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UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO CUARTO SEMESTRE GRUPO B QUÍMICA HETEROCÍCLICA CORRECIÓN DE PRÁCTICAS

PROFESOR: DR. ANGEL ANDRÉS RAMOS ORGANILLO

INTEGRANTE: CESAR ALFONSO MAGAÑA GARCÍA

COQUIMATLÁN, COLIMA A 26 DE JUNIO DEL 2017

Universidad de Colima Facultad de Ciencias Químicas Químico Farmacéutico Biólogo Química Heterocíclica 4°B

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Alumno: Cesar Alfonso Magaña García Profesor: D. en C. Ángel Andrés Ramos Organillo

Coquimatlán, Colima, Campus Coquimatlán a 26 de junio de 2017

1. Compuesto heterocíclico formado por 6 miembros específicamente 5 carbonos y un oxígeno, contiende dos dobles enlaces. Existen 2 isómeros de él 2. Ácido que se deriva de la amapola y otras plantas 3. Derivado del cromano encontrado en aceites vegetales que contribuyen con vitamina E. 4. Cloruro derivado del gamma-cromeno que suele ser responsable de los colores de las flores y las frutas. 5. Es el nombre trivial del Benzofurano 6. Compuesto encontrado en los líquenes (simbiosis entre un hongo y una cianobacteria) 7. Se utiliza en la producción de lacas, como disolventes para resinas y en la síntesis de productos químicos 8. Color del furano cuando es impuro 9. Molécula orgánica formada por un monosacárido, un grupo fosfato y una base nitrogenada 10. Larga molécula de hidratos de carbono formadas por la unión de numerosas unidades individuales de monosacáridos

RESPUESTAS 1. Compuesto heterocíclico formado por 6 miembros específicamente 5 carbonos y un oxígeno, contiende dos dobles enlaces. Existen 2 isómeros de él

Pirano

2. Ácido que se deriva de la amapola y otras plantas

Quelidónico 3. Derivado del cromano encontrado en aceites vegetales que contribuyen con vitamina E. Alfa-tocoferol 4. Cloruro derivado del gamma-cromeno que suele ser responsable de los colores de las flores y las frutas. Pelargonidina 5. Es el nombre trivial del Benzofurano

Cumarona 6. Compuesto encontrado en los líquenes (simbiosis entre un hongo y una cianobacteria)

Dibenzofurano 7. Se utiliza en la producción de lacas, como disolventes para resinas y en la síntesis de productos químicos

Furano 8. Color del furano cuando es impuro

Marrón 9. Molécula orgánica formada por un monosacárido, un grupo fosfato y una base nitrogenada

Nucleótido 10. Larga molécula de hidratos de carbono formadas por la unión de numerosas unidades individuales de monosacáridos

Polisacárido

Universidad De Colima Facultad De Ciencias Químicas Químico Farmacéutico Biólogo Química Heterocíclica Ensayo Química orgánica, grupos funcionales y sus medidas de seguridad. 3° B Integrante: César Alfonso Magaña García Dr. Ángel Andrés Ramos Organillo Coquimatlán colima. Periodo Enero– agosto 2017

Introducción. En el presente ensayo se da a conocer un poco de historia sobre la química orgánica, de cómo fue evolucionando con los años y también de la importancia que esta tiene en la vida, así como sus compuestos que claramente y sin duda son de vital importancia para la existencia de una mejor calidad de vida, estos pueden ser fármacos e incluso compuestos presentes en seres vivos. Al igual se muestran los grupos funcionales en los que se divide la basta cantidad de compuestos conocidos, y sobre todo las medidas de seguridad que se llevan a cabo en el laboratorio para poder realizar los diferentes experimentos con seguridad para evitar accidentes que en el mismo y más siendo de química orgánica podrían ser muy lamentables.

Marco teórico. La química orgánica se encarga del estudio de los compuestos de carbono. El carbono es el elemento que puede formar más compuestos, ya que tiene la capacidad de unirse entre sí formando cadenas lineales o ramificadas. (Dra. Maribel Plascencia 2015) Los átomos de carbono tienen la habilidad de formar cadenas muy estables y anillos, también la de combinarse con otros elementos. (Dra. Maribel Plascencia 2015) Es muy importante tener muy clara la esencia de la química orgánica ya que sin ella no podremos comprender la química de la vida (bioquímica). Todos los compuestos responsables de la vida (ácidos nucleicos, proteínas, enzimas, hormonas, azúcares, lípidos, vitaminas etc.) son sustancias orgánicas. (Dra. Maribel Plascencia 2015) Numerosos compuestos forman parte importante de nuestra vida cotidiana como lo es el azúcar u otros edulcorantes, la cafeína que contiene el mate, café, té y bebidas de cola o el alcohol que utilizamos como desinfectante etc. Los compuestos de carbono son las principales sustancias que constituyen a los seres vivos en un 50%, incluyen al DNA que son moléculas gigantes que contienen toda la información genética para una especie determinada. (Juan Autino,2013) Los inicios de la química orgánica se vieron marcados por la aportación del Lavoisier en (1784) que hizo la demostración de que los productos derivados de animales y vegetales están compuestos en su mayoría por carbono, hidrógeno y en bajas partes por oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo. (Juan Autino,2013) Fue en el siglo XX donde la química orgánica tuvo un gran desarrollo, tanto en la realización de investigaciones como a nivel de la industria. Que se potencio gracias a conflictos mundiales. (Juan Autino,2013) En 1807 el termino química orgánica fue acuñado por Johns Jacob Berzelius para llevar a cabo el estudio de compuestos que tenían procedencia de fuentes naturales. En 1828 Friedrich WÖhler realizo la primera síntesis orgánica (síntesis de la urea), esta síntesis desacredito la teoría vitalista por lo cual dijo a Berzelius:

“Debo decirle que puedo preparar urea sin emplear riñones ni siquiera animales enteros, sean animales o perros.” (Friedrich WÖhler 1828) August Kekulé desentraño la estructura del benceno el cual es muy utilizado para desarrollar desinfectantes como el fenol además de ser utilizado para impedir ciertas reacciones en grupos carbonilo los cuales se explicarán más a fondo a continuación. (Autino, 2013)

Gilbert N. Lewis: describió el enlace covalente basado en el comportamiento de pares de electrones en el cual nos explica que el par de electrones gira la misma cantidad de tiempo en los orbitales de los dos elementos que formalizan este tipo de enlaces. (Chang, 2010)

Compuestos orgánicos: Los hidrocarburos son compuestos orgánicos que están formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. Estos hidrocarburos pueden diferenciarse en dos tipos que son: alifáticos y aromáticos. (Dra. Maribel Plascencia 2015) Los alifáticos se clasifican en alcanos, alquenos y alquinos, esto según los tipos de enlace que unen entre sí los átomos de carbono lo cual se explicara de manera detallada en los grupos funcionales. Los enlaces carbono-carbono pueden cambiar por completo las propiedades físicas y químicas de los compuestos. (Dra. Maribel Plascencia 2015) Las cadenas de átomos de carbono pueden ser lineales o ramificadas y abiertas o cerradas además de que pueden poseer elementos como oxígeno, azufre, nitrógeno entre otros. (Dra. Maribel Plascencia 2015) De acuerdo con el Chemical Abstracts, la publicación que resume y cataloga la literatura química, hay más de 30 millones de compuestos orgánicos conocidos. Cada uno de estos compuestos tiene sus propiedades físicas únicas, como sus puntos de fusión y de ebullición, y cada uno tiene su reactividad química característica. Los químicos han aprendido a través de muchos años de experiencia que los compuestos orgánicos pueden clasificarse en familias de acuerdo con sus características estructurales y que los miembros de una familia con frecuencia tienen un comportamiento químico similar. En lugar de manejar 30 millones de compuestos con reactividad aleatoria, hay algunas docenas de familias de compuestos orgánicos cuya química se puede predecir de manera razonable. A estas familias con comportamiento químico y estructura similar se le conoce como grupos funcionales. Un grupo funcional es un grupo de átomos que tienen un comportamiento químico característico en todas las moléculas en las que aparece; por ejemplo, comparemos el etileno, una hormona de las plantas que causa la madurez de las frutas, con el menteno, una molécula mucho más complicada. Ambas sustancias contienen un grupo funcional de enlace doble carbono-carbono, y por tanto ambas reaccionan de

la misma manera con el Br2 para dar productos en los cuales se añade un átomo de Br a cada uno de los carbonos doblemente enlazados. (Solomons, 2011) Grupos funcionales con enlaces múltiples carbono-carbono Los alquenos, los alquinos y los arenos (compuestos aromáticos) contienen enlaces múltiples carbono-carbono; los alquenos tienen un enlace doble; los alquinos tienen un enlace triple y los arenos tienen enlaces sencillos y dobles alternados en un anillo de seis átomos de carbono. Estos compuestos también tienen similitudes químicas debido a sus semejanzas estructurales.

Grupos funcionales con un carbono unidos con un enlace sencillo a un átomo electronegativo

Los haluros de alquilo (haloalcanos), los alcoholes, los éteres, las aminas, los tioles, los sulfuros y los disulfuros tienen un átomo de carbono unidos con un enlace sencillo a un átomo electronegativo: halógeno, oxígeno, nitrógeno o azufre. Los haluros de alquilo tienen un átomo de carbono unido al halógeno (_X), los alcoholes tienen un átomo de carbono unido al oxígeno de un grupo hidroxilo (_OH), los éteres tienen dos átomos de carbono unidos al mismo oxígeno, los organofosfatos tienen un átomo de carbono unido al oxígeno del grupo fosfato (_OPO3 2-), las aminas tienen un átomo de carbono unido a un nitrógeno, los tioles tienen un átomo de carbono unido a un grupo _SH, los sulfuros tienen dos átomos de carbonos unidos al mismo azufre y los disulfuros tienen átomos de carbono unidos a dos azufres unidos entre sí. En todos los casos, los enlaces son polares, con el átomo de carbono portando una carga parcial positiva y el átomo electronegativo portando una carga parcial negativa.

Grupos funcionales con un enlace doble carbono–oxígeno (grupos carbonilo)

Los

grupos

funcionales con un enlace doble carbono-oxígeno están presentes en gran parte de los compuestos orgánicos y en prácticamente todas las moléculas biológicas; estos compuestos se comportan de manera similar en varios aspectos, pero difieren dependiendo de la identidad de los átomos unidos al carbono del grupo carbonilo. Los aldehídos tienen por lo menos un hidrógeno unido al C=O, las cetonas tienen dos carbonos unidos al C=O, los ácidos carboxílicos tienen un grupo _OH unido al C=O, los ésteres tienen un oxígeno parecido al de los éteres unido al C=O, las amidas tienen un nitrógeno parecido al de las aminas unido al C=O, los cloruros de ácido tienen un cloro unido al C=O y así sucesivamente. El átomo de carbono del carbonilo porta una carga parcial positiva, y el oxígeno porta una carga parcial negativa.

Tablas de las estructuras de los grupos funcionales más comunes

Propiedades de los alcanos A veces los alcanos se refieren como parafinas, una palabra derivada del latín parum affinis, que significa “poca afinidad”. Este término describe apropiadamente su comportamiento, porque los alcanos muestran poca afinidad química hacia otras sustancias y son químicamente inertes a la mayor parte de los reactivos de laboratorio. También son relativamente inertes biológicamente y no están comúnmente involucrados en la química de los organismos vivos; sin embargo, los alcanos reaccionan con oxígeno, halógenos y algunas otras sustancias bajo condiciones apropiadas. La reacción con oxígeno ocurre durante la combustión en un motor o en un horno cuando se utiliza el alcano como combustible. Se forman como productos el dióxido de carbono y el agua y se libera una gran cantidad de calor; por ejemplo, el metano (gas natural) reacciona con el oxígeno. (John, 2008)

A continuación, se muestra una tabla de el punto de fusión y ebullición de algunos alcanos con respecto a su número de carbonos:

Estructura y reactividad de alquenos Los enlaces dobles carbono–carbono están presentes en la mayor parte de las moléculas orgánicas y biológicas, por lo que se requiere una buena comprensión de su comportamiento. Un alqueno, llamado a veces olefina, es un hidrocarburo que contiene un enlace doble carbono-carbono; los alquenos se encuentran de manera abundante en la naturaleza, por ejemplo, el etileno es una hormona de las plantas que induce la maduración de la fruta, y el α-pineno es el componente principal de la trementina. La vida por sí misma sería imposible sin alquenos como el β-caroteno, un compuesto que contiene 11 enlaces dobles. El β-caroteno, un pigmento naranja responsable del color de las zanahorias, es una valiosa fuente dietética de vitamina A y se piensa que ofrece alguna protección contra ciertos tipos de cáncer.

El etileno y el propileno, los alquenos más sencillos, son las dos sustancias químicas más importantes que se producen en forma industrial. En Estados Unidos se producen cada año aproximadamente 26 millones de toneladas de etileno y 17 millones de toneladas de propileno que se utilizan en la síntesis del polietileno, polipropileno, etilenglicol, ácido acético, acetaldehído y una multitud de otras sustancias.

A continuación, se muestra una imagen de los productos que pueden resultar a partir de alquenos:

Alquinos Los alquinos son menos comunes que los alquenos, tanto en el laboratorio como en los organismos vivos. Un alquino es un hidrocarburo que contiene un enlace triple carbono–carbono; el acetileno es el alquino más sencillo, fue en ciertas ocasiones ampliamente utilizado en la industria como la materia prima para la preparación de acetaldehído, ácido acético, cloruro de vinilo y otras sustancias químicas producidas en grandes volúmenes; pero ahora están disponibles otras rutas más eficientes para producir estas sustancias y que utilizan al etileno como materia prima. El acetileno sigue utilizándose en la preparación de polímeros acrílicos, pero probablemente es mejor conocido como el gas que se quema a altas temperaturas en los sopletes de oxiacetileno. Gran parte de la investigación actual se centra en poliínas, cadenas de carbono lineales de átomos de carbono con hibridación sp. Se han detectado en el espacio interestelar poliínas con hasta ocho enlaces triples y se ha presentado evidencia de la existencia de carbino, un alótropo de carbono que consiste en la repetición de enlaces triples en cadenas largas de longitud indefinida. (John, 2008)

Hidratación de los alquinos catalizada con mercurio Los alquinos no reaccionan directamente con ácido acuoso, pero se hidratan con facilidad en la presencia de sulfato de mercurio(II) como un catalizador ácido de Lewis. La reacción ocurre con regioquímica de Markovnikov: el grupo -OH se adiciona al carbono más sustituido y el -H se une al menos sustituido.

Alquino interno

Alquino terminal

Organohaluros Los compuestos orgánicos sustituidos con halógenos están ampliamente distribuídos en la naturaleza y se han encontrado aproximadamente 5000 organohaluros en algas y varios otros organismos marinos; por ejemplo, el clorometano se libera en grandes cantidades por las algas marinas, así como en los incendios forestales y por los volcanes. Los compuestos que contienen halógeno, también tienen una amplia gama de aplicaciones industriales, las cuales incluyen su uso como disolventes, en medicina como anestésicos inhalados, como refrigerantes y pesticidas.

Hay otros compuestos halosustituidos que han permitido encontrar nuevos medicamentos. Por ejemplo, el compuesto epibatidina se ha aislado de la piel de las ranas ecuatorianas y se encontró que es 200 veces más potente que la morfina en el bloqueo del dolor en los animales.

