prÁcticas de quÍmica orgÁnica v · grado en química usc. manual de laboratorio de química...

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Grado en Química por la Universidad de Santiago de

Compostela

PRÁCTICAS DE

QUÍMICA ORGÁNICA V

Manual de laboratorio

Grado en Química USC. Manual de laboratorio de Química Orgánica V

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ÍNDICE

1. NORMAS DE TRABAJO Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO. 3

1.1. Normas generales 3

1.2. Normas generales de seguridad 4

1.3. Pictogramas de seguridad 5

1.4. Eliminación de residuos 7

1.5. Qué hay que hacer en caso de accidente: Primeros auxilios 8

2. LIMPIEZA Y SECADO DEL MATERIAL DE LABORATORIO 9

3. RELACIÓN DE MATERIAL 10

4. EQUIPOS Y APARATOS DE USO FRECUENTE 12

5. DIARIO DE LABORATORIO 12

6. BIBLIOGRAFÍA 14

7. GUIONES DE PRÁCTICAS DE QUÍMICA ORGÁNICA V 15

Práctica 1: Preparación del pentaacetato de β-D-glucopiranosa. 18

Práctica 2: Preparación de la N-acetil-L-prolina 19

Práctica 3: Preparación del hidrocloruro del L-fenilalanato de metilo. 22

Práctica 4: Síntesis del N-acetil-L-prolil-L-fenilalanato de metilo. 24

Práctica 5: Extracción de la cafeína de una bebida de cola. 27

Práctica 6: Cicloadición 1,3-dipolar. Preparación del isoxazolcarboxilato de etilo. 28

Práctica 7: Hidrólisis del del isoxazolcarboxilato de etilo. 32

8. PROCEDIMIENTOS 37

9. SEPARATAS 44

10. ESPECTROS 49


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1. NORMAS DE TRABAJO Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO1.

1.1. Normas generales • La asistencia a las clases interactivas (seminarios), las tutorías y al laboratorio es

obligatoria para todos los alumnos.

• Los alumnos deberán presentarse en la fecha, hora y lugar que se les cite, con el material que se les solicite y con el guión de la práctica que corresponda leído y trabajado.

• Lea atentamente el guión de cada práctica antes de acudir al laboratorio a realizarla. Con carácter general, antes de empezar una práctica el alumno tendrá que contestar a una serie de cuestiones tipo test sobre la misma, que el profesor corregirá y tendrá en cuenta para la nota de prácticas. En algunas prácticas además será necesario traer hechos al laboratorio una serie de cálculos previos, planteados en los guiones de las prácticas (de preparación de disoluciones, etc.) que se necesiten para hacer la práctica.

• El alumno encontrará su puesto de trabajo limpio y ordenado, en caso contrario deberá comunicarlo al profesor. Además, se asegurará que dispone de todo el material indicado en la relación que se encontrará en su taquilla, y que dicho material se encuentra en perfectas condiciones.

• Desde el inicio hasta el final de la práctica el alumno se responsabilizará de su puesto de trabajo así como del material allí presente.

• Los materiales, reactivos y disoluciones que sean de uso compartido y tengan una ubicación determinada sólo deberán ser retirados en el momento de su uso y deberán ser devuelto a su lugar original inmediatamente. Esto se aplicará a los reactivos sólidos colocados cerca de las balanzas, papel indicador, indicadores para valoración, disoluciones patrón, disoluciones preparadas para el alumno, etc., y especialmente a aquellas sustancias que requieren unas condiciones especiales para su conservación (sales anhidras en desecadores) y que a la intemperie cambian sus propiedades.

• Antes de usar un instrumento general de uso compartido (balanzas, bomba de vacío, desecadores, espectrómetros, etc.) se asegurará que no esté siendo utilizado por un compañero. En caso de estar libre de uso, deberá asegurarse de que funciona correctamente. Suele ser frecuente la formación de colas en torno a estos sitios. Esto debe evitarse porque contraviene las normas de seguridad.

