instit u t o p o l i t É c n i c o nacional unidad

1

INSTIT U T O P O L I T É C N I C O NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

SINTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTOS DE

ACETOAMIDOCUMARINAS Y CILOADICIÓN 2+4 VÍA DIELS-ALDER,

DERIVADOS DE 3-CARBOXICUMARINAS

INFORME TÉCNICO DE LA OPCIÓN CURRICULAR EN LA MODALIDAD DE PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO FARMACÉUTICO

PRESENTA: ADRIAN ALBERTO MARTÍNEZ TALAVERA

DIRECTOR DE PROYECTO: Dra. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ

MÉXICO, D. F. MAYO DE 2008

UPIBI IPN INGENIERÍA FARMACÉUTICA

2

Este trabajo fue presentado en la modalidad de cartel en la 4ª Reunión de la Academia

Mexicana de Química Orgánica, Pátzcuaro Michoacán, 7-11 de abril de 2008.

Este trabajo fue presentado en el 2º Foro de Proyecto Terminal 2008 en UPIBI-IPN, México, D. F., 19-23 de mayo de 2008.

Este trabajo fue presentado parcialmente en la modalidad de cartel en “Jornadas Farmacéuticas

Nacionales”, Facultad de Química de la Universidad de Colima 28-30 de mayo de 2008.

Este trabajo fue enviado para considerarse en “19 Conferencia de Química”, Santiago de Cuba 3-5 de diciembre de 2008.


3

Al alma sólo le importa dónde vas a estar. ¿Vas a estar en el temor, o en el amor? ¿Dónde estás -Y de dónde vienes- cuando te encuentras frente a frente con la vida y la muerte? ¿Y si escogieras los estados más elevados del ser? ¿Y si eligieras la bondad, la misericordia, la compasión, el conocimiento, el perdón, el amor? ¿Qué pasaría si escogieras la santidad? ¿Cuál sería entonces tu experiencia? Te lo aseguro: El ser atrae al ser, y produce experiencia esa es tu creación.

He hecho una simple afirmación de verdad. Al igual que todas las afirmaciones de verdad, posee la cualidad de despertarte.

SOLO A DIOS


4

ÍNDICE DE CONTENIDO ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................. 5

ÍNDICE DE ESQUEMAS ............................................................................................................................ 7

1. RESUMEN .............................................................................................................................................. 8

2. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................... 9

2.1. ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA DE LAS CUMARINAS .................................................................... 9

2.2. SÍNTESIS Y REACTIVIDAD DE LAS CUMARINAS ......................................................................... 11

3.1. CICLOADICIÓN, REQUERIMIENTOS ESTEREOQUIMICOS DEL ESTADO DE TRANSICIÓN Y

CONSERVACIÓN DE LA SIMETRÍA ORBITAL EN LA REACCIÓN DE DIELS-ALDER ....................... 13

3.2. EPOXIDACIÓN CON PEROXIACIDOS ............................................................................................ 18

4. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................... 20

5. OBJETIVOS .......................................................................................................................................... 21

OBJETIVO GENERAL .............................................................................................................................. 21

OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................................... 21

6. METODOLOGÍA ................................................................................................................................... 22

6.1. SÍNTESIS DE LOS ADUCTOS DIELS-ALDER ................................................................................ 22

6.3. SÍNTESIS DE LOS EPÓXIDOS ........................................................................................................ 23

6.4. SÍNTESIS DE ACETAMIDOCUMARINA .......................................................................................... 24

6.5. HIDRÓLISIS DE ACETAMIDOCUMARINAS .................................................................................... 25

6.6. FORMACIÓN DEL CLORHIDRATO DE LA AMINOCUMARINA ..................................................... 26

7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................................................. 27

7.1. REACCIONES DE CICLOADICIÓN (4+2) VIA DIELS-ALDER ........................................................ 27

7.3. EPOXIDACIÓN DE ADUCTO DEL 3-CARBOXILATO DE ETILO DE LA CUMARINA ................... 32

7.4. SINTESIS Y CARACTERIZACION DE ACETAMIDOCUMARINAS Y AMINOCUAMARINAS ....... 33

8. CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 44

9. RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS....................................................................... 45

10. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.


5

ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1: CUMARINA BENZOFUCIONADA A UN HETEROÁTOMO CON POTENTE ACTIVIDAD

ANTI-VIH ................................................................................................................................................... 9

FIGURA 2: LAMELLARINAS. ................................................................................................................. 10

FIGURA 3: CUMARINAS CON ACTIVIDAD INHIBITORIA HACIA MICROORGANISMOS ................ 10

FIGURA 4:CUMARINA CON ACTIVIDAD INHIBITORIA HACIA LA VITAMINA K ............................... 11

FIGURA 5: CLASIFICACIÓN DE LO DIENOS ...................................................................................... 14

FIGURA 6: ESTADO DE TRANSICIÓN ................................................................................................. 14

FIGURA 7: CONFORMACIÓN S-CIS Y S-TRANS DE LOS DIENOS .................................................. 15

FIGURA 8: LOS DIENOS QUE ADOPTAN MÁS FÁCILMENTE LA CONFORMACIÓN S-CIS ........ 15

FIGURA 9 : FORMACIÓN DE UN ADUCTO CON TRASLAPE SECUNDARIO................................... 16

FIGURA 10: ORBITALES DE BAJA Y ALTA DENSIDAD ELECTRÓNICA EN INTERACCIÓN .......... 18

FIGURA 11: ÁCIDO META-CLOROPEROXIBENZOICO (MCPBA) .................................................... 18

FIGURA 12: FOTODÍMERO DE 3-CARBOXILATO DE ETILO DE LA CUMARINA. ........................... 19

FIGURA 13: ESQUEMA PARA LAS REACCIONES DE CICLOADICIÓN (2+4) VIA DIELS-ALDER. . 22

FIGURA 14: ESQUEMA DE PURIFICACIÓN DE ADUCTOS OBTENIDOS VIA DIELS-ALDER. ....... 23

FIGURA 15: ESQUEMA DE EPOXIDACIÓN DE ADUCTOS OBTENIDOS VIA DIELS-ALDER. ........ 24

FIGURA 16 ESQUEMA DE SÍNTESIS DE ACETAMIDOCUMARINAS. ............................................... 25

FIGURA 17: ESQUEMA DE HIDRÓLISIS DE ACETAMIDOCUMARINAS. ......................................... 26

FIGURA 18: ESPECTRO DE RMN 1H DE COMPUESTO FORMADO ENTRE CARBOXILATO DE ETILO

Y CICLOHEXADIENO ............................................................................................................................ 29

FIGURA 19: ESPECTRO DE DE RMN 13C DE COMPUESTO FORMADO ENTRE CARBOXILATO DE

ETILO Y CICLOHEXADIENO ................................................................................................................. 30

FIGURA 20: ALGUNOS SALICILALDEHÍDOS. ..................................................................................... 33

FIGURA 21: ESPECTRO DE RMN 1H DE ACETAMIDOCUMARINA. ................................................. 35

FIGURA 22: ESPECTRO DE DE RMN 13C DE ACETAMIDOCUMARINA. .......................................... 35

FIGURA 23: ESPECTRO DE RMN 1H DE 6-BROMO-3-ACETAMIDOCUMARINA ............................. 36

FIGURA 24: ESPECTRO DE RMN 1H DE 6-CLORO-3-ACETAMIDOCUMARINA .............................. 37

FIGURA 25: ESPECTRO DE RMN 1H DE INTERMEDIARIO DE HIDROXIACETAMIDOCUMARINA

ABIERTA. ................................................................................................................................................ 38

FIGURA 26: ESPECTRO DE RMN 13C DE INTERMEDIARIO DE HIDROXIACETAMIDOCUMARINA

ABIERTA. ................................................................................................................................................ 38