Organohaluros que se encuentran en la naturaleza Hasta 1970 sólo se conocían alrededor de 30 compuestos organohalogenados que se encontraban en la naturaleza. Simplemente se supuso que el cloroformo, los fenoles halogenados, los compuestos aromáticos clorados llamados PCBs, y otras sustancias semejantes que se encuentran en el medio ambiente eran contaminantes industriales. Ahora, sólo un tercio de siglo después, la situación es totalmente diferente. Se han encontrado más de 5000 compuestos organohalogenados en estado natural, y seguramente existen más de decenas de miles. Se encuentran en plantas, bacterias y animales una extraordinaria variedad de compuestos organohalogenados, desde un compuesto simple como el clorometano hasta uno extremadamente complejo como la vancomicina. Varios tienen una actividad fisiológica valiosa; por ejemplo, la vancomicina es un antibiótico poderoso producido por la bacteria Amycolatopsis orientalis y se utiliza clínicamente para tratar a la Staphylococcus aureus resistente a meticilina (MRSA). Algunos de los compuestos organohalogenados que se encuentran en la naturaleza se producen en grandes cantidades; por ejemplo, los incendios forestales, los volcanes y las algas marinas liberan hasta 5 millones de toneladas de CH3Cl al año, mientras que las emisiones industriales anuales producen un total de alrededor de 26 000 toneladas. Se piensa que las termitas liberan casi 108 kg de cloroformo al año. Un examen detallado del gusano de la bellota de Okinawa Ptychodera flava encontró que los 64 millones de gusanos que viven en 1 km2 del área de estudio secretan casi 8000 libras al año de bromofenoles y de bromoindoles, compuestos de los que se pensaba antes que eran contaminantes no naturales. ¿Por qué los organismos producen compuestos organohalogenados, varios de los cuales son sin duda tóxicos? La respuesta parece ser que varios organismos utilizan a los compuestos organohalogenados como un mecanismo de autodefensa, ya sea como una medida disuasiva para la alimentación, como irritantes para depredadores o como plaguicidas naturales. Por ejemplo, las esponjas marinas, los corales y la liebre de mar liberan compuestos organohalogenados con mal sabor que impiden que ellos mismos sean devorados por los peces, estrellas de mar y otros depredadores. Aun los humanos producen compuestos organohalogenados como parte de su mecanismo de defensa contra las infecciones. El sistema inmunológico humano contiene una enzima peroxidasa capaz de realizar reacciones de halogenación en hongos y bacterias, por lo que mata al patógeno. Y lo más notable de todo es que se ha encontrado que el cloro libre, Cl2, está presente en los humanos. Queda mucho por aprender ya que sólo se han examinado algunos cientos de más de 500 000 especies conocidas de organismos marinos, pero está claro que los compuestos organohalogenados son una parte integral del mundo que nos rodea. (Leroy, 2011) Dos de las principales reacciones de halogenuros de alquilo son la sustitución y la eliminación; pues en la química orgánica se preparan estos compuestos porque son más reactivos que los alcanos y a partir de ellos se llevan a cabo reacciones con mayor facilidad.

Alcoholes y fenoles Se piensa en los alcoholes y en los fenoles como derivados orgánicos del agua en los que uno de los hidrógenos de ésta es reemplazado por un grupo orgánico: H-OH frente a R-O-H y Ar-O-H. En la práctica, el nombre del grupo alcohol está restringido a compuestos que tienen a su grupo –OH unido a un átomo de carbono saturado con hibridación sp3, mientras que los compuestos con su grupo –OH unido a un carbono vinílico con hibridación sp2 se llaman enoles y los que están unidos a un anillo de benceno se llaman fenoles.

Los alcoholes se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza y tienen varias aplicaciones industriales y farmacéuticas, un ejemplo el metanol que es el más sencillo, pero es uno de los vendidos industriales. Históricamente, el metanol se preparaba calentando madera en ausencia de aire y, por tanto, se le nombró como alcohol de madera. Hoy, se fabrican aproximadamente 1.3 miles de millones de galones de metanol por año en Estados Unidos, por medio de la reducción catalítica del monóxido de carbono con hidrógeno gaseoso. El metanol es tóxico para los humanos, y causa ceguera en pequeñas dosis (15 mL) y la muerte en grandes cantidades (100-250 mL). Industrialmente, se utiliza como disolvente y como materia prima para la producción del formaldehído (CH2O) y del ácido acético (CH3CO2H). El etanol fue una de las primeras sustancias químicas orgánicas en ser preparadas y purificadas. Su producción por la fermentación de granos y azúcares se ha realizado por quizá 9000 años, y su purificación por destilación data de al menos desde el siglo XII. En la actualidad se producen anualmente 4 miles de millones de galones de etanol en Estados Unidos por medio de la fermentación del maíz, la cebada y el sorgo; se espera que para el año 2012 se duplique la producción. Esencialmente, se utiliza toda la producción para hacer combustible para automóvil, E85, una combinación de 85% de etanol y 15% de gasolina. El etanol que no se utiliza para bebidas se obtiene por la hidratación catalizada por ácido fosfórico y etileno. En Estados Unidos se producen aproximadamente 110 millones de galones de etanol al año para su uso como disolvente o como intermediario químico en otras reacciones industriales. Los fenoles se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza, y también sirven como intermediarios en la síntesis industrial de productos tan diversos como adhesivos y antisépticos. El fenol es un desinfectante general que se encuentra en el alquitrán de hulla; el salicilato de metilo es un agente saborizante del aceite de gaulteria; y los urusioles son los constituyentes alergénicos del roble venenoso y de la hiedra venenosa. Nótese que la palabra fenol es el nombre del compuesto específico hidroxibenceno y de una clase de compuestos. (Solomons, 2011) A continuación, se muestran los principales productos partiendo de alcoholes, puesto que los alcoholes son una muy buena fuente primaria para producir compuestos. En algunos casos se puede reducir compuestos de carbonilo con reactivos selectivos para producir alcoholes.

Históricamente, el comienzo de la Primera Guerra Mundial proveyó un estímulo para la preparación industrial de grandes cantidades de fenol sintético, el cual se necesitó como materia prima para fabricar el explosivo ácido pícrico (2,4,6- trinitrofenol). Actualmente, se fabrican más de 2 millones de toneladas de fenol al año en Estados Unidos para su uso en productos como resina de baquelita y en adhesivos para sujetar la madera laminada. El fenol se fabricó por varios años por el proceso Dow, en el que el clorobenceno reacciona con NaOH a temperatura y presión altas (sección 16.8). Sin embargo, ahora se utiliza una síntesis alternativa del isopropilbenceno, comúnmente llamado cumeno. El cumeno reacciona a temperaturas altas por oxidación bencílica a través de un mecanismo por radicales para formar hidroperóxido de cumeno, el cual se convierte en fenol y en acetona por el tratamiento con ácido. Éste es un proceso particularmente eficiente debido a que se preparan al mismo tiempo dos sustancias químicas valiosas. (Chang, 2010)

Etanol: sustancia química, fármaco y veneno La producción de etanol por la fermentación de granos y azúcares es una de las reacciones orgánicas conocidas más antiguas, que data de por lo menos hace 8000 años en el Este Medio y quizá de hasta 9000 años en China. La fermentación se realiza añadiendo levadura a una disolución acuosa de azúcar, donde las enzimas rompen los carbohidratos en etanol y en CO2. Como se notó en la introducción del capítulo, en Estados Unidos se producen aproximadamente 4 mil millones de galones de etanol al año por medio de la fermentación, esencialmente la cantidad entera es utilizada para fabricar el combustible para automóviles E85. El etanol se clasifica para propósitos médicos como depresor del sistema nervioso central (SNC). Sus efectos, que se asemejan a estar ebrio, se parecen a la respuesta humana a los anestésicos. Se presenta una excitabilidad inicial y un incremento en el comportamiento social, pero esto resulta de la depresión de la inhibición más que de la estimulación. Con una concentración de alcohol en la sangre de 0.1 a 0.3% se afecta la coordinación motora, acompañada por la pérdida de equilibrio, habla confusa y amnesia. Cuando la concentración de alcohol en la sangre aumenta de 0.3 a 0.4%, se presentan náuseas y pérdida de conciencia. En más de 0.6%, se afecta la respiración espontánea y la regulación cardiovascular, lo que lleva finalmente a la muerte. La DL50 del etanol es de 10.6 g/kg. El paso del etanol a través del organismo comienza con su absorción en el estómago y en el intestino delgado, seguida por la rápida distribución a todos los fluidos y órganos del cuerpo. En la glándula pituitaria,

el etanol inhibe la producción de una hormona que regula el flujo urinario, lo que ocasiona el incremento en la producción de orina y la deshidratación. En el estómago, el etanol estimula la producción de ácido; el etanol ocasiona que los vasos sanguíneos de todo el cuerpo se dilaten, lo que resulta en el enrojecimiento de la piel y en la sensación de calor a medida que la sangre se mueve en los vasos capilares debajo de la superficie. El resultado no es el calentamiento del cuerpo, sino un incremento en la pérdida de calor superficial. El metabolismo del etanol se efectúa principalmente en el hígado y procede por la oxidación en dos pasos, primero a acetaldehído (CH3CHO) y luego a ácido acético (CH3CO2H). Cuando están presentes continuamente en el cuerpo, el etanol y el acetaldehído son tóxicos, lo que conduce a la devastación física y al deterioro metabólico observados en los alcohólicos crónicos. (John, 2008) Éteres Los éteres (R-O-R’), son derivados orgánicos del agua, pero tienen dos grupos orgánicos unidos al mismo átomo de oxígeno en lugar de uno. Los grupos orgánicos pueden ser alquilo, arilo o vinilo, y el átomo de oxígeno puede estar en una cadena abierta o en un anillo. Quizás el éter más conocido es el dietílico, el cual tiene una larga historia de uso medicinal como anestésico y de uso industrial como disolvente. Otros éteres útiles incluyen el anisol, un éter aromático de olor agradable utilizado en perfumería, y el tetrahidrofurano (THF), un éter cíclico utilizado frecuentemente como disolvente.

Se muestran dos de las principales formas de producir alcoholes a partir de éteres en las siguientes reacciones:

Tioles y sulfuros Los tioles (R-S-H) y los sulfuros (R-SR’) son los análogos de azufre de los alcoholes y los éteres, respectivamente, y ambos grupos funcionales se encuentran en varias

biomoléculas, aunque no tan comúnmente como sus análogos que contienen oxígeno. Los tioles, a veces llamados mercaptanos, son análogos de azufre de los alcoholes, y se nombran por el mismo sistema utilizado para los alcoholes, con el sufijo -tiol utilizado en lugar del -ol. El grupo –SH se refiere como grupo mercapto. (Solomons, 2011)

Los sulfuros son los análogos de azufre de los éteres, así como los tioles son los análogos de azufre de los alcoholes. Los sulfuros se nombran siguiendo las mismas reglas utilizadas para los éteres, usando sulfuro en lugar de éter para los compuestos sencillos y alquiltio en vez de alcoxi para las sustancias más complejas. (Leroy, 2011)

Aminas Las aminas son empleadas para la elaboración de cauchos sintéticos y colorantes. Las aminas son parte de los alcaloides que son compuestos complejos que se encuentran en las plantas. Algunos de ellos son la morfina y la nicotina. Algunas aminas son biológicamente importantes como la adrenalina y la noradrenalina. Las aminas secundarias que se encuentran en las carnes y los pescados o en el humo del tabaco. Estas aminas pueden reaccionar con los nitritos presentes en conservantes empleados en la alimentación y en plantas, procedentes del uso de fertilizantes, originando N-nitrosoaminas secundarias, que son carcinógenas. Al degradarse las proteínas se descomponen en distintas aminas, como cadaverina y putrescina entre otras. Las cuales emiten olor desagradable. Es por ello que cuando la carne de aves, pescado y res no es preservada mediante refrigeración, los microorganismos que se encuentran en ella degradan las proteínas en aminas y se produce un olor desagradable En la siguiente imagen se muestran aminas biológicamente activas:

Compuestos carbonilos Los compuestos carbonílicos están en todas partes. La mayor parte de las moléculas biológicas contienen grupos carbonilo, al igual que la mayor parte de los agentes farmacéuticos y muchas de las sustancias químicas sintéticas con las que tratamos todos los días. El ácido cítrico, que se encuentra en los limones y naranjas; el acetaminofeno, el ingrediente activo en muchos de los medicamentos populares de venta sin receta para combatir el dolor de cabeza; y el Dacrón, el material de poliéster utilizado en la vestimenta, todos contienen tipos diferentes de grupos carbonílicos.

A continuación, se muestra una comparación de los grupos carbonilo en los cuales pueden tener un grupo saliente puesto que los carbonilos son de mucha importancia a nivel farmacéutico además de que una inmensa cantidad de compuestos en el cuerpo humano tiene grupos carbonilo. Los más claros son las bases nitrogenadas que contienen los nucleótidos del DNA. (Solomons, 2011)

Aldehídos y cetonas Los aldehídos (RCHO) y las cetonas (R2CO) son la clase de compuestos que más se encuentran en estado natural. En la naturaleza, muchas de las sustancias que requieren los organismos vivos son los aldehídos o cetonas. Por ejemplo, el aldehído fosfato de piridoxal es una coenzima presente en un gran número de reacciones metabólicas; la cetona hidrocortisona es una hormona esteroidal que segregan las glándulas suprarrenales para regular el metabolismo de las grasas, las proteínas y los carbohidratos.

En la industria química, las cetonas y los aldehídos sencillos se producen en grandes cantidades para utilizarse como disolventes y materias primas para preparar una cantidad de otros compuestos. Por ejemplo, en los Estados Unidos se producen anualmente más de 1.9 millones de toneladas de formaldehído, H2CuO, para fabricar materiales aislantes en las construcciones y para las resinas adhesivas que unen tablas de conglomerado y madera laminada. La acetona, (CH3)2CuO, se utiliza ampliamente como un disolvente industrial; en Estados Unidos se producen aproximadamente 1.2 millones de toneladas al año. El formaldehído se sintetiza industrialmente por la oxidación catalítica del metanol, y un método para la preparación de la acetona involucra la oxidación del 2-propanol.

Se muestra en la siguiente imagen, tres de las principales reacciones para formar aldehídos:

En el siguiente cuadro se muestran las principales reacciones químicas para formar aldehídos y cetonas; además, se muestran productos que se pueden obtener partiendo de los reactivos ya mencionados.

Ácidos carboxílicos Los ácidos carboxílicos, RCO2H, ocupan una posición central entre los compuestos carbonílicos. No sólo son valiosos por sí mismos, sino que también sirven como materia prima para la preparación de numerosos derivados de acilo como los cloruros de ácido, los ésteres, las amidas y los tioésteres. Además, los ácidos carboxílicos están presentes en la mayor parte de las rutas biológicas.

