Síntesis de 2-fenil-bencimidazol usando microondas

OBJETIVOS

—Realizar la síntesis de 2-fenil bencimidazol a partir de benzaldehído y 1,3-fenilendiamina utilizando microondas

—Purificar y caracterizar espectroscópicamente al 2-fenilbencimidazol

INTRODUCCIÓN

Las moléculas tienen la característica de un dipolo eléctrico (parecido a un imán pero estos tienen un dipolo magnético), es decir, poseen un extremo con carga positiva y un extremo con carga negativa.

El campo electromagnético generado en el horno mueve literalmente las moléculas de agua orientándolas en una dirección. Pero apenas las moléculas de agua se orientan en una dirección determinada, el campo eléctrico se invierte, con lo que todas las moléculas de agua cambian su posición (rotan). Estas inversiones de la orientación del campo electromagnético suceden rápidamente, a razón de 2,450 millones de veces por segundo, es decir 2.45 GHz, lo que produce calor por la agitación molecular (el calor está directamente relacionado con la vibración o agitación molecular).

El bencimidazol es un heterociclo muy conocido por sus buenas propiedades antibacterianas y antifúngicas.1 Igualmente, algunos derivados del bencimidazol, como el omeprazol, actúan como inhibidores de la bomba de protones de manera selectiva e irreversible en la región gástrica. La farmacocinética y farmacodinámica de estos inhibidores es ideal para el tratamiento de úlceras estomacales, y, en combinación con otros fármacos, erradicación del Helicobacter pylori. 2,3 También se ha estudiado su actividad frente a diversos virus, como el Human cytomegalovirus, HCMV,4 y el virus de la influenza. 5

El benzimidazol ha sido muy estudiado por su similitud estructural con la bipiridina, especialmente por sus potenciales propiedades optoelectrónicas.12 De otro lado, recientemente se está estudiando sus propiedades biológicas. Por ejemplo se ha estudiado su actividad inhibitoria de la topoisomerasa

Los derivados de bencimidazol no han mostrado, hasta la fecha, propiedades líquido-cristalinas o mesomórficas. Entre los ejemplos más cercanos podemos mencionar los complejos de Ag(I)-alquilimidazol que presentan una fase esméctica A.15 Sin embargo, los complejos análogos con alquilbencimidazol ni los ligandos orgánicos presentaron dichas propiedades.(Oscar Ninán, Robert Chareyron, Oscar Figuereido, Julio Santiago, Lista de referencias ‘d’)

ACTIVIDADES PREVIAS

1. Investigue las precauciones que se deben tener al utilizar las microondas como fuente de energía.

—Jamás ponerlo en funcionamiento si no hay nada dentro, se puede dañar.

—Dejar reposar el “producto” antes de sacarlo del microondas, pueden ocurrir casos de quemaduras y lesiones por ebullición instantánea.

—Utilizar sólo recipientes aptos para microondas. El vidrio Pirex es el más adecuado.

—Tener cuidado al introducir recipientes de plástico.

2 Investigue los usos del 2-fenilbencimidazol

—Inhibidores de la PARP en derivados cosméticos.

—Inhibidores de la enzima poli (ADP--ribosa) para preparado de drogas

—Es un ingrediente que se encuentra en los agentes de protección solar. Puede absorber la parte de luz UV de la luz solar.

3. Investigue las propiedades químicas y características fisicoquímicas del benzaldehído y del 1,2-fenilendiamina

Benzaldehído.

Punto de ebullición: 179°C

Punto de fusión: -26°C

Densidad relativa: 1.05

Solubilidad en agua: (escasa)

Líquido entre incoloro y amarillo viscoso, de olor característico.

La sustancia es nociva para organismos acuáticos. El contacto prolongado o repetido puede producir sensibilización de la piel.

1,2-Fenilendiamina

Punto de ebullición: 284-287°C

Punto de fusión: 63°C

Densidad: 1.14 g/cm³

Solubilidad en agua: soluble

La sustancia irrita los ojos y la piel. Puede causar efectos en riñón y sangre, dando lugar a fallo renal y formación de metahemoglobina. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

i) La 1,2-fenilendiamina y el Na₂S₂O₅ se maceran en un mortero para homogeneizar el tamaño de partícula y se coloca en un vaso de ptdos. de 25 mL. Se añade el benzaldehído.

ii) El vaso con la mezcla se introduce en el horno de microondas, durante 2 minutos a máxima potencia. El calentamiento se lleva a cabo en dos partes con intervalo de espera de 10’s

iii) Terminada la reacción, el vaso se retira del horno y se le añaden 20 mL de agua destilada, se agita manualmente con el agitador de vidrio y se filtra. El sólido se lava con 10 mL. más de agua destilada.

iv) El sólido se trasvasa a un vaso de precipitados y se le añaden 10 mL de tolueno, la suspensión resultante se agita manualmente y se filtra. Se lava con una porción de 5.0 mL más de tolueno.

v) El sólido insoluble se deja secar para determinar su punto de fusión y rendimiento, así como hacerle una cromatoplaca en sílica gel.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

1. Asigne los espectros de RMN de ¹H y ¹³C del producto obtenido

Figura 1. Espectro de RMN de H¹ teórico del 2-fenil-bencimidazol.