FIGURA 27: ESPECTRO DE RMN 1H DE HIDROLISIS DE ACETAMIDOCUMARINA A

AMINOCUMARINA ................................................................................................................................. 39

FIGURA 28: ESPECTRO DE RMN 1H DE BROMOACETAMIDOCUMARINA EN HIDRÓLISIS 80% 40


6

FIGURA 29: ESPECTRO DE RMN 1H DE CLOROACETAMIDOCUMARINA HIDROLIZADA 30% .. 40

FIGURA 30: AMINOCUMARINAS SINTETIZADAS .............................................................................. 41

FIGURA 31:ESPECTRO DE RMN 1H DE BROMOAMINOCUMARINA .............................................. 42

FIGURA 32: ESPECTRO DE RMN 1H DE CLOROAMINOCUMARINA .............................................. 42


7

ÍNDICE DE ESQUEMAS

ESQUEMA 1: CONDICIONES DE REACCIÓN PARA LA FORMACIÓN DE LOS ADUCTOS DIELS-

ALDER Y SUS EPÓXIDOS. ..................................................................................................................... 8

ESQUEMA 2: CONDICIONES DE REACCIÓN PARA LA SÍNTESIS DE LOS PRODUCTOS .............. 8

ESQUEMA 3: SINTESIS DE CUMARINA POR CONDENSACIONDE KNOEVENAGEL POR

IRRADIACIÓNDE MICROONDAS ......................................................................................................... 12

ESQUEMA 4: ALGUNAS RUTAS DE SÍNTESIS DE CUMARINAS ..................................................... 12

ESQUEMA 5: LAS CUMARINAS SON SENSIBLES A MEDIO BÁSICO ............................................. 13

ESQUEMA 6: FORMACIÓN DE PRODUCTO 1,4 ................................................................................. 16

ESQUEMA 7: FORMACIÓN DE EPÓXIDO ........................................................................................... 18

ESQUEMA 8: SÍNTESIS DE LOS ADUCTOS DIELS-ALDER . ............................................................ 22

ESQUEMA 9: SÍNTESIS EPÓXIDO A PARTIR DE ADUCTOS OBTENIDOS ..................................... 23

ESQUEMA 10: SÍNTESIS DE ACETAMIDOCUMARINA ...................................................................... 24

ESQUEMA 11: SÍNTESIS DE ACETAMIDOCUMARINAS ................................................................... 25

ESQUEMA 12: PROTONACIÓN EL GRUPO AMINO ........................................................................... 26

ESQUEMA 13: FORMACIÓN DE ADUCTOS CON 2,3 DIMETIL-BUTADIENO. ................................. 28

ESQUEMA 14: FORMACIÓN DE ADUCTOS CON CICLOHEXADIENO ............................................. 29

ESQUEMA 15: FORMACIÓN DE ADUCTOS CON TERPINENO ESPERADOS ................................ 31

ESQUEMA 16: REACCIÓN DE EPOXIDACIÓN. .................................................................................. 33

ESQUEMA 17: SÍNTESIS DE ACETAMIDOCUMARINAS. .................................................................. 34

ESQUEMA 18: HIDRÓLISIS DE ACETOAMIOCUMARINAS ............................................................... 41

ESQUEMA 19: FORMACIÓN DE ADUCTOS CON ACETAMIDO Y AMINO CUMARINAS ................ 43

ESQUEMA 20: EXPLORACIÓN DE REACTIVIDAD DE AMINOCUARINA PROTONADA EN

REACCIONES DE CICLOADICIÓN ....................................................................................................... 43


8

1. RESUMEN

Síntesis de 3-aminocumarinas y de aductos Diels-Alder derivados de la 3- carboxicumarina

Adrian A. Martínez Talavera, Itzia I. Padilla Martínez aDepartamento de Química UPIBI-IPN, Av. Acueducto s/n, Colonia Barrio Laguna Ticomán, México DF., C.P. 07340.

Palabras clave: aducto Diels-Alder, aminocumarinas Introducción Existen derivados naturales de cumarinas a los que se les ha reportado actividad biológica como anticoagulantes, insecticidas, antihelmínticos, hipnóticos y antifúngicos, entre otras.1 Particularmente a las cumarinas 3-sustituídas se les ha encontrado actividad inhibitoria específica de las enzimas elastasa, α-quimiotripsina y tautomerasa.2 La importancia de estas moléculas y sus derivados para el diseño de fármacos es atractiva, las modificaciones moléculares son amplias en busca de fármacos potenciales. En este trabajo se reportan las reacciones de cicloadición 2+4, entre el carboxilato de etilo de la cumarina y el 2,3-dimetil-butadieno, para formar los productos de cicloadición Diels-Alder, así como sus productos de epoxidación. También se reportan los avances en la síntesis de 3-acetamidocumarinas sustituidas y su hidrólisis a las correspondientes aminocumarinas . La síntesis de los compuestos se realizó en ampolleta cerrada y utilizando un exceso de 2,3- dimetil-butadieno en presencia de trazas de hidroquinona.

O O+

160 ºC 24h O O

Relación molar 1:20X

2,3-dimetil-1,3-butadienoR = OEt 1, CH3 2

a X = H, b X = Cl, c X = Br, d X = OH,

Y

X

O O

X+

O

O

OHCl

O O

O

ácido m-cloroperbenzoico

Rendimientos 85-95%

reflujo X

Y

24h

R

O

O

R

R = OEt 3, CH3 4

R = OEt 3R = OEt 5, CH3 6

O

RO

R

Esquema 1: Condiciones de reacción para la formación de los aductos Diels-Alder y sus epóxidos.

Los productos fueron obtenidos puros por cromatografía en columna. Los compuestos sintetizados se caracterizaron por RMN de 1H y 13C. El anillo aromático, el carboxilato de etilo en la posición 3 y la lactona le confieren al doble enlace un comportamiento de dienófilo. La reacción es estereoespecífica dando como resultado el producto de adición exo. Con ciclohexadieno y terpineno, la reacción no procede. La síntesis del conjunto de 3-acetamidocumarinas se llevó a cabo por condensación entre la glicina y el salicilaldehido correspondiente en anhídrido acético. Una vez aisladas y purificadas por cromatografía en columna, se llevó a cabo la hidrólisis del grupo acetamido en medio ácido para obtener las aminas (Esquema 2).

O O

NH

HO

O

NH2 +

O

H

OH

(CH3CO)2Na

CH3CO2Na

CH3O

Rendimientos 80-90%

X XH2SO4

CH3COOH

NaHCO3

O O

NH2X

a X = H b X = Cl, c X = Br, d X = OH

7 8

Esquema 2: Condiciones de reacción para la síntesis de los productos Se realizó la síntesis y caracterización de los aductos por reacciones de cicloadicion (2+4), lográndose una reducción sustancial en la cantidad de butadieno utilizada. Se exploró la reactividad del 3-carboxilato de etilo de la cumarina con ciclohexadieno y terpineno. Se sintetizaron los époxidos correspondientes por tratamiento con ácido m-cloroperbenzoico. Se han sintetizado amidocumarinas y aminocumarinas sustituidas las cuales no se han reportado antes. 1Rastogi, R.P.;Mehorotra, B.N. In Compendium of indian Medicinal Plants; Rastogi, R. P., Ed.; CDRI and P&I Directorio;Lucknow y New Delhi, 1993;Vol.3, p273. 2(a) Orita, M.; Yamamoto, S.; Katayama, N.; Aoki, M.; Takayama, K.; Yamagiwa, Y.; Seki, N.; Suzuki, H.; Kurihara, H.; Sakashita, H.; Takeuchi, M.; Fujita, S.; Yamada, T.; Tanaka, A. J. Med. Chem. 2001, 44, 540. (b) Doucet, C.; Pochet, L.; Thierry, N.; Pirotte, B.; Delarge, J.; Reboud-Ravaux, M. J. Med. Chem. 1999, 42, 4161. (c) Pochet, L.; Doucet, C.; Schynts, M.; Thierry, N.; Boggeto, N.; Pirotte, B. J. Med. Chem. 2001, 39,2.