• En ningún momento se harán bromas ni actividades ajenas al trabajo de laboratorio, sobre todo si producen distracción o falta de atención a los compañeros.

• Nunca deberá correr en el laboratorio, trabajar sólo, ni llevar a cabo experimentos de otras prácticas ni realizados por cuenta propia.

• En caso de querer salir, se lo solicitará al profesor y sólo lo hará en un tiempo lo más breve posible. Aprovechará los momentos en los que en la marcha de la práctica pueda darse un tiempo de inactividad por parte del alumno, y siempre que abandone el laboratorio deberá lavarse las manos, incluso si llevó guantes puestos constantemente. De todas formas, deberá salir siempre y cuando se lo solicite un profesor o lo determine alguna de las normas de seguridad.

• Antes de dar por terminada la práctica deberá consultar al profesor la calidad de los resultados obtenidos.

• Al terminar de forma normal la actividad en el laboratorio, todo el material de la práctica usado debe lavarse y dejarse limpio, y el puesto ocupado debe dejarlo ordenado. El material de vidrio se colocará sobre una hoja de papel de filtro limpio.

1 Unas normas de seguridad en los laboratorios de prácticas más completas las puede encontrar en el capítulo 1 del libro de Martínez Grau (referencia 1) o en el documento de la página web del Servicio de Prevención de Riscos de la USC:http://www.usc.es/plands/seccions/datos_plan/eixe3/linas_actuacion/activdivulgacion/normasseguridade/normasseguridade_pdf/normalumlab.pdf. Este último documento es de lectura obligada para el alumno, que certificará su conocimiento entregando al profesor, en la primera sesión de prácticas, el cupón firmado que figura como página 9 en el citado documento.

http://www.usc.es/plands/seccions/datos_plan/eixe3/linas_actuacion/activdivulgacion/normasseguridade/normasseguridade_pdf/normalumlab.pdf

http://www.usc.es/plands/seccions/datos_plan/eixe3/linas_actuacion/activdivulgacion/normasseguridade/normasseguridade_pdf/normalumlab.pdf


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IMPORTANTE: Recuerde la obligación de dejar el material de laboratorio de su puesto de trabajo perfectamente limpio y en orden. Notifique al profesor cualquier rotura o deterioro que sufra el material de su puesto u otro de uso compartido para que éste lo pueda reponer.

Es obligatorio presentarse al profesor y solicitar su autorización antes de abandonar el laboratorio.

1.2. Normas generales de seguridad.

Está absolutamente prohibido trabajar en el laboratorio sin bata ni gafas de seguridad

• En caso de accidente avise inmediatamente al profesor.

• No se come, bebe ni fuma durante la estancia en el laboratorio.

• No se admiten lentes de contacto en el laboratorio.

• Es necesario recogerse el pelo largo, llevar las uñas cortas y no usar anillos en las manos. El calzado, sin tacones altos, tendrá que cubrir totalmente los pies.

• Infórmese de donde están los elementos de seguridad del laboratorio (extintores, alarmas, salidas, lavaojos, etc.)

• Está prohibido sacar material o productos fuera del laboratorio.

• En ningún caso se tirarán productos químicos o disoluciones, salvo que sean inertes, a los desagües del laboratorio (especialmente prohibido está tirar por el desagüe materiales sólidos insolubles). Todas estas sustancias (residuos) tienen que ser depositados en los lugares dispuestos para tal efecto y no se tienen que tirar nunca en los desagües ni en las papeleras del laboratorio (para más detalles ver apartado 1.4).

• Todas las operaciones con productos químicos que sean tóxicos y volátiles, lacrimógenos, irritantes o malolientes o en las que se genere algún gas nocivo, se deben realizar siempre en la vitrina con el aspirador en funcionamiento. La atmósfera del laboratorio debe mantenerse lo más limpia posible.

• Para las operaciones con materiales tóxicos o corrosivos deberán usarse guantes.

• No retorne nunca el exceso de reactivo al recipiente de origen.

