MICROONDAS 2010

USO DE LAS MICROONDAS EN SÍNTESIS ORGÁNICA

Facultad de Química Departamento de Química Orgánica,

Ciudad Universitaria

04510 México, D.F., México

Correo electrónico: [email protected]

[email protected]

M en C Fernando León Cedeño

Universidad Nacional Autónoma de México

Tipo de radiación

Longitud de onda

Rayos γ Rayos X Infrarrojo Microndas Ondas de radio

< 1 milimetro 1 metro Miles de metros

Longitud de onda (nm)

Energía (KJ/einstein)

Naranja RojoVioleta Azul Cyan VerdeAmarillo

LUZ VISIBLE

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

MAGNÉTICO

CAMPO

CAMPOELECTRÍCO

Charles Hard TownesPremio Nobel de física 1984

Miembro del equipo técnico de la Bell Telephone Laboratories de 1933 a 1947.

FCC: COMISIÓN FEDERAL DE COMUNICACIONES

El Dr. Townes trabajó intensamente durante la II Guerra Mundial en diseñar sistemas de radar contra bombas utilizando las microondas

En 1948 pasó a formar parte de la planta académica de la Universidad de Columbia como profesor asociado de física

En 1940, Sir John Randall y el Dr. H. A. Boot inventaron el tubo del magnetrón para producir las microondas del radar

Sir John Randall

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/16/Magnetron2.jpg

Percy Le Baron Spencer inventó el horno de microondas. Después de la guerra, el Dr. Percy Spencer trabajando en la Raytheon Manufacturing Company estaba investigando el tubo del magnetrón.

Percy Le Baron Spencer

Durante un experimento encontró que una barra de chocolate dentro de una bolsa de su saco se había fundido totalmente, aunque el efecto de las microondas ya se conocía. El Dr. Spencer dedujo que el magnetrón fue el que fundió su chocolate y no la temperatura de su cuerpo.

El primer horno de microondas se fabricó en 1952 para ser usado en restaurantes y costó $5,000 USA

DISOLVENTE TEMPERATURA (°C)

p.e. (°C) CONSTANTE DIELÉCTRICA

81 100 78.5465 65 32.6378 78 24.3049 61 4.8056 56 20.7025 68 1.8926 98 1.00

H2O

Temperatura alcanzada con 50 ml de disolvente durante 1 minuto de irradiación

CH3OHCH3CH2OH

CHCl3(CH3)2C=O

CH3(CH2)4CH3CH3(CH2)5CH3

ROTACION DEL DIPOLO:FENÓMENO EN EL CUAL LAS MOLÉCULAS SE ALINEAN AL

CAMPO ELECTRÍCO DE LA RADIACIÓN, Y AL ROTAR 43 VECES/SEGUNDO CADA UNA DE LAS

MOLECULAS, SE DESPRENDE CALOR.

Cl

HCl

Cl

Cl

HCl

Cl

cloroformo

MOLÉCULAS POLARES

microonda

Orientación de lasMoléculas de agua

oxígenohidrógeno

hidrógeno

Eo

δ+δ−

δ−

δ+

rotación

campo eléctricode la radiación de

microondas

δ+

δ−

cambio de fase de laradiación

Eo

δ+

δ−

desprendimiento de calorpor fricción

(pérdida de la constante dieléctrica)

Eo Eo

δ+

δ−

CAMPOELÉCTRICO

POLARIZACIOIÓNRESULTANTE

+ -

Conducción Ionica (Interacción de las microondas con el

Carbonato de calcio)

FUENTE DE CALOR CONVENCIONAL

externamentepor el paso de unacorriente eléctrica

a través de una resistencia

calor generado

ENERGIA DE LAS MICROONDAS

calor generado dentrodel seno de la misma mezcla de reacción

La energía de las microondas no cambia la química, esto es el mecanismo por el cual ocurre una reacción química

¿Como actúa la energía de las microondas para acelerar las reacciones e incrementar los

rendimientos?