Introducción

Resultados y Discusión

Conclusiones

Referencias


9

2. INTRODUCCIÓN

2.1. ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA DE LAS CUMARINAS

El nombre de estos compuestos aromáticos deriva de la palabra caribeña “coumarou” para el árbol de

tonka cuyo nombre científico es coumarouna odorata.1

Las propiedades farmacológicas y biológicas de estos compuestos depende, del patrón de sustitución

que presenten y sus metabolitos son altamente especie-específicos; en el humano el principal metabolito

de la cumarina es la 7-hidroxicumarina.2,3,4

Se ha reportado que varias cumarinas poseen diversas actividades biologicas, entre las que se incluyen

acciones antimicrobianas, inhibición de las vías metabólicas lipoxigenasa y ciclooxigenasa, propiedades

antioxidantes al reaccionar con especies reactivas de oxigeno. Asi como efectos antinflamatorios debido

a la inhibición de biosíntesis de prostaglandinas, más recientemente efectos antitumorales, de inhibición

enzimática y anti-VIH.5

Se han reportado cumarinas y biocumarinas de Ferula sumbul, una especie vegetal con 130 especies

distribuidas en el Mediterraneo, las cumarinas aisaladas presentan actividad inhibitoria en la replicación

del virus causante del VIH y actividad inhibitoria en la liberación de citosinas, Sus propiedades han sido

empeladas anteriormente, como plantas medicinales en Turquia vease en la figura 1.6

O O OOCH3

Figura 1: Cumarina benzofucionada a un heteroátomo con potente actividad anti-VIH

Entre los compuestos aislados de la naturaleza que poseen cumarinas, están las llamadas lamellarinas

(figura 2), que son miembros de un pequeño grupo de alcaloides, que se encuentran en un amplio

intervalo de organismos marinos (a), otras presentan actividad como toxinas que actúan como

inhibidores de la P-glicoproteina (b) y que en concentraciones citotóxicas para líneas celulares

cancerigenas, en pulmones humanos, ha sido aprovechada para tratamiento por quimioterapia.7


10

O

O

MeO OH

HOMeO

MeO

MeO

HO

O

O

MeO OH

MeO

MeO

MeO

HO

(a) (b) Figura 2: Lamellarinas.

Muchos de los derivados naturales de las cumarinas están generalmente fusionados a otros heterociclos

como en los alcaloides naturales, algunos otros nuevos derivados cumarÍnicos con propiedades

inhibitorias para bacterias Gram-positivas y Gram-negativas y antifúngicas también tienen un heterociclo

fusionado a la molécula de la cumarina vease figura 3.8

O

O

NN

O

Ar

NH2

Antibacterial: Staphylococus auereusO

O

NHCOCH2Cl

O

Ar

COOC2H5

Antifungico: Aspergillus niger, Penicillium italicum, Fusarim Oxisporum

Figura 3: Cumarinas con actividad inhibitoria hacia microorganismos

Las 4-hidroxicumarinas son inhibidores competitivos de la vitamina k en la biosíntesis de protrombina,

sustancia responsable de la formación de coágulos en la sangre. Para presentar actividad inhibitoria la

cumarina requiere como mínimo un grupo hidroxi en la posición 4 y un sustituyente igual o diferente en

la posición 3.

Esta propiedad ha sido aprovechada en productos farmacéuticos para la síntesis del dicumarol, que se

emplean para el tratamiento de enfermedades cardiovasculares. La warfarina desarrollada inicialmente

como raticida, es un también un fármaco anticoagulante, que es metabolizado por el citocromo P450s en

el hígado y se muestra en la figura 4.9


11

O O

OH HPh

CH2COMe

Warfarina Figura 4:Cumarina con actividad inhibitoria hacia la vitamina K

Las aminocumarinas pertenecen a un grupo de cumarinas sustituidas con grupos nitrados en la posición

3 de la cumarina y que actúan como agentes antibacteriales, por su mecanismo de acción que se basa

en la interrupción de la biosíntesis de la cadena de ADN, la DNA girasa es una topoisomerasa que

induce de forma negativa un super enrrollamiento en la molécula de ADN encontrado únicamente en

bacterias y arqueobacterias, impidiendo así su reproducción, por tal motivo actualmente se emplea en el

diseño de nuevos antibióticos que no presenten resistencia microbiana.10

Los derivados de las cumarinas 3-sustituidas presentan actividad inhibitoria de la enzimas humanas,

leucocito elastasa y α−quimiotripsina. Cuando la concentración del inhibidor natural de leucocito elastasa

humana es baja, hay una perdida de la homeostasis que puede llevar a una proteolisis deficiente y en

consecuencia ocurrir infecciones patogénicas, enfisema pulmonar, bronquitis crónica, y artritis

reumatoide.11

En este trabajo se reportan las reacciones de cicloadición 2+4, entre el carboxilato de etilo de la

cumarina y el 2,3-dimetil-butadieno, para formar los productos de cicloadición Diels-Alder, así como sus

productos de epoxidación. También se reportan los avances en la síntesis de 3-acetamidocumarinas-6-

sustituidas y su hidrólisis a las correspondientes 3-aminocumarinas.

2.2. SÍNTESIS Y REACTIVIDAD DE LAS CUMARINAS

Se pueden sintetizar cumarinas mediante reacciones de cicloadición de compuestos bencénicos

monosustituidos u o-disustituidos.

Las cumarinas se pueden sintetizar por métodos como el de Claisen, la reacción de Perkin así también

como por la reacción de Peachmann por este último método se preparan derivados de cumarinas de

importancia industrial como la 7-hidroxi–4-metilcumarina y también como la 7-dietilamino-4-

metilcumarina. Y más recientemente también se ha explorado la síntesis por el método de Knoevenagel

con radiación de microondas (esquema 3)12


12

CHO

OH

R3

CO2EtO O

R3+

piperidina

R3= a)CO2Et; b)COMe; c)CN; d)p-C6H4-NO2

Esquema 3: Sintesis de cumarina por condensacionde Knoevenagel por irradiaciónde microondas

Muchas de las reacciones de los heterociclos benzofusionados son análogas a los compuestos

monocíclicos. Así, los nucleófilos atacan a la cumarina en C4-C2. El ataque en C-4 por parte de

nucleófilos “suaves” conduce a la formación de productos de adición. La apertura del anillo por ataque

en C-2 no va seguida de reciclación, como a menudo ocurre en una serie monocíclica, por que el anillo

bencénico no es susceptible al ataque nucleofílico; en consecuencia, se aíslan productos con anillo

abierto (esquema 4).

CHO

OH

CH2(CO2H)2

base

CO2H

CO2HOH

CO2H

O O

OH

OH

Me

MeCOCH2CO2Et

H2SO4CO2Et

OH

MeOH

Me O

MeOH

Me O

Esquema 4: Algunas rutas de síntesis de cumarinas

La cumarina se puede bromar en C-3, por adición de bromo sobre el enlace 3,4 seguida de perdida de

bromuro de hidrógeno. Es posible clorometilarla en C-3 probablemente, via un mecanismo similar, pero

se nitra y se sulfata en el anillo bencénico en C-6.