• Evite el contacto con la piel, la respiración o la ingestión de los productos químicos. Lea siempre la etiqueta de cualquier reactivo antes de usarlo. Compruebe que se trata realmente del reactivo indicado y observe los símbolos y frases de seguridad que señalan los riesgos más importantes derivados de su uso y las precauciones que hay que adoptar para su utilización.

• Asuma que todas las substancias que se manejan en un laboratorio pueden ser peligrosas (inflamables, corrosivas, carcinogénicas o tóxicas...), mientras no se conozcan exactamente sus propiedades.

• Mantengar la cara alejada al máximo de un recipiente en el que se esté calentando o mezclando algo.

• Si se produce contacto de un producto químico con los ojos lave con agua abundante durante 15 minutos. Acuda inmediatamente al médico.

• En el caso de quemaduras, lavar abundantemente con agua. Si la quemadura ha sido producida por ácidos se lavará abundantemente con agua y después con disolución saturada de bicarbonato sódico. Si la quemadura ha sido producida por bases, después de un lavado abundante con agua, se procederá a un lavado con ácido acético diluido.

• No caliente un disolvente inflamable en las proximidades de una llama.

• El éter se inflama con facilidad. Su uso requiere especial cuidado.

• Los disolventes orgánicos se calentarán a través de una placa calefactora o baño de silicona.


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• La manipulación de sustancias o material encima del baño de silicona estará limitado a aquellas operaciones imprescindibles para el experimento. Los montajes (reflujo, destilación) se preparan primero a un lado y luego se colocan encima del baño caliente sujetando firmemente el matraz con unas pinzas. Cuando el montaje esté listo y con la refrigeración conectada se baja y se sumerje el matraz en el baño, quedando la silicona ligeramente por debajo del nivel del líquido dentro del matraz. Evitar siempre mover el agitador con un baño caliente encima.

• Nunca se calienta un montaje cerrado. Tampoco se utiliza un montaje cerrado cuando estemos llevando a cabo una reacción en la que se desprendan gases.

• Cuando utilice un agitador con calefacción asegúrese de que no esté en contacto con cables, gomas u otros materiales sensibles al calor. Para evitar dañar el aparato, al terminar apague primero la calefacción y deje el agitador en marcha hasta que se enfríe.

• Nunca llene las pipetas succionando con la boca.

• Importante: Evite usar material de vidrio con roturas o grietas, disoluciones contaminadas o sospechosas, etc.

1.3. Pictogramas de seguridad

Normativa antigua.

Fuente: Martínez Grau, Mª Á. y Csákÿ, A. G., Técnicas experimentales en síntesis orgánica, Ed. Síntesis, Madrid, 2001-2008.


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Nueva normativa CLP2.

Equivalencias entre los viejos y los nuevos pictogramas de seguridad.

pictograma Clases de peligro

Peligro de corrosión Estos productos son corrosivos y son, por ejemplo, • Los que atacan y destruyen los metales • Los que queman la piel y/o los ojos en caso de contacto o de proyección

Gases a presión Son gases a presión dentro de un recipiente que pueden: • Explotar bajo los efectos del calor: gases comprimidos, licuados o disueltos. • Los gases licuados refrigerados pueden provocar quemaduras y heridas por frío.

Peligro para la salud Estos productos químicos pueden ser: • Tóxicos a grandes dosis • Irritantes para los ojos, la nariz, la garganta o la piel • Pueden causar alergias en la piel (eczema) • Pueden causar somnolencia o vértigos

Peligro de explosión El producto puede explotar en contacto con una llama, una chispa, electricidad estática, por calor, por un choque, fricción... Son por ejemplo: • Materiales explosivos • Materiales autoreactivos • y ciertos peróxidos orgánicos

Peligro de incendio El producto puede inflamarse: • en contacto con una llama, una chispa, electricidad estática, • por efecto del calor, fricción... • en contacto con el aire • en contacto con el agua, emiten gases inflamables

2 El reglamento CLP Es la herramienta legal que adopta el GHS (Global Harmonized System, una iniciativa de la ONU para unificar a nivel mundial el sistema de clasificación y etiquetado de los productos químicos)en Europa: Reglamento (CE) Nº1272/2008 sobre Clasificación, Etiquetado y Envasado (Classification, Labelling and Packaging) de sustancias y mezclas, de 16 de diciembre de 2008.