En la naturaleza se encuentran muchos ácidos carboxílicos: el ácido acético, CH3CO2H, es el compuesto orgánico principal del vinagre; el ácido butanoico, CH3CH2CH2CO2H, es el responsable del olor rancio de la mantequilla agria; y el ácido hexanoico (ácido caproico), CH3(CH2)4CO2H, es el responsable del aroma

inconfundible de las cabras y de los calcetines de gimnasia sucios (el nombre proviene del latín caper, que significa “cabra”). Otros ejemplos son el ácido cólico, un componente principal de la bilis humana, y los ácidos alifáticos de cadena larga como el ácido palmítico, CH3(CH2)14CO2H, un precursor biológico de las grasas y de los aceites vegetales. (John, 2008)

En Estados Unidos se producen al año aproximadamente 2.5 millones de toneladas de ácido acético para una gran variedad de propósitos, que incluyen la preparación del polímero acetato de vinilo utilizado en pinturas y en adhesivos. Alrededor del 20% del ácido acético sintetizado industrialmente se obtiene por la oxidación del acetaldehído. La mayor parte del 80% restante se prepara por la reacción del metanol con monóxido de carbono, en presencia de un catalizador de rodio. Ésteres Los ésteres son utilizados muy ampliamente en la industria en variados campos. Algunos usos generales de los ésteres son los siguientes: Disolvente: los ésteres de bajo peso molecular se encuentran en estado líquido por lo que se les encuentra usos de disolvente. Aromas artificiales: algunos otros ésteres de bajo peso molecular tienen olor característico a frutas por lo que se utiliza en la fabricación de perfumes sintéticos. (Chang, 2010) Los ésteres tienen un buen grupo saliente cuando se desea atacar al carbonilo por lo que se pueden formar con facilidad compuestos con un buen nucleófilo. A continuación, se mostrarán las reacciones principales de los ésteres.

Los usos de los reactivos mostrados con anterioridad pueden resultar muy tóxicos para el organismo por lo que es necesario tener ciertas precauciones y seguir ciertas medidas de seguridad necesarias para no sufrir algún percance desafortunado; es por esto, que se explicarán ciertas medidas de seguridad a continuación. NORMAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO El laboratorio tiene que ser un lugar seguro para trabajar donde no exista la posibilidad de permitir descuidos o bromas. Nunca hay excusa justificada para los accidentes en un laboratorio bien equipado en el cual trabaja personal bien informado. Las normas de seguridad es algo esencial al momento de entrar en un laboratorio ya sea de biología, química o física. El laboratorio de química es un lugar que puede ser peligroso si no se respetan unas normas básicas de trabajo ya que la mayor parte de los productos químicos son nocivos, pero si se tiene un manejo adecuado no hay razón alguna para que pueda haber accidentes. Conociendo las normas de seguridad podemos tener la facultad de prevenir o minimizar cualquier tipo de accidente o incidente que puede ocurrir dentro el laboratorio. (P.Fivizzani, 1972) En el laboratorio existen diferentes accesorios de seguridad ya que estos deben de ser utilizados correctamente para la seguridad la seguridad de las personas que se encuentra en el laboratorio y para sí mismo. (P.Fivizzani, 1972) •

En el laboratorio se debe encontrar los extintores de incendio y verificar a que tipo pertenecen y que tipo de fuego pueden apagar.

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Localizar las salidas de emergencia.

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Localizar la caja de primeros auxilios y verifica los tipos de medicamentos existentes y su utilidad.

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Localizar la caja de máscaras contra gas.

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Localizar la llave general de electricidad del laboratorio y aprender a desligarla.

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Localizar el lava-ojos más cercano y verificar sí está funcionando correctamente.

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Localizar la ducha y verificar sí está funcionando correctamente.

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Informarse sobre los teléfonos a ser usados en casos de emergencia

Se debe tener en cuenta las siguientes normas del laboratorio para que no suceda ningún accidente •

Usa siempre lentes de seguridad y bata.

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No usar faldas, shorts o zapatos abiertos.

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Las personas de cabello largo deberán sujetarlos mientras estén en el laboratorio.

•

No fumar, comer o beber en el laboratorio. Lávate bien las manos al salir del lugar.

•

Antes de usar reactivos que no conozcas, consulta la bibliografía adecuada e infórmate sobre cómo manipularlos y descartarlos.

•

No devuelvas los reactivos a los frascos originales, así no hayan sido usados

•

Usa siempre guantes de asbesto, para el aislamiento térmico, al manipular material caliente. Nunca pipetees líquidos con la boca. En este caso usa peras de plástico o trompas de vacío.

• •

Evita los desplazamientos innecesarios y no correr.

•

No colocar sobre la mesa del laboratorio, ningún tipo de prenda.

•

Tira los residuos sólidos a la papelera

•

Utiliza la campana en las prácticas donde se desprendan gases venenosos.

•

Antes de tirar por la pila los restos de una reacción o reactivo, abre el grifo.

•

Al acabar deja limpio y seco el material y puesto de trabajo.

•

Evita almacenar reactivos en lugares altos y de difícil acceso.

•

No guardes líquidos volátiles en lugares donde puedan recibir luz.

•

Los éteres, parafinas y olefinas forman peróxidos cuando son expuestos al aire. No los guardes por largos periodos de tiempo y manipúlalos con cuidado.

Como se mencionó anterior mente existen diferentes tipos de laboratorios y cada uno de ellos tienen diferentes reglamentos que se debe seguir para el uso de este. (P.Fivizzani, 1972) Un ejemplo es un laboratorio de microbiología •

Se debe verificar diariamente la temperatura de la incubadora y de la estufa bacteriológica y del estado de los aparatos que se utilizan en el laboratorio.

•

Hay que usar permanentemente la bata de laboratorio.

•

Debe estar expresamente prohibido el consumo de alimentos y bebidas, así como fumar y aplicarse cosméticos.

•

Antes y después de la jornada de trabajo, limpie y descontamine las mesas y el equipo que vaya a estar o haya estado en contacto con el material infectado.

•

No se debe utilizar el TELEFONO CELULAR dentro de las prácticas de laboratorio.

•

No guardar alimentos en el refrigerador de sustancias contaminantes o químicos.

•

No se debe pipetear con la boca. Use siempre pipetas automáticas o propipetas.

•

Todos los procedimientos se deben realizar con cuidado para no formar aerosoles o contaminar áreas limpias.

•

De preferencia hay que trabajar en una campana de flujo laminar.

•

Emplee mascarillas y cubre bocas durante procedimientos que puedan generar salpicaduras –aerosoles- de sangre u otros líquidos corporales.

•

Evite deambular con los elementos de protección personal por fuera de su sitio de trabajo.

•

Utilice un par de guantes desechables.

•

Absténgase de tocar con las manos enguantadas alguna parte del cuerpo y de manipular objetos diferentes a los requeridos durante el procedimiento.

•

Evite accidentes y avise de inmediato si esto ocurre. Debe limpiarse con soluciones de yodo, cloro, fenol o benzal cualquier sitio o implemento que accidentalmente se haya contaminado.

•

En caso de derrame de sangre u otros líquidos corporales sobre superficies de trabajo, cubra con papel u otro material absorbente; luego vierta hipoclorito de sodio al 6% (o cualquier otro desinfectante indicado) sobre el mismo y sobre la superficie circundante, dejando actuar durante 30 minutos; después limpie nuevamente la superficie con desinfectante a la misma concentración y realice limpieza con agua y jabón.

•

El personal encargado de realizar dicho procedimiento debe utilizar guantes, cubrebocas y bata.

•

En caso de ruptura de material de vidrio contaminado con sangre u otro líquido corporal, los vidrios deben recogerse con escoba y recogedor, nunca con las manos.

•

Todo el personal debe lavarse las manos profusamente son jabón germicida o desinfectante después de trabajar con muestras clínicas, material contaminado y animales infectados.

•

Todo el material sucio debe manejarse con guantes.

•

Hay que separar las pipetas, cajas de Petri y tubos de rosca contaminados del resto de material sucio.

•

Colocarlas cubreobjetos y portaobjetos en el contenedor de punzocortantes.

•

Absténgase de doblar material punzocortante.

•

A todo el material contaminado de desecho se le debe quitar etiquetas, cintas adhesivas o despintarlos; se colocan en cubetas con solución desinfectante (cloro diluido), después de ser esterilizado para su posterior lavado.

•

El material contaminado como agar se colocan en las bolsas rojas que lo identifique con el símbolo de RPBI y se depositan en el congelador del área temporal para RPBI.

•

o

partir manualmente

cualquier

•

Las pipetas contaminadas se sumergen una solución de hipoclorito de sodio durante 30 minutos.

•

En caso de accidente con material punzocortante reportar inmediatamente al maestro.

También una de las medidas de seguridad que se aplica al momento de usar reactivos químicos uno de ellos es el rombo de seguridad. Este es un sistema internacional que se usa para identificar los peligros que representa un material químico, los riesgos son calificados del 0 al 4 siendo el 4 el riesgo más grave, cada parte del rombo identifica un riesgo en particular siendo estos: riesgo a la Salud (lo

pintan en color azul), riesgo a la flamabilidad (lo pintan en color rojo), riesgo a la Reacción Química (lo pintan en color amarillo) y otros riesgos especiales (lo pintan en color blanco). (Furr, 2000)

Rombo Azul representa el riesgo a la salud, el número representa la peligrosidad, la cual va desde la cual va desde 0 cuando el material es inocuo a 4 cuando es demasiado peligroso. (Furr, 2000) Rombo Rojo. Representa el riesgo de inflamabilidad. Va 0 cuando no es inflamable a 4 cuando es altamente inflamable. (Furr, 2000) Rombo Amarillo representa la reactividad. Va de 0 cuando la sustancia es estable a 4 cuando el material puede detonar casi de forma espontánea. (Furr, 2000) Rombo blanco representa cuidados especiales Con símbolos específicos que nos dan información de los cuidados especiales que requiera. Este rombo es utilizado de manera universal. (Furr, 2000)

unas de las medidas de seguridad que se usan para desechar residuos en el laboratorio, ya que se debe minimizar el daño que ellos van a realizar al medio ambiente y en consecuencia al ser humano. También existe una razón económica para la minimización de residuos, ya que su tratamiento va a costar un dinero adicional, ya que se debe seguir la legalidad vigente y tratar los residuos que se

generen. Cuanta menos cantidad de residuos se generen en el laboratorio, menos dinero habrá que invertir para su posterior eliminación. (Morrison, 1998) Un laboratorio de química genera muchos y muy variados residuos químicos. No se conoce un método universal para tratar dichos residuos, no obstante, pueden diseñarse estrategias las cuales aplican los principios de la química y el sentido común. No es correcto arrojar los residuos por el desagüe a menos que se especifique de esta manera. Cuando no es posible eliminar los residuos inmediatamente es necesario almacenarlos en frascos debidamente rotulados. (Morrison, 1998) •

Ácidos y bases. Los ácidos y las bases inorgánicas (excepto los cianuros) se deben neutralizar antes de ser agregadas al desagüe. Como agentes neutralizantes se utilizan el carbonato de calcio y el ácido clorhídrico. (Furr, 2000)

•

Metales Pesados. Muchos iones metálicos son tóxicos por encima de una concentración límite. Los compuestos de cadmio, cobalto, cromo, manganeso y níquel son cancerígenos, algunos son teratogénicos. Una estrategia económica para eliminar iones cargados positivamente consiste en tratar los residuos con carbonato de sodio y formar los hidróxidos o los carbonatos correspondientes, los cuales en la mayoría de los casos son lo bastante insolubles para reducir la concentración del metal en solución hasta límites aceptables. (Furr, 2000)

•

Compuestos orgánicos. Los solventes orgánicos se deben recuperar por destilación. Teniendo en cuenta que las cantidades de solventes que se utilizan en el laboratorio son pequeñas, se recomienda almacenarlos en recipientes debidamente rotulados hasta disponer de la cantidad suficiente para su recuperación. Se debe evitar mezclar residuos de solventes ya que esto hará más dispendiosa la separación. (Furr, 2000)

Conclusiones: Es necesario conocer la mayoría de grupos funcionales más importantes además de conocer su reactividad bajo ciertos compuestos para poder llegar al compuesto deseado. Además de conocer esta reactividad de compuestos se necesita minimizar los riesgos de que ocurra un accidente puesto que se trabaja con sustancias tóxicas, flamables, corrosivas, entre otras. Esto se consigue siguiendo correctamente las medidas de seguridad impuestas por el tipo de laboratorio, además de contar con bata principalmente para evitar el contacto directo de líquidos ante derrames.

Bibliografía Autino, J. C. (2013). introducción a la química orgánica general. Buenos Aires, Argentina: Edulp. Chang, R. (2010). Química. Mc Graw Hill. Furr, A. (2000). CRC handbook of laboratory safety. Boca Raton: CRC Press. Jatomea, D. P. (2015). Introducción a la Química Orgánica General. México: Edulp. John, M. (2008). química orgánica. Cornell: Cengage learning. Leroy, W. (2011). química orgánica. México: Pearson Educación. Morrison, R. y. (1998). Química Orgánica. México: Addison Wesley Longan de México. P. Fivizzani, k. (1972). Seguridad en los Laboratorios Químicos Académicos. Washington DC: Jay A. Young. Solomon’s, T. W. (2011). organic chemistry. Florida: JOHN WILEY & SONS, INC.

UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO CUARTO SEMESTRE GRUPO B QUÍMICA HETEROCÍCLICA REPORTE DE PRÁCTICA #1: SÍNTESIS DE FURANOS. OBTENCIÓN DE FURFURALDEHÍDO

PROFESOR: DR. ANGEL ANDRES RAMOS ORGANILLO

INTEGRANTE: CESAR ALFONSO MAGAÑA GARCÍA

COQUIMATLÁN, COLIMA A 26 DE JUNIO DEL 2016

INTRODUCCIÓN El furfural es un compuesto que se puede obtener de forma relativamente económica a partir del olote, salvado de trigo, cascarillas de avena, arroz y algodón. Uno de sus principales usos es el de disolvente; que al ser un muy estable térmicamente en ausencia de oxígeno, además de que es miscible en compuestos orgánicos no saturados lo convierte en uno de los mejores disolventes selectivos. Además, se pueden sintetizar a partir de este compuesto una gama de productos de carácter disolvente como el furano, tetrahidrofurano, alcohol furfurílico, furfurilamina Es por eso que en esta práctica se llevará a cabo la síntesis del furfural para poder llevar a cabo su reconocimiento mediante pruebas de identificación especificadas en el marco teórico; además de reconocer su olor característico a “pan caliente”.