El heterociclo de la cumarina es sensible a medio básico y se puede romper haciéndolo reaccionar con

hidróxido de sodio, amoniaco y otros nucleófilos. Es posible revertir estas reacciones en ácido, a menos

que el producto de apertura del anillo se rompa como se muestra en el esquema 5. 13


13

O O

O O

O

CN-

OH-

OO OH

CO2H

CN

Esquema 5: Las cumarinas son sensibles a medio básico

3. ANTECEDENTES 3.1. CICLOADICIÓN, REQUERIMIENTOS ESTEREOQUIMICOS DEL ESTADO DE TRANSICIÓN Y CONSERVACIÓN DE LA SIMETRÍA ORBITAL EN LA REACCIÓN DE DIELS-ALDER

En 1928, los químicos alemanes Otto Diels y Kurt Alder descubrieron que los alquinos y alquenos son

grupos que atraen electrones que se agregan a dienos conjugados para formar anillos de seis

miembros, la reacción de Diles-Alder es una herramienta extremadamente útil con funcionalidades

diversas y estereoquímica controlada. En 1950, se le concedió a Diels-Alder el premio Nobel por su

trabajo. La reacción de Diles-Alder es una reacción nucleófilo-electrófilo.

La reacción intramolécular Diles-Alder es un poderosos método para la síntesis de muchos policiclos

que incluyen anillos en compuestos naturales como las cumarinas. Sin embargo es un prerrequisito que

las moléculas de cumarina contengan grupos que los activen como dienófilos para que puedan ser

reactivos.14

Los dienos simples como 1, 3,-butadieno, son efectivos en las reacciones de Diels-Alder. La presencia

de grupos que liberan electrones como los grupos alquilo o alcoxi (-OR) pueden aumentar aun mas la

reactividad del dieno véase en la figura 5.

Los dienos contienen 4 electrones π y se clasifican en forma general como:

De cadena abierta

Al exterior del anillo

Al interior y exterior del anillo


14

A través del anillo

Al interior del anillo Figura 5: Clasificación de lo dienos

Un buen dienófilo tiene generalmente uno o más grupos que atraen electrones y por lo tanto disminuyen

la densidad electrónica del enlace π, en la cumarina, la lactona es este grupo.

La reacción concertada, que explica el mecanismo de reacción indica que para que exista la formación y

ruptura de enlaces simultáneamente, los tres pares de electrones y el estado de transición como indica

la figura 6 deben de tener una geometría que permita el traslape de los orbitales π extremos del dieno

con los del dienófilo.

c

c

H

HH

cH

cH

H

C

C

HH

HW

c

c

H

HH

cH

cH

H

C

C

HH

HW

C C

C

CC

C

HH

H

H

W

H

HH

H

H

Reactivos El traslape comienza cuando Producto Estos orbitales se acercan

Figura 6: Estado de transición


15

A través de la estructura del estado de transición se explica por que algunos isómeros reaccionan

diferentes a otros, y permiten predecir la estereoquímica de los productos. Hay tres características

principales de la reacción controladas por los requisitos del estado de transición.

El dieno debe de tener una conformación s-cis para que pueda reaccionar. Cuando el dieno se

encuentra en la configuración s-trans, los orbitales extremos p están demasiado alejados para

traslaparse con los orbitales p de la cumarina. La conformación s-trans tiene por lo general una energía

inferior a la s-cis, pero esta diferencia de energía no es significativa. La conformación s-trans del

butadieno es solo 2.3 kcal por mol inferior que la conformación s-cis. Las características que ayudan o

estorban al dieno para lograr la conformación s-cis afectan su reactividad esto se muestra en la figura

7.Los dienos con grupos funcionales que estorban a la conformación s-trans reaccionan más

rápidamente que el butadieno. (figura 8)

CC

H3C

H3C

CH2

CH2

CC

CH3

H3C

H2C

CH2conformación

s-cisconformación

s-trans Figura 7: Conformación s-cis y s-trans de los dienos

H3C

H3C

CH3

CH3

H

H

H

H

CH3

CH3

Semejante al butadieno no hay reacción Figura 8: Los dienos que adoptan más fácilmente la conformación s-cis

En la estereoquímica, la reacción de Diels-Alder se considera una adición sin, con respecto tanto al

dieno como el dienófilo, esto ocurre cuando el dienófilo se agrega a una cara del dieno y el dieno a una

cara del dienófilo, sin la oportunidad de que los sustituyentes cambien su posición estereoquímica

durante el curso de la reacción.


16

La regla endo sucede cuando el dienófilo tiene un enlace pi en el grupo que atrae electrones, los

orbitales p en este grupo se acercan a los átomos centrales de carbono del dieno. Esta proximidad

provoca un traslape secundario el cual ayuda a estabilizar el estado de transición.

CC C

H

H

C

H

H

H

H

CC

C

H

H

CC C

H

H

H

H

C

CC

H

CO

H C

O

H

C

C CH2

CCH2

C

C

H

H

H

H

H

O

H

Traslape secundario

Figura 9 : Formación de un aducto con traslape secundario

En la mayor parte de las reacciones Diels-Alder hay un traslape secundario (vease en la figura 9) entre

los orbitales p del grupo que atrae los electrones y los de los átomos de carbono centrales del dieno. El

traslape secundario da estabilidad al estado de transición.

Aun cuando el dieno y el dienófilo estén sustituidos asimétricamente, la reacción de Diels-Alder por lo

común genera un producto único en lugar de una mezcla. El producto es el isómero que resulta de

orientar al dieno y al dienófilo de tal forma que se pueda imaginar un intermediario hipotético de reacción

con un flujo de electrones que se empujan y se jalan desde el grupo donador de electrones, hasta el

grupo que los atrae. En la imagen DE es un grupo donador de electrones y AE es un sustituyente que

atrae electrones en el dienófilo y se muestran en el esquema 6.

DE

+

AE

ΔAE

DE

pero nose forma ED AE

producto 1,4 producto 1,3 Esquema 6: Formación de producto 1,4

Las reacciones Diels-Alder son reacciones pericíclicas que implican la ruptura y la formación de enlaces

dentro de un anillo cerrado de orbítales interactuantes. Cada átomo de carbono del nuevo anillo tiene un

orbital que interviene en dicho anillo.


17

Una reacción pericíclica concertada tiene un estado de transición único, cuya energía de activación se

puede suministrar mediante calor o mediante luz ultravioleta. Algunas reacciones pericíclicas se realizan

en condiciones tanto fotoquímicas como térmicas, pero los dos conjuntos de condiciones dan lugar a

diferentes productos.

En la conservación de la simetría orbital en la reacción de Diels-Alder, los químicos Robert B. Woodward

y Roald Hoffman desarrollaron una teoría para predecir los resultados de las reacciones pericíclicas

considerando la simetría de los orbítales moleculares de los reactivos y los productos. Su teoría llamada

conservación de la simetría orbital, establece que los orbitales moleculares de los reactivos deben fluir

suavemente a los orbitales moleculares de los productos sin cambios drásticos en la simetría.

Esto es, deben existir interacciones de enlace que deben de ayudar a estabilizar el estado de transición.

Si esto no sucede, la reacción cíclica concertada no se lleva a cabo. La conservación de la simetría se

ha empleado para desarrollar “reglas” para predecir que reacciones pericíclicas son posibles y cuáles

productos resultarán.

En una cicloadición el dieno actúa como nucleófilo rico en electrones, y el dienófilo actúa como

electrófilo, escaso de electrones. Si imaginamos que el dieno contribuye con un par de electrones al

dienófilo, los electrones de mayor energía del dieno necesitan la menor energía de activación para

llevar a cabo la donación. Los electrones en el orbital ocupado de mayor energía. Que se llama orbital

molecular ocupado de más alta energía (HOMO)1 El HOMO del butadieno es π2 y su simetría determina

el curso de la reacción.

En la cumarina el alqueno que recibe los electrones es el orbital desocupado disponible, mas bajo, el

orbital molécular desocupado de más baja energía (LUMO).2 Es el orbital enlazante π*. Si los electrones

en el LUMO pueden fluir suavemente se puede llevar acabo una reacción concertada. Tener la simetría

correcta quiere decir que los orbítales que deben traslaparse para formar los nuevos enlaces, lo deben

hacer constructivamente más con más y menos con menos de la figura 10.


