INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL PRÁCTICA 12 SINTESIS DE 5,5-DIFENILHIDANTOINA ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS GAMIÑO GARCIA RAUL ANTONIO MEJIA CASTILLO EDUARDO SECCION: 2 Se sintetizó 5,5-difenilhidantoína, fungiendo como reactivos la urea, bencilo, NaOH y EtOH. Se montó un dispositivo a reflujo por 2 horas, después se procedió a la destilación para eliminar al etanol, se enfrió el destilado y agregó agua para filtrar al vacío el sólido (el cuál era el subproducto) y de éste se tomó una pequeña muestra para su posterior análisis. La solución acuosa obtenida se aciduló con HCl y se precipitó a un pH de 2, se filtró al vacío y para recristalizar se utilizó etanol, se calentó y se solubilizó el producto para filtrarlo al vacío. Se secó el producto puro recristalizado y al subproducto, se determinó el punto de fusión, rendimiento y se montó una cromatografía para ambas muestras. Resultados. Placa de Cromatografía en capa fina. Frente de solvente: 2.7 Recorrido de la muestra: 1 Rf: 0.370 Cálculos de rendimiento. Reactivo limitante: urea 0.5g (8.024x10-3 moles) Reactivo Exceso: Bencilo 1 g (4.75x10-3 moles) Rendimiento %= Rendi . real Rendi. teorico x 100 % Para obtener 1.1g de 5,5-difenilhidantoina se utilizaron (8.024x10-3 moles de urea y 4.75x10-3 moles de Bencilo. P.M. urea------P.M. de 5,5-difenilhidantoina g de urea------ X g . de 5,5-difenilhidantoina Xgde.de 5,5−difenilhidantoina= ( 0.5 g) ( 252. 60.56 m Rendimiento %= 0.9 g 2.08 g x 100 % =43.26 . % Discusiones de Resultados. La síntesis se inicia por medio de una adición nucleofílica de un grupo amino de la urea a uno de los carbonos carbonílicos del Bencilo dando lugar a la formación de un enlace C-N en la estructura (1), posteriormente por reacciones acido base de genera un intermediario gem-amino alcohol (2).Figura 1. Ph Ph O O H 2 N NH 2 O Ph Ph O O N H 2 N O Na H H HO H OH Ph Ph HO O N H 2 N O H H 2 O Na OH + (2) (1) Figura1. Reaccion entre la urea y el bencilo para dar lugar a uncompuesto gem-amino alcohol(2) Nombre: 5,5 DIFENILHIDANTOINA Estructura: N H H N O O Ph Ph Peso o volumen: 252.27 g/mol Rendimiento en %: Reportado:55% Obtenido:43. 26% Punto de Fusión: Reportado :293-296°C Obtenido:290-292°C Aspecto físico: Solido Blanco Rf Sistema de elución y revelador : 0.370 Sist.Eluci ón: AcOEt/ hexano1:1. Revelador: Lámpara de rayos U.V. Disolvente usado para recristalizar: Etanol
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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL PRÁCTICA 12 SINTESIS DE 5,5-DIFENILHIDANTOINAESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS GAMIÑO GARCIA RAUL ANTONIO
MEJIA CASTILLO EDUARDO SECCION: 2
Se sintetizó 5,5-difenilhidantoína, fungiendo como reactivos la urea, bencilo, NaOH y EtOH. Se montó un dispositivo a reflujo por 2 horas, después se procedió a la destilación para eliminar al etanol, se enfrió el destilado y agregó agua para filtrar al vacío el sólido (el cuál era el subproducto) y de éste se tomó una pequeña muestra para su posterior análisis. La solución acuosa obtenida se aciduló con HCl y se precipitó a un pH de 2, se filtró al vacío y para recristalizar se utilizó etanol, se calentó y se solubilizó el producto para filtrarlo al vacío. Se secó el producto puro recristalizado y al subproducto, se determinó el punto de fusión, rendimiento y se montó una cromatografía para ambas muestras.
Resultados.
Placa de Cromatografía en capa fina.
