Síntesis de Dihidropiridinas: Catalizadores Zn-Ce-CO3 y Zn-Fe-CO3

SÍNTESIS Y EMPLEO DE CATALIZADORES (Zn-Ce-CO3)-(Zn-Fe-CO3), PARA LA
OBTENCIÓN DE DIHIDROPIRIDINAS MEDIANTE LA REACCIÓN DE HANTZSCH
SYNTHESIS AND USE OF CATALYSTS (Zn-Ce-CO3) - (Fe-Zn-CO3), TO OBTAIN
THROUGH DIHYDROPYRIDINES HANTZSCH REACTION
Carlos E. Carrasco1, Lina M. Espitia1, Edson J. Gil1
1
Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Ciencias Aplicadas y
Ambientales (U.D.C.A), sede Bogotá.
Bogotá, Colombia. Campus Universitario Norte, Calle. Calle 222 No. 55 – 37, Teléfono:
(057)6684700.
[email protected], [email protected], [email protected].
RESUMEN
La obtención de dihidropiridinas, se hace importante debido a los campos de aplicación que
estos heterociclos presentan, ya que poseen una buena actividad biológica, a nivel
farmacéutico e incluso en la industria agroquímica. No obstante su síntesis implica tiempos
largos de reacción y obtención de bajos rendimientos. Es por ello que se ha implementado
el uso de catalizadores heterogéneos tipo hidrotalcita obtenidos por método de coprecipitación convencional y su posterior conversión a óxidos mixtos. (Catalizadores que
se esperaban obtener Zn-Ce-CO3 y Zn-Fe-CO3), los catalizadores se caracterizaron por
difracción de rayos x (DRX), y ensayos de basicidad. Para todas las reacciones que se
llevaron a cabo se trabajó con los catalizadores en relaciones 1.5 y 3; esto con el fin de
evaluar su actividad en el test catalítico y poder evidenciar el efecto de las propiedades
básicas y ácidas que estos pueden ofrecer en la síntesis. Los catalizadores fueron activos
para la síntesis de Hantzsch a 60° C y se realizó un seguimiento de la reacción por
cromatografía de capa fina (TLC). Los productos se aislaron con rendimientos del 15%,
18%, 20% y 23%. Y con tiempos de reacción (2-3 h). Las dihidropiridinas resultantes se
caracterizaron y se confirmaron mediante espectroscopia de radiación infrarroja (IR).
PALABRAS CLAVES:
Dihidropiridinas.
Hidrotalcita,
Óxidos
mixtos,
Reacción
de
Hantzsch,
ABSTRACT
Obtaining dihydropyridines, is important because the application fields that these
heterocycles have, as they have a good biological activity, to pharmaceutical and even level
in the agrochemical industry. However its synthesis it involves long reaction times and low
yields. It is therefore has implemented the use of hydrotalcite type heterogeneous catalysts
1
obtained by conventional method of co-precipitation and subsequent conversion into mixed
oxide (Catalysts are expected to get Zn-Ce-CO3 and Fe-Zn-CO3) these synthesized catalysts
were characterized XRD and testing of basicity. For all reactions were carried out, we
worked with the catalysts in relations 1.5 and 3; this in order to assess its activity in the
catalytic test and to demonstrate the effect of the basic properties and these can offer acid
synthesis. The catalysts were active for the Hantzsch reaction at 60 ° C and the reaction
monitored by TLC was performed. The products were isolated in yields of 15%, 18%, 20%
y 23%. And with reaction times (2- 3 h). The resulting dihydropyridines were
characterized and confirmed by IR spectroscopy.
INTRODUCCIÓN
Las hidrotalcitas, pertenecen a una clase de compuestos llamados arcillas aniónicas, o bien
si se trata de una hidrotalcita sintética se les denomina hidróxidos dobles laminares (LDH o
Layered Double Hidroxides). La variedad de familias de materiales tipo hidrotalcita que se
pueden sintetizar es enorme, siendo su fórmula general : [M(II)1-xM(III)x(OH)2 (An-)n/x]·m
H2O en la que el parámetro x indica la relación: [M(II)/M(II)+M(III)] [2], y en donde M(II)
puede ser Mg2+, Zn2+, Ni2+, etc., así mismo M(III) pueden ser Al3+, Fe3+, Ga3+, etc., A=
(CO3) 2-, Cl- , (NO3) - , (SO4) 2- , iso y heteropolianiones, carboxilatos, etc. Se ha reportado
que solo se pueden obtener compuestos tipo hidrotalcita cuando 0.2 ≤ x ≤ 0.33, ya que para
valores de x fuera de este rango se formarán los hidróxidos u óxidos libres del catión en
exceso, mezclados con la hidrotalcita [1].