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Productos comburentes El producto puede provocar o agravar un incendio o provocar una explosión en presencia de productos inflamables

Peligro para la salud Estos productos se clasifican en una o más de estas categorías: • cancerígenos, mutágenos y tóxicos para la reproducción • Alteran el funcionamiento de ciertos órganos como el hígado, sistema nervioso... Estos efectos tóxicos pueden aparecer con una o varias exposiciones • Causan graves daños a los pulmones y pueden ser mortales si entran en el tracto respiratorio • Causan alergias respiratorias (asma, por ejemplo) • Estos productos pueden ejercer su toxicidad por vía oral, cutánea o por inhalación

Peligro de toxicidad aguda Estos productos son tóxicos, incluso a dosis bajas. • Pueden causar efectos muy diferentes en el cuerpo: náuseas, vómitos, dolor de cabeza, pérdida del conocimiento u otros trastornos más importantes que causan la muerte. • Estos productos pueden ejercer su toxicidad por vía oral, cutánea o por inhalación

Peligro para el medio ambiente Son productos que pueden causar efectos nocivos sobre los organismos del medio acuático

1.4. Eliminación de residuos.

La Facultad, conjuntamente con la Unidad de Gestión de Residuos Peligrosos de la USC, tiene un plan de recogida de los residuos que no deben ser vertidos al alcantarillado o depositarse en las papeleras.

El material de cristal roto se tirará en los recipientes destinados especialmente a este fin. Los papeles y otros desperdicios se tirarán en la papelera.

Los productos químicos tóxicos se depositarán en contenedores especiales para este fin. En ningún caso se tirarán productos químicos o disoluciones, salvo que sean inertes, a los desagües del laboratorio Especialmente prohibido está tirar por el desagüe materiales sólidos insolubles que puedan atascarlos, productos que reaccionen con el agua (sodio, hidruros, amiduros, halogenuros de ácido), o que sean inflamables (disolventes), o que huelan mal (derivados de azufre), o que sean lacrimógenos (halogenuros de bencilo, halocetonas), o productos que sean difícilmente biodegradables (polihalogenados: cloroformo).

Las sustancias líquidas o las disoluciones que puedan verterse al fregadero, se diluirán previamente, sobretodo si se trata de ácidos y de bases.


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1.5. Qué hay que hacer en caso de accidente: Primeros auxilios. En caso de accidente, avisa inmediatamente al profesor. En caso de gravedad llamar al 061, y de ser necesario al teléfono de información toxicológica 915 620 420. En cualquier caso comunicar por escrito los hechos al Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la Universidad.

Fuego en el laboratorio. Evacuad el laboratorio, de acuerdo con las indicaciones del profesor y la señalización existente en el laboratorio. Si el fuego es pequeño y localizado, apagadlo utilizando un extintor adecuado, arena, o cubriendo el fuego con un recipiente de tamaño adecuado que lo ahogue. Retirad los productos químicos inflamables que estén cerca del fuego. No utilicéis nunca agua para extinguir un fuego provocado por la inflamación de un disolvente.

Fuego en el cuerpo. Si se te incendia la ropa, grita inmediatamente para pedir ayuda. Tiéndete en el suelo y rueda sobre ti mismo para apagar las llamas. No corras ni intentes llegar a la ducha de seguridad si no está muy cerca de ti. Es tu responsabilidad ayudar a alguien que se esté quemando. Cúbrele con una manta antifuego, condúcele hasta la ducha de seguridad, si está cerca, o hazle rodar por el suelo. No utilices nunca un extintor sobre una persona. Una vez apagado el fuego, mantén a la persona tendida, procurando que no coja frío y proporciónale asistencia médica.