18

+

+

+

+

++

-

-

--

-

-

cumarina LUMObutadieno HOMO

interccion de enlazamiento

interccion de enlazamiento

Figura 10: Orbitales de baja y alta densidad electrónica en interacción

La figura anterior muestra un traslape constructivo entre el HOMO y el LUMO donde los nuevos enlaces

sigma se formaran en la reacción Diels-Alder. Este resultado favorable indica que la reacción esta

permitida por simetría.15

Al orbital MOMO tambien se le conoce como orbital HOMO, iniciales de las palabras en inglesas highest

occupied molecuar orbital.

Al orbital MOMd tambien se le conoce como orbital LUMO, iniciales de las palabras en inglesas Lowest

unoccupied molecuar orbital.

3.2. EPOXIDACIÓN CON PEROXIACIDOS

Los peroxiácidos también llamados perácidos se emplean para convertir los alquenos en epóxidos. Si el

peroxiácido es muy ácido, el epóxido se abre para formar un glicol. Por lo tanto se suelen usar

peroxiácidos débiles como el ácido peroxibenzoico (figura 11). Debido a sus propiedades de solubilidad,

se emplea con frecuencia ácido meta-cloroperbenzoico para estas epoxidaciones. Cl

C

O

O O H

Figura 11: Ácido meta-cloroperoxibenzoico (MCPBA)

La epoxidación se lleva acabo en una reacción concertada en un paso, que mantiene la estereoquímica

de los sustituyentes en el doble enlace, se ve en el esquema 7.

C

CO

O

H

C

O

RC

CO

C

OH

O R

Alqueno peroxiácido epoxido ácido Esquema 7: Formación de epóxido


19

La epoxidación con peroxiácidos es muy general, y los dobles enlaces ricos en electrones reaccionan

con mayor velocidad.

La formación de un epóxido en el alqueno resultado de la cicloadición con butadieno, se propone por

reacción con un peroxido como ácido m - cloroperbenzoico, en un reflujo y en una solución de alqueno

de CH2Cl2.3.15

3.2. REACCIONES FOTOQUÍMICAS DE CUMARINAS Se ha reportado la cicloadición fotoquímica [2 + 2]. La 3-carboxilato de etilo es una molécula de

reactividad fotoquímica comprobada, siendo fotosensible a radiación hv que se encuentra también en las

radiaciones solares del medio ambiente.

Estas interacciones se reportan mas ampliamente en la referencia (Garcia Baez, E. 2003 y Coates,

G.W. 1998), afirma que los dobles enlaces paralelos de dos moléculas presentan una distancia entre

3.5-4.5 A, son favorables para reacciones de cicloadición (vease figura 12).

O

OH

OOEt

OO

OEt

OH

Figura 12: Fotodímero de 3-carboxilato de etilo de la cumarina.


20

4. JUSTIFICACIÓN

Los compuestos cumarínicos poseen actividad farmacológica comprobada por tanto son de especial

importancia en el diseño de fármacos.

Las modificaciones moleculares y la síntesis de sus derivados naturales, son muy diversas, el estudio de

las cumarinas, sus propiedades y reactividad, las coloca como sustancias exógenas con potencial

actividad biológica.

En esta investigación se pretende sintetizar algunas moléculas derivadas de cumarinas que en otrora se

estudie su relación en procesos biológicos y su posible empleo como fármacos.

Establecer y generar conocimientos que den fundamentos y creen antecedentes en la investigación de

la farmacológica y la química de las cumarinas.


21

5. OBJETIVOS

Objetivo General

Obtención purificación y caracterización estructural de productos de cicloadición (4+2) de derivados de

3-carboxicumarinas, y síntesis de aminocumarinas y acetamidocumarinas.

Objetivos Específicos

• La exploración de la reactividad entre la 3-carboxicumarina con diferentes dienos así también

como la reactividad de la aminocumarina con 2,3-dimetil-1,3-butadieno.

• La comprobación de la utilidad de la quinihdrona para incrementar el rendimiento en las

reacciones de cicloadición.

• La formación de los epóxidos de los aductos Diels- Alder formados.

• El establecimiento de las condiciones de reacción para reacción para la síntesis de 3-

acetamidocumarinas-6-sustituídas y 3-aminocumarinas 6-sustituidas.

• La caracterización de los productos formados a través RMN de 1H y 13C.


22

6. METODOLOGÍA

6.1. SÍNTESIS DE LOS ADUCTOS DIELS-ALDER

.

Esquema 8: Síntesis de los aductos Diels-Alder .

Figura 13: Esquema para las reacciones de cicloadición (2+4) Via Diels-Alder.

El 3-carboxilato de etilo de la cumarina se pesa y se coloca en una ampolleta junto con 15 mg de hidroquinona y un 2,3-dimetil 1,3-butadieno

La ampolleta se sella a la flama y se coloca en una capsula metálica. El sistema se calienta en un baño de arena a 160 ºC por 24 h

Se extrae con cloroformo. Se evapora el disolvente y al sólido formado se le añade hexano caliente y se filtra.

El producto insoluble en hexano es un sólido blanco de apariencia cristalina. Se purifica por cromatografía en columna de la materia prima


23

Figura 14: Esquema de purificación de aductos obtenidos Via Diels-Alder.

6.3. SÍNTESIS DE LOS EPÓXIDOS

Esquema 9: Síntesis epóxido a partir de aductos obtenidos

Se pesa el aducto D-A más dos equivalentes de ácido m-Cl-perbenzóico.

La mezcla se pone a reflujo de cloroformo durante 18 h.

En un embudo de separación se añade a la mezcla de reacción una solución acuosa saturada de NaHCO3. Equilibrar y separar la fase orgánica de la acuosa, lavar la primera 4 veces con agua.

Se añade sulfato de sodio anhidro a la fase orgánica y se filtra. Se evapora el cloroformo y el producto se obtiene como un sólido blanco.


24

Figura 15: Esquema de epoxidación de aductos obtenidos Via Diels-Alder.

6.4. SÍNTESIS DE ACETAMIDOCUMARINA

Esquema 10: Síntesis de acetamidocumarina

Se pesan el salicilaldheído, la glicina y el acetato de sodio en una relación molar se 1:1:1.25 y anhídrido acético como disolvente.

La mezcla se coloca a reflujo durante 24 horas. La mezcla de reacción se vierte sobre hielo de agua destilada, picado finamente y se filtra.

El sólido resultante se lava con hexano, o acetato de etilo. El producto es un polvo de color amarillento La glicina acetilada se recupera por evaporación del agua.


25

Figura 16 Esquema de síntesis de acetamidocumarinas.

6.5. HIDRÓLISIS DE ACETAMIDOCUMARINAS

Esquema 11: Síntesis de acetamidocumarinas

Para 1 gramo de acetamidocumarina se colocan 10 mL de ácido acético y 2 mL de ácido sulfúrico en baño de aceite durante 66 hr a 70º C

La mezcla se neutraliza con 18g de bicarbonato de sodio sólido, en pequeñas cantidades, después de añadir 10 mL de agua destilada.

Al terminar la efervescencia el sólido suspendido se filtra y lava con agua destilada fría. Se deja secar al aire y se caracteriza.


26

Figura 17: Esquema de hidrólisis de acetamidocumarinas.

6.6. FORMACIÓN DEL CLORHIDRATO DE LA AMINOCUMARINA

Esquema 12: Protonación el grupo amino

Colocar y disolver la aminocumarina en etanol.

Agregar en proporción molar de ácido clorhídrico concentrado gota a gota hasta que precipite un sólido. Filtrar el sólido y lavarlo con agua.