Estos materiales se han desarrollado y aplicado como catalizadores heterogéneos así como
en soportes metálicos, para las transformaciones orgánicas en fase líquida con el fin de
aumentar la eficiencia de las mismas, esto incluye reacciones de alquilación, isomerización,
condensación, y ciclo adiciones [3]. Su actividad en condiciones relativamente apacibles es
un incentivo para la síntesis de productos de química fina, aún más cuando la química
ecológica y verde presenta gran demanda.
Es por ello que se ha hecho uso de este tipo de catalizadores para la obtención de 1,4dihidropiridinas, ya que estos heterociclos son de gran interés ya que presentan una buen
actividad biológica, a nivel farmacéutico en la elaboración de bloqueadores de calcio por lo
que poseen propiedades antihipertensivas, antianginosas, relajantes de los vasos sanguíneos
y como broncodilatadores, por lo cual también tienen aplicación en el tratamiento de la
hipertensión y así mismo se hace uso de este compuesto para el tratamiento del alcoholismo
[4], e incluso también tiene aplicación en la industria agroquímica en la producción de
insecticidas, herbicidas y acaricidas [5].
Las importantes propiedades farmacológicas entre sus otras aplicaciones demuestran
efectivamente el interés que se mantiene en la obtención de estos compuestos es por ello
que se buscan diferentes aspectos y variables que puedan ser modificados en su método de
2
síntesis, con el fin de favorecer la obtención de este. La estructura química general de los
derivados de 1,4-dihidropiridinas se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Estructura química general de los derivados de 1,4-dihidropiridinas
Desde entonces, la reacción de Hantzsch se ha ido modificando con el fin de mejorar el
rendimiento del producto final y de esta manera encontrar nuevas moléculas de interés
farmacológico principalmente.
El método clásico de obtener 1,4-Dihidropiridinas es mediante la reacción de Hantzsch, que
consiste en la condensación de un aldehído, un β-cetoéster y amoniaco, esto se puede
observar de mejor manera en el Esquema 1. Se ha evidenciado el uso de diversos
catalizadores en su mayoría homogéneos [7], lo cual evidencia un gasto y un uso de
solventes no recuperables aparte de condiciones fuertes de reacción durante largos
tiempos, dando lugar a bajos rendimientos.
Los estudios para la implementación de catalizadores heterogéneos en la síntesis de
Hantzsch se han hecho visibles con el tiempo gracias a los múltiples beneficios que estos
ofrecen. El mecanismo de reacción que incluye estos tres reactivos de diferente
estequiometria es bastante complejo, por lo cual ha sido descrito tanto en presencia de
catalizadores ácidos como básicos.
Así, Antonyraj y colaboradores [6] han publicado un trabajo sobre la síntesis de 1,4Dihidropiridinass a partir de benzaldehído, acetoacetato de etilo y acetato de amonio
haciendo uso de hidrotalcitas (HT), y sus respectivos óxidos mixtos (OM) de aluminio y
magnesio, estos autores descubrieron que la actividad de la Hidrotalcita disminuye con el
aumento de la relación Mg/Al y que la alta actividad catalítica de este material HTMgAl se
debe al comportamiento cooperativo de los centros ácidos y básicos presentes en el mismo.
Por otra parte Ebitani et al. [8] reveló un informe en el cual se da a conocer que
hidrotalcitas proporcionan una superficie bi-funcional ácido-base única capaz de promover
las reacciones Knoevenagel y Michael de nitrilos con compuestos carbonílicos.