Quemaduras. Las pequeñas quemaduras producidas por material caliente, baños, placas o mantas calefactoras, etc., se trataran lavando la zona afectada con agua fría durante 10-15 minutos. Las quemaduras más graves requieren atención médica inmediata.

Cortes. Los cortes producidos por la rotura de material de cristal son un riesgo común en el laboratorio. Estos cortes se tienen que lavar bien, con abundante agua corriente, durante 10 minutos como mínimo. Si son pequeños y dejan de sangrar en poco tiempo, lávalos con agua y jabón, aplica un antiséptico y tápalos con una venda o apósito adecuados. Si son grandes y no paran de sangrar, requiere asistencia médica inmediata.

Derrame de productos químicos sobre la piel. Los productos químicos que se hayan vertido sobre la piel han de ser lavados inmediatamente con agua corriente abundante, como mínimo durante 15 minutos. Las duchas de seguridad instaladas en los laboratorios serán utilizadas en aquellos casos en que la zona afectada del cuerpo sea grande y no sea suficiente el lavado en un fregadero. Es necesario sacar toda la ropa contaminada a la persona afectada lo antes posible mientras esté bajo la ducha. Recuerda que la rapidez en el lavado es muy importante para reducir la gravedad y la extensión de la herida. Proporciona asistencia médica a la persona afectada.

Actuación en caso de producirse corrosiones en la piel. Por ácidos. Corta lo más rápidamente posible la ropa. Lava con agua corriente abundante la zona afectada y avisa a tu profesor.

Actuación en caso de producirse salpicaduras en los ojos. En este caso el tiempo es esencial (menos de 10 segundos). Cuanto antes se lave el ojo, menos grave será el daño producido. Lava los dos ojos con agua corriente abundante durante 15 minutos como mínimo en una ducha de ojos y, si no hay, con un frasco para lavar los ojos. Es necesario mantener los ojos abiertos con la ayuda de los dedos para facilitar el lavado debajo de los párpados. Es necesario recibir asistencia médica, por pequeña que parezca la lesión.

Actuación en caso de ingestión de productos químicos. Antes de cualquier actuación concreta pide asistencia médica. Si el paciente está inconsciente, ponlo tumbado, con la cabeza de lado. Tápalo con una manta para que no tenga frío. No le dejéis sólo. No ingerir líquidos, ni provocar el vómito.

Actuación en caso de inhalación de productos químicos. Conduce inmediatamente a la persona afectada a un sitio con aire fresco. Requiere asistencia médica lo antes posible.


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2. LIMPIEZA Y SECADO DEL MATERIAL DE LABORATORIO3 Para desarrollar correctamente cualquier trabajo en el laboratorio es necesario mantener siempre limpio el material y la mesa de trabajo. El material debe estar limpio y seco antes de empezar el experimento.

FUENTE: Martínez Grau, Mª Á. y Csákÿ, A. G., Técnicas experimentales en síntesis orgánica, Ed. Síntesis, Madrid, 2001-2008.

3 Para una descripción más completa ver ref. 1, capítulo 2 (pág 28)


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La limpieza del material se debe realizar inmediatamente después de cada operación ya que es mucho más fácil y además se conoce la naturaleza de los residuos que contiene.

Para limpiar un objeto, en primer lugar se quitan los residuos (que se tiran en el recipiente adecuado) con una espátula o varilla y después se limpia con el disolvente apropiado. El agua con jabón es uno de los mejores métodos de limpieza. Ocasionalmente, se utilizan ácidos, bases o disolventes orgánicos para eliminar todos los residuos difíciles.

Importante: Antes de proceder a la limpieza de material de vidrio esmerilado, y si éste estuviese engrasado, hay que eliminar totalmente la grasa de los esmerilados con la ayuda de un papel (envuelto en unas pinzas) impregnado de hexano o acetona. Si se mete en la estufa, la grasa se endurece y después es mucho más difícil de limpiar.