OBJETIVOS: •

Sintetizar furfuraldehído a partir de desechos orgánicos (olote)

•

Identificar el producto obtenido mediante pruebas de identificación

MARCO TEÓRICO COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS: La química orgánica heterocíclica es una rama muy grande e importante de la química orgánica. Los heterociclos se encuentran en la naturaleza. Los heterociclos sintéticos tienen un amplio uso como herbicidas, fungicidas, y por supuesto, como productos farmacéuticos tales como fármacos para combatir la úlcera. Hay una gran variedad de heterociclos que son producidos durante la cocción de los alimentos y son, entre otros compuestos, responsables del olor y sabor de los mismos. (R.M., 1976) Se llama compuestos heterocíclicos a aquellos que, además de carbono e hidrógeno, poseen al menos un átomo de otro elemento (denominado heteroátomo) formando parte del anillo. Los más comunes son los heterociclos con anillos de 5 o 6 átomos y donde uno o más átomos de carbono están sustituidos por átomos de

nitrógeno, oxígeno o azufre. Estos compuestos abundan en la naturaleza y son muy estables: sus anillos están casi libres de tensión. (Wittcoff, 1985) Algunos compuestos heterocíclicos más simples con un anillo y un heteroátomo se muestran a continuación:

Además de los compuestos heterocíclicos con un anillo y un heteroátomo existen compuesto bicíclicos que pueden contener uno varios heteroátomos; en la siguiente imagen se muestran los mas comúnes:

AROMATICIDAD. REGLA DE HÜCKEL. Erich Hückel, fisicoquímico alemán, desarrolló una regla para predecir cuándo un compuesto reúne las características de un sistema aromático o antiaromático. Para determinar la aromaticidad o antiaromaticidad de un compuesto ha de existir un anillo con un sistema de orbitales p paralelos, susceptibles de solaparse,

generalmente en una conformación plana. Cuando se reúnen estas características, se aplica la regla de Hückel. (Roberts, 1974) • Si el número de electrones pi en el sistema cíclico es: • (4n + 2), el sistema es aromático. • 4n, el sistema es antiaromático. En donde n es un número natural (entero positivo). Por ejemplo: 4(1) + 2 = 6. Si un compuesto tiene una estructura cíclica y tiene 6 electrones pi en un sistema en donde los orbitales p se solapan, será aromático. Tal es el caso del benceno, tiene una estructura cíclica, los orbitales p se solapan y 6 electrones pi, por lo tanto, es un compuesto aromático. (Roberts, 1974) COMPUESTOS ANTIAROMÁTICOS: Las moléculas cíclicas con enlaces dobles conjugados con 4n electrones pi son antiaromáticas, debido a que la deslocalización de sus electrones pi lleva a su desestabilización. (Austin, 1988) BASICIDAD. La reactividad del heteroátomo como base en estos anillos, dependerá de la disponibilidad de su par de electrones para enlazarse a un ácido. En el pirrol, el par de electrones está implicado en la resonancia y solo puede actuar como base por pérdida de resonancia. (Austin, 1988) En la piridina, el par de electrones del heteroátomo no está envuelto en la resonancia, y, por tanto, puede actuar como base. REACTIVIDAD. Dan reacciones de Sustitución, nunca de Adición, pues se perdería la estabilización por resonancia. Sin embargo, según el tipo de heterociclo la reacción preferente tendrá modos opuestos: los de seis miembros actúan de electrófilos y los de cinco miembros de nucleófilos. (Eaton, 1989)

PROPIDADES DEL FURFURAL: El furfural, furfuraldehído o 2-furanocarboxialdehído, es el aldehído más simple derivado del furano. Es un líquido incoloro de punto de ebullición 161.7ºC (a 760 mm Hg), más denso que el agua (d = 1.15), miscible con disolventes orgánicos y con una solubilidad de 8.3% en agua. Es arrastrable por vapor formando un azeótropo binario con agua (35% de furfural y 65% de agua) de punto de ebullición 97.5ºC (a 760 mm Hg). (R.M., 1976) Otras características físicas del furfural son: cuando se acaba de destilar tiene un olor aromático agradable que recuerda a las almendras; de hecho, es uno de los compuestos entre los más de 50 componentes identificados en la fracción volátil que constituye el "aroma" del pan caliente. (R.M., 1976) Aunque el furfural es incoloro, se oscurece apreciablemente al exponerse al aire y a la luz y llega a resinificarse. Sin embargo, el furfural tiene una excelente estabilidad térmica en ausencia de oxígeno. Para que en estas condiciones se observen cambios detectables en sus propiedades físicas debe ser expuesto por varias horas a temperaturas de 230°C. (Wittcoff, 1985) El furfural tiene propiedades excepcionales como disolvente, con una viscosidad baja en un rango amplio de temperatura. Es miscible en los disolventes orgánicos más comunes y un poco soluble en compuestos con hidrocarburos saturados. Eso lo convierte en un solvente selectivo muy útil para algunos usos industriales. Con la excepción del cloruro de zinc y del cloruro férrico hexahidratado los compuestos inorgánicos son insolubles en furfural. (Austin, 1988) Las características químicas del furfural son las mismas que las del benzaldehído además de otras provocadas por el carácter diénico del anillo furánico. (Austin, 1988)

SÍNTESIS Y PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DEL FURFURAL. El furfural es un compuesto químico que tiene alguna importancia industrial. En los Estados Unidos se fabrican cerca de 200 millones de libras anuales y alrededor de 1985 se construyó en Kenia una planta para producir 5000 toneladas anuales de furfural. (Wittcoff, 1985) El furfural es un producto semisintético obtenido a partir de materias primas ricas en pentosanos, los cuales son polisacáridos de pentosas (azúcares de 5 carbonos). Las materias primas ricas en pentosanos son recursos naturales renovables provenientes de la agricultura. Entre ellas están algunos desperdicios fibrosos de las cosechas como las mazorcas de maíz (olote), el salvado del trigo; las cascarrillas de la avena, del arroz y del algodón; la cáscara del cacahuate y el bagazo de la caña de azúcar, los cuales constituyen las mejores materias primas para la obtención de furfural. Otras materias primas menos adecuadas son la madera y las gomas vegetales. (Wittcoff, 1985) Los pentosanos abundan tanto como la celulosa en la naturaleza. El pentosano más abundante es el xilano, uno de los componentes de la madera, el cual es un polisacárido de la D-xilosa con enlaces ß-1,4- (similares a los enlaces de la glucosa en la celulosa). El xilano representa del 25% al 30% de los cereales y granos (del 32% al 36% en el salvado); del 15% al 25% de la madera de árbol y del 5% al 15% de la madera de coníferas. (Wittcoff, 1985) El costo de la manufactura del furfural depende de la disponibilidad, precio y contenido de pentosanos en la materia prima y del costo de recolección, flete, almacenamiento y manejo de la materia prima utilizada. (Wittcoff, 1985) En el método industrial para la obtención del furfural, la hidrólisis se lleva a cabo calentando el material que contiene pentosano con ácido mineral diluido en un digestor rotatorio bajo presión de vapor (50-100 lb/in2), durante algún tiempo. Al dejar salir el vapor para eliminar la presión, el furfural destila junto con el vapor. Los vapores se pasan a una columna fraccionadora, de cuya cabeza destila una mezcla del azeótropo binario de furfural y agua el cual es condensado y al condensarse se

separa en dos capas; la del fondo consiste principalmente de furfural con una pequeña cantidad de agua; la superior es una capa acuosa que contiene 8-9% de furfural. Las dos capas se separan por decantación, la capa acuosa se regresa como reflujo a la cabeza de la columna de fraccionamiento, y la capa de furfural se destila en otra unidad de fraccionamiento para eliminar el agua como el azeótropo binario. (Wittcoff, 1985) El tratamiento de los pentosanos con ácidos minerales suficientemente fuertes (H2SO4 al 10% o HCl al 12%), da primero la hidrólisis de los polisacáridos a pentosas las cuales posteriormente se deshidratan, a través de una serie de rearreglos no totalmente comprendidos, para dar el furfural. (Wittcoff, 1985) USOS E IMPORTANCIA INDUSTRIAL DEL FURFURAL. El furfural se utiliza como un disolvente y como un intermediario para la manufactura de otros productos. Sus aplicaciones más comunes son las siguientes: REACTIVIDAD DEL FURFURAL: Los productos manufacturados a partir del furfural incluyen resinas fenolfurfural, furano, tetrahidrofurano, alcohol furfurílico, furfurilamina, ácido furóico y metiltetrahidrofurano. Algunos nitroderivados del furfural tienen importancia medicinal, por ejemplo, el 5-nitrofurfural y el diacetato de 5-nitrofurfural se usan en la manufactura de agentes antimicrobianos: la 5-nitrofurfuralsemicarbazona se utiliza para el tratamiento de heridas y en medicina veterinaria. (Eaton, 1989) El furano tiene gran importancia en la producción de tetrahidrofurano y de este último se sintetiza la hexametiléndiamina, la cual, a su vez, se utiliza en la síntesis del nylon 66. El furano se manufactura por descarbonilación del furfural en fase de vapor sobre óxido de calcio o pasando una mezcla de vapor de furfural y vapor de agua sobre una mezcla de cromito de cinc y cromito de manganeso; en ambos métodos la temperatura es de 350 a 450º C. (Eaton, 1989) Los alcoholes furfurílico y tetrahidrofurfurílico se producen por la hidrogenación catalítica del furfural en fase de vapor. La principal aplicación del furfural en los Estados Unidos es para la conversión a alcohol furfurílico, el cual a su vez se somete

a una condensación y polimerización catalizada con ácido para dar resinas empleadas como aglutinantes en la preparación de machos de fundición para moldeado; también se usa como disolvente de nitrocelulosa, hule clorado y algunas resinas sintéticas. El alcohol tetrahidrofurfurílico puede deshidratarse y efectuarse una expansión de su anillo haciéndolo paras sobre alúmina a 270º C; el producto es el 2,3-dihidropirano. El oleato del alcohol tetrahidrofurfurílico se usa como plastificante del PVC y su acetato como disolvente. (Roberts, 1974) Las resinas fenol-furfural se obtienen como las resinas fenol-formaldehído y son obscuras como éstas. Los moldes hechos de las resinas tienen buena resistencia mecánica, excelentes propiedades dieléctricas y soportan altas temperaturas mejor que las resinas fenol-formaldehído. Las resinas fenol-furfural también se utilizan como adhesivos y barnices. (Roberts, 1974) REFINACIÓN DE ACEITES LUBRICANTES: El furfural es un disolvente selectivo para separar, por extracción a contracorriente, los hidrocarburos saturados de los aromáticos e insaturados que se encuentran en aceites lubricantes los cuales son removidos por el furfural. La presencia de compuestos aromáticos en los aceites lubricantes ocasiona un incremento indeseable de la viscosidad al disminuir la temperatura. El extracto aromático obtenido se utiliza en varios procesos. (Roberts, 1974) DESTILACIÓN EXTRACTIVA DE BUTADIENO: El butadieno se produce en cantidades apreciables únicamente en los procesos petroquímicos de degradación térmica a alta temperatura. El butadieno no puede separarse del isobutano y 1-buteno por destilación fraccionada, pero sí por destilación extractiva con furfural acuoso, el cual cambia las relaciones de presión de vapor de los hidrocarburos constituyentes de la mezcla. El proceso se efectúa introduciendo el furfural por la parte superior de la columna fraccionadora de un alambique y la alimentación por la mitad de la columna. El 1-buteno y el isobutano destilan de la cabeza de la columna, mientras que el furfural y el butadieno son arrastrados como producto del fondo. Esta mezcla se pasa a una segunda unidad

de destilación en donde el butadieno (95-98%) es destilado. El butadieno se usa para la producción de hule sintético. (Eaton, 1989)

PRUEBAS DE IDENTIFICACIÓN: El furfural es un líquido y, dada la pequeña cantidad que se obtiene y su punto de ebullición relativamente alto, es difícil destilarlo eficientemente para purificarlo y comprobar, mediante el punto de ebullición, que realmente se obtuvo este producto. Por esto, para verificar que realmente se obtuvo furfural es necesario identificarlo adecuadamente mediante algunas pruebas y formación de derivados sólidos. (Austin, 1988) Entre estas pruebas está la formación de una solución o cristales de color naranja intenso con 2,4- dinitrofenilhidracina; esta prueba es positiva cuando hay un grupo carbonilo (ya sea aldehído o cetona) en el compuesto. Si estos cristales naranjas del derivado (2,4-dinitrofenilhidrazona) se aíslan y se les determina el punto de fusión, puede identificarse el compuesto específico de acuerdo a tablas de puntos de fusión de derivados reportadas en libros de análisis funcional orgánico. (Wittcoff, 1985) Otra prueba importante es la prueba de Tollens; la prueba positiva consiste en la formación de un espejo de plata cuando un compuesto que tenga un grupo aldehído se hace reaccionar con nitrato de plata amoniacal; al reducirse la plata, el aldehído se oxida al ácido. (Wittcoff, 1985)

METODOLOGÍA DIAGRAMA DE FLUJO Se colocó en un matraz pera de una boca 7.5 g de olote finamente molido y 40 ml de ácido sulfúrico al 10 % (o de ácido clorhídrico al 12 %).

Inicio

Se recolecto el destilado dando un volumen de 20-25 ml, se neutralizo con el destilado con carbonato de sodio sólido.

Se saturo con cloruro de sodio y se aisló el producto por extracción líquido-líquido con diclorometano (tres porciones de 15 ml c/u))

Se secó el extracto con sulfato de sodio y se filtró para eliminar el sulfato de sodio

Con este residuo fueron efectuado las siguientes pruebas de identificación:

Se colocó en un tubo de ensayo 0.5 ml de solución de 2,4dinitrofenilhidracina y se le agregó de 1 a 2 gotas del residuo aceitoso.

Se utilizo en una tira de papel filtro de 2 cm impregnada con acetato de anilina

Se adaptó el refrigerante de agua en posición de destilación y se caliento la mezcla a ebullición suave haciendo uso del mechero.

Se destile el diclorometano, calentado a baño maría hasta que en el matraz quedo residuo aceitoso de color amarillo y olor característico.

Se colocó en un tubo de ensayo 0.5 ml del reactivo de Tollens y 2 a 3 gotas del residuo aceitoso.

Se observó la formación de un sólido de color naranja, se calentó en baño maría para que apareciera el color si no se dio.

Se trató con 1 o 2 gotas del residuo aceitoso y se observó el cambio de color del papel.

Se mezcló homogéneamente el contenido del tubo y se caliento durante unos minutos en baño maría.

Se observó la formación del espejo de plata que se deposita en las paredes del tubo.

FIN

DIAGRAMA DE FLUJO PREPARACIÓN DEL REACTIVO DE TOLLENS:

Se colocó en un en un tubo de ensayo de una a tres gotas de solución de AgNO3 al 10 %.

Inicio

Se recolecto el destilado dando un volumen de 20-25 ml, se neutralizo con el destilado con carbonato de sodio sólido.

Se adicionó una gota de solución de NaOH al 5%, se agito y se agregó solución de NH4OH al 50 % hasta disolución del sólido.

Se mezcló unas gotas del furfuraldehído con 0.5 ml de reactivo.

Se formó la disolución teniendo precaución de no agregar exceso de

Se agito y se caliento en baño maría hasta la aparición del espejo de plata.

este último.

Se observó el espejo y se trató con HNO3 hasta la disolución total y se vierto la sal resultante en

el

frasco

de

desechos

correspondientes.

FIN

RESULTADOS Se pudo obtener una mínima cantidad de furfural a partir del olote. Esto se pudo verificar mediante la adición del compuesto 2,4- dinitrofenilhidracina, el cual da una tonalidad amarilla en presencia de un grupo carbonilo; que, en nuestro caso fue el aldehído unido al furfural. Se puede apreciar en las siguientes imágenes la formación del compuesto denso amarillos después de agregar la dinitrofenilhidracina.