Inicialmente se planteó la obtención de Catalizadores tipo HT y OM, para la síntesis de
Dihidropiridinas, a partir de la reacción de Hantzsch, haciendo uso de los precursores
3
nitrato de zinc en conjunto con el nitrato de cerio (III) y nitrato de zinc junto al nitrato de
hierro (III), capaces de catalizar la reacción para producir las dihidropiridinas en presencia
de agua.
Esquema 1. Esquema general de la Reacción de Hantzsch para la obtención de
Dihidropiridinas
MATERIALES Y MÉTODOS
Preparación de Hidrotalcita y conversión a Óxidos mixtos
La elaboración de los diferentes catalizadores tipo HT que inicialmente se esperaban
obtener, se llevó a cabo por el método de Co-precipitación, empleando carbonato de sodio
como agente precipitante, las relaciones entre el M+2/M+3 (Zn/Ce = 1.5 y Zn/Ce = 3) se
llevaron a cabo mediante el uso de los precursores Zn(NO3)2*6H2O y Ce(NO3)3 *6H2O, así
mismo se planteó las mismas proporciones para la síntesis de HT con Hierro (Zn/Fe = 1.5 y
Zn/Fe = 3), en donde sus precursores fueron Zn(NO3)2*6H2O y Fe(NO3)3 *9H2O. Las
relaciones anteriormente mencionadas se llevaron a cabo tomando como base de cálculo
una cantidad fija para M+2 de 15 mmol. Luego de preparar la mezcla, la solución acuosa
que contenía los metales, se adicionó por goteo a la solución precipitante de Na2CO3
(0.5M), con una relación de 50 mL/h, llevando un control de la temperatura de 35oC ± 5 oC,
manteniendo el pH de la solución entre 10 – 11.5, mediante la adición de NaOH (1M) [3].
El proceso de envejecimiento se realizó en dos etapas, inicialmente los catalizadores se
mantuvieron con agitación contante por 2 h a 60 oC, en la segunda etapa se retiró el
calentamiento y la agitación, posteriormente se planteó el tiempo y las condiciones para
cada HT sintetizada, en lo cual se estableció un tiempo de 15 días a condiciones
ambientales para las HT’s con relaciones de 1.5 y 3 de Zn/Fe, para la relación de Zn/Ce =
3, se optó por un tiempo de 8 días, y finalmente en la HT Zn/Ce = 1.5 se consideró el uso
del ultrasonido (US), durante 1 h.
Una vez se concluyeron estos procedimientos, los catalizadores, se lavaron hasta obtener
una conductividad inferior a 50µS/cm, y se secaron a 80 oC, por un tiempo de 24h,
4
finalmente se calcinaron los sólidos obtenidos a 500 oC por 4 h, para la obtención de los
respectivos OM.
Caracterización de los sólidos
Para la caracterización de los compuestos calcinados, se utilizó la técnica
espectrofotométrica IR, usando el equipo Diode Array Spectrophotometer HP 8452,
Infrarrojo Agilent Cary 630 FTIR, equipado con ATR y una lámpara de Deuterio,
Resolución 8 cm -1, y con un Rango de 4000 – 650 cm-1.
Las sustancias sintetizadas en relación 1.5 y 3 por co-precipitación, se caracterizaron por
difracción de rayos X (DRX) con un difractómetro PANanlytical equipado con un ánodo de
cobre (λ = 1,54056 Å). Los difractogramas se registraron en ángulos 2θ entre 8 y 80 ° θ,
empleando un tamaño de paso de 0,02 ° y una velocidad de 1°/min. Debido a los resultados
obtenidos que se da conocer en el desarrollo de este artículo, no se consiguió calcular a y c,
ya que no se obtuvo el compuesto HT, deseado. No obstante se logró la determinación de
los tamaños de partículas mediante la ecuación de Scherrer: Dp= Kλ/βCosθ, en la cual Dp
hace referencia al tamaño de partícula, K es un factor adimensional, con un valor próximo a
la unidad, este factor tiene un valor típico de 0.9, pero varia con respecto a la forma real del
cristal, β es el Ancho a altura media del pico de difracción en radianes y θ el ángulo de
difracción [9].
