % MOL RENDIMIENTO %5 5510 9820 98
Russian Journal of Organic Chemisytry, 2007,43,[7],1058-1064
OBTENCIÓN DE FLAVONAS
OH
O O
R1 R2[EtNH3][NO3]
MICROONDAS22 a 50 SEGUNDOS
O
O
R1
R2
1,3-DICETONA PRODUCTO TIEMPO (SEGUNDOS)
RENDIMIENTO (%)
50 81
250 83
OH
O O
O
O
OH
O O
OCH3O
O
OCH3
BIO-LÍQUIDOS IÓNICOS.
AMBERLITA IRA-78NCH3
H3CH3C
OH
I:-+
NCH3
H3CH3C
OH
-:OH+
[H][Z]
H2O
NCH3
H3CH3C
OH
-:Z+
Z:- :
O:-
O
[ACETATO]
O:-
O
[PROPIONATO]
O:-
OHO
[GLICOLATO]
O:-
O
[BENZOATO]
O:-
O
[TIGLATO]
HOO:-
O
O
[H-SUCCINATO]
HOO:-
O
O
OH
[H-MALATO]
HOO:-
O
O
OH
OH
[H-TARTRATO]
Hay dos tipos principales de mecanismos para la interacción de las microondas con la materia
1. Interacciones dipolo2. Conducción iónica
1) Interacciones dipolo. Moléculas polares que interaccionan con el campo eléctrico oscilante de la microondas. Conforme más polar sea una molécula se acoplará más efectivamente con ella el campo de las microondas
2. Conducción iónica. Este mecanismo es el que opera cuando se utilizan los LI. Estos no poseen momento dipolo. Al aplicar el campo eléctrico oscilante de la microondas, estos LI se mueven con mayor rapidez, incrementando el número de las colisiones y favoreciendo así los choque que produzcan rupturas en las moléculas de sustrato
RESULTADOS OBTENIDOS AL SINTETIZAR COMPUESTOS ORGÁNICOS
HETEROCÍCLICOS UTILIZANDO LA
ACTIVACIÓN TÉRMICA CONVENCIONAL O CON MICROONDAS
DOCENCIA
COMPUESTOS ORGÁNICOS HETEROCÍCLICOS
(1735) EN LIQUIDACIÓN
CARRERA DE QUÍMICA
Facultad de QuímicaU.N.A.M.
DESARROLLO DE LAS REACCIONES UTILIZANDO RADIACIÓN CON MICROONDAS
1. UTILIZANDO DISOLVENTES POLARES
R = H NO2 H
NO2
; ;
+ R NH2H+
+ 2 H2O
O
ONRETANOL
USO DE RECIPIENTES DE TEFLÓN DE PARED GRUESA(OSYMA ENTERPRISES)
USO DE ADAPTADOR CALENTAMIENTO A REFLUJO(OSYMA ENTERPRISES)
96096 Fluka
ZeoliteBioChemika
Zeolita HZSM-5 (SiO2 /Al2 O3 = 40)
Zeolita CBV 100 (SiO2 /Al2 O3 = 2.6)
ETILÉNGLICOL
2. Reacciones sobre soportes minerales
MATRAZ DE REACCIÓN:
1) PIRROLES
SÍNTESIS DE PAAL-KNORR
+ R NH2H+
C OEtO
N
R
+ 2 H2O
C OEtO
O
O
R = H NO2 H
NO2
; ;
+ R NH2H+
+ 2 H2O
O
ONR
ALGUNAS AMINAS QUE SE HAN ESTUDIADO
RESULTADOS OBTENIDOS CON DIFERENTES AMINAS PRIMARIAS
ACTIVACIÓN TÉRMICA
CONVENCIONAL (CALENTAMIENTO A
REFLUJO, 60 MINUTOS)
ACTIVACIÓN TÉRMICA POR MICROONDAS (3 MINUTOS)
AMINA UTILIZADA pKb RENDIMIENTO DEL PIRROL (%)
RENDIMIENTO DEL PIRROL (%)
BENCILAMINA 4.6 72 68
ANILINA 9.37 70 70
p-NITROANILINA 13 73 75
UTILIZANDO DISOLVENTES POLARES