27

7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 7.1. REACCIONES DE CICLOADICIÓN (4+2) VIA DIELS-ALDER

Las 3-carboxicumarinas presentan un doble enlace conjugado a un anillo aromático, un grupo 3-carboxi

y una lactona como sustituyentes. Estos grupos funcionales actúan como electroatractores sobre el

doble enlace confiriéndole un carácter deficiente en electrones. Por este motivo, el doble enlace puede

ser considerado como un buen dienófilo adecuado para reacciones de cicloadición Diels-Alder. Este tipo

de reacciones ya habían sido reportadas por nuestro grupo de investigación16 utilizando un gran exceso

de butadieno y por consiguiente con algunos problemas para purificar debido a la presencia de polímero

de butadieno. Con la finalidad de disminuir la cantidad de éste, se realizó un conjunto de reacciones

utilizando hidroquinona, con la finalidad de evitar la polimerización del 2,3-dimetilbutadieno.

Para esto se utilizaron diferentes relaciones molares, entre el 2,3-dimetil-1,3 butadieno y el 3-carboxilato

de etilo de la cumarina y se añadió una cantidad constante de hidroquinona. La reacción se llevó a cabo

en comparación con un blanco sin hidroquinona, con la finalidad de comparar los rendimientos aislados.

La hidroquinona es una sustancia que inhibe la formación de polímeros. El objetivo que se persigue es el

de disminuir la cantidad del dieno dada la toxicidad de esta sustancia.

Los resultados se muestran en el esquema 15. Se puede observar que el uso de la hidroquinona es

permite reducir la cantidad de dieno hasta una relación molar 1:4 con respecto a la cumarina con el

mejor rendimiento (76%). Sin embargo la cantidad de dieno no es suficiente para permitir el en contacto

con la fase sólida (dienófilo), por efecto de difusión, por lo que fue necesario agregar un solvente de alto

punto de fusión como el Xileno para la reacción con ciclohexadieno.


28

O O

R

+ 160ºC 24h

O O

R

O O

R

+ 160ºC 24hO O

RQuinnhidrona

Relaciòn molar 1:20

1:101:51:4

556576

RendimientosRelaciones molares

Rendimiento 15 %

%

R =OEt

O

1a

2a

Esquema 13: Formación de aductos con 2,3 dimetil-butadieno.

Otro objetivo de este trabajo era el de utilizar a otros dienos para llevar a cabo la cicloadición Diels-

Alder. Para ello se seleccionó un dieno cíclico como el ciclohexadieno y otro impedido estéricamente

como el terpineno (esquema 16). En la Figura 18 se muestra el espectro de RMN de 1H del crudo de

reacción, en donde pueden observarse señales de la cumarina sin reaccionar y del aducto Diels-Alder.

En la figura 19 se muestra el espectro de RMN de 13C correspondiente, en donde es más claro la

presencia de señales duplicadas para el anillo de cumarina y las señales correspondientes a los

carbonos alifáticos C3, C4, C11 y C14. El crudo de reacción fue sometido a una cromatografía en

columna, sin embargo no fue suficiente para purificar al aducto. Un breve análisis de estos resultados

revelan que la quinhidrona, no es suficiente para evitar la polimerización del ciclohexadieno, el cual

queda polimerizado y es muy difícil de retirar.

El terpineno se polimeriza como en el caso anterior, sin embargo no ocurre la reacción de cicloadición,

posiblemente por el impedimento estérico, el cual es un factor importante para las reacciones de

cicloadición.

Es concluyente que las interacciones moléculares entre los átomos de carbono y heteroátomos que en

conjunto forman un dieno, actúan como elementos que distribuyen su densidad eléctrica disminuyendo o

aumentando su reactividad. En comparación con el 2,3-dimetil-1,3-butadieno, un dieno simétrico al igual


29

que el ciclohexadieno, pero molécularmente más pequeño, es mas reactivo al propósito de formar un

aducto con el mismo dienófilo, el 3-carboxilato de etilo de la cumarina.

O O

R

+Quinhidrona

160ºC 24h

O O

R

O O

R

+

RegioisomerosR =OEt

O

ciclohexadieno

3a

4a

Esquema 14: Formación de aductos con ciclohexadieno

Figura 18: Espectro de RMN 1H de la mezcla de compuestos 3a y 4a en CH3Cl

H5

H7 H6

O OO

O

H

H

H

H

H

HH

H

H

HH

H

1

2

34

5

6

78

9

10

11

1415

16

1718

1920

21

22

H8

2CH3

H4 H14

H11

H16 H15


30

Figura 19: Espectro de de RMN 13C de la mezcla de compuestos 3a y 4a en CH3Cl

Últimamente se ha analizado por otros científicos que estudian estas reacciones que la teoría de los

orbitales moleculares de frontera no explica en múltiples ocasiones que se favorezca o no la reacción de

cicloadición vía Diels-Alder.

Es posible analizar matemáticamente si la reacción es favorecida con la ecuación de Klopman-Salem

que aproxima la energía de activación, para apreciar si una cicloadición es favorecida por los dienos y

dienófilos usados, dependiendo de las interacciones con electrones y las interacciones electroatractoras.

La presencia de un ácido de Lewis en la reacción puede desplazar el equilibrio a favor de la formación

de los aductos con otros dienos. De acuerdo con esta información, será conveniente probar inhibidores

de radicales libres mas potentes que la hidroquinona

.

En la Tabla 1, se muestran los resultados de las condiciones de reacción en las que se probaron ambos

dienos.

O OO

O

1

2

3

45

6

7

89

10

1112

1314

16

1519

17

22

23

2021

C2,19 C13

C9

C12

C5C7

C6C8

C10

C22

C3

C14

C4

C16

C15

C22

Carbonos de anillo aromático

Carbonos de metilos y metilenos


31

O O

R

+Quinhidrona

160ºC 24h

O O

R

O O

R

+

Regioisomeros y EstereoisomerosNo se formanR = OEt

Oterpineno

5a

6a

Esquema 15: Formación de aductos con terpineno esperados

En la tabla 1 se muestra las condiciones de reacciona para cada uno de los dienos, de donde las

primeras tres condiciones probadas para ambos reactivos arrojan resultados negativos, las

modificaciones en las condiciones favorecen en el ultimo de los términos únicamente a las reacciones

con el dieno parcialmente impedido, el ciclohexadieno, un dieno cíclico similar al pentadieno que suele

ser muy reactivo, en la química de las reacciones de ciclo adición (2+4) al cambiar las condiciones el

dieno mostraba un traslape de orbitales y un estado de transición que favorece la reacción, no

obteniéndose buenos rendimientos.

El ciclohexadieno es una molécula que muestra dos dobles enlaces conjugados. Separados por tan solo

un enlace sencillo, sin embargo también interacciona con otros tres enlaces sencillos por otra parte de

la molécula, esto aun influye para que ocurra la interacción las moléculas se deben colocar en las

posiciones adecuadas para el traslape de orbitales que conserven aun también su simetría, y después

los elctrones π del dieno tengan un flujo que inicie la formación de los nuevos enlaces El terpineno esta

sustituido pero ninguno de sus sutituyentes es un grupo que aumente las densidad electrónica de los

carbonos que tienen que actuar como nucleófilos contra el carboxilato de etilo de la cumarina.


32

Tabla 1 Condiciones de reacción para ciclohexadieno y terpineno.

7.2. EPOXIDACIÓN DE ADUCTO DEL 3-CARBOXILATO DE ETILO DE LA CUMARINA

Con el aducto obtenido y en presencia de un peroxiácido se obtuvo un epóxido en la posición del

alqueno en el aducto formado, esta reacción requiere de un reflujo, de esta forma se favorece las

interacciones para la apertura de un enlace e inserción del heteroátomo para formar los nuevos enlaces.