La transferencia de la energía de lasMicroondas es directa con cualquier material que las absorba

La transferencia de energía es rápida lo cual crea condiciones de no equilibrio queresulta en temperaturas instantáneasrápidas (Ti)

Esta transferencia activa a un alto porcentaje de las moléculas por arriba de la energía de activación requerida

Svante August Arrhenius

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Arrhenius2.jpg

Constante de rapidez

Factor de frecuenciaó

Factor preexponencialCantidad matémática:

e

Constante de los gases

Temperatura en °

K

Energía de activación

Ea

Efecto de la Temperatura en la Rapidez de la reacción

energía

Frac

ción

de

mol

écul

asqu

e tie

nen

la e

nerg

ía E

Temperatura ambiente

RAPIDEZ DE REACCIÓN CON CALENTAMIENTO CONDUCTIVO

Frecuencia de las colisiones con la geometría correcta requerida para la reacción

k = Ae-Ea / RTT

TEMPERATURA TOTAL

La fracción de las moléculas con la cantidad mínima de energía requerida para la reacción

constante de rapidez de la reacción

La rapidez de reacción se acelera usualmente de 10 a 1000 veces cuando

se calienta con microondasTinstantánea > TTOTAL

ParaPara TTOTAL = 150 = 150 ooCC y para Ea = 50 kcal/mol

TTinstantánea = 206= 206 ooCC 1000 x 1000 x rapidezrapidezTTinstantánea = 185= 185 ooCC 100 x 100 x rapidezrapidezTTinstantánea = 167= 167 ooCC 10 x 10 x rapidezrapidez

APARATO DE MICROONDAS CONVENCIONAL MULTIMODO

• Multimodo – una gran cavidad, horno de microondas comercial, con una alta potencia• Se usa para reacciones en lotes grandes

Problemas:

1. Falta de calentamiento uniforme2. Solo se pueden calentar muestras

pequeñas (~ 1 mL)3. Existen variaciones en la unidades4. Para síntesis paralelas, todas las muestras

deben ser similares5. Baja densidad de poder: 25 a 30 watts por

litro6. No son eficientes para reacciones que

requieren de un alto poder de entrada

Magnetron

Aislador

Guía de las ondas

Microondas reflejadas

Muestra

Cavidad del horno

Microondas

Tecnología de Microndas Multimodo

Magnetrón o Klystron – generador de las microndas, transforma la energía electrica en radiación de microondas (conectado a un circuito electríco).El tubo hueco de cerámica, guía a las microndas

Cátodo(Filamento )

Cavidad resonante

Aspas

Ánodo(armazón)

Fuente de electrones

Bloque ánodo dentro del magnetrón

Antena

Magnetospermanentes

Cátodo(filamento)

Ánodo(armazón)

Guía de la onda

Vista lateral del magnetron

Movimiento de los electrones el bloque ánodo en el sentido de la manecillas de un reloj

cátodo

Electrones

cátodo

corriente antena

Nube de Electronesen rotación

Nube de electronesy corriente inducida

Microonda

Guía de la onda

Cámara

Cámara de la microondas

Aparato de Microondas Convencional Monomodo

• Una sola cavidad– Distribución de energía uniforme– Buen acoplamiento con muestras

pequeñas– Alta densidad de poder (900 watts / litro)

calentamiento más rápido


MICROONDAS

La cavidad circular de modo único dirige la energía de microondas en un área definida, lo que da como resultado un campo homogéneo que rodea a la muestra.

http://www.cem.com/synthesis/marsS.asp

Horno de microndas de Anton Paar, Synthos 3000

En resumen:

HORNO MULTIMODO (DOMÉSTICO COMERCIAL)Baja densidad de poder: 25 a 30 watts por litro

HORNO MONOMODO (PARA HACER REACCIONES)Alta densidad de poder (900 watts / litro)calentamiento más rápido

¿Química verde?(Química sustentable)

Curso de Química Verde Centro Mexicano de Química en Microescala,

Universidad Iberoamericana, A.C.Campus Ciudad de México

Kenneth M. Doxsee Universidad de Oregon

María del Carmen Doria Serrano (UIA)

The Oregon Green Chemistry Center

Principios de la Química Verde

PASIPan-American Advanced Studies Institute on

Sustainability and Green Chemistry

29 May – 10 July 2007Universidad Iberoamericana, México, D.F.

Química VerdeLa química verde es el diseño de productosquímicos y procesos que reducen o eliminan el uso y/o generación de sustancias peligrosas