PAAL-KNORR
CLAUSON-KAAS
NO2
NO2
;
+ R NH2H+
+ 2 H2OO
O
NR
O OCH3CH3O NR
+ 2 CH3OH + H2OH+
R NH2+
R =
PIRROLESSÍNTESIS DE PAAL-KNORR O SU MODIFICACIÓN DE CLAUSON-KAAS
Reacciones sobre soportes minerales
RESULTADOS OBTENIDOS AL EFECTUAR LA REACCIÓN DE PAAL-KNORR
+H+
+ 2 H2OO
O N
NO2
NH2
NO2
CALENTAMIENTO CATALIZADOR TIEMPO RENDIMIENTO (%)
CONVENCIONAL HCl 60 ‘ 18
MICROONDAS ZEOLITA CBV 8014
1 ‘ 55
+H+
+ 2 H2OO
O N
NO2
NH2
NO2
CALENTAMIENTO CATALIZADOR TIEMPO RENDIMIENTO (%)
CONVENCIONAL HCl 60 ‘ 64
MICROONDAS ZEOLITA CB 302 4E
1 ‘ 66
+ 2 CH3OH + H2O+H+ N
NO2
NH2
NO2OCH3CH3O O
CALENTAMIENTO CATALIZADOR TIEMPO RENDIMIENTO (%)
CONVENCIONAL HCl 60 ‘ 25
MICROONDAS ZEOLITA CBV 100
1 ‘ 77
+ 2 CH3OH + H2O+H+ N
NO2
NH2
NO2
OCH3CH3O O
CALENTAMIENTO CATALIZADOR TIEMPO RENDIMIENTO (%)
CONVENCIONAL HCl 60 ‘ 66
MICROONDAS ZEOLITA CBV 8014
1 ‘ 10
N
O
O
NH2
O2N
zeolita, HCl (cat)2.5 min μo
O2N
Nzeolita, HCl (cat)2.5 min μo
O2N
O OMeMeO
Zeolita HZSM-5 (SiO2 /Al2 O3 = 40)
SÍNTESIS DE PAAL-KNORR O SU MODIFICACIÓN DE CLAUSON-KAAS
Pirrol p.f. (° C) Rendimiento %
2,5-dimetil-1-(4-nitrofenil)pirrol 148-150 932,5-dimetil-1-(3-nitrofenil)pirrol 84-85 881-(4-nitrofenil)pirrol 180-182 831-(3-nitrofenil)pirrol 72-74 75
Zeolita HZSM-5 (SiO2 /Al2 O3 = 40)
PIRROLES OBTENIDOS
2) INDOLES
X = H, Cl, CH3O, NO2
NH
N
X
+ NH4Cl
+N NH2H
X
O
N
HCl
N, HCl, Δ
N
X
H
SÍNTESIS DE FISCHER
RESULTADOS OBTENIDOS AL OBTENER LOS DERIVADOS DEL INDOL.
CH3O- O2N-
Activación térmica
convencional
Activación térmica por MICROONDAS
X: (reflujo 60’)RENDIMIENTO
(%):
(3 minutos)RENDIMIENTO
(%):
(5 minutos)RENDIMIENTO
(%):H- 60 77 50
H3 C-O- 77 80 44Cl- 65 74 55
O2 N- 71 80 53
UTILIZANDO DISOLVENTES POLARES
CH3
O
OH
+NH
NCH3O
O
+
- H , + H
NH
NH
H
HN
HN CH3O
OH
+
TRANSPOSICIÓN SIGMATRÓPICA 3,3:
NHN
H HN
N
H
HH
H
NN
H
HH
HNN
H H H
CICLIZACIÓN Y AROMATIZACIÓN
NN
H
HH
H HN H
HNH
HH
NH
NH
HH
- H , + H
NH
NH
HH
NH
H
+ NH3
NH
+ NH4 :OAc
- H , + H
NH
NH2+
O
AcOH
25 CoNH
N
AcOHCALOR
NH
NH
NH2 O+ N
H
NZnCl2
CALORZnCl2
NH
Síntesis de indoles de Fischer
NNH2
H
O
CH3
O
NH
NH
μo
AcOH/HCl
HCl2.5 min
1
2
3
4
5
AcOHzeolita
Zeolita HZSM-5 (SiO2 /Al2 O3 = 40)
Indol p.f. (° C) Rendimiento %
1,2,3,4- tetrahidrocarbazol 118-120 93
2-fenilindol 187-189 88
Zeolita HZSM-5 (SiO2 /Al2 O3 = 40)
Indoles obtenidos
3) 1,4-DIHIDROPIRIDINAS.SÍNTESIS DE HANTZSCH
+OEt
O O NH4OH
EtOHH H
O
N
OEtEtO
H
OO
RESULTADOS OBTENIDOS EN LA SÍNTESIS DE LA 3,5-DIETOXICARBONIL-2,6-DIMETIL-1,4-DIHIDROPIRIDINA.