Frente de solvente: 2.7 Recorrido de la muestra: 1 Rf: 0.370
Cálculos de rendimiento.Reactivo limitante: urea 0.5g (8.024x10-3 moles)Reactivo Exceso: Bencilo 1 g (4.75x10-3 moles)
Rendimiento%= Rendi . realRendi . teorico
x100%Para obtener 1.1g de 5,5-difenilhidantoina se utilizaron (8.024x10-3 moles de urea y 4.75x10-3 moles de Bencilo.
P.M. urea------P.M. de 5,5-difenilhidantoinag de urea------ X g . de 5,5-difenilhidantoina
X gde .de5,5−difenilhidantoina=(0.5 g )(252.27 g
mol )60.56 g
mol
=2.08g teorico
Rendimiento%= 0.9 g2.08 g
x 100 %=43.26 .%
Discusiones de Resultados.
La síntesis se inicia por medio de una adición nucleofílica de un grupo amino de la urea a uno de los carbonos carbonílicos del Bencilo dando lugar a la formación de un enlace C-N en la estructura (1), posteriormente por reacciones acido base de genera un intermediario gem-amino alcohol (2).Figura 1.
El intermediario gem-amino alcohol sufre una ruptura heterolecita en el grupo funcional-OH (3) formando una sal de imino (4) y por medio de un equilibrio acido- base se da lugar a una imina (5). Figura 2.
La imina formada cuenta con un centro electrofílico (grupo carbonílico) y un nucleofilo (grupo amino) (5); mediante una reacción de adición nucleofílica intramolecular se forma un nuevo enlace C-N(6) y posteriormente un equilibrio acido-base da lugar al intermediario(7). Figura 3.
Ph
Ph
O
N
NH2
O
(5)Ph
Ph
O
N
N
O
H
HNa OH
(6) (7) N
NH
Ph
PhO
O
Na
Figura 3. Reaccion de adicion nucleofilica intramolecular.
Ph
Ph
O
O
H2N NH2
O
Ph
Ph
O
O
N
H2N
O
NaH H
HO H
OH
Ph
Ph
HO
O
N
H2N
O
H H2O
Na OH+
(2)(1)Figura1. Reaccion entre la urea y el bencilo para dar lugar a un compuesto gem-amino alcohol(2)
Ph
Ph
HO
O
N
H2N
O
H
Ph
Ph
O
N
H2N
O
H OH
Ph
Ph
O
N
H2N
O
(3) (4) (5)
Figura 2.Reaccion para la formación de un intermediario imina (5).
Nombre: 5,5 DIFENILHIDANTOINAEstructura:
NH
HN
O
O
Ph
PhPeso o volumen: 252.27 g/molRendimiento en %: Reportado:55% Obtenido:43.26%Punto de Fusión: Reportado :293-296°C
Obtenido:290-292°CAspecto físico: Solido BlancoRf Sistema de
elución y revelador:
0.370
Sist.Elución:AcOEt/hexano1:1. Revelador: Lámpara de rayos U.V.
Disolvente usado para recristalizar: Etanol
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL PRÁCTICA 12 SINTESIS DE 5,5-DIFENILHIDANTOINAESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS GAMIÑO GARCIA RAUL ANTONIO
MEJIA CASTILLO EDUARDO SECCION: 2
El intermediario (7) sufre una trasposición 1,2 tipo Wagner-Meerwein dando un tautómero enolato del grupo carbamato (8). Figura 4.
Al reacciona el compuesto (8) con un ácido de da lugar al tautómero ceto del grupo carbamato y con ello al producto Principal (9).Figura 5.
(8) N
NH
Ph
O
O
Ph
Na N
NH
Ph
O
O
Ph
Na OH
H
H
NH
HN
O
O
Ph
Ph(9)
Figura 5. Reaccion de el tautomero enolato con acido
Conclusiones.
Debido a que las minas poseen carácter básico pueden actuar reaccionar con el carbón carbonílico y dar lugar a la formación del ciclo.
Las hidantoinas pueden considerarse derivados de la urea.