Solución del siglo XXI a los problemas de la contaminación

12 principios de la química verde,

fueron publicados originalmente por

Paul Anastas y John Warner

Green Chemistry: Theory and Practice (Oxford University Press: New York, 1998),

6. Disminuir el consumo de energía.

12 principios de la química verde

1. Prevención.

2. Economía atómica.

3. Uso de metodologías que generen productos con toxicidad reducida.

4. Generar productos eficaces pero no tóxicos.

5. Reducir el uso de sustancias auxiliares.

12. Minimizar el potencial de accidentes químicos.

12 principios de la química verde

7. Utilización de materias primas renovables.

8. Evitar la derivatización innecesaria.

9. Potenciación de la catálisis.

10. Generar productos biodegradabables.

11. Desarrollar metodologías analíticas para la monitorización en tiempo real.

EJEMPLOS DESCRITOS EN LA LITERATURA

FORMACIÓN DE N-HETEROCICLOS

NH2 + Br Br

H2OK2CO3

MICROONDAS

REFLUJO

N

TIPO DE MATRAZ RENDIMIENTO (%)CERRADO 89ABIERTO 87

Barnard, T.M.; Vanier, G.S.; and Collins, M.J.; Organic Process Research & Development,2006,10,1233.

ESCALAMIENTO:

NH2 + Br Br

H2OK2CO3

MICROONDAS

REFLUJO

N

RENDIMIENTO (%)20.0

mmol0.2 mol 0.6 mol 1.0 mol

87 a 83 b 91 b 89 b

a reactor monomodo.b reactor multimodo

OOR

RI

I

n + nPd(OAc)2

PCH3 3

Bu3N, 1,4-DIOXANO

OR

OR

nR = nBu

REACCIÓN DE HECK

OOR

RI

I

n + nPd(OAc)2

PCH3 3

Bu3N, 1,4-DIOXANO

OR

OR

nR = nBu

poli(2,5-dibutoxi-1,4-fenilenvinileno)

OHHO + 2 IBASE

60 minutos25 Co

OOR

R

R = nBu

I2, HIO3, H2SO4 AcOH, CCl4

OOR

RI

I

PREPARACIÓN DEL 2,5-DIYODO-1,3-DI-n-BUTILDIÉTER DE LA HIDROQUINONA

OOR

RI

I

n + nPd(OAc)2

PCH3 3

Bu3N, 1,4-DIOXANO

OR

OR

nR = nBu

REACCIÓN DE HECK

OOR

RI

I

n + nPd(OAc)2

PCH3 3

Bu3N, 1,4-DIOXANO

OR

OR

nR = nBu

poli(2,5-dibutoxi-1,4-fenilenvinileno)

microondasbaño de aceite

Tetrahedron,2006,62,4709.

Ren

dim

ient

o (%

)

Tiempo (minutos)

sorpresa

LÍQUIDOS IÓNICOS

NR2 S

NR1R2

X:

N

N

R1

R2

R1 = CnH2n+1 ( principalmente n = 1 - 2 )R2 = CnH2n+1 ( n = 1 - 8 )X = I:- ; Br:- ;Cl:- ; PF6

- ; BF4- ; AlCl4

- ; SbF6- ; HSO4

-

X:

X:

CRISTALES DE UN LÍQUIDO IÓNICO

A temperatura ambiente los líquidos iónicos difieren de las sales fundidas clásicas , ya que ellos consisten de cationes orgánicos y tienen puntos de fusión que en general son menores a los 100 ºC.

PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS IÓNICOS:

1. CONDUCEN LA ELECTRICIDAD2. TIENEN UN APRESIÓN DE VAPOR MUY BAJA

(NO SON VOLÁTILES)3. MUCHOS TIENEN UNA BAJA COMBUSTIBILIDAD4. EXCELENTE ESTABILIDAD TÉRMICA5. UN AMPLIO INTERVALO DE TEMPERATURA EN

FASE LÍQUIDA6. EXCELENTES DISOLVENTES PARA MUCHOS

COMPUESTOS ORGÁNICOS7. MISCIBLES CON MUCHOS DISOLVENTES

ORGÁNICOS (CON EXCEPCIÓN DE LOS NO POLARES)

X = I:- ; Br:- ;Cl:- ; PF6- ; BF4

- ; AlCl4- ; SbF6

- ; HSO4-

R2 = CnH2n+1 ( n = 1 - 8 )R1 = CnH2n+1 ( principalmente n = 1 - 2 )

N

N

R1

R2X:

BALANCE HIDROFILICIDAD/LIPOFILICIDAD

SÍNTESIS DE LÍQUIDOS IÓNICOS

NN

H3C + XR

CALOR(REFLUJO)

3 a 72 horasN

NH3C

R+

X:-

La síntesis convencional de los líquidos iónicos tiene varias desventajas:

• Se necesitan largos tiempos de calentamiento a reflujo.