Finalmente se midió la basicidad, tanto los compuestos que se sintetizaron y calcinaron,
esto se llevó a cabo por método de titulación de Hammett [10], en el cual se hizo uso de del
Ácido benzoico como Solución valorante (0.5M), e indicadores como fenolftaleína, azul de
bromo timol y 4-nitroanilina.
Test Catalítico
Se mezclaron 2mmol de Benzaldehído, 6 mmol de 2,4-Pentanodiona, 4.5 mmol de
amoniaco, 2 mL de agua destilada, y 60 mg del catalizador a temperatura ambiente en un
matraz de fondo redondo en conjunto con un agitador magnético, a baño maría con
agitación de 500 rpm, a 60 °C, durante de un tiempo de 2 horas, el seguimiento de la
reacción se llevó a cabo por cromatografía de capa fina (TLC) (Cloroformo). Después de
terminada la reacción, la mezcla obtenida se dejó enfriar hasta temperatura ambiente, y se
extrajo con acetato de etilo. Posteriormente se filtró el compuesto que se utilizó como
catalizador, y la capa de disolvente se lavó tres veces consecutivas con agua, luego se secó
con sulfato de sodio anhidro, se filtró el sólido, y este mismo procedimiento se repitió 4
veces más, finalmente la mezcla obtenida se colocó en el equipo de rota vapor
HAHNVAPOR HS-2005S, con una rotación de 60 rpm, una temperatura de 60.5 oC y una
presión de vacío de 140 mbar. , en el cual el disolvente se eliminó, y se obtuvo una
sustancia de consistencia liquido-aceitosa.
La reacción general del test catalítico se muestra a continuación en el Esquema 2.
5
Esquema 2. Reacción síntesis de Hantzsch, a partir de benzaldehído, 2,4-Pentanodiona y
amoniaco, para la obtención de Dihidropiridina
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización de los compuestos sintetizados antes y después de la calcinación.
Se llevó a cabo un análisis de DRX, a los compuestos tipo HT que inicialmente se
esperaban obtener (HT_ZnCe_1.5, HT_ZnCe_3), estos difractogramas se pueden observan
en la Figura 2 y 3, que hacen referencia respectivamente a la relación Zn+2/Ce+3 de 1.5 y 3.
Cabe destacar que para ambos difractogramas se observa una buena cristalinidad no
obstante si compramos los resultados de la Figura 2, con los de la Figura 3 se puede inferir
que la primera es un poco más cristalina que la segunda, posiblemente por el efecto que
brindo el US, en el proceso de envejecimiento.
Figura 2. Difractograma para el compuesto con una relación de 1.5 Zn-Ce
6
Figura 3. Difractograma para el compuesto con una relación de 3 Zn-Ce
Se tiene como referencia que una HT típica como es el caso de la HT Mg-Al, posee un
difractogramas especifico, es decir, provee señales que son características para este tipo de
compuesto, sin embargo en este caso al usar diferentes cationes en los precursores (Zn-Ce)
y al no proveer las condiciones óptimas durante las síntesis, se puede suponer la formación
de compuestos colaterales a la del sólido de interés, es por ello que al correlacionar estos
resultados con una base de datos asequible, se pudo observar en dichos difractogramas, la
posible presencia de compuestos diferentes a las HT’s que se esperaban lograr, dichos
compuestos en el caso de la relación 1.5 de Zn-Ce son la Hidrocincita [14], y el
dihidroxibicarbonato de cerio (VI) mono hidratado, en cuanto al difractograma de la
Relación 3 de Zn-Ce existen probabilidades de obtener Zn(OH)2 también conocido como
Wulfingite [15], así como cincita (ZnO), sin embargo elucidar que compuestos están
específicamente no fue viable, por esto solo es posible un acercamiento a los probables
compuestos que podrían presentarse.
A continuación se presentan en las tablas 1,2, 3 y 4, los datos y resultados obtenidos
respecto a los ángulos 2Theta, intensidad, espacios interplanares, y tamaños de partícula.