La última operación de lavado consiste en enjuagar todo el material con agua desionizada o destilada. El material limpio se seca en un soporte adecuado inclinado o vertical, colocando el material boca abajo, o bien se utiliza una estufa de secado. En este último caso el material debe ser introducido en la estufa sin tapones ni llaves.

Nunca se debe introducir material volumétrico ni de plástico en la estufa

Existen otros métodos para lavar el material que comportan la utilización de agentes más agresivos (ácidos, bases, agua regia, mezcla crómica, potasa alcohólica, etc.). En caso de tener un residuo intratable consultar al profesor.

Al finalizar la práctica, el material se guarda limpio y seco

3. RELACIÓN DE MATERIAL DE PRÁCTICAS El alumno comprobará, antes de comenzar la primera sesión de laboratorio, que dispone del material que se especifica en la página siguiente (llevará consigo un copia de la citada relación). Se responsabilizará del buen uso y conservación del material, circunstancia que se verificará en la última sesión de prácticas.


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DEPARTAMENTO DE QUIMICA ORGANICA FACULTAD DE QUIMICA. LABORATORIO DE PRACTICAS

Material contenido en la taquilla nº ........, entregado al alumno D. ........................................................... Material de vidrio esmerilado:

- 1 matraz de fondo redondo de 2 bocas de 100 ml - 1 cerdito - 1 matraz de fondo redondo de 100 ml - 1 embudo de decantación - 1 matraz de fondo redondo de 50 ml - 1 tubo de CaCl2 - 1 matraz de fondo redondo de 25 ml - 3 tapones - 1 cabeza de destilación - 1 columna cromatográfica - 1 macho-guía para termómetro - 1 adaptador de columna + pera de presión - 1 refrigerante Liebig

Material de vidrio no esmerilado: - 1 vaso de precipitados 250 mL - 1 kitasato - 1 vaso de precipitados 100 mL - 1 embudo büchner - 1 erlenmeyer de 250 ml - 1 embudo con placa filtrante - 1 erlenmeyer de 100 mL - 1 vidrio de reloj - 1 erlenmeyer de 50 mL - 1 caja petri - 1 erlenmeyer de 25 mL - 1 varilla de vidrio - 1 termómetro Material vario: - 1 embudo - 1 agitador magnético - 2 probetas (10 y 25 ml) - 1 barra agitadora - 3 clips amarillos - 1 baño de silicona con tapa - 1 pipeta pasteur con chupona - 1 recipiente plástico para el hielo - 2 pinzas con su nuez - varios conos de goma - 1 aro metálico con su nuez - 1 gradilla con tubos de ensayo - 1 aro de corcho Material por cada dos mesas: - 1 frasco lavador con acetona - 1 frasco lavador con agua destilada Material por cada cuatro mesas: - 1 rotavapor provisto de: - Matraz colector de 1 L - Pinza balón colector - Pieza reductora esmerilado hembra 29/32 a macho 14/23 - Baño calefactor NOTA: Cada alumno debe de responsabilizarse de su material. Las barras agitadoras y las espátulas se entregaran a cada uno el primer día de prácticas y se recogeran el último día, a la vez que se revisará el estado del resto del material y de las taquillas. Santiago de Compostela, ....... de ............................... de ............. recibí Vº Bº EL ALUMNO EL PROFESOR

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4. EQUIPOS Y APARATOS DE USO FRECUENTE Para una descripción del funcionamiento de diversos equipos y aparatos de uso frecuente en un laboratorio químico véase el capítulo 2 de la referencia 1, pág 30 y siguientes.

5. DIARIO DE LABORATORIO Los investigadores consideran el cuaderno de laboratorio como una de las más valiosas posesiones. El cuaderno debe ser un reflejo adecuado de las operaciones realizadas en el laboratorio por el investigador, de modo que en base a las anotaciones realizadas se puedan discutir y racionalizar los resultados experimentales obtenidos, se puedan planificar nuevos experimentos o se pueda reproducir en su caso la transformación conseguida. Estos objetivos son los que deben determinar el contenido y la preparación de este cuaderno. Algunos consejos sobre como confeccionarlo son los siguientes.