DISCUSIONES Se obtuvo muy poca cantidad de furfural al momento de la evaporación del diclorometano. Esto se pudo deber a que el tubo refrigerante no se colocó en posición de reflujo antes de la extracción del destilado; por lo que, esto pudo haber almacenado una gran cantidad de agua en muy poca cantidad del destilado deseado (furfural). Teniendo como consecuencia que no se pudieron realizar todas las pruebas de identificación; ya que, solo se llevó a cabo la prueba con 2,4dinitrofenilhidracina. Se agregó mucha cantidad de carbonato de sodio (1 gr) al momento de neutralizar los 25 mililitros del destilado. Esto hizo que el pH se elevara hasta 10 tomando así una forma básica en lugar de neutra; por lo que, esto pudo haber afectado el rendimiento de la reacción

CONCLUSIONES Se llevó a cabo de manera correcta la síntesis de furfuraldehído a partir de olote; esto se pudo corroborar con la prueba de identificación que usa como principal reactivo la dinitrofenilhidracina. Utilizada principalmente para la identificar la presencia de grupos carbonilo.

ANEXOS MECANISMO DE REACCIÓN DEL FURFURALDEHÍDO A PARTIR DE PENTOSAS: Se presenta el siguiente mecanismo el cual ocurre por deshidratación de la hexosa con ácido sulfúrico. En este caso solo se ponen los protones en el mecanismo de reacción que se muestra a continuación; pues recordando la definición de Browsted-Lowry donde nos dice que un ácido es un donador de protones (H+).

IMÁGENES: imagen 1: equipo de destilación montado para la destilación del furfuraldehído.

imagen 2: se puede observar el embudo de decantación separando la fase orgánica que contiene el furfuraldehído con diclorometano. Se realizaron tres lavados.

imagen 3: aprovechando el punto de evaporación más bajo del diclorometano con respecto al del furfuraldehído se puso en ebullición la mezcla; para poder obtener solo el furfural puro.

Bibliografía Austin, G. T. (1988). Manual de Procesos Químicos en la Industria. Mc Graw Hill. Eaton, D. C. (1989). Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA: Mc Graw Hill. R.M., A. (1976). An Introduction to the Chemistry of Heterocyclic Compounds. Londres: Wiley and sons. Roberts, R. M. (1974). An Introduction to Modern Experimental Organic Chemistry. New York: Holt, Rinehart and Winston Inc. Wittcoff, H. A. (1985). Productos Químicos Orgánicos Industriales. Limusa.

UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO CUARTO SEMESTRE GRUPO B QUÍMICA HETEROCÍCLICA REPORTE DE PRÁCTICA #3: COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS DE LA LECHE.

PROFESOR: DR. ANGEL ANDRES RAMOS ORGANILLO

INTEGRANTE: CESAR ALFONSO MAGAÑA GARCÍA

COQUIMATLÁN, COLIMA A 2 DE JUNIO DEL 2017

INTRODUCCIÓN La leche es el producto normal de secreción de la glándula mamaria. Los promedios de la composición de la leche de vaca, posee más de 100 sustancias que se encuentran ya sea en solución, suspensión o emulsión en agua. Por ejemplo, caseína, la principal proteína de la leche, se encuentra dispersa como un gran número de partículas sólidas tan pequeñas que no sedimentan, y permanecen en suspensión, estas partículas se llaman micelas y la dispersión de las mismas en la leche se llama suspensión coloidal, la grasa y las vitaminas solubles en grasa en la leche se encuentran en forma de emulsión, esto es una suspensión de pequeños glóbulos líquidos que no se mezclan con el agua de la leche, la lactosa (azúcar de la leche), algunas Proteínas (proteínas séricas), sales minerales y otras substancias son solubles; esto significa que se encuentran totalmente disueltas en el agua de la leche. En esta práctica será necesaria la leche bronca obtenida del ganado vacuno para obtener un mejor rendimiento de reacción; puesto que contiene una mayor cantidad de lactosa que la leche pasteurizada. La galactosa servirá como reactivo, que al ser mezclada con ácido nítrico nos dará como resultado el ácido múcico (ácido galactárico). Una vez obtenido el ácido se llevarán a cabo una serie de reacciones en tubos de ensaye para la obtención de compuestos heterocíclicos de cuatro carbonos y un heteroátomo, como lo son: el furano, el pirrol y el tiofeno.

OBJETIVOS • • •

realizar la síntesis del ácido múcico a partir de la lactosa. Identificar el compuesto obtenido con una serie de reacciones con propiedades físicas (color) características. Obtener compuestos heterocíclicos (furano, pirrol y tiofeno) a partir del producto principal (ácido múcico)

MARCO TEÓRICO CARBOHIDRATOS:

El término "carbohidratos", o "hidratos de carbono" procede de la forma de escribir la fórmula empírica de algunos de los más importantes, como Cn(H2O)n.. Uno de los carbohidratos, la celulosa, es la sustancia orgánica más abundante en el conjunto de los seres vivos terrestres. (Chang, 2010)

Según el resultado de su hidrólisis, los carbohidratos se pueden clasificar "polisacáridos", formados por muchas unidades separables por hidrólisis, "oligosacáridos", formados por unas cuantas unidades, y "monosacáridos", que son las unidades elementales que no producen, por hidrólisis, unidades de tamaño menor. A diferencia de lo que sucede en el caso de las proteínas, en el que no existe un corte nítido entre un polipéptido grande y una proteína pequeña,

entre oligosacáridos y polisacáridos naturales existe una división clara. Los oligosacáridos tienen menos de 20 unidades, mientras que los polisacáridos comienzan en los centenares. (Chang, 2010) Podemos definir los monosacáridos como polihidroxialdehídos y polihidroxicetonas. Si incluimos también a sus derivados, dependiendo de la amplitud con la que se tome el término, pueden incluirse o no, evidentemente, distintos tipos de sustancias. En el campo de la Ciencia de los Alimentos se consideran generalmente como "derivados" los polialcoholes obtenidos por reducción, con aplicaciones en gran parte semejantes a las de sus precursores, y los ácidos y lactonas obtenidos por oxidación de aldosas, del que el único relevante es la glucono δ-lactona (Chang, 2010)

Con la excepción de algunos carbohidratos bacterianos, todos los presentes en la naturaleza pertenecen a la serie D. Los monosacáridos se dividen en aldosas y cetosas, según tengan un grupo aldehído o un grupo cetona. Aunque existen muchas decenas de monosacáridos, solamente dos, glucosa y fructosa, son realmente importantes, como tales, en el mundo de los alimentos. Otros muchos forman parte, eso sí, de oligosacáridos o polisacáridos que se tratan en otros lugares. (Chang, 2010) Los principales derivados de los monosacáridos son los obtenidos por la reducción del grupo carbonilo, dando lugar a los polialcoholes, y por la oxidación para producir diferentes tipos de ácidos y, en el caso de las aldosas, lactonas. Los polialcoholes (también pueden obtenerse de algunos oligosacáridos) se utilizan en lugar de los azúcares en algunos alimentos, y se describen en un capítulo aparte. (Mcmurry, 2008)

Entre los derivados obtenidos por oxidación, el único importante en el campo alimentario es la glucono-δ- lactona (glucolactona), que se fabrica a partir de la glucosa, bien mediante oxidación con bromo en solución acuosa, bien mediante fermentación con Aspergillus niger, o bien con glucosa oxidasa obtenida de ese mismo microrganismo, combinada con catalasa para destruir el agua oxigenada formada también en la reacción. (Francis, 2002) El ácido múcico, C6H10O8 o HOOC-(CHOH)4-COOH, se obtiene por la oxidación del azúcar de la leche (lactosa), la dulcita, la galactosa, la quercita y la mayoría de las variedades de goma natural que incorporan ácido nítrico. (R.M., 1976) Los oligosacáridos son glúcidos formados por un número pequeño de monosacáridos, entre 2 y 10. Se denominan disacáridos, si están compuestos por dos monosacáridos, trisacáridos, si están compuestos por tres monosacáridos, tetrasacáridos, si están compuestos por cuatro monosacáridos y así sucesivamente. Entre ellos destacan los disacáridos. (MOJON, 1818) Disacáridos: Es una molécula formada por la unión de los monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico que puede ser:

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Enlace monocarbonílico: carbono anomérico 1º monosacárido + carbono no anomérico del 2º monosacárido: OSIL..........OSA. Los disacáridos que poseen este tipo de enlace mantienen su poder reductor.

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Enlace dicarbonílico: carbono anomérico 1º monosacárido + carbono anomérico 2º monosacárido: OSIL.........OSIDO. Los disacáridos que poseen este tipo de enlace no mantienen su poder reductor. (Eaton, 1989)

El carbono anomérico, es el carbono que tenía la función carbonílica y se convierte al ciclarse la molécula en asimétrico, denominándose carbono anomérico. Los principales disacáridos con interés biológico:

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Maltosa: disacárido formado por dos moléculas de α-D-glucopiranosil, unidas mediante enlace (1→4). La Maltosa se encuentra libre en el grano germinado de la cebada. La cebada germinada artificial se utiliza para fabricar cerveza, y tostada y se emplea como sustitutivo del café, él la llamada Malta. En la industria se obtiene a partir de la hidrólisis, almidón y del glucógeno.

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Celobiosa: Disacárido formado por 2 moléculas de β-D-glucopiraosa, unidos mediante enlace β(1→4). No se encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene por hidrólisis de la celulosa.

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Lactosa: Disacárido formado por 1 molécula de β-D-galactopiranosa y otra α-D- glucopiranosa unidas por medio de un enlace β(1→4). Se encuentra libre en la leche de los mamíferos. Dado que resulta muy difícil de fermentar, es estable, incluso dentro de organismos de sangre caliente.

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Sacarosa: Disacárido formado por una molécula de α-D-glucopiranosa y otra β-D-fructofuranosa unidas por medio de un enlace α(1→2). Se encuentra en la caña de azúcar y en la remolacha azucarera. El enlace se realiza entre el -OH de carbono anomérico del 1 monosacárido y el - OH del carbono anomérico del 2º monosacárido. Debido a ello es el único disacárido de los citados, que no tienen poder reductor sobre el licor de Fehling. La sacarosa es dextrógira, pero, si se hidroliza, la mezcla de αD-glucosa y β-D-fructosa, que queda levógiras. Es lo que pasa en la miel debido a las enzimas (sacarasas) existente en la saliva de las abejas.

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Isomaltosa: Disacárido formado por 2 moléculas de α-D-glucopiranosa, mediante enlace α(1→6). No se encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene por hidrólisis de la aminopectina (componente del almidón) y del glucógeno. Proviene de los puntos de la ramificación α(1→6), de estos polisacáridos. (Dewick, 2002)

Los polisacáridos son moléculas de hidratos de carbono formadas por la unión de numerosas unidades individuales de monosacáridos unidas entre sí por enlaces glicosídicos. Los polisacáridos son carbohidratos, y por lo tanto contienen carbono, hidrógeno, y oxígeno y tienen la fórmula general C x(H2O)y. (Chang, 2010)

Convencionalmente, se ha considerado polisacárido a aquel polímero constituido por más de 10 monosacáridos unidos por distintos enlaces glucosídicos; los compuestos de menos de 10 monosacáridos (entre 2 y 9) son los oligosacáridos. A pesar de esta distinción, la gran mayoría de los polisacáridos naturales contienen cientos de monómeros y, en ocasiones, varios miles. No producen verdaderas soluciones, sino más bien dispersiones de tamaño coloidal; puros no tienen color, aroma o sabor. Su peso molecular, que puede llegar a ser hasta de millones, es en realidad un promedio de los pesos, puesto que las moléculas no son iguales y siempre presentan una distribución de valores. (Chang, 2010)

Los almidones por ejemplo son los polímeros donde se unen un gran número de monosacáridos de glucosa. Los almidones tienen la fórmula general (C6H10O5), donde n depende del tipo de almidón formado. Por ejemplo, el glucógeno es un almidón animal que se compone de aproximadamente 60.000 unidades de glucosa. El glucógeno es importante como fuente de almacenamiento de energía tanto en el hígado como en los músculos. Cuando un organismo necesita que las enzimas de la energía, la degradación de liberar las unidades de glucosa. (Chang, 2010) COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS: La química orgánica heterocíclica es una rama muy grande e importante de la química orgánica. Los heterociclos se encuentran en la naturaleza, por ejemplo, en los ácidos nucleicos y en los alcaloides. Los heterociclos sintéticos tienen un amplio uso como herbicidas, fungicidas, y por supuesto, como productos farmacéuticos tales como fármacos para combatir la úlcera. Aunado a todo esto, hay una gran variedad de heterociclos que son producidos durante la cocción de los alimentos y son, entre otros compuestos, responsables del olor y sabor de los mismos. (Austin, 1988) Se llama compuestos heterocíclicos a aquellos que, además de carbono e hidrógeno, poseen al menos un átomo de otro elemento (denominado heteroátomo) formando parte del anillo. Los más comunes son los heterociclos con anillos de 5 o 6 átomos y donde uno o más átomos de carbono están

sustituidos por átomos de nitrógeno, oxígeno o azufre. Estos compuestos abundan en la naturaleza y son muy estables: sus anillos están casi libres de tensión. (Austin, 1988) Existen compuestos heterocíclicos de cuatro carbonos y un heteroátomo con reactividad y usos particulares; algunos de estos son:

FURANO: El furano puede encontrarse registrado con otros nombres como; Oxol, Furfurano, Óxido de divinileno, pero según la IUPAC se conoce como Furano Es un compuesto orgánico heterocíclico, aromático. Este es líquido incoloro, pero cuando está contaminado tiene un color marrón, su punto de ebullición se encuentra cercana a la temperatura ambiente, por consecuencia es altamente inflamable y muy volátil. (Wittcoff, 1985) Características: • • • • • •

La fórmula empírica es C4H4O Tiene una masa molecular: 68,08 g/mol. densidad: 0,94 g/cm3 a 20 °C, punto de fusión: -85,6 °C (187,6 K). Punto de ebullición: 31,3 °C (304,4 K). Solubilidad en agua: 10 g/l a 25 °C

El furano en forma aromática no se encuentra en el metabolismo animal, pero si en el vegetal. Por ejemplo, el perileno es un terpenoide encontrado en algunas plantas; a partir de su estructura se han sintetizado pigmentos rojos de varios tonos que se usan en materiales para artistas, plásticos y otras áreas. Los derivados del perileno fabricados por el hombre están catalogados como cancerígenos y contaminantes ambientales. (Wittcoff, 1985) Síntesis: El furano a escala industrial se obtiene por descarbonilación en fase gaseosa del furfural. El furfural se obtiene a gran escala a partir de la acción de los ácidos sobre residuos vegetales, principalmente de salvado. El ácido hidroliza los polisacáridos a pentosas, después de una serie de deshidrataciones se obtiene el furfural. (Wittcoff, 1985) Síntesis de Paal-Knorr: Consiste en la deshidratación mediante P2O5 o (P4O10) de un compuesto 1,4-dicarbonílico dando lugar al heterociclo furano. Puede ser obtenido del furfural por oxidación y descarboxilación del ácido furano2-carboxílico resultante. El furfural puede ser obtenido por la destilación destructiva de la mazorca del maíz en presencia de ácido sulfúrico. (Eaton, 1989) Síntesis de Feist-Benary: Debido a la deslocalización del par de electrones del átomo de oxígeno por el anillo, π-excedente, el furano es más reactivo frente a

la sustitución electrófilo aromática que el benceno. No es resistente a los reactivos ácidos concentrados que se usan en la química del benceno para efectuar la sulfonación y nitración. (R.M., 1976) El anillo de furano se forma en diversos compuestos de diferente naturaleza biocinética. Ejemplos notables son la salvinorina, el ipomeamarol, el óxido de carlina, la wierona, el perileno, el furomentano, las plakorsinas y la nufaridina. El anillo de tetrahidrofurano se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza en forma de γ-lactonas y furanosas. (R.M., 1976) Reactividad: Por ser el menos aromático, es común la formación de compuestos estables de adición. No es resistente a los ácidos fuertes como el benceno, la sulfonación y nitración requieren el uso de otro tipo de reactivos:

Usos: El Furano se utiliza en la producción de lacas, como disolvente para resinas y en la síntesis de productos químicos para la agricultura un ejemplo son los insecticidas, estabilizantes y productos farmacéuticos que es la química fina. También se encuentra en alimentos tratados térmicamente como las conservas y alimentos para bebé y en alimentos procesados a altas temperaturas como pan tostado y galletas, cereales, papas fritas, café. (R.M., 1976) Precauciones: La exposición excesiva al furano puede causar efectos significativos sobre la salud humana, afectando a órganos importantes como el corazón, sistema inmune, hígado, piel y la glándula de tiroides, llegando incluso a provocar cáncer reproductivo. (R.M., 1976) PIRROL: El pirrol es un compuesto químico orgánico aromático y heterocíclico, un anillo de cinco miembros con la fórmula C4H5N. Los pirroles son compuestos de anillos aromáticos más largos, incluyendo las porfirinas de hemo, las clorinas y bacterioclorinas, de clorofilas y el anillo de corrina. (Wittcoff, 1985) Los pirroles tienen una basicidad muy baja comparada con la amina y otros compuestos aromáticos como la piridina donde el anillo del nitrógeno no se enlaza al átomo del hidrógeno. Esto es porque el par de electrones sin compartir del átomo del nitrógeno se convierte en el aromático. (R.M., 1976) En 1994 un reporte liberado por 5 importantes compañías de cigarrillo, el pirrol es uno de los 599 aditivos de los cigarrillos. Su uso o propósito, sin embargo, es desconocido, como la mayoría de los añadidos del cigarrillo. (Wittcoff, 1985) Las propiedades físicas del Pirrol son: • • • • •

Masa molecular 67.09 g/mol Densidad 0.967 g/cm3 Punto de fusión -23 °C Punto de ebullición 129-131 °C fórmula C4H5N.

Síntesis: El pirrol se obtiene por destilación fraccionada del alquitrán de hulla y del aceite de huesos, y se utiliza sobre todo en la fabricación de productos farmacéuticos. Los pirroles son compuestos de anillos aromáticos más largos, incluyendo las porfirinas de hemo, las clorinas y bacterioclorinas de clorofilas y el anillo de corrina. (Wittcoff, 1985)

Los pirroles sustituidos se preparan por diversas reacciones de ciclación. La más general es la síntesis de Paal-Knorr en la que un compuesto 1,4-dicarbonílico se calienta en presencia de amoniaco como agente deshidratante:

Otro método muy usado para la obtención de pirroles sustituidos es la síntesis de Knorr, que se basa en la condensación de una α-aminocetona con un βcetoéster. (Recuérdese que el mecanismo probable transcurre con formación de iones oxonio y amonio y que no participan carbocationes).

Reactividad: El protón NH en los pirroles es moderadamente ácido con un pKa de 16.5. El pirrol puede entonces ser desprotonado con bases fuertes como el butil-litio o el hidruro de sodio. El pirroluro resultante es nucleofílico. Luego al tratar esta base conjugada con un electrófilo como el ioduro de metilo nos da N-metilpirrol:

Las estructuras contribuyentes de resonancia de la reactividad del compuesto. Como el furano y el tiofeno, el pirrol es más reactivo que el benceno frente a la sustitución electrofílica aromática debido a que el mismo es capaz de estabilizar la carga positiva en el carbocatión intermedio. Luego el pirrol experimenta la sustitución electrofílica aromática predominantemente en las posiciones 2 y 5.

Dos reacciones especialmente notables destinadas a la producción de pirroles funcionalizados (con distintos grupos funcionales) son la Reacción de Mannich y la Reacción de Vilsmeier-Haack (abajo),7 8 las cuales son compatibles con una gran variedad de sustratos pirrólicos:

Usos: El pirrol tiene una alta importancia en la formación de numerosos compuestos naturales constituyendo la base de las porfirinas que a su vez son el esqueleto principal de la clorofila y la hemoglobina. (Dewick, 2002) El núcleo del pirrol se encuentra en diferentes compuestos distribuido ampliamente en la naturaleza, algunos de ellos en forma de sistemas heterocíclicos fusionados. Entre ellos, las pirrolopiperazinonas son una clase de alcaloides bromopirrólicos marinos con interesantes propiedades biológicas; por ejemplo, la Longamida aislada de la esponja marina Agelas dispar, que posee actividad antibiótica contra varias sepas de bacterias Gram positivas; la Hanishina, aislada de Acanthella cartera, muestra actividad citotóxica contra carcinoma en células de pulmón. Existen productos naturales que contienen anillos individuales de pirrol halogenados, los cuales presentan gran actividad antibacteriana como la Pentabromopseudilina, aislada de la bacteria Alteromonas luteo-violaceus, y la Pioluteorina, procedente de Pseudomonas aeruginosa. También se conoce un grupo de alcaloides diméricos que contiene anillos de pirrol e imidazol, uno de cuyos representantes es el antibiótico conocido como Ácido Nakamúrico. (Dewick, 2002)

TIOFENO: Tiofeno es un compuesto orgánico, heterocíclico y aromático con fórmula C4H4S. Se encuentra en el petróleo y presenta su estructura en forma de anillo plano de cinco miembros. Produce CO2, H2O y SO2 en la combustión completa. (Eaton, 1989) El tiofeno fue descubierto como un contaminante en el benceno. Se observó que la isatina forma una tinta azul cuando es mezclada con el ácido sulfúrico y benceno crudo. La formación del azul indofenina se adjudicó durante mucho tiempo a una reacción con el benceno. Victor Meyer, fue el primero en aislar la

sustancia responsable de esta reacción desde el benceno. Este nuevo compuesto heterocíclico fue el tiofeno. (Eaton, 1989) El tiofeno y sus derivados se encuentran en el petróleo, a veces en concentraciones de 1-3%, específicamente en el alquitrán de hulla. El tiofeno contenido en el petróleo y en el carbón es extraído mediante el proceso de hidrodesulfuración (HDS). En la HDS, el líquido o el gas pasa sobre un catalizador de disulfuro de molibdeno bajo presión de H2. (Eaton, 1989) Los tiofenos experimentan además hidrogenólisis para formar hidrocarburos y sulfuro de hidrógeno. De esta forma, el tiofeno se convierte en butano y H2S. Aunque en el petróleo se encuentra mayor cantidad de benzotiofeno y dibenzotiofeno. (R.M., 1976) Propiedades físicas: El Tiofeno se conoce con otros nombres como Tiofurano y Tiaciclopentadieno y a temperatura ambiente, es un líquido incoloro con un débil olor agradable, dentro de las propiedades físicas más notables: • • • • • • • •

Fórmula empírica: C4H4S. Masa molecular: 84,14 g/mol Estado físico: Líquido Color: Incoloro Densidad: 1,051 g/cm3 a 20 °C Punto de fusión: -38,0 °C (187,6 K) Punto de ebullición: 84,0 °C (304,4 K) Solubilidad en agua: 0 g/l a 25 °C.

Síntesis: El tiofeno es considerado aromático, aunque los cálculos teóricos sugieren que el grado de aromaticidad es menor que el del benceno. Los pares electrónicos del azufre están significativamente deslocalizados en el sistema π. Como una consecuencia de su aromaticidad, el tiofeno no exhibe las propiedades típicas de los tioéteres. La alta reactividad del benceno hacia la sulfonación constituye la base para la separación del tiofeno del benceno. Separación que resulta complicada para realizar mediante destilación debido a sus puntos de ebullición similares (4ºC de diferencia a presión ambiente). Como el benceno, el tiofeno forma un azeótropo con el etanol. (Wittcoff, 1985) Como un reflejo de sus estabilidades, los tiofenos se forman desde muchas reacciones que involucran fuentes de azufre e hidrocarburos, especialmente aquellos insaturados, por ejemplo: acetilenos y azufre elemental. La cual fue la primera síntesis de tiofeno realizada por Viktor Meyer en el año de su descubrimiento. (Eaton, 1989) Sustitución de tiofenos de hinsberg: la reacción de alfa-dicetonas, alfahaloésteres y ésteres oxálicos con tiodiacetato de etilo en condiciones Claisen produce derivados del tiofeno con buenos rendimientos de tipo bastante general:

El método tradicional emplea sulfuros de fósforo como fuente de azufre:

Otra opción es emplear el reactivo de Laweson, que da mejores rendimientos:

Reactivo de Laweson:

Reactividad: Se aplican las mismas consideraciones que en los demás compuestos heterocíclicos: no es posible usar reactivos fuertemente ácidos, porque destruirían al anillo. Sin embargo, por ser el más aromático de los tres es también más resistente a los ácidos. Por ejemplo, es posible usar ácido sulfúrico para la sulfonación y cloruro de aluminio para algunas acilaciones; el rendimiento no es tan alto como con los reactivos específicos por lo que se prefiere estos últimos. (Wittcoff, 1985) Algunas reacciones más importantes del tiofeno son los siguientes:

Usos: En su forma aromática no se encuentra en el metabolismo animal, pero si en algunas plantas. Biotina, (sinónimos: vitamina H, Vitamina B7). Interviene en el metabolismo de los carbohidratos, grasas, purinas y aminoácidos. El Pirantel es un antihelmíntico que se usa en humanos y también en veterinaria. El clorhidrato de metapirileno es un antihistamínico que se retiró del mercado en muchos países en 1979, porque se descubrió que su uso prolongado contribuye a causar cáncer; también es hepatotóxico. Se introdujo en 1947 y se incorporó a muchos medicamentos de venta libre. Se puede encontrar en medicamentos para los

resfriados o la gripe, hay reportes de intoxicación y muerte por sobredosis. Se han desarrollado polímeros orgánicos de tiofeno capaces de conducir la electricidad. (Autino, 2013) Los tiofenos son muy usados ampliamente como ingredientes en muchos agroquímicos y drogas. El anillo de benceno de un compuesto biológicamente activo puede ser muchas veces reemplazado por un tiofeno sin pérdida de actividad. Esto se observa, por ejemplo, en las drogas antiinflamatorias no esteroideas (NSAID) como el lornoxicam, el análogo de tiofeno del piroxicam. El tiofeno es producido en una escala de aproximadamente de dos millones de kilos por año mundialmente. La producción involucra una reacción en fase gaseosa entre una fuente de azufre, normalmente disulfuro de carbono y n- butanol. Estos reactivos se ponen en contacto con un catalizador de óxido a 500- 550 °c. Efectos sobre el ambiente: Altamente inflamable. En caso de incendio se desprenden humos (o gases) tóxicos e irritantes. Es necesario evitar las llamas, no producir chispas y no fumar. No poner en contacto con agentes oxidantes. Espuma, polvo, dióxido de carbono. (Wittcoff, 1985) Explosión: Las mezclas vapor/aire son explosivas. Sistema cerrado, ventilación, equipo eléctrico y de alumbrado a prueba de explosión. Evitar la generación de cargas electrostáticas (por ejemplo, mediante conexión a tierra). En caso de incendio: mantener fríos los bidones y demás instalaciones rociando con agua. (Wittcoff, 1985) Sobre la salud: Tos. Dolor de garganta; Debe existir ventilación, extracción localizada o protección respiratoria. Aire limpio y reposo. Piel. Enrojecimiento; usar guantes protectores, quitar las ropas contaminadas, aclarar y lavar la piel con agua y jabón. Ojos. Enrojecimiento, dolor; Usar gafas ajustadas de seguridad, o protección ocular combinada con la protección respiratoria. Ingestión; no comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo, enjuagar la boca y reposo. De ocurrir derrrames y escapes de Tiofeno. Recoger, en la medida de lo posible, el líquido que se derrama y el ya derramado en recipientes herméticos. Absorber el líquido residual en arena o absorbente inerte y trasladarlo a un lugar seguro. No verterlo al alcantarillado. (Protección personal adicional: filtro respiratorio para vapores orgánicos y gases). (R.M., 1976).

ÁCIDO MÚCICO: El ácido múcico su fórmula general C6H10O8, se obtiene por la oxidación del azúcar de la leche (lactosa), la dulcita, la galactosa y la mayoría de las variedades de goma natural que incorporan ácido nítrico. Tiene la forma de un polvo blanco granoso. El azúcar de leche destilado con el ácido nítrico produce

el ácido múcico. Es insoluble en alcohol, y prácticamente insoluble en agua fría pero soluble en agua hirviendo. cuando se mezcla con bases cáusticas da lugar al ácido oxálico. Si se calienta con piridina se convierte en ácido atómico. Cuando se asimila con ácido clorhídrico durante algún tiempo se convierte en furfural; si es calentado con sulfuro de bario se transforma en el ácido carboxílico tiofeno. La destilación seca de su sal de amonio da lugar a dióxido de carbono, amoníaco, pirrol y otras sustancias. (Wittcoff, 1985) Síntesis: Éste se puede obtener a partir de la adición del ácido nítrico a la galactosa. El ácido nítrico concentrado oxida los dos carbonos terminales de las aldohexosas formando los correspondientes ácidos sacáricos, en general, los ácidos sacáricos son solubles en ácido nítrico diluido, pero el ácido múcico es insoluble en estas condiciones, por lo que precipita como cristales trasparentes si la solución se enfría rápidamente:

Reactividad: El ácido múcico es usado principalmente para la síntesis de anillos con heteroátomos más comúnes como lo son el asufre, el oxígeno y el nitrógeno. Los anillos que se sintetizan de mejor manera son los de cuatro carbonos con un heeteroátomo. Esto hace que el pirrol, el furano y el tiofeno sean los anillos más comúnes que se pueden obtener. (Wittcoff, 1985)

METODOLOGÍA Ácido múcico

Se diluyó 100 ml de leche con 50 ml de agua y se agregó 2-3 ml de ácido acético diluido, se agito para precipitar las caseínas y las grasas.

Se formó un baño de agua a bajo volumen. En el enfriamiento, el ácido málico precipitado que se recogió se lavó usando un embudo Buchner.

se separó la sustancia por filtración utilizando un papel estriado y se añadió 10-12 ml de ácido nítrico aproximadamente 5M al filtrado.

se reprecipito por adición en un poco de ácido mineral diluido, dando como resultado un polvo blanco (ácido múcico) (p.f. 206-214ªC).

FURANO

Un poco de ácido múcico se mezcló con un poco de óxido de calcio y se calentó en un tubo de ensayo. El palillo de madera tomó una coloración verde

Se humedeció una varita de madera de pino con ácido clorhídrico y se colocó en la boca del tubo que desprendió vapores.

PIRROL

En un tubo de ensayo se agregó un poco de ácido múcico y se trato con unas gotas de concentrado de Solución de amoníaco. Se calentó esta sal y una tablilla de madera de pino previamente humedecida con concentrado de HCl se colocó en la boca del tubo.