• La purificación de los líquidos iónicos con frecuencia es problemática y se necesitan grandes cantidades de disolventes orgánicos para extraer las impurezas.

USO DE LA RADIACIÓN CON MICROONDAS EN LA SÍNTESIS DE LÍQUIDOS IÓNICOS

NN

H3C + I NN

H3C +I:-

ConvencionalTiempo (min.)

MicroondasTiempo (min.)

Rendimiento (%)

640 4 92

N+I:-

+ I I:-N



Rendimiento (%)

960 10 95

I:-SN

CH3

++ ISN

CH3



Rendimiento (%)

1080 35 96

MECANISMO POR CONDUCCION.La irradiación con microondas de una solución que contenga iones en la muestra, hará que los iones se muevan a través de la solución bajo la influencia del campo eléctrico aplicado, lo que resultará en un gasto de energía debido a un incremento en la rapidez de las colisiones, convirtiendo la energía cinética en calor.

USO DE DISOLVENTES EN LAS REACCIONES CON MICROONDAS

DISOLVENTE CONSTANTE DIELÉCTRICA (ε)

1-METIL-2-PIRROLIDONA (NMP)

32.2

DIMETILSULFÓXIDO 46.7N,N-DIMETILFORMAMIDA 36.7

PROBLEMA: separación en el trabajo final de la reacción

DISOLVENTE CONSTANTE DIELÉCTRICA (ε)

HEXANO 1.88TOLUENO 2.38

TETRAHIDROFURANO (THF) 7.58DIOXANO 2.21

USO DE DISOLVENTES CON BAJAS CONSTANTES DIELÉCTRICAS EN LAS REACCIONES CON MICROONDAS

PROBLEMA: el calentamiento, y esto lo resuelve el uso de LI

EJEMPLOS DESCRITOS EN LA LITERATURA DE REACCIONES EMPLEANDO LA RADIACIÓN DE MICRONDAS Y LÍQUIDOS IÓNICOS,

Número de publicaciones conteniendo la frase “líquido iónico”ISIS

REACCIONES DE REDUCCIÓN SELECTIVA

NO:

O

OH3C

O

H CO

O:- +M

Pd(C) 10 %MICROONDAS (μw)

[BMIM]PF6

NH2

O

OH3C

7 MINUTOS 70 %

REACCIÓN DE HECK

+O-nBu

O [Pd]

MICROONDAS(μw)

Et3N, [BMIM]PF6

Br

R R

O-nBu

O

HALOGENURO DE ARILO

TIEMPO (MINUTOS)

RENDIMIENTO (%)

20 61Br

CH3O

REACCIÓN DE HECK

+O-nBu

O [Pd]

MICROONDAS(μw)

Et3N, [BMIM]PF6

Br

R R

O-nBu

O

HALOGENURO DE ARILO

TIEMPO (MINUTOS)

RENDIMIENTO (%)

20 90Br

F3C

REACCIONES DE CICLOADICIÓN 1,3-DIPOLAR

μwMICROONDAS

N CO2Et

OEt CO2Et o 70 C+

CH

O

EtOLÍQUIDO IÓNICO

OEt

O

NEtO2CCO2Et

Tetrahedron Letters,2000.41,7351.

LÍQUIDO IÓNICO: [EMIM]BF4 ó [EMIM]PF6

NNH3C +

PF6-

O

O

+Sc(OTf)2 (0.2 EQUIV)

DISOLVENTE, 25 C, 2 ho

O

O

CATALIZADOR DE ESCANDIO

O

O

+Sc(OTf)2 (0.2 EQUIV)

DISOLVENTE, 25 C, 2 ho

O

O

DISOLVENTE RENDIMIENTO (%)

CD2 Cl2 22[BMIM] PF6 (1 equivalente)

+ CD2 Cl245

[BMIM] PF6 >99

CATALIZADOR DE ESCANDIO

DIENOFILO DIENO PRODUCTO ENDO: EXO

RENDIMIENTO (%)

>99 : 1

94

>99 : 1

95O

O

O

O

O

O

REACCIONES DE DIELS-ALDER

REACCIÓN MULTICOMPONENTE

NNH3C +

HSO4-

LÍQUIDO IÓNICO CON CATALISIS ÁCIDA

H

CH3O

O

OCH3

O O

NH2H2N

O+ +

[BMIM] [HSO4]