ACTIVACIÓN TÉRMICA TIEMPO DE REACCIÓN
RENDIMIENTO (%)
MICROONDAS 3 MINUTOS 65CALENTAMIENTO A REFLUJO 45 MINUTOS 66
+OEt
O O NH4OH
EtOHH H
O
N
OEtEtO
H
OO
SÍNTESIS DE LA 4-ARIL-3,5-DIETOXICARBONIL-2,6-DIMETIL-
-1,4-DIHIDROPIRIDINA
+OEt
O O NH4OH
EtOHH
O
X
O O
H
EtO OEt
N
X
2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2 2 -CH3 3 -CH3 4 -CH3
ACTIVACIÓN TÉRMICA
MICROONDAS
ACTIVACIÓN TÉRMICA
CONVENCIONALX: TIEMPO REND.
(%)TIEMPO REND. (%)
15 S 70 3 H 4815 S 85 3 H 9515 S 43 3 H 30
2 MIN 70 34 H 802 MIN 80 34 H 982 MIN 50 34 H 40
2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2 2 -CH3
3 -CH3 4 -CH3
RESULTADOS OBTENIDOS EN LA SÍNTESIS DE LA 4-ARIL-3,5-DIETOXICARBONIL-2,6-DIMETIL-
-1,4-DIHIDROPIRIDINA
MECANISMO PROPUESTO:
R3 R2NH2
O
O
R1
O
R4Adición Michael
R3 R4
N OH H
R4
O O
R3+ NH4OH
HH
O
R2 R1
O O+
R2
OR1
O
R2
OR1
O
R3
R4
N
O
H
H +
ENONA
ENAMINA
NH
OHR2
R1
O O
R3
R4
NH
R
O O
R2
R4
R3
1)
2)
3)
Katritksky, A. R.; and Daryl, L.; Tetrahedron, 1986, 42, No. 20, 5729- 5738.
PASO LENTO: ADICIÓN-1,4
+ OEtEtO
OO
NH H
X
HON
O
OEt
H
H
OEt
O O
X
H OH
Lento
OBTENCIÓN DE LA 3,5-DIETOXICARBONIL-4-ARIL-2,6-DIMETIL-1,4-DIHIDROPIRIDINA.
2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2
2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2
2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2
ACTIVACIÓN TÉRMICA MICROONDAS
ACTIVACIÓN TÉRMICACONVENCIONAL
X: TIEMPO REND. (%) TIEMPO REND. (%)
15 S 70 3 H 48
15 S 85 3 H 95
15 S 43 3 H 30
2 -NO2
3 -NO2
4 -NO2
2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2
CON LOS GRUPOS NITRO EN PARA: RESONANCIA.
H3C OEt
ONO
O O
H3C O
ON
O O
O
Et
OBTENCIÓN DE LA 3,5-DIETOXICARBONIL-4-ARIL-2,6-DIMETIL-1,4-DIHIDROPIRIDINA.
2 -CH3 3 -CH3 4 -CH3 ACTIVACIÓN TÉRMICA MICROONDAS
ACTIVACIÓN TÉRMICACONVENCIONAL
X: TIEMPO REND. (%)
TIEMPO REND. (%)
2 MIN 70 34 H 80
2 MIN 80 34 H 98
2 MIN 50 34 H 40
2 -CH3
3 -CH3
4 -CH3
CON LOS GRUPOS METILO EN PARA: HIPERCONJUGACIÓN.
O
O
O
CH2
EtO
O O
CH
H
H
Et
H
OBTENCIÓN DE LA 3,5-DIETOXICARBONIL-4-ARIL-2,6-DIMETIL-1,4-DIHIDROPIRIDINA.
2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2
2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2
2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2
ACTIVACIÓN TÉRMICA MICROONDAS
ACTIVACIÓN TÉRMICACONVENCIONAL
X: TIEMPO REND. (%) TIEMPO REND. (%)
15 S 70 3 H 48
15 S 85 3 H 95
15 S 43 3 H 30
2 -NO2
3 -NO2
4 -NO2
+ OEtEtO
OO
NH H
HO
NO
O
N
O
OEt
H
H
H OH
LentoOEt
O O
NO O
EFECTO INDUCTIVO DEL GRUPO ELECTROATRACTOR
OBTENCIÓN DE LA 3,5-DIETOXICARBONIL-4-ARIL-2,6-DIMETIL-1,4-DIHIDROPIRIDINA.