CICLOHEXADIENO TERPINENO RESULTADO

Relación molar 1 mol de

dienófilo por 10 moles del

dieno

15mg hidroquinona

150ºC por 24 horas


dienófilo por 10 moles

del

15mg hidroquinona

150ºC por 24 horas

Dieno sin reaccionar y

polimerizado

Dienófilo sin reaccionar

Dificultad en purificación por una

parcial solubilidad de materia

prima en hexano



dieno

15mg hidroquinona

160ºC por 24 horas



dieno A

15mg hidroquinona

160ºC por 24 horas

Dieno sin reaccionar y

polimerizado


Dificultad en purificación por una

parcial solubilidad de materia

prima en hexano



dieno

15mg hidroquinona

160ºC por 48 horas



dieno A

15mg hidroquinona

160ºC por 48 horas

Gran cantidad de dieno sin

reaccionar y polimerizado


Reacción incompleta



dieno

30 mg hidroquinona

160ºC por 72 horas

Purificación posterior con

carbón activado

Gran cantidad de dieno sin

reaccionar y polimerizado


Reacción incompleta posible

producto formado con un bajo

punto de fusión


33

Los époxidos en moléculas de cumarina, son consecuencia de una reaccion en linea que, requiere e

aducto purificado para su formación con buenos rendimientos, las condiciones de reacción reportadas,

son las idóneas para la formación de epóxidos.

O O

R + O

O

OHCl

O O

R

O

R =OEt

Oácido meta cloro perbenzoico

epoxidorendimiento 95%

3-carboxilato de etilode la cumarina

1b

Esquema 16: Reacción de epoxidación.

7.3. SINTESIS Y CARACTERIZACION DE ACETAMIDOCUMARINAS Y AMINOCUAMARINAS

A través de materias primas como, los salicilaldehídos y un aminoácido como la glicina en las

condiciones adecuadas de reflujo se proporciona la energía de activación, para la formación de las

amidocumarinas correspondientes. Al utilizar anhídrido acético como disolvente, la glicina se esterifica

en el carbono carbonílico por lo tanto se obtiene la acetamidocumarina correspondiente. El exceso de

glicina esterificada se separa por precipitación y la aminocumarina se obtiene por hidrólisis

posteriormente.

Para este trabajo, se decidió probar la reactividad con cuatro salicilaldehídos con un sustituyente

diferente en la posición para con respecto al OH, para hacerlos reaccionar con la glicina y el acetato de

sodio anhidro, en anhídrido acético como disolvente. Los sustituyentes fueron H, Br, Cl y OH (Figura 20).

O

H

OHSalcilaldheido

O

H

OH

4-Br-salcilaldheido

BrO

H

OH

Cl

O

H

OH

HO

4-Cl-salicilaldheido

2,4 dihidroxi-bezaldheido Figura 20: Algunos salicilaldehídos.


34

Todos los productos se obtuvieron en las mismas condiciones: acetato de sodio como base y un reflujo

por 24h en anhídrido acético (Esquema 19). Los rendimientos fueron alrededor del 80%.

O O

NH

HO

O

NH2

glicina

+

O

H

OHSalcilaldheido

(CH3CO)2O

CH3CO2Na

CH3O

Acetamidocumarinarendimiento 86%

X

X= 1c) H, 2c) Br, 3c) Cl, 4c) OH

X

Esquema 17: Síntesis de Acetamidocumarinas.

En la figura 21, es posible apreciar una serie de señales de protones que corresponden a los grupos

mas importantes. que indican la formación del producto como el desplazamiento del H4 así como los

protones de la amina secundaria y algunos otros del anillo aromático.

En la Figura 22, se muestra el espectro de RMN de 1H para la acetamidocumarina, donde puede

apreciarse el desplazamiento químico de H4 hacia frecuencias altas, en 8.7 ppm, aún más desprotegido

que el NH amídico que se encuentra en 8.2 ppm. Las señales aromáticas se observan entre 7.2 y 7.6

ppm y el CH3 en 2.2 ppm.

En la Figura 23, se muestra el espectro de RMN de 13C para este compuesto. De frecuencias mayores a

menores aparece el carbonilo amídico (C11), el lactónico (C2) y el base del oxígeno (C9) en 170, 159 y

150 ppm, respectivamente. El carbono C4 aparece muy desplazado hasta 130 ppm, este

desplazamiento es característico para las cumarinas sustituidas en la posición 3 con un grupo

electroatractor. Los carbonos aromáticos se encuentran entre 129 y 116 ppm y finalmente en 26 ppm se

observa el CH3.


35

Figura 21: Espectro de RMN 1H de compuesto 1c en CH3Cl.

Figura 22: Espectro de de RMN 13C de compuesto 1c en CH3Cl.

C11

C2 C9

C4

C6

C8

C7

C10

C5

C3

C12

O

HN

O

O

12

34

105

98

6

7

1213

14

11

15

H

H

H

H

H H

H

H

H4

NH

H7 H5

H8

H6

CH3 O

HN

O

O

12

34

105

98

6

7

1112

14

13

15

H

H

H

H

H H

H

H


36

En las figuras 23 y 24 se muestran los espectros de RMN de 1H para la 6-bromo-3-acetamidocumarina y

la 6-cloro-3-acetamidocumarina, respectivamente. Ambos espectros son muy similares entre sí. A

frecuencias mayores se observa un singulete para H4 en 8.6 pp y el NH como una señal ancha en 8.01

ppm. Los protones aromáticos se observan como un singulete, H5, una señal doble para H7 acoplada

con otra señal doble más protegida H8 entre 7.2 y 7.6 ppm, finalmente el metilo se encuentra em -

alrededor de 2.3 ppm. El metilo adicional que se observa en la figura 25 corresponde a la acetona como

impureza.

Figura 23: Espectro de RMN 1H de compuesto 2c en CH3Cl

H-4

NH H-5 H-8

H-7

CH3

O

HN

O

O1

2

34

105

98

6

7

1112

15

H

Br

H

H

H H

H

H


37

Figura 24: Espectro de RMN 1H de compuesto 3c en CH3Cl

Las condiciones ocupadas para la obtención de la 6-hidroxi-3-acetamidocumarina conducen también a la

acetilación del grupo 6-hidroxilo. En la figura 29 se muestra el espectro de RMN de 1H, en donde se

observan, en la región alifática, tres señales para grupos metilo: acetona (impureza), NCOMe y OCOMe.

En el espectro de 13C que se muestra en la figura 30, también se observan los metilos en 20, 25 y 31

ppm, respectivamente. Los grupos C=O en 170, 169 y 158 ppm correspondientes a NCOMe, C=O

lactónico y OCOMe, confirman la estructura propuesta. Por lo demás, el espectro es semejante a los

anteriores excepto por la señal correspondiente a H6 y C6 que se recorren a frecuencias menores por

efecto del grupo electrodonador (OCOMe).

Este producto es un sólido cristalino a la radiación UV. Se ha reportado fluorescencia para algunas

cumarinas de origen natural en insectos y plantas. En este caso el grupo hidroxi en el carbono seis, es

responsable de tal efecto.

H4

NH

H5

H8

H7

CH3

O

HN

O

O

H

Cl

H

H

H H

H

H


38

Figura 25: Espectro de RMN 1H de compuesto 4c en CH3Cl.

Figura 26: Espectro de RMN 13C de compuesto 4c en CH3Cl.

C8

acetonaMeCON

MeCOOC3

C5C7

C10

C4

C6C9

C22COMe

H4 NH H7

H6 H8

2CH3

acetona

O O

NH

CH3O

HO

1

2

34

10

9

56

7

8

O O

NH

CH3O

HO

1

2

34

10

9

56

7

8

HH

H

H


39

Figura 27: Espectro de RMN 1H de hidrolisis de acetamidocumarina a aminocumarina

La hidrólisis del grupo acetamido es monitoreada RMN de 1H, ya que los grupos amida y amina en la

cumarina, no se distinguen uno del otro por cromatografía de placa fina, esto es debido a que su

diferencia de polaridad no es apreciable ocupando este método, se ha comprobado que existen

dificultades en la técnica para separar esta mezcla por métodos convencionales como la solubilidad; El

buscar una reacción alternativa para alguno de los grupos de la mezcla de acetamido y amino

cumarinas puede ser una opción factible con el inconveniente del desperdicio de recursos y tiempo, por

la posterior purificación y búsqueda de las condiciones idóneas de reacción para estas moléculas no

exploradas anteriormente. Una alternativa para su identificación es el punto de fusión de las diferentes

especies de la mezcla.