MICROONDAS140 Co N

NH

HO

CH3O

O

OCH3

REACCIÓN DE BIGINELLI

H

CH3O

O

OCH3

O O

NH2H2N

O+ +

[BMIM] [HSO4]

MICROONDAS140 Co N

NH

HO

CH3O

O

OCH3

[BMIM] [HSO4], % MOL RENDIMIENTO %5 5510 9820 98

Russian Journal of Organic Chemisytry, 2007,43,[7],1058-1064

OBTENCIÓN DE FLAVONAS

OH

O O

R1 R2[EtNH3][NO3]

MICROONDAS22 a 50 SEGUNDOS

O

O

R1

R2

1,3-DICETONA PRODUCTO TIEMPO (SEGUNDOS)

RENDIMIENTO (%)

50 81

250 83

OH

O O

O

O

OH

O O

OCH3O

O

OCH3

BIO-LÍQUIDOS IÓNICOS.

AMBERLITA IRA-78NCH3

H3CH3C

OH

I:-+

NCH3

H3CH3C

OH

-:OH+

[H][Z]

H2O

NCH3

H3CH3C

OH

-:Z+

Z:- :

O:-

O

[ACETATO]

O:-

O

[PROPIONATO]

O:-

OHO

[GLICOLATO]

O:-

O

[BENZOATO]

O:-

O

[TIGLATO]

HOO:-

O

O

[H-SUCCINATO]

HOO:-

O

O

OH

[H-MALATO]

HOO:-

O

O

OH

OH

[H-TARTRATO]

Hay dos tipos principales de mecanismos para la interacción de las microondas con la materia

1. Interacciones dipolo2. Conducción iónica

1) Interacciones dipolo. Moléculas polares que interaccionan con el campo eléctrico oscilante de la microondas. Conforme más polar sea una molécula se acoplará más efectivamente con ella el campo de las microondas

2. Conducción iónica. Este mecanismo es el que opera cuando se utilizan los LI. Estos no poseen momento dipolo. Al aplicar el campo eléctrico oscilante de la microondas, estos LI se mueven con mayor rapidez, incrementando el número de las colisiones y favoreciendo así los choque que produzcan rupturas en las moléculas de sustrato

RESULTADOS OBTENIDOS AL SINTETIZAR COMPUESTOS ORGÁNICOS

HETEROCÍCLICOS UTILIZANDO LA

ACTIVACIÓN TÉRMICA CONVENCIONAL O CON MICROONDAS

DOCENCIA

COMPUESTOS ORGÁNICOS HETEROCÍCLICOS

(1735) EN LIQUIDACIÓN

CARRERA DE QUÍMICA

Facultad de QuímicaU.N.A.M.

DESARROLLO DE LAS REACCIONES UTILIZANDO RADIACIÓN CON MICROONDAS

1. UTILIZANDO DISOLVENTES POLARES

R = H NO2 H

NO2

; ;

+ R NH2H+

+ 2 H2O

O

ONRETANOL

USO DE RECIPIENTES DE TEFLÓN DE PARED GRUESA(OSYMA ENTERPRISES)

USO DE ADAPTADOR CALENTAMIENTO A REFLUJO(OSYMA ENTERPRISES)

96096 Fluka

ZeoliteBioChemika

Zeolita HZSM-5 (SiO2 /Al2 O3 = 40)

Zeolita CBV 100 (SiO2 /Al2 O3 = 2.6)

ETILÉNGLICOL

2. Reacciones sobre soportes minerales

MATRAZ DE REACCIÓN:

1) PIRROLES

SÍNTESIS DE PAAL-KNORR

+ R NH2H+

C OEtO

N

R

+ 2 H2O

C OEtO

O

O

R = H NO2 H

NO2

; ;

+ R NH2H+

+ 2 H2O

O

ONR

ALGUNAS AMINAS QUE SE HAN ESTUDIADO

RESULTADOS OBTENIDOS CON DIFERENTES AMINAS PRIMARIAS

ACTIVACIÓN TÉRMICA

CONVENCIONAL (CALENTAMIENTO A

REFLUJO, 60 MINUTOS)

ACTIVACIÓN TÉRMICA POR MICROONDAS (3 MINUTOS)

AMINA UTILIZADA pKb RENDIMIENTO DEL PIRROL (%)