Cuestionario
1. Proponer los mecanismos de reacción para cada uno de los compuestos obtenidos.
Ph
Ph
O
O
H2N NH2
O
Ph
Ph
O
O
N
H2N
O
NaH H
HO H
OH
Ph
Ph
HO
O
N
H2N
O
H H2ONa OH
+
(2)(1)
Ph
Ph
HO
O
N
H2N
O
H
Ph
Ph
O
N
H2N
O
H OH
Ph
Ph
O
N
H2N
O
(3) (4) (5)
Ph
Ph
O
N
NH2
O
(5)Ph
Ph
O
N
N
O
H
HNa OH
(6) (7) N
NH
Ph
PhO
O
Na
(7) N
NH
Ph
PhO
O
Na
(8) N
NH
Ph
O
O
Ph
Na
(8) N
NH
Ph
O
O
Ph
Na N
NH
Ph
O
O
Ph
Na OH
H
H
NH
HN
O
O
Ph
Ph(9)
Mecanismo de reacción para la formacion del producto principal(5,5-difenilhidantoina)
N
NH
Ph
Ph
O
O Na
H OH
N
NH
Ph
Ph
O
OH
N
N
Ph
OPh
HOH
N
NPh
O
Ph
NH2
NH2
ON
N
Ph
O
Ph
HN
NH2
O
H
Na
OH
N
N
Ph
O
Ph
NH
NH2
ONa
H OHNH
N
Ph
O
Ph
NH
NH2
O
NaOH
NH
N
Ph
O
Ph
NH
NH
H
O
OH
Na
H OH
NH
HN
Ph
O
Ph
HN
NH
O
Mecanismo de reaccion para la formacion del producto secundario(difenil-glucoluril)a partir de la figura (7) en la sintesis de 5,5-Difenilhidantonina
(7)
(7) N
NH
Ph
PhO
O
Na
(8) N
NH
Ph
O
O
Ph
Na
Figura 4. Formacion del tautomero enolato del grupo carbamato.
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2. ¿Qué reacciones de competencia se presentan en la formación de la 5,5-difenillhidantohina?
(7) N
NH
Ph
PhO
O
Na
(7) N
NH
Ph
PhO
O
Na
(8) N
NH
Ph
O
O
Ph
Na
Fomacion del tautomero enolato del grupo carbamato y transposicion de un grupo fenilo tipo Wagner-Meerwein
N
NH
Ph
Ph
O
O Na
H OH
N
NH
Ph
Ph
O
OH
N
N
Ph
OPh
H OH
(7)
Formacion de un gem-amino alcohol sin trasposicion del grupo fenilo
3. ¿Por qué es importante eliminar la fracción de etanol al terminar la reacción?
Porque si no se elimina se sigue favoreciendo a la adición de derivados del amoniaco a los compuestos carbonílicos que es la reacción de la urea con la 5,5-difenilhidantonina y por consecuencia se obtiene un mayor número de subproductos.
4. ¿Qué compuesto se separa después de adicionar agua a la mezcla de reacción y mediante que reacción se explica su formación?
Se separaron la difenilacetilendiureina (solido) de la 5,5-difenilhidantonina (filtrado) la formación de difeniacetilendiureina es consecuencia de una reacción que da lugar a un segundo gem-amino alcohol y posteriormente mediante una reacción acido base se produce una imina y después al subproducto (difeniacetilendiureina)5. Dado que no se conocen los efectos que pudiera causar el
subproducto obtenido en esta práctica, ¿qué sugiere hacer con él?
Realizar pruebas de toxicidad con el propósito de determinar su nivel de toxicidad.
Determinar mediante pruebas bacteriológicas si tiene acción microbicida.
Si no posee características útiles, hidrolizar sus enlaces con el propósito de recuperar materia prima.
6. Explique mediante reacciones la solubilidad del producto en medio alcalino y su insolubilidad en pH ácido.
La fenitoína es un ácido débil (pKa de 8.3), soluble solo en medio alcalino, por lo que las formulaciones parenterales deben ser preparadas en etanol 10%, propilenglicol, hidróxido sódico para ajustar pH a 12 y agua para inyección. En medio alcalino por tautomería el producto es soluble en agua.
Las formas solubles precipitan en medio ácido, pero pueden ser diluidas en suero fisiológico (pH 5.0). En medio ácido la sal se neutraliza, la tautomería se revierte y el producto se precipita.