Con respecto a los parámetros cristalográficos a y c, no fue posible determinarlos ya que los
compuestos obtenidos que son más probables poseen un sistema cristalino complejo
(monoclínico). Sin embargo si es posible evidenciar, el valor del Dp obtenido en el
compuesto con una relación de 1.5 Zn-Ce, es mayor que el valor del Dp en el compuesto
con una relación de 3 Zn-Ce, en este caso se evaluar el efecto que tiene el US, en la etapa
de envejecimiento, y el cual posiblemente favoreció en gran medida este resultado.
7
2Theta
Intensidad (Å)
d
1000,0
4,4536
20,24
720,5
4,3060
20,97
509,3
3,2964
27,87
372,6
2,8332
32,85
280,9
2,4185
39,58
242,1
2,3564
40,84
260,1
2,2936
42,81
Tabla 1. Resultados obtenidos para el compuesto con una relación de 1.5 Zn-Ce
Tamaño promedio de la
partícula (Dp)
761,52 Å
Tabla 2. Tamaño de partícula para el compuesto con una relación de 1.5 Zn-Ce
2Theta
Intensidad (Å)
d
288,1
6,9183
12,87
296,8
6,8452
13,01
366,4
5,5636
16,08
1000,0
4,3940
20,53
273,4
4,3435
20,78
704,7
3,7901
23,99
490,1
3,7621
24,18
262,7
3,4201
26,78
285,5
3,2557
28,25
216,5
3,2212
28,58
202,1
3,2007
28,78
259,0
3,0680
30,15
739,9
3,0380
30,48
418,4
3,0016
32,89
257,4
2,7964
33,44
324,8
2,7701
33,80
408,3
2,6369
35,76
399,8
2,4809
38,40
496,0
2,2333
43,63
368,6
2,1713
45,21
201,0
2,1111
46,88
Tabla 3. Resultados obtenidos para el compuesto con una relación de 3 Zn-Ce
8
Tamaño promedio de la
partícula (Dp)
310,44 Å
Tabla 4. Tamaño de partícula para el compuesto con una relación de 3 Zn-Ce
Espectroscopia IR, para los compuestos calcinados
Para la caracterización de los compuestos calcinados con relación 1.5 Zn-Fe, 3 Zn-Fe, 1.5
Zn-Ce, 3 Zn-Ce, se dispuso de un análisis por IR y a continuación se muestran los espectros
que se obtuvieron:
Figura 4. Espectro IR, Compuesto Calcinado con Relación 1.5 Zn-Ce
Figura 5. Espectro IR, Compuesto Calcinado con Relación 3 Zn-Ce
9
Figura 6. Espectro IR, Compuesto Calcinado con Relación 1.5 Zn-Fe
Figura 7. Espectro IR, Compuesto Calcinado con Relación 3 Zn-Fe
Como se pudo observar, en la figura 4, se muestra una tendencia diferente con respecto a
las figuras 5,6 y 7, en las cuales se ve reflejado la aparición de señales semejantes en
rangos de numero de onda similares, esto se debe a la relación manejada de M+2/M+3
(Zn/Ce = 1.5) y al método de envejecimiento que se utilizó para este (US), es posible
considerar que el efecto de cavitación mejora la formación de enlaces por interacciones
entre los reactantes, debido a la energía y presión liberada, dando lugar a colisiones entre
las moléculas de manera más efectiva, generando la formación de enlaces metal – oxígeno
(M-O), la cual comprende rangos que van desde 650 cm -1 a 850 cm -1, así mismo el efecto
que tiene el pH del Ce con respecto al Zn, permite sufrir ligeros desplazamientos hacia
números de onda mayores [11], por lo cual la señal comprendida en 900 cm-1 hace
10
referencia posiblemente al enlace Ce-O, con un tipo de vibración posiblemente de tensión
simétrica, y la señal en 700cm-1 probablemente sea del enlace Zn-O, esta última señal es
característica de óxidos simples o posibles espinelas.[12]. Así mismo las señales que
aparecen entre los rango de numero de onda 1385 cm-1 a 600cm-1 puede ser factiblemente a
la presencia de ion COO-, seguramente por la presencia de humedad en las muestras por
contacto con el aire, finalmente la señal que aparece entre 3400cm-1 y 3500cm-1, es
característica de una señal ancha de tensión tipo enlace O-H, estos grupos corresponden a
aquellos que son absorbidos por algún grupo higroscópico, presente en los polvos como por
ejemplo, en los óxidos de cerio y zinc, o típicos materiales de minerales arcillosos.[13]
Para la figura 5, con la misma composición pero diferente relación molar 3 Zn-Ce, se
observan las mismas tendencias que en la figura 4, esto con base en a la aparición de las
señales, no obstante estas son de menor intensidad, esto también se valora de acuerdo a la
relación que existe entre M+2/M+3 ya que de esto depende la fortaleza de los enlaces y la
masa de los átomos implicados con lo cual será necesaria más o menos energía para que se
produzca la absorción de la radiación. Así mismo si se aprecia desde el método de
envejecimiento que, como se mencionó en la síntesis constato de un tiempo de 8 días, sin
aplicar otra variable que favoreciera la formación de los compuestos deseados, así mismo la
señal que aparece en 1420cm-1, evidencia la fuerte presencia del ion COO-, lo permite
comprender que este oxido mixto es más higroscópico y se confirma con la aparición de
una señal ancha en el número de onda 3450 cm-1, característica de la interacción O-H,
mencionada anteriormente.