RENDIMIENTO DEL PIRROL (%)

BENCILAMINA 4.6 72 68

ANILINA 9.37 70 70

p-NITROANILINA 13 73 75

UTILIZANDO DISOLVENTES POLARES

PAAL-KNORR

CLAUSON-KAAS

NO2

NO2

;

+ R NH2H+

+ 2 H2OO

O

NR

O OCH3CH3O NR

+ 2 CH3OH + H2OH+

R NH2+

R =

PIRROLESSÍNTESIS DE PAAL-KNORR O SU MODIFICACIÓN DE CLAUSON-KAAS

Reacciones sobre soportes minerales

RESULTADOS OBTENIDOS AL EFECTUAR LA REACCIÓN DE PAAL-KNORR

+H+

+ 2 H2OO

O N

NO2

NH2

NO2

CALENTAMIENTO CATALIZADOR TIEMPO RENDIMIENTO (%)

CONVENCIONAL HCl 60 ‘ 18

MICROONDAS ZEOLITA CBV 8014

1 ‘ 55

+H+

+ 2 H2OO

O N

NO2

NH2

NO2



MICROONDAS ZEOLITA CB 302 4E

1 ‘ 66

+ 2 CH3OH + H2O+H+ N

NO2

NH2

NO2OCH3CH3O O




1 ‘ 77

+ 2 CH3OH + H2O+H+ N

NO2

NH2

NO2

OCH3CH3O O




1 ‘ 10

N

O

O

NH2

O2N

zeolita, HCl (cat)2.5 min μo

O2N

Nzeolita, HCl (cat)2.5 min μo

O2N

O OMeMeO


SÍNTESIS DE PAAL-KNORR O SU MODIFICACIÓN DE CLAUSON-KAAS

Pirrol p.f. (° C) Rendimiento %

2,5-dimetil-1-(4-nitrofenil)pirrol 148-150 932,5-dimetil-1-(3-nitrofenil)pirrol 84-85 881-(4-nitrofenil)pirrol 180-182 831-(3-nitrofenil)pirrol 72-74 75


PIRROLES OBTENIDOS

2) INDOLES

X = H, Cl, CH3O, NO2

NH

N

X

+ NH4Cl

+N NH2H

X

O

N

HCl

N, HCl, Δ

N

X

H

SÍNTESIS DE FISCHER

RESULTADOS OBTENIDOS AL OBTENER LOS DERIVADOS DEL INDOL.

CH3O- O2N-

Activación térmica

convencional

Activación térmica por MICROONDAS

X: (reflujo 60’)RENDIMIENTO

(%):

(3 minutos)RENDIMIENTO

(%):

(5 minutos)RENDIMIENTO

(%):H- 60 77 50

H3 C-O- 77 80 44Cl- 65 74 55

O2 N- 71 80 53

UTILIZANDO DISOLVENTES POLARES

CH3

O

OH

+NH

NCH3O

O

+

- H , + H

NH

NH

H

HN

HN CH3O

OH

+

TRANSPOSICIÓN SIGMATRÓPICA 3,3:

NHN

H HN

N

H

HH

H

NN

H

HH

HNN

H H H

CICLIZACIÓN Y AROMATIZACIÓN

NN

H

HH

H HN H

HNH

HH

NH

NH

HH

- H , + H

NH

NH

HH

NH

H

+ NH3

NH

+ NH4 :OAc

- H , + H

NH

NH2+

O

AcOH

25 CoNH

N

AcOHCALOR

NH

NH

NH2 O+ N

H

NZnCl2

CALORZnCl2

NH

Síntesis de indoles de Fischer

NNH2

H

O

CH3

O

NH

NH

μo

AcOH/HCl

HCl2.5 min

1

2

3

4

5

AcOHzeolita


Indol p.f. (° C) Rendimiento %

1,2,3,4- tetrahidrocarbazol 118-120 93

2-fenilindol 187-189 88


Indoles obtenidos

3) 1,4-DIHIDROPIRIDINAS.SÍNTESIS DE HANTZSCH

+OEt

O O NH4OH

EtOHH H

O

N

OEtEtO

H

OO

RESULTADOS OBTENIDOS EN LA SÍNTESIS DE LA 3,5-DIETOXICARBONIL-2,6-DIMETIL-1,4-DIHIDROPIRIDINA.