3 -NO2 3 -CH3 X: ACTIVACIÓN TÉRMICA
MICROONDAS
ACTIVACIÓN TÉRMICA
CONVENCIONAL
TIEMPO REND. (%)
TIEMPO REND. (%)
15 S 85 3 H 95
2 MIN 80 34 H 98
3 -NO2
3 -CH3
+ OEtEtO
OO
NH H
HO
CH3
N
O
OEt
H
H
H OH
LentoOEt
O O
CH3
Síntesis de Hantzsch por microondas
OEt
O
O
EtO
O
ORC
O H
NH3
ZEOLITA
μondas5 minutos
N
OEtEtO
H
RH
OO
Zeolita HZSM-5 (SiO2 /Al2 O3 = 40)
Fuente de NH3 : AcONH4
Etilenglicol
1,4-DIHIDROPIRIDINAS OBTENIDAS
Zeolita HZSM-5 (SiO2 /Al2 O3 = 40)
Aldehído R: Rendimiento (%)
Formaldehído H- 89Benzaldehído Ph- 78
m-Nitrobenzaldehído 4-(NO2)Ph- 75
N
OEtEtO
H
RH
OO
OBTENCIÓN DE DERIVADOSDEL DIETILESTIBESTROL
Se usa en terapias hormonales para tratar el cáncer de próstata (estilboestrol (MR))
13
OBTENCIOBTENCIÓÓN DEL N DEL ciscis--3,43,4--BISBIS--(3(3’’,4,4’’-- DIMETOXIFENIL) DIMETOXIFENIL) --33--HEXENO HEXENO
(VARIANTE DE LENOIR)(VARIANTE DE LENOIR)
OMeO
MeOMeO
MeO
OMe
OMe
TiCl4
THF
ZnPiridina
Reflujo6hN2
Cristales blancos, Cristales blancos, p.fp.f. 119. 119--120120°°CC
Rendimiento: 52%Rendimiento: 52%
Alois Fuerstner, Hans Weidmann. J. Org. Chem.; 1990; 55(4); 1363-1366.
14
OBTENCIOBTENCIÓÓN DELN DELCISCIS--3,43,4--BISBIS--(3(3’’,4,4’’--DIMETOXIFENIL)DIMETOXIFENIL)--33--HEXENO HEXENO
MICROONDASMICROONDAS
OMeO
MeOMeO
MeO
OMe
OMe
TiCl4
THF
Zn
Microondas10 min
Cristales blancos, Cristales blancos, p.fp.f. 119. 119--120120°°CC
Rendimiento: 31%Rendimiento: 31%
Stuhr-Hansen, N. Tetrahedron Lett.; 2005,46, 5491-5494.
10 minutos
Al utilizar la activación con microondas se obtienen mejores resultados y en menor tiempo de reacción que cuando se utiliza la activación térmica convencional.
Existen informes en los que es necesario controlar la temperatura y la presión en los reactores en los que se llevan a cabo las reacciones con activación térmica empleando radiación de microondas.
CONCLUSIONES.
Uso de catalizadores sólidos (arcillas, zeolitas) o bien LI
El mejor consejo que le puedo dar a alguien que se encuentre estudiando alguna reacción para obtener algún compuesto orgánico, es que pruebe el uso de la activación con microondas y posiblemente obtenga mejores resultados.
2. Los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso.
Porcentaje de economía atómica =Peso Molecular Productos
Peso Molecular Reactivos x 100
Org. Lett., Vol. 7, No. 25, 2005
+OCH3
O
TOLUENO0 Co
1 h
[Et3Si(tolueno)]B(C6F5)4
O OCH3
H
95 %(ENDO:EXO = 99:1)
Se evitará, en lo posible, el uso de sustancias auxiliares (disolventes, reactivos de separación, etc.) y en el caso de que se utilicen que sean lo más inocuo posible.
H
O
CH3OC
OCH3
O
N
+C
OCH3
O
NCH3O
Al2O3
SIN DISOLVENTE
5. Reducir el uso de sustancias auxiliares.
Ventajas de prescindir del Ventajas de prescindir del disolventedisolvente
Mayor reactividad
A + B productok v = k[A][B] Concentración
máxima de reactivos
(Posibilidad de emplear la activación por microondas)
Simplificación de los procesos
Procesos de lavado y extracción más simples o innecesarios
Mayor productividad
Mayor cantidad en el mismo volumen de reactor
TTéécnicas posiblescnicas posiblesReacciones sin disolvente ni soporte
Sólido-SólidoSólido-LíquidoSólido-GasLíquido-LíquidoLíquido-GasGas-Gas
Uso posible de catalizadores
Reacciones sobre soportes minerales
Reacciones sólido-líquido con un catalizador de transferencia de fase (CTF)
Cinética de la reacción
A + B D
κ= A BK
6. Los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes
I:-SN
CH3
++ ISN
CH3
ConvencionalTiempo (min.)
MicroondasTiempo (min.)
Rendimiento (%)
1080 35 96
top related