1.- El cuaderno de laboratorio sirve para tomar nota de forma inmediata de todas las observaciones experimentales, de forma breve pero concisa, ordenada y clara. No deben de utilizarse hojas sueltas que puedan perderse, sino un cuaderno tamaño A4. Las anotaciones deben de hacerse directamente en el cuaderno, no en sucio para luego pasarlas a limpio. No se deben omitir ni los datos cuantitativos ni los cualitativos.

2.- Debe elaborarse un índice de las reacciones llevadas a cabo en las primeras hojas del cuaderno.

3.- Antes de describir una práctica, se dedicará como máximo una hoja por una sóla cara a indicar sucintamente el objetivo global de la práctica y el planteamiento sintético correspondiente.

4.- A continuación, comenzando en una nueva hoja, se asienta la primera reacción del proceso de síntesis:

- En la cabecera: Indicación del número de página y título de la reacción a realizar.

- A continuación: El esquema de la reacción con las sustancias de partida, los reactivos y disolvente, indicados sobre la flecha de reacción, y los productos esperados en la misma.

- Debajo de este esquema, la referencia bibliográfica en la que se describe el proceso.

- A continuación una tabla en la que se indiquen para cada una de las sustancias que participan en la transformación, incluyendo disolventes, reactivos, etc, las cantidades utilizadas, las propiedades relevantes (PM, densidad, origen de la sustancia, etc), así como las relaciones estequiométricas.

- En el reverso de la hoja se detallará el mecanismo de la reacción que tiene lugar, que ayudará a interpretar las onservaciones experimentales.

- Se indica a continuación un posible modelo:


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PREPARACION DE LA OXIMA DE LA ACETOFENONA

CH3

O

CH3

NOH

oxima de la acetofenona acetofenona

H2NOH.HCl/ NaOAc

EtOH/H2O; reflujo

Ref: S.S.Stradling, D.Hornick, J.Lee y J.Riley, "A Study of Stereospecificity: The Beckmann rearrangement", en J.Chem.Educ. 60, 502 (1983).

Sustancia gramos mL d P.M. mmol equiv

acetofenona 99% 1,02 1,0 1,030 120,15 8,5 1,0 agua - 7,0 - - - -

etanol 96% - 2,5 - - - - NaOAc.3H2O 1,16 - - 136,08 8,5 1,0 H2NOH.HCl 1,05 - - 69,49 15,13 1,78

5.- A continuación se describirán sucintamente todas las operaciones realizadas a lo largo del experimento. Para ello se sugiere realizar una división del cuaderno en tres columnas en las que se registrarán el tiempo, las operaciones realizadas sucesivamente (adición de reactivos, calentamiento, agitación, proceso seguido en la elaboración de la reacción y en el aislamiento y la purificación del o de los productos, etc) y las observaciones pertinentes tales como la formación de precipitados, los cambios de color, las variaciones de la temperatura, las variaciones de la composición de la mezcla de reacción observada mediante la cromatografía en capa fina u otro medio, etc:

tiempo ...... ....... .....

Operaciones realizadas ................ .................... ........................

Observaciones................. .......... .............

6.- Finalmente se redactará el procedimiento experimental realizado en un formato adecuado para su publicación, bien en una Tesina, Tesis o revista científica. Este incluye al final del mismo el rendimiento de la reacción y los datos analíticos y espectroscópicos que nos permiten realizar la asignación estructural del compuesto obtenido. Se indica a continuación un modelo de redacción de un procedimiento experimental:


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Preparación de la amida del ácido 5-(hidroximetil)-1,3,benzodioxol-4-carboxílico.