ACTIVACIÓN TÉRMICA TIEMPO DE REACCIÓN

RENDIMIENTO (%)

MICROONDAS 3 MINUTOS 65CALENTAMIENTO A REFLUJO 45 MINUTOS 66

+OEt

O O NH4OH

EtOHH H

O

N

OEtEtO

H

OO

SÍNTESIS DE LA 4-ARIL-3,5-DIETOXICARBONIL-2,6-DIMETIL-

-1,4-DIHIDROPIRIDINA

+OEt

O O NH4OH

EtOHH

O

X

O O

H

EtO OEt

N

X

2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2 2 -CH3 3 -CH3 4 -CH3


MICROONDAS


CONVENCIONALX: TIEMPO REND.

(%)TIEMPO REND. (%)

15 S 70 3 H 4815 S 85 3 H 9515 S 43 3 H 30

2 MIN 70 34 H 802 MIN 80 34 H 982 MIN 50 34 H 40

2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2 2 -CH3

3 -CH3 4 -CH3

RESULTADOS OBTENIDOS EN LA SÍNTESIS DE LA 4-ARIL-3,5-DIETOXICARBONIL-2,6-DIMETIL-

-1,4-DIHIDROPIRIDINA

MECANISMO PROPUESTO:

R3 R2NH2

O

O

R1

O

R4Adición Michael

R3 R4

N OH H

R4

O O

R3+ NH4OH

HH

O

R2 R1

O O+

R2

OR1

O

R2

OR1

O

R3

R4

N

O

H

H +

ENONA

ENAMINA

NH

OHR2

R1

O O

R3

R4

NH

R

O O

R2

R4

R3

1)

2)

3)

Katritksky, A. R.; and Daryl, L.; Tetrahedron, 1986, 42, No. 20, 5729- 5738.

PASO LENTO: ADICIÓN-1,4

+ OEtEtO

OO

NH H

X

HON

O

OEt

H

H

OEt

O O

X

H OH

Lento

OBTENCIÓN DE LA 3,5-DIETOXICARBONIL-4-ARIL-2,6-DIMETIL-1,4-DIHIDROPIRIDINA.

2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2

2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2

2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2

ACTIVACIÓN TÉRMICA MICROONDAS

ACTIVACIÓN TÉRMICACONVENCIONAL

X: TIEMPO REND. (%) TIEMPO REND. (%)

15 S 70 3 H 48

15 S 85 3 H 95

15 S 43 3 H 30

2 -NO2

3 -NO2

4 -NO2

2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2

CON LOS GRUPOS NITRO EN PARA: RESONANCIA.

H3C OEt

ONO

O O

H3C O

ON

O O

O

Et


2 -CH3 3 -CH3 4 -CH3 ACTIVACIÓN TÉRMICA MICROONDAS


X: TIEMPO REND. (%)

TIEMPO REND. (%)

2 MIN 70 34 H 80

2 MIN 80 34 H 98

2 MIN 50 34 H 40

2 -CH3

3 -CH3

4 -CH3

CON LOS GRUPOS METILO EN PARA: HIPERCONJUGACIÓN.

O

O

O

CH2

EtO

O O

CH

H

H

Et

H


2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2

2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2

2 -NO2 3 -NO2 4 -NO2

ACTIVACIÓN TÉRMICA MICROONDAS


X: TIEMPO REND. (%) TIEMPO REND. (%)

15 S 70 3 H 48

15 S 85 3 H 95

15 S 43 3 H 30

2 -NO2

3 -NO2

4 -NO2

+ OEtEtO

OO

NH H

HO

NO

O

N

O

OEt

H

H

H OH

LentoOEt

O O

NO O

EFECTO INDUCTIVO DEL GRUPO ELECTROATRACTOR


3 -NO2 3 -CH3 X: ACTIVACIÓN TÉRMICA

MICROONDAS


CONVENCIONAL

TIEMPO REND. (%)

TIEMPO REND. (%)

15 S 85 3 H 95

2 MIN 80 34 H 98

3 -NO2

3 -CH3

+ OEtEtO

OO

NH H

HO

CH3

N

O

OEt

H

H

H OH

LentoOEt

O O

CH3

Síntesis de Hantzsch por microondas

OEt

O

O

EtO

O

ORC

O H

NH3

ZEOLITA

μondas5 minutos

N

OEtEtO

H

RH

OO


Fuente de NH3 : AcONH4

Etilenglicol

1,4-DIHIDROPIRIDINAS OBTENIDAS


Aldehído R: Rendimiento (%)