Se trató hasta que la reacción dejó de formar malato de amonio.

Tomó un color rojo oscuro.

TIOFENO

En un tubo de ensayo se agregó un poco de ácido múcico y se mezcló con un poco de sulfato de bario. Se colocó sobre el vapor. Una gota de concentración H2SO4 que contiene un cristal de isatina sobre una varilla de vidrio.

Se tornó color azul.

RESULTADO S

RESULTADOS Se pudo obtener el ácido múcico a partir de los compuestos ya mencionados en la metodología; aunque no hay un mecanismo de reacción claro, este puede ser descrito por el siguiente mecanismo:

En el mecanismo anterior se muestra como el ácido nítrico oxida a los carbonos terminales de la galactosa. En un extremo el carbono del aldehído se hidrata y se oxida después hasta formar el ácido carboxílico. Mientras que el otro carbono terminal que contiene el alcohol primario se oxida con el ácido nítrico dos veces hasta llegar al ácido carboxílico. En el siguiente mecanismo se puede observar la síntesis del furano a partir del ácido múcico. Cabe mencionar que el mecanismo no se encuentra establecido; por lo que, es solo una hipótesis de como se pudo llegar al furano a partir de este ácido.

Furano: Se obtuvo una tonalidad roja en la tablilla de pino humedecida con HCl al momento en que se calentó el tubo con ácido múcico combinado con una pequeña cantidad de óxido de calcio exponiendo la tablilla a los vapores provenientes del tubo(fig.1). Este color en la tablilla nos demuestra que en lugar de obtener furano se obtuvo furfural. Pirrol. Se obtuvo una tonalidad en la tablilla de pino humedecida con HCl al exponer la tablilla a los vapores que desprendía el tubo que se estaba calentando, el cual contenía ácido múcico con unas gotas de solución de amoniaco. El color en la tablilla para este paso no fue un tono rojo oscuro como se esperaba (fig.2).

(Figura.1)

En esta imagen se puede observar el producto entre la combinación del ácido múcico con el sulfato de bario. Se debió de haber obtenido tiofeno, pero al no contar con el compuesto indicador que debía de colorear rosa al combinarlo con el producto del tubo de ensaye, no se pudo comprobar si en realidad se obtuvo el producto deseado.

(Figura.2)

DISCUSIONES La reacción en la cual se debería de haber obtenido tiofeno no se pudo llevar a cabo debido a que no se tenía el cristal que tiene la función de ser un indicador al momento de obtener nuestro producto; por lo que, si esta reacción se realizaba, no sabríamos cuando se obtuvo el tiofeno al no presentar la coloración azul característica. No se pudo encontrar propuestas del mecanismo para la síntesis de pirrol y tiofeno, por lo que no se incluyeron en los resultados.

CONCLUSIONES Se pudo obtener en buen porcentaje el ácido múcico a partir de la galactosa que se encontraba en la leche bronca. Esto se debió a que la leche fresca se encontraba con todos sus nutrientes al no estar tratada. Además, se obtuvieron compuestos heterocíclicos de gran importancia en la industria y en los procesos bioquímicos. Estos dieron una tonalidad característica que los distingue al ser obtenidos.

ANEXOS

En la primera imagen se puede observar la precipitación de las grasas y los lípidos encontrados en la leche bronca. Esto se obtuvo gracias a la acidificación de esta con ácido acético. Se puede observar en la segunda imagen la precipitación del ácido múcico al haberlo hecho reaccionar con acidó nítrico. Esto pasó debido a la oxidación de los dos carbonos terminales presentes en la L-galactosa y la D-galactosa. En la tercera imagen se observa cómo se desprenden los vapores de la combinación del ácido múcico con el óxido de calcio al ser calentados con el mechero

Bibliografía agencia para sustancias tóxicas y el registro de enfermedades. (6 de mayo de 2016). Obtenido de https://www.atsdr.cdc.gov/es/toxfaqs/es_tfacts25.html Austin, G. T. (1988). Manual de Procesos Químicos en la Industria. Mc Graw Hill. Autino, J. C. (2013). introduccion a la quimica organica general . Buenos Aires, Argentina: Edulp. Chang, R. (2010). Química. Mc Graw Hill. Dewick, P. M. (2002). medicinal natural products. Nottingham UK: John Wiley and sons, LTD. Eaton, D. C. (1989). Laboratory Investigations in Organic Chemistry. . USA: Mc Graw Hill. Francis, R. (2002). Chemical Analysis . Francia: Cengage Learning. Mcmurry, J. (2008). Química Orgánica. Cornell: Cengage Learning. MOJON, D. (1818). Curso Analítico de Química. Barcelona: casa de estudio. R.M., A. (1976). An Introduction to the Chemistry of Heterocyclic Compounds. Londres: Londres: Wiley and sons. Wittcoff, H. A. (1985). Productos Químicos Orgánicos Industriales. Limusa.

UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO CUARTO SEMESTRE GRUPO B QUÍMICA HETEROCÍCLICA REPORTE DE PRÁCTICA #4: SÍNTESIS DE PIRROLES: OBTENCIÓN DEL 1-FENIL-2,5 DIMETILPIRROL.

PROFESOR: DR. ANGEL ANDRÉS RAMOS ORGANILLO

INTEGRANTE: CESAR ALFONSO MAGAÑA GARCÍA

COQUIMATLÁN, COLIMA A 26 DE JUNIO DEL 2017

Introducción Los heterociclos son compuestos cíclicos, que además de carbono, poseen otro o más elementos (es decir, heteroátomo, los más comunes son oxígeno, nitrógeno y azufre) formando parte del anillo. El pirrol se aisló por primera vez en 1857 al estudiar los productos generados en el pirólisis de huesos. La naturaleza ocupa un papel destacado como fuente principal de moléculas con interés biológico, identificadas mediante cribados sistemáticos llevados a cabo a partir de extractos naturales. El pirrol se conoce desde mediados del siglo XIX y sus derivados son de enorme importancia práctica, por lo cual existe una gran variedad de procedimientos de síntesis para este heterociclo.

Objetivos Se obtendrá a partir del estudio de la reacción de Paal-Knorr el 1-fenil-2,5- Dimetilpirrol a través de una reacción de condensación entre un compuesto 1,4- Dicarbonílico y la anilina (o derivados de la misma) utilizando el método de reflujo.

Marco teórico El pirrol es un compuesto químico orgánico aromático y heterocíclico, un anillo de cinco miembros con la fórmula C4H5N, son cuatro carbonos y un nitrógeno, que cuando no está sustituido se comporta como un ácido de fortaleza similar a los alcoholes. (ACHESON, 1981)

Los pirroles son compuestos de anillos aromáticos más largos, incluyendo las porfirinas de hemo, las clorinas y bacterioclorinas, de clorofilas y el anillo de corrina. (Austin, 1988)

Los compuestos del tipo pirrol constituyen el grupo más importante de heterocíclicos pentagonales, en formas muy variadas aparece en numerosos productos naturales y

de él derivan muchas sustancias de importancia industriales y farmacéutica. (Autino, 2013)

Contiene una unidad de butadieno unida por sus dos extremos a un heteroátomo (nitrógeno) que posee pares de electrones solitarios; este sistema resulta tener electrones deslocalizados en una estructura aromática de seis electrones. Contiene pares de electrones solitarios deslocalizados, de ahí sus estructuras resonantes. (Austin, 1988)

Se obtiene por destilación fraccionada del alquitrán de hulla y del aceite de huesos, y se utiliza sobre todo en la fabricación de productos farmacéuticos. Los pirroles son compuestos de anillos aromáticos más largos, incluyendo las porfirinas de hemo, las clorinas y bacterioclorinas de clorofilas y el anillo de corrina. (Paquette, 1987) La constitución del anillo pirrólico se deduce de una parte íntima relación con la pirrolidina y el dicloruro de tetrametileno de los que se puede derivarse por una reacción reversible y de otra de varias síntesis, como la condensación del dialdehído succínico con amoniaco. (ACHESON, 1981) El pirrol pertenece al grupo de heterociclos aromáticos pentatómicos. Se prepara comercialmente por destilación fraccionada de alquitrán de hulla o haciendo pasar una mezcla de furano, amoniaco y vapor de agua a través de un catalizador a 400° C. (Paquette, 1987)

Las propiedades físicas del Pirrol son: Masa molecular 67.09 g/mol Número CAS [109-97-7] Densidad 0.967 g/cm3 Punto de fusión -23 °C Punto de ebullición 129-131 °C

Propiedades químicas Los pirroles tienen una basicidad muy baja comparada con la amina y otros compuestos aromáticos como la piridina donde el anillo del nitrógeno no se enlaza al átomo del hidrógeno. Esto es porque el par de electrones sin compartir del átomo del nitrógeno se convierte en el aromático. El pirrol experimenta la substitución electrofílica predominante en la 2ª y 5ª posición, aunque el producto de la substitución en las posiciones 3 y 4 se obtiene en producciones bajas. (Austin, 1988) El pirrol es una sal importante en la industria farmacéutica ya que se usa en el tratamiento de esquizofrenia, deficiencias cognitivas asociadas con la esquizofrenia, enfermedad de Alzheimer, demencia de tipo Alzheimer, deterioro cognitivo leve o depresión. (Autino, 2013)

Algunos métodos de obtención de pirroles son los siguientes: La acetonilacetona se obtiene por hidrólisis alcalina del 2,3- Diacetilsuccinato de dietilo y calentamiento del ácido libre (ruptura Cetónica). (Wittcoff, 1985).

La síntesis de Hantzsch es menos aplicable, requiere de la combinación de un βcetoéster con una α-clorocetona en presencia de amoníaco o de una amina primaria alifática. (Paquette, 1987)

Síntesis de Paal-Knorr del Pirrol Síntesis de Paal-Knorr, se parte de un compuesto - dicarbonílicoenolizable que se trata con el derivado de una amina; el compuesto dicarbonílico sufre una condensación con la amina primaria para obtener el pirrol. (Paquette, 1987)

La síntesis de Hantzsch es menos aplicable, requiere de la combinación de Un βcetoéster con una α-clorocetona en presencia de amoníaco o de una Amina primaria alifática. (Wittcoff, 1985)

Metodología.

Se colocó en un matraz de fondo redondo de 50 ml, coloco 1.6 ml de anilina con 2.0 ml de 2,5

Inicio

hexanodiona.

Se adaptó un refrigerante de agua en posición de reflujo y caliento a ebullición vigorosa por 1 hora.

En un matraz Erlenmeyer contuvo 50 ml de agua y 3 ml de ácido clorhídrico concentrado.

Se terminó el tiempo de calentamiento y se vierto la mezcla de reacción caliente en un matraz Erlenmeyer con la mezcla del agua y el HCL.

Fin

Con la mezcla anterior se colocó 2 gotas de ácido

clorhídrico concentrado con 15 ml de etanol.

Se aisló el producto por filtración, y se lavó con agua fría.

Se purifico el producto por disolvente etanol.se dejo secar el producto a una temperatura de 30-40° C.

Resultados El producto que obtuvimos fue sólido de color beige claro, casi blanco, lo que es característico de este pirrol, con un olor suave a naranja Peso final de la muestra (1fenil-2,5 dimetilpirrol) = 0.9878g Punto de fusión experimental de 49°C. Punto de fusión teórico: 50-51° El rendimiento de nuestra reacción fue de un 68% con base al rendimiento teórico del 100% que corresponde a 1.45 gramos, el punto de fusión experimental es muy cercano al teórico.

Obtención de 1-fenil-2,5 dimetilpirrol

Discusiones El rendimiento teórico es de 1.45 gramos ya que esta dado a la mitad porque en la práctica se redujo a la mitad la cantidad de reactivos que se utilizaron. Las reacciones de ciclación de Paal-Knorr se dan entre un 1,4-dicarbonilico y una amina primaria o amoniaco, y que básicamente esta reacción se debe a un proceso que puede considerarse como una deshidratación de un doble enol intermedio para dar el heterociclo. Se comprendió que el medio ácido permite en principio formar un carbocatión con el dicarbonilo y posteriormente para que, entre la amina primaria y se forme la ciclación por la resonancia de los electrones que permiten que se cierre el ciclo, además ayudan el ácido y el etanol a la deshidratación del pirrol ya que, un pirrol es inestable en disoluciones demasiado acidas porque, una vez protonado se puede polimerizar con facilidad. El nitrógeno en el pirrol tiene hibridación sp2 y por consecuencia es más electronegativo que uno en sp3 de una amina saturada. Y la carga parcial positiva en el nitrógeno sustituido forma híbridos de resonancia en C2 y C5 permitiendo la estabilidad del compuesto. Esta reacción es importante en el área de la farmacia puesto que con ella se obtienen compuestos que se utilizan para tratar enfermedades como son la esquizofrenia.

Conclusiones Se pudo lograr la obtención del 1-fenil-2,5 dimetilpirrol con un rendimiento del 68% utilizando el método de reflujo, por medio de la síntesis de Paal-Knorr, partiendo de un compuesto dicarbonílico enolizable que se trata con el derivado de una amina; donde el compuesto dicarbonílico sufre una condensación con la anilina para obtener el pirrol; basándonos en el punto de fusión experimental de 49° que es muy cercano al teórico

Anexos

Las imágenes anteriores muestran pasos realizados en la práctica después de pasar por el sistema de reflujo, la primera muestra cómo se enfría la mezcla en hielo que está en constante agitación para formar el precipitado que se llevara a filtrar al vacío para después como se muestra, verter el precipitado en el matraz nuevamente pero ahora agregando 5 ml de etanol que se agito, para después enfriar y filtrar al vacío nuevamente para obtener el precipitado final.

Rendimiento teórico: (0.973gr x 171.243gr/mol) /114.1438= 1.45gr 100%=1.45gr Rendimiento experimental: 68%=0.987gr

Bibliografía ACHESON, R. (1981). Química heterocíclica. México: Publicaciones cultural, S.A. Austin, G. T. (1988). Manual de Procesos Químicos en la Industria. Mc Graw Hill. Autino, J. C. (2013). introducción a la química orgánica general. Buenos Aires: Argentina: Edulp. Paquette, L. A. (1987). Fundamentos de Química Heterocíclica. México: Editorial Limusa. Wittcoff, H. A. (1985). Productos Químicos Orgánicos Industriales. Limusa.

UNIVERSIDAD DE COLIMA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO

CUARTO SEMESTRE GRUPO B QUÍMICA HETEROCÍCLICA REPORTE DE PRÁCTICA #5: FORMACIÓN DE ÍNDOLES OBTENCIÓN DE 2-FENILÍNDOL.

PROFESOR: DR. ANGEL ANDRES RAMOS ORGANILLO

INTEGRANTE: CESAR ALFONSO MAGAÑA GARCÍA

COQUIMATLÁN, COLIMA A 26 DE JUNIO DEL 2017

OBJETIVOS • • •

Ilustrar una reacción de sustitución electrofilia intramolecular en la que electrófilo es una forma tautomería de fenilhidrazonas Obtener un sistema de anillo fusionados denominado indol. Revisar la importancia y aplicación de las índoles.