Es por ello que se busco realizar una hidrólisis en un 100% buscando las condiciones que permitieran

realizarla en un solo paso, Sin embargo este fin se ve disminuido por la formación de especies de

intermediarios no identificados por interacciones que incluyen la hidrólisis de otros grupos de las

molécula de acetamidocumarina, que aparecen en otros espectros de productos obtenidos en presencia

de mas ácido sulfúrico concentrado, o aumento en la temperatura por encima de los 70°C.

H4

CH3

O

HN

O

O1

2

34

105

98

6

7

12

15

H

H

H

H

H H

H

H

O

NH2

O1'

2'

3'4'

10'5'

9'8'

6'

7'

H

H

H

H

H

NH2 NH

H4’ H5

H5’

H6 H6’


40

Es concluyente que la variación de la temperatura y la relación de ácido sulfúrico en aumento no son

factores determinantes en la disminución del tiempo de hidrólisis sin alteración de la química estructural

de los productos esperados.

Figura 28: Espectro de RMN 1H de bromoacetamidocumarina en hidrólisis 80%

Figura 29: Espectro de RMN 1H de cloroacetamidocumarina hidrolizada 30%

H4

NH

H7

H8

H4’

NH2

O

HN

O

O1

2

34

105

98

6

7

1112

15

H

Cl

H

H

H H

H

H

O

NH2

O1

2'

3'4'

10'5'

9'8'

6'

7'

H

Cl

H

H

H

H8’

H5 H7’

H4

NH

H7

H5

H4’ NH2

CH3

O

HN

O

O1

2

34

105

98

6

7

1112

15

H

Br

H

H

H H

H

H

O

NH2

O1

2'

3'4'

10'5'

9'8'

6'

7'

H

Br

H

H

H


41

Si se someten a condiciones ácidas en baño de aceite los productos así anteriormente obtenidos, se

llega a aminocumarinas, de las cuales se prueba su reactividad como dienófilos con el 2,3 dimetil 1,4

butadieno, cabe aclarar que las hidrólisis de los productos no se lograron realizar al 100% en una sola

reacción fue necesario aumentar la cantidad de ácido y el tiempo gradualmente asta eliminar el grupo

acetilado.

O O

NH

CH3O

Acetoamidocumarina

H2SO4

CH3COOH

NaHCO3 O O

NH2

Aminocumarina Esquema 18: Hidrólisis de acetoamiocumarinas

Las amidocumarinas y las aminocumarinas nos son buenos dienófilos, el nitrógeno es un grupo

electrodonador que aporta por su cercanía a los carbonos del doble enlace la densidad electrónica,

suficiente para impedir que reaccione de forma total con el 2,3-dimetil-1,4 butadieno, además de ser un

grupo relativamente voluminoso puede que este impidiendo de esta forma las interacciones con el dieno.

O O

NH2

Aminocumarina

X

X= 1d) H, 2d) Br, 3d) Cl, 4d) OH Figura 30: Aminocumarinas sintetizadas

En los siguientes espectros de RMN de 1H para monitoreo de reacción, los protones de los grupos

indicativos de una acetamidocumarina se han marcado en rojo, en comparación con los espectros

anteriores se han reducido en cantidad, también es posible apreciar como existen otras señales, de

hidrólisis en la molécula, estos compuestos se han de purificar por cromatografía de columna después

de la hidrólisis. Las reacciones de formación de aductos se ven favorecidas o impedidas por, sustituyentes

electroatractores o electrodonadores en consecuencia, los grupos amino y amido son antagonistas, pero

su interacción con un dieno debe ser estudiada mas detalladamente para poder inferir por que un grupo

elctroatractor fuerte como el amino no favorece la reacción de cicloadición después de ser protonado, es

posible que haya impedimento estérico o bien que energéticamente no sea estable el producto deseado.


42

Figura 31:Espectro de RMN 1H de compuesto 2d en CH3Cl

Figura 32: Espectro de RMN 1H de compuesto 3d en CH3Cl

H7

H5

H8 H4

CH3

NH2

NH

O O

NH2Br

92

34

10

56

7

8 1

H4

H8

NH2

O O

NH2Cl

92

34

10

56

7

8 1

H7

H5


43

El equilibrio de la reacción no se desplaza por estabilidad química y de entropía, así la formación de los

aductos para estas aminocumarincas y amidocumarinas con las condiciones que se muestran en

seguida.

O O

R

+ 160ºC 24hO O

RQuinnhidrona

R = NCOOH, NH2

Aminocumarina 2,3-dimetil-1,3-butadieno No se forma

Esquema 19: Formación de aductos con acetamido y amino cumarinas

La protonación del grupo amino con ácido clorhídrico concentrado es de fácil obtención pero si se

prueba como dienófilo también, arroja resultados negativos, de todas las condiciones probadas se

deduce que la reacción de cicloadición (2 + 4) y por ser un proceso concertado y de interacción entre

electrones entre dieno y dienófilo para la formación de nuevos enlaces es altamente selectivo.

O O

NH2

Aminocumarina

+O O

NH3Cl

Aminocumarina protonada

HCl

O O

NH3Cl

Aminocumarina protonada

+

2-3 dimetil-1,3-butadieno

O O

Aducto de amidocumarina

NH3Cl

Esquema 20: Exploración de reactividad de aminocuarina protonada en reacciones de cicloadición


44

8. CONCLUSIONES Las reacciones de cicloadición son procesos altamente específicos, obteniéndose de ellas el aducto ya

caracterizado con 2,3-dimetil-1,3-butadieno y 3-carboxilato de etilo de la cumarina.

El ciclohexadieno esta parcialmente impedido para reaccionar con la 3 carboxilato de etilo de la

cumarina, el terpineno esta completamente impedido estéricamente en la reacción con las condiciones

usadas.

La acetamidocumarina la aminocumarina y aminocumarina protonada no son buenos dienófilos para

reacciones de cicloadición

El uso de la hidroquinona permitió reducir la cantidad de 2,3-dimetil-1,3-butadieno.

Los productos de epoxidación se lograron por tratamiento convencional para la formación de epóxidos a

partir alquenos, con ácido metacloroperbenzoico.

Tres de las cuatro acetamidocumarinas de síntesis aquí mostradas son inovadoras para la química de

estos compuestos, así también como sus aminocumarinas respectivas.

Las condiciones probadas para hidrolizar el grupo acetamido han permitido la obtención de las

aminocumarinas en dos casos en forma favorable.


45

9. RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS

Para favorecer el equilibrio de las reacciones probadas con la 3-carboxilato de etilo de la cumarina y

ciclohexadieno y terpineno, se recomienda utilizar ácidos de Lewis y radiaciones de microondas.

Favorecer la reactividad de la cumarina con otro grupo diferente al carboxilato de étilo

Una vez que se obtengan más aductos se puede inducir la formación de sus respectivos epóxidos y

consiguiente apertura por sustitución nucleofílica.

Queda por probar la reactividad de las acetamidocumarinas y aminocumarinas sustitidas en las

reacciones de cicloadición así como su posible epoxidacion.

Aun es posible hacer sustituciones en la posición 6 y verificar si la reacción de Knoevenagel sigue

siendo favorecida con salicilaldehídos sustituidos de diferente forma a los probados.

La actividad biológica de las cumarinas como antibioticos se puede probar con cultivos microbianos.


46

10. BIBLIOGRAFÍA

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