Formaldehído H- 89Benzaldehído Ph- 78

m-Nitrobenzaldehído 4-(NO2)Ph- 75

N

OEtEtO

H

RH

OO

OBTENCIÓN DE DERIVADOSDEL DIETILESTIBESTROL

Se usa en terapias hormonales para tratar el cáncer de próstata (estilboestrol (MR))

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/Diethylstilbestrol_structure.svg

13

OBTENCIOBTENCIÓÓN DEL N DEL ciscis--3,43,4--BISBIS--(3(3’’,4,4’’-- DIMETOXIFENIL) DIMETOXIFENIL) --33--HEXENO HEXENO

(VARIANTE DE LENOIR)(VARIANTE DE LENOIR)

OMeO

MeOMeO

MeO

OMe

OMe

TiCl4

THF

ZnPiridina

Reflujo6hN2

Cristales blancos, Cristales blancos, p.fp.f. 119. 119--120120°°CC

Rendimiento: 52%Rendimiento: 52%

Alois Fuerstner, Hans Weidmann. J. Org. Chem.; 1990; 55(4); 1363-1366.

14

OBTENCIOBTENCIÓÓN DELN DELCISCIS--3,43,4--BISBIS--(3(3’’,4,4’’--DIMETOXIFENIL)DIMETOXIFENIL)--33--HEXENO HEXENO

MICROONDASMICROONDAS

OMeO

MeOMeO

MeO

OMe

OMe

TiCl4

THF

Zn

Microondas10 min

Cristales blancos, Cristales blancos, p.fp.f. 119. 119--120120°°CC

Rendimiento: 31%Rendimiento: 31%

Stuhr-Hansen, N. Tetrahedron Lett.; 2005,46, 5491-5494.

10 minutos

Al utilizar la activación con microondas se obtienen mejores resultados y en menor tiempo de reacción que cuando se utiliza la activación térmica convencional.

Existen informes en los que es necesario controlar la temperatura y la presión en los reactores en los que se llevan a cabo las reacciones con activación térmica empleando radiación de microondas.

CONCLUSIONES.

Uso de catalizadores sólidos (arcillas, zeolitas) o bien LI

El mejor consejo que le puedo dar a alguien que se encuentre estudiando alguna reacción para obtener algún compuesto orgánico, es que pruebe el uso de la activación con microondas y posiblemente obtenga mejores resultados.

2. Los métodos de síntesis deberán diseñarse de manera que incorporen al máximo, en el producto final, todos los materiales usados durante el proceso.

Porcentaje de economía atómica =Peso Molecular Productos

Peso Molecular Reactivos x 100

Org. Lett., Vol. 7, No. 25, 2005

+OCH3

O

TOLUENO0 Co

1 h

[Et3Si(tolueno)]B(C6F5)4

O OCH3

H

95 %(ENDO:EXO = 99:1)

Se evitará, en lo posible, el uso de sustancias auxiliares (disolventes, reactivos de separación, etc.) y en el caso de que se utilicen que sean lo más inocuo posible.

H

O

CH3OC

OCH3

O

N

+C

OCH3

O

NCH3O

Al2O3

SIN DISOLVENTE

5. Reducir el uso de sustancias auxiliares.

Ventajas de prescindir del Ventajas de prescindir del disolventedisolvente

Mayor reactividad

A + B productok v = k[A][B] Concentración

máxima de reactivos

(Posibilidad de emplear la activación por microondas)

Simplificación de los procesos

Procesos de lavado y extracción más simples o innecesarios

Mayor productividad

Mayor cantidad en el mismo volumen de reactor

TTéécnicas posiblescnicas posiblesReacciones sin disolvente ni soporte

Sólido-SólidoSólido-LíquidoSólido-GasLíquido-LíquidoLíquido-GasGas-Gas

Uso posible de catalizadores

Reacciones sobre soportes minerales

Reacciones sólido-líquido con un catalizador de transferencia de fase (CTF)

Cinética de la reacción

A + B D

κ= A BK

6. Los requerimientos energéticos serán catalogados por su impacto medioambiental y económico, reduciéndose todo lo posible. Se intentará llevar a cabo los métodos de síntesis a temperatura y presión ambientes

I:-SN

CH3

++ ISN

CH3



Rendimiento (%)

1080 35 96

MICROONDAS 2010

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