Los H a deben presentar un duplete puesto que ambos están acoplados con el hidrógeno b, a su vez los hidrógenos b deberán estar acoplados con uno de los hidrógenos a produciendo un duplete también. Se debe aclarar que cada hidrógeno a  estará acoplado con sólo un hidrógeno b y no con los dos, por tanto producirá un duplete.

El hidrógeno c no estará acoplado con ningún otro, por tanto ha de presentar un singulete, con desplazamiento químico de las aminas secundarias de 5.0 &. Los hidrógenos d estarán acoplados cada uno con un hidrógeno e, por lo que han de producir un duplete. Los hidrógenos e en cambio, estarán acoplados cada uno con un hidrógeno d y el hidrógeno f, por lo que han de producir un triplete. Por último, el hidrógeno f se acoplará con los dos hidrógenos e  por lo que deberá ser un triplete.

Hubo un traslapamiento de señales debida a que los desplazamientos de hidrógenos están muy cerca uno de otro, lo que se podría hacer sería aumentar los 300 MHz {en el espectro experimental} a una cantidad mayor, para así poder observar las señales de los protones con más detalle.

Figura 2. Espectro de RMN de H¹ experimental del 2-fenil-bencimidazol.

Comparándolo con el espectro teórico obtenido y ya explicado, todas las líneas coinciden excepto una muy notoria, la a1. Suponemos que la línea a1 se debe al disolvente usado o a alguna impureza; así pues, usamos benzaldehído y tolueno para disolver el 2-fenil-bencimidazol, sin embargo los desplazamientos característicos de los grupos carbonilo (aldehído) son de 10-11 &, en cambio, los característicos del grupo CH₃— unido a un anillo aromático es de ~2.4& y los de los protones aromáticos es  idéntico –o parecido—a los de los protones aromáticos del 2-fenil-bencimidazol, entonces seguramente las señales de los protones aromáticos del tolueno deben estar sobrepuestas a las señales de los protones aromáticos del 2-fenil-bencimidazol.

Figura 3. Espectro de RMN H¹ del tolueno.

Fuente: Morrison & Boyd (2006), pp. 526

Figura 4. Espectro de RMN de C¹³ teórico del 2-fenil-bencimidazol.

En el espectro teórico se observan ocho señales de carbono características de los ocho tipos de átomos de carbono equivalentes en la molécula. En el caso de RMN de C¹³ como no hay acoplamientos –producidos por la poca abundancia de carbono—13 y, por tanto, la poca probabilidad de que se acoplen dos de ellos—no podemos deducir más del espectro más que comprobar que en efecto son ocho tipos de carbonos y que los desplazamientos químicos están dentro del área de carbonos aromáticos (110-140).

En el espectro de RMN de C¹³ práctico vemos una señal a 20& que sería característica de los grupos alquilo, en este caso, del grupo metilo proveniente del tolueno. Como ya hemos comprobado en el espectro de RMN de ¹H el compuesto que obtuvimos no era del todo puro porque contenía tolueno –que adicionamos para el filtrado--. Los carbonos aromáticos del tolueno aparecerán dentro de la zona de 110-140ppm y no los podemos contar en este caso, pues como también el compuesto tiene carbonos aromáticos no podemos saber cuántos de ellos se traslapan. Tampoco podríamos simplemente sobreponer el espectro de RMN de C¹³ del tolueno sobre el del 2-fenil-bencimidazol pues ambientes químicos distintos, desplazamientos distintos.

Figura 5. Espectro de RMN de C¹³ experimental del 2-fenil-bencimidazol.

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

—Morrison&Boyd (2006). Química orgánica (5ª Ed.). Nueva York, E.U.A.: Editorial Adison-Wesley

—Paquette (1990). Química heterocíclica (1ª Ed.). E.U.A: Editorial Limusa.

—Gilchnist (1995). Química heterocíclica (1ª Ed.). Inglaterra: Editorial Adison-Wesley

—NIELS, National Institute of Environmental Health Sciences: Sustancias químicas comunes y seguridad. http://www.niehs.nih.gov/about/community/espanolsustancias.cfm, consultado el 08-nov-10 a las 16:40 hrs.

Mientras que el sexo es la banalidad de los ignorantes, la ciencia es el orgasmo supremo de las mentes pensantes.

Anónimo