Por otra parte en las figuras 6 y 7, correspondientes a los compuestos calcinados en relación
1.5 y 3 Zn-Fe, se muestra un comportamiento similar, donde se destaca, la interacción
Oxigeno – Metal, comprendida en la señal de 650 cm-1, las cuales tiene una mayor
pronunciación.
Basicidad de compuestos sintetizados y calcinados.
Con respecto al análisis para determinar la basicidad de los compuestos se obtuvieron los
siguientes resultados, que se pueden observan en la Tabla 5.
COMPUESTO
Sintetizados
relación 1.5 Zn-Ce
Sintetizados
relación 3 Zn-Ce
Calcinados
relación 1.5 Zn-Fe
Calcinados
relación 3 Zn-Fe
Calcinados
relación 1.5 Zn-Ce
BACISIDAD, μmoL/g
Por el método Hammett no se obtuvo respuesta
459,4 μmoL/g
Por el método Hammett no se obtuvo respuesta
Por el método Hammett no se obtuvo respuesta
450,8 μmoL/g
11
Calcinados
relación 3 Zn-Ce
Sintetizados
relación 1.5 Zn-Fe
Sintetizados
relación 3 Zn-Fe
4115,6 μmoL/g
Por el método Hammett no se obtuvo respuesta
Por el método Hammett no se obtuvo respuesta
Tabla 5. Resultados obtenidos de Basicidad en compuestos sintetizados y calcinados
expresada en μmoL/g.
Como se puede observar en la Tabla 5, no se obtuvieron resultados por el método Hammett
para algunos de los compuestos de interés, dado que algunos de estos compuestos como es
el caso de Fe, tienen una coloración propia de tono marrón lo cual interfiere con la
titulación, en el momento de la adición de la fenolftaleína y el viraje que esta tiene (Fucsia
a incoloro).
De igual manera en el caso de la sustancia sintetizada en relación 1.5 Zn-Ce, por el método
de Hammett la cuantificación de la basicidad no es posible, ya que este ya se encuentra en
un estado ácido, dado por la relación molar existente entre los cationes Zn y Ce, debido a
que este último se comporta de manera ácida.
Los resultados obtenidos demuestran la cantidad de sitios básicos presentes en el sólido por
cada gramo catalizador, no obstante para el desarrollo de la síntesis de Hantzsch en la
obtención de Dihidropiridinas, se tiene en cuenta que esta reacción puede llevar se acabó en
presencia de un catalizador tanto ácido como básico, para lo cual en este caso se buscó
sintetizar un HT y su posterior conversión a OM con Propiedades bifuncionales [7].
Evaluación Catalítica
Se llevó a cabo la síntesis de Hantzsch, mediante el uso de agregados calcinados, para la
obtención de Dihidropiridinas, para lo cual inicialmente se propuso el siguiente mecanismo
visible en el Esquema 3.
2
12
I.
II.
Condensación
Reacción de Knoevenagel
13
Condensado de Knoevenagel
III.