INTRODUCCIÓN Los compuestos heterocíclicos son unidades estructurales importantes encontradas frecuentemente en productos naturales, entre estos cabe mencionar quinolinas, piridiminas, pirazoles, pirroles e indoles, la mayoría de los cuales exhiben una importante actividad biológica y/o farmacológica. El amplio rango de actividad biológica asociada con muchos derivados del indol, aislados de productos naturales, ha estimulado el interés por el desarrollo de estrategias sintéticas orientadas a la síntesis de sistemas heterocíclicos que involucran el anillo indólico. Junto con la implementación de metodologías eficientes y versátiles para su obtención, las investigaciones también se han enfocado al estudio de su reactividad y a la evaluación de su posible actividad biológica. En el área farmacéutica el indol y sus derivados tienen una gran aplicación para el tratamiento de enfermedades como el cáncer, la neuropatía periferal y alteraciones neurodegenerativas. Así mismo, los anillos indólicos N-sustituidos son clasificados como inhibidores de enzimas o agentes antiinflamatorios, analgésicos, antirreumáticos y antihipertensivos. También se ha reportado que el indol posee una amplia variedad de propiedades anticonvulsivas, cardiovasculares y antibacteriales. En esta práctica se sintetizará 2-fenilindol mediante la reacción de Fischer. Se utilizarán los compuestos fenilhidracina y acetofenona para obtener la fenilhidrazona como compuesto primario. Después se utilizará como catalizador cloruro de zinc para la obtención de nuestro producto buscado.

MARCO TEÓRICO INDOL: El indol (benzopirrol) Es un sólido incoloro. (p.f 52,5 grados C, p.e. 254 grados C), 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 anillo aromático refiere a que el indol no es una base y no representa una amina simple. Es sólido a temperatura ambiente. (Sainsbury, 2001) El nombre indol es un acrónimo compuesto por las palabras índigo y óleo. La química del indol se inició con el estudio de la tintura de índigo, convertida primero en isatina y luego en oxindol. Luego, en 1866 Adolf von Baeyer redujo oxidol a indol usando polvo de zinc. En 1869 propuso la fórmula para el indol aceptada hasta la actualidad. (Thornes, 1972)

Algunos derivados del indol fueron usados como tinturas hasta fines del Siglo XIX. En la década de 1930, el interés por el indol se intensificó cuando se conoció que el núcleo indol está presente en muchos alcaloides, como así mismo en el triptófano y las auxinas, y se mantiene todavía como tema de investigación activa.

PRODUCTOS NATURALES RELACIONADOS CON EL INDOL: Se conocen muchos productos naturales relacionados con el indol como parte importante de su estructura. Por ejemplo, el L-triptófano, que se encuentra en muchas proteínas, es un aminoácido esencial. Debido a que no es sintetizado por los mamíferos, se debe proporcionar en la dieta. (Paquette)

Un producto de transformación metabólica del triptófano es la serotonina la cual desempeña un papel importante en los procesos mentales humanos. Cuando se alteran los niveles de concentración de la serotonina en el cerebro, ya sea química o físicamente, se observa perturbación mental en el paciente. (Paquette)

La mayor parte de los derivados de indol son de origen vegetal, y forman parte del variado grupo de productos derivados de las plantas que contienen nitrógeno, los cuales reciben el nombre de alcaloides. Los diversos alcaloides del indol se suelen clasificar en 5 subgrupos que son: (Roberts, 1974) a) Alcaloides simples b) Alcaloides de Harmala c) Alcaloides Ergot d) Alcaloides Yohimbe e) Alcaloides Strychnos Los alcaloides simples se encuentran relacionados con el triptófano desde el punto de vista estructural. Algunos ejemplos son la serotonina, que se encuentra

ampliamente distribuida en la naturaleza, la bufoteina, que existe en hongos y semillas de arbustos tropicales, y la gramina, que se produce en los retoños de cebada. (Austin, 1988)

Bufoteina gramina Los derivados de indol que tienen un enlace beta-carbonílico reciben el nombre de alcaloides Harmala; algunos ejemplos son el harmano y la harmina. Se cree que estas moléculas se sintetizan en la planta por condensación de triptófano descarboxilado o su equivalente hidroxilado con acetaldehído y la oxidación subsecuente. (Paquette)

harmina harmano

Los 6 alcaloides Ergot son productos de un hongo que crece como parásito en los cereales, especialmente en el centeno, y son aminas del ácido lisérgico. El derivado más conocido del ácido lisérgico es la dietilamida (no se encuentra en la naturaleza) y recibe el nombre de LSD, el cual provoca alucinaciones en el humano porque altera los niveles de serotonina del cerebro. (Paquette)

Ácido lisérgico

El sistema del anillo beta-carbonílico parcialmente reducido es una característica estructural de los alcaloides Yohimbe, el más importante de estos es la reserpina. Este alcaloide tiene considerable importancia clínica en el tratamiento de la hipertensión, y desordenes nerviosos y mentales. El efecto tranquilizante se debe a la reducción de los niveles de serotonina en el cerebro. (Thornes, 1972)

Los alcaloides Strychnos, entre los cuales los más conocidos son la estricnina, y la brucina, que tienen una estructura muy compleja. (Paquette)

Estricnina El indol, el benzotiofeno y el benzofurano son compuestos que pueden ser sintetizados a partir del alquitrán de hulla; sin embargo, el indol y sus derivados desempeñan una función más importante en química orgánica que sus análogos con azufre y oxígeno, debido a la alta incidencia de los Índoles en productos naturales y a las investigaciones intensivas realizadas con el colorante índigo. Por este motivo, la química de los indoles ha sido estudiada con mayor profundidad que la del benzofurano y el benzotiofeno. (Thornes, 1972)

indol

benzofurano

benzotiofeno

La gran mayoría de los métodos generales para sintetizar estas sustancias utilizan procedimientos que forman el anillo heterocíclico por ciclación. A continuación, se explicarán los diferentes tipos de síntesis de indoles:

SÍNTESIS DE INDOLES DE FISCHER El procedimiento general mediante el cual la fenilhidrazona de un aldehído o cetona se calienta en presencia de un catalizador como el cloruro de zinc, trí- fluoruro de boro o ácido polifosfórico (se han empleado muchos otros catalizadores) para producir un indol, es el método más importante para la síntesis de compuestos de este tipo, aunque la reacción no permita obtener al indol en sí. (Paquette)

Desde el punto de vista formal, la síntesis de Fischer se efectúa mediante una transposición con pérdida de una molécula de amoniaco; el mecanismo mediante el cual se produce esta transformación molecular ha sido objeto de prolongadas investigaciones. El mecanismo que explica de manera más satisfactoria los diversos aspectos observados, parece ser una transposición o-bencidínica de un tautómero de la hidrazona. Para corroborar este mecanismo se pueden citar las siguientes observaciones: 1) la reacción es catalizada con ácido; 1) la reacción procede normalmente en presencia de aminas aromáticas extrañas; 3) parece existir una correlación directa entre la facilidad de enolización de las cetonas y la facilidad de formación del indol a partir de fenilhidrazona; y 4) el átomo de nitrógeno eliminado como amoniaco es el que se encuentra más alejado del anillo aromático: (Paquette)

En particular, el mecanismo propuesto explica por qué las fenilhidrazonas de cetonas asimétricas producen en forma predominante o exclusiva el indol derivado del desplazamiento prototrópico hacia la enamina más sustituida. En caso de que el grupo carbonilo original esté cerca de un átomo de carbono secundario, se observa que no se produce la formación del indol normal, y el producto resultante es una indolenina. (Sainsbury, 2001)

SÍNTESIS DE INDOLES DE MADELUNG La deshidratación cíclica de N-acil o-toluidinas con bases fuertes a altas temperaturas produce Índoles. Este procedimiento es de utilidad debido a lo accesible de las materias primas. El mecanismo de la reacción de Madelung no ha sido esclarecido hasta la fecha. Aunque la función de la base es abstraer un protón del grupo metilo, se cree que los pasos anterior y posterior son más complejos de

lo que requeriría una condensación intramolecular sencilla de Claisen. Esta conclusión se deriva del hecho de que suele recuperarse la mitad de o-toluido como o-toluidina, de que se produce con frecuencia monóxido de carbono en el curso de la reacción y de que, al añadir formiato de potasio a la mezcla de reacción, suele contrarrestarse el efecto deteriorante de la pérdida de monóxido de carbono sobre el rendimiento. Además, cuando el átomo de nitrógeno lleva un sustituyente, los rendimientos de indol son muy bajos. (Paquette)

Una innovación reciente en la que las formamidinas se ciclan con N-metilaniluro de sodio en M-metilanilina a reflujo, parece muy prometedora. Se ha propuesto el siguiente mecanismo para esta modificación de la síntesis de Madelung: (Austin, 1988)

SÍNTESIS DE INDOLES DE REISSERT La reducción del ácido o-nitrofenilpirúvico y sus derivados con una gran variedad de reactivos como zinc en ácido acético, sulfato ferroso en hidróxido de amonio e hidrosulfito de sodio, conduce, vía la ciclodeshidratación de los ácidos oaminofenilpirúvicos intermediarios, a la formación de ácidos indol-2-carboxílicos que pueden descarboxilarse con facilidad por calentamiento a 200-250° C. El procedimiento es apropiado en especial para la preparación de Índoles sustituidos en el anillo bencenoide porque los ácidos pirúvicos se preparan con facilidad por condensación de o-nitrotoluenos con oxalato de dietilo en presencia de un catalizador básico: (Thornes, 1972)

SÍNTESIS DE INDOLES DE NENITZESCU La condensación de 1,4-benzoquinonas con 3-aminocrotonatos generalmente efectuada a la temperatura de reflujo de algún disolvente como la acetona, constituye un método importante para sintetizar indoles. Los ésteres indol3carboxílicos resultantes se descarboxilan con facilidad a reflujo con ácido clorhídrico al 20%. Cuando se emplea una 1,4-benzoquinona con sustituyente en posición 2 se pueden producir en teoría tres isómeros (sustituyente en posición 4, 6 o 7) de 5'hidroxi-3-carboxi-indol. Sin embargo, el derivado sustituido en 6 suele predominar o formarse exclusivamente, el derivado sustituido en 7 suele encontrarse en pequeñas cantidades (la proporción de los dos productos depende del volumen de los sustituyentes), pero en ningún caso se ha observado la formación del isómero en 4. (Paquette) Estas observaciones y otros experimentos al respecto sugieren un mecanismo en el cual el componente enamina se adiciona a la benzoquinona mediante su átomo de carbono β nucleofílico, por una reacción tipo Michael. Debido a los efectos electrónicos que deben tener cierta importancia en esta etapa del proceso, los sustituyentes de la benzoquinona, como grupos metilo y metoxilo, orientan la adición predominantemente hacia el otro lado de la molécula la proporción del isómero en 6 respecto al isómero en 7 tal vez sea una manifestación de influencias esféricas durante el paso final de ciclación en el cual se forma el anillo heterocíclico. (Paquette)

Por lo general, la reacción de Nenitzescu permite obtener derivados del indol con rendimiento bajo. Este fenómeno se ha atribuido a que una porción del aducto enamina-benzoquinona tiene la estereoquímica errónea para efectuar la ciclación, y a que no se produce isomerización cis, trans en las condiciones de reacción. (Roberts, 1974)

SÍNTESIS DE INDOLES DE BISCHLER La reacción de Bischier es otra síntesis general de Índoles que se efectúa mediante reacción de una arilamina con una α-halo, α-hidroxi o α-arilaminocetona en presencia de reactivo ácido. (Paquette)

METODOLOGÍA Formación de la fenilhidrazona de la acetofenona

Se colocó en un matraz Erlenmeyer de 125 ml ,1.0 g de acetofenona, 0.9 g de fenilhidracina, 3 ml de etanol y 3 gotas de ácido acético glacial.

Se dejó enfriar la mezcla de reacción y se filtró el precipitado usando papel filtro poro mediano y se lavó con alcohol frío.

Se mezcló homogéneamente y se caliente en baño maría a 80 ° C durante 5 minutos.

Formación del 2-fenilindol

En un matraz Erlenmeyer de 125ml se colocó el precipitado anterior y se adiciono 2.5 g de cloruro de zinc anhidro.

Inicio

Se enfrió ligeramente y se adiciono 15 ml de ácido acético glacial y se caliento con mechero hasta disolver el producto.

Se calentó la mezcla de reacción y se mantuvo la temperatura entre 140°C durante 10 minutos.

Se dejó enfriar un poco y se adiciono lentamente 20 ml de agua.

FIN

Se separó el producto por filtración a vacío y se lavó con un poco de agua fría.

Se recristalizo por par de disolventes etanol. Se determino el punto de fusión y rendimiento.

RESULTADOS OBTENCIÓN DE LA FENILHIDRAZONA

MECANISMO DE REACCIÓN:

OBTENCIÓN DEL 2-FENILINDOL

MECANISMO DE REACCIÓN

El punto de fusión obtenido al finalizar la práctica no fue correcto ni aproximado ya que se fundió muy por debajo de lo esperado, para esto se utilizó un fusiómetro para calcular el punto de fusión de la muestra, este se fundió en 85°c, teniendo como punto de fusión correcto entre 189° -190°.

Rendimiento teórico=1.6gr Rendimiento real=0.572gr Porcentaje de rendimiento=35.75% Al conocer el porcentaje de rendimiento de nuestra reacción sabemos que fue muy bajo ya que no se aproxima ni al 50% lo que nos indica que la obtención de 2fenilindol no fue exitosa. Obteniéndose el primer precipitado de color amarillo después de la recristalización con etanol-agua el segundo precipitado perdió color ya que se tornó blanco.

DISCUSIONES El rendimiento de nuestro producto fue muy bajo, esto se pudo deber a que no se le adicionó de manera correcta el cloruro de zinc como catalizador, así como la temperatura que no se mantuvo constante. Además, el punto de fusión fue bajo a comparación con el producto que deseamos obtener por lo que se infirió que no se dejó el tiempo adecuado en la estufa de secado.

CONCLUSIONES se llevó a cabo la síntesis del 2-feílindol mediante la síntesis de Fischer; así como también, se llevó a cabo el conocimiento de una reacción electrofilia intramolecular que caracteriza el mecanismo de dicha reacción.

Anexos Rendimiento. Fenilhidracina(C6H8N2) =108.14 g/mol Acetofenona(C8H8O) =120.102 g/mol Fenilhidrazona(C14H14N2) =210.208 g/mol 2-Fenilindol(C14H11N) =193.25 g/mol Rendimiento teórico de fenilhidrazona = 1.75gr

(1.75 gr C14H14N2) × (1 mol C14H14N2) / (210.208 g/mol) × (1mol C14H11N) / (1mol C14H14N2) × (193.25 g/mol C14H11N) / (1mol C14H11N) = 338.1875mol /210.208g/mol=1.6 gr Rendimiento teórico= 1.6 gr de (C14H11N) % de rendimiento=0.572/1.6=0.3575 x 100=35.75%

Referencias Austin, G. T. (1988). Manual de Procesos Químicos en la Industria. Mc Graw Hill. Paquette, L. A. (s.f.). fundamentos de química heterocíclica. Ohio: Limusa. Roberts, R. M. (1974). An Introduction to Modern Experimental Organic Chemistry. New York: Holt, Rinehart and Winston Inc. Sainsbury, M. (2001). heterocyclic chemestry. United states: the royal society of chemestry. Thornes, S. (1972). Heterocyclic chemestry. united states.