Tautomería Imina-Enamina; Formación del producto (Reacción de Michael)
14
Dihidropiridina
Esquema 3. Mecanismo propuesto para la síntesis de Hantzsch
Como se puede observar en el mecanismo propuesto, intervienen tres clases de reacciones,
cada una de ellas contiene diferentes variables en las cuales la sustancia que se utilizó como
catalizador prestara su posible intervención. Por ejemplo el aporte de un medio que mejorar
el tiempo de reacción, esto se da por los centros básicos de Lewis asociados con O2-, al
haber calcinado [7].
En lo que respecta a el mecanismo, este consiste en primera medida, en el ataque
nucleofilico a la especie carbonilo de la pentanodiona por el amoniaco, seguido de una
deshidratación para la obtención del primer intermediario. A continuación se lleva a cabo
una tautomerización de la molécula pentanodiona, luego se realiza una condensación de
Knoevenagel entre el benzaldehído y el producto de la tautomerización, en el cual se realiza
un ataque nucleofilico desde el doble enlace carbono-carbono formado hacia el carbonilo
del benzaldehído, dando lugar al condensado de Knoevenagel, y posteriormente el primer
intermediario en conjunto con el condensado y en presencia del catalizador bifuncional,
propicia el arreglo de tautomería desde la enamina hasta la imina, finalmente se da una
15
ciclación del compuesto y una deshidratación para obtener el producto de interés
(Dihidropiridina).
Espectroscopia IR, para el compuesto Dihidropiridina
Los productos obtenidos en la síntesis de Hantzsch, se caracterizaron por espectroscopia IR,
los resultados obtenidos se muestran en las figuras 8, 9, 10 y 11.
Figura 8. Espectro IR, Dihidropiridina sintetizada en presencia de Compuesto calcinados
relación 1.5 Zn-Ce.
Figura 9. Espectro IR, Dihidropiridina sintetizada en presencia de Compuesto calcinados
relación 3 Zn-Ce.
16
Figura 10. Espectro IR, Dihidropiridina sintetizada en presencia de Compuesto calcinados
relación 1.5 Zn-Fe.
Figura 11. Espectro IR, Dihidropiridina sintetizada en presencia de Compuesto calcinados
relación 3 Zn-Fe.
Como se observa los cuatro espectros de IR, poseen señales similares por lo que es posible
decir que los compuestos obtenidos en cada una de las reacciones catalizadas, tienen
resultados semejantes.
Es posible observar que las señales que aparecen en un número de onda aproximadamente
de 3020 cm-1 , hacen referencia a los enlaces =C-H, presentes en el anillo aromático y en
17
heterociclo que contiene al nitrógeno, así mismo señales alrededor de 1729cm-1 y 1855cm-1,
conciernen al enlace C=O de tensión correspondientes a los dos grupo carbonilo de la
dihidropiridina, la señal con poca intensidad que aparece en 1580cm-1 y 1490cm-1, se
describe como las vibraciones de flexión del enlace N-H visible en la estructura de la
dihidropiridina, una señal un poco más aguda en la región 1400cm-1 y 1500cm-1 define la
presencia de un núcleo bencénico, entre los números de onda de 1200cm-1 y 1300cm-1, se
encuentra la sustitución 1, en un anillo aromático del enlace C-C (flexiones en el plano),
las señales que se detectaron entre 1000cm-1 y 1100 cm-1, pertenecen a las tensiones entre
los enlaces C-H presentes, finalmente las señales que aparecen entre los rango de 1000cm-1
y 700cm-1 , se localizan las sustituciones en el anillo aromático.
Para confirmar que los Espectros obtenidos, si correspondieran al producto de interés y no a
los reactivos involucrados, se llevó a cabo un seguimiento de la reacción por TLC, como se
muestra en las imágenes 1 y 2. Este análisis se llevó de manera cualitativa, haciendo uso de
una fase estacionaria (Alumina) y una fase móvil (Cloroformo), inicialmente se realizó la
siembra del reactivo pentanodiona en la sección derecha de la placa, seguido de la mezcla
de reacción con el uso de los catalizadores en relación 1.5 y 3, respectivamente, la Imagen
1, muestra el seguimiento para la obtención de la Dihidropiridina haciendo uso del
compuesto calcinado Zn-Ce, por otra parte en la Imagen 2, se observa que presenta el
mismo comportamiento que la anterior, en este caso la siembra se realizó para el
seguimiento de la reacción pero con el uso del compuesto calcinado Zn-Fe. Como se puede
analizar y correlacionar los 6 diferentes tipos de corridas, se observa la formación de los
productos en relación a los reactivos.
Imagen 1. Seguimiento TLC para la Imagen 2. Seguimiento TLC para la
reacción con compuesto calcinado Zn-Ce
reacción con compuesto calcinado Zn-Fe
Los rendimientos que se obtuvieron en la síntesis de Hantzsch, se muestra a continuación
en la tabla 6.
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Evaluación Catalítica
Blanco (Uso del catalizador FeCl3)
Síntesis de Dihidropiridina (compuesto calcinado
relación 1.5 Zn-Ce)
Síntesis de Dihidropiridina (compuesto calcinado
relación 3 Zn-Ce)
Síntesis de Dihidropiridina (compuesto calcinado
relación 1.5 Zn-Fe)
Síntesis de Dihidropiridina (compuesto calcinado
relación 3 Zn-Fe)
Rendimiento (%)
48.4477
15.5583
18.1087
20.1316
23.0385
Tabla 6. Rendimientos obtenidos para la síntesis de Dihidropiridinas
Al observar los resultados obtenidos, es posible afirmar que no se obtuvieron buenos
rendimientos en la síntesis para la obtención del producto de interés haciendo el uso de los
posibles catalizadores, si esto a su vez se compara con el blanco y la presencia del
catalizador homogéneo que se utilizó en este (FeCl3), se podría inferir que este metal
debido a su propiedades acidas, tiene mayor actividad en la reacción, por ello se ve también
un leve aumento en el rendimiento de la síntesis de Dihidropiridinas con el uso de los
compuestos calcinados que contenían Fe esto en comparación a los que contenían Ce.
CONCLUSIONES
Los agregados calcinados, obtenidos a partir de la síntesis de los compuestos obtenidos por
co-precipitación en relaciones 1.5 y 3, para Zn-Ce y Zn-Fe, no mostraron la actividad
esperada para la obtención de Dihidropiridinas en la síntesis de Hantzsch, aunque si fueron
activa para esta, no se obtuvieron buenos rendimientos, por lo cual se concluye que durante
su formación se presentaron interferencias, y la ruta sintética no fue óptima para obtención
de OM, lo cual se evidencia en los difractogramas, puesto que al realizar la comparación de
los resultados con los reportados por la literatura y respecto a la teoría no se demuestra un
comportamiento semejante y propio de este tipo de materiales, esto puede deberse a que los
cationes escogidos, presentan múltiples estados de oxidación, dando vía libre a la
formación de compuestos como mezclas de minerales diferentes a los de interés, por lo
cual se debe optimizar una ruta sintética para controlar los parámetros que son
determinantes (pH, Temperatura, Relaciones molares, Selección de los precursores,
métodos de envejecimiento, entre otros) en la síntesis para la obtención de HT y OM.
El uso de US, mejoro lo tiempos de envejecimiento y es posible que ayude en la formación
del sólido de interés (Catalizador), debido al efecto que tiene el fenómeno de cavitación
mediante la liberación de energía y presiones altas, que pueden brindar características
propias de este tipo de materiales, como buena porosidad, área superficial y el efecto que
tiene en el tamaño de partícula.
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La determinación del porque el uso de estos cationes se debe, a las propiedades ácidas, que
todos ellos poseen (Zn, Fe, Ce), además de los caracteres bifuncionales que pueden adquirir
en una síntesis propia de la HT’s la cual se da en medio básico, y que es de mayor
consideración si se llevan hasta OM, por lo que confiere una ventaja sobre la HT’s
convencionales (MgAl), en este tipo de reacciones (Síntesis de Hantzsch)
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a la UNIVERSIDAD DE CIENCIAS APLICADAS
AMBIENTALES (U.D.C.A), así como a los profesionales y educadores Mónica Muñoz y
Camilo Perdomo, que acompañaron y apoyaron el desarrollo de este trabajo.
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