O

OO O

OO O

NH 2

32

OH

A una suspensión de la ftalida 32 (1000 mg, 5,62 mmol) en etanol (50 mL) se le añadió NH4OH (25 mL) y se agitó a t.a. durante 15h. Tras este tiempo se concentró el etanol, se lavó con disolución saturada de NaCl y se extrajo exhaustivamente con CH2Cl2 (5x15 mL). La fase orgánica obtenida se secó con Na2SO4 anhidro, se filtró y se concentró. Se purificó por cromatografía en columna eluyendo con CH2Cl2:MeOH 5%. Se recuperaron 200 mg (20%) de

ftalida de partida y se obtuvieron 657 mg (60%) de la hidroxi-amida. Pf: 135-136 °C. 1H-RMN (DMSO, 250 MHz) d (ppm): 4.47 (d, J = 5.6 Hz, 2H, CH2OH), 5.07 (t, J = 5.6 Hz, 1H, CH2OH), 6.01 (s, 2H, OCH2O), 6.89 (d, J = 8.1 Hz, 1H), 6.94 (d, J = 8.1 Hz, 1H), 7.62 (s, 1H,

CONH), 7.67 (s, 1H, CONH). 13C-RMN (DMSO, 65.5 MHz) d (ppm): 61.11 (CH2), 101.37 (CH2), 108.73 (CH), 117.64 (C), 120.76 (CH), 134.07 (C), 144.87 (C), 146.38 (C), 166.35 (CONH2). IR (NaCl) cm-1: 1663 (CONH2), 3089-3638 (OH). EM m/z (%): 179 (M+, 100), 162

(70), 150 (22), 134 (94). Anal. Calculado para C9H9NO4: C, 55.38; H, 4.64; N, 7.18;

Encontrado: C, 55.29; H, 4.65; N, 7.37.

8.- Al final de cada reacción adjuntar los espectros de los productos obtenidos. Sobre la propia hoja del espectro se debe poner la estructura del compuesto que corresponda y asignar gráficamente las señales observadas

6. BIBLIOGRAFÍA GENERAL

1. Martínez Grau, Mª Á. y Csákÿ, A. G., Técnicas experimentales en síntesis orgánica, Ed. Síntesis, Madrid, 2001-2008.

2. Página web de la Universidad de Barcelona con el material didáctico de “Operaciones básicas en el laboratorio de Química”: http://www.ub.edu/oblq/

3. Página web del Servicio de Prevención de Riscos de la USC: (http://www.usc.es/estaticos/servizos/sprl/normalumlab.pdf)

http://www.ub.edu/oblq/

http://www.usc.es/estaticos/servizos/sprl/normalumlab.pdf


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Grado en Química

3er Curso

QUIMICA ORGÁNICA V

7. Guiones de Prácticas


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QUIMICA ORGÁNICA V Grado en Química

3er Curso

ÚTILES A TRAER POR EL ALUMNO

Bata, gafas de seguridad, cuaderno de laboratorio y calculadora.

LUGAR

Las prácticas se realizarán en el laboratorio de Química Orgánica situado en el sótano de la

Facultad de Química, en horario de 16:00 a 20:00 horas. Se exige maxima puntualidad.

NORMAS DE TRABAJO

Antes de empezar

Antes de empezar cada práctica, el profesor comprobará que el alumno ha preparado la

práctica que se realizará ese día, que deberá venir convenientemente asentada en el

cuaderno de laboratorio, incluyendo los correspondientes cálculos estequiométricos.

Deberá asimismo entregar el correspondiente cuestionario previo (test previo)

debidamente contestado.

Durante las sesiones

Las prácticas son individuales, salvo que se indique lo contrario.

Cada alumno tendrá asignada una mesa y una taquilla con el equipo individual.

Trabajar siempre en la mesa, salvo que se necesite la campana de gases.

Mantener siempre limpia la mesa de trabajo.

Al acabar

Limpiar la mesa y el material utilizado.

Dejar el equipo individual en la mesa de trabajo.

Mostrar al profesor el producto obtenido y realizar el test final , de forma individual,

antes de abandonar el laboratorio.

EVALUACIÓN

Las prácticas se evaluarán en base a los tests previos, organización, pulcritud, ejecución,

resultados de la práctica y test final (50% de la parte de evaluación contínua).

Adicionalmente, el examen final de la asignatura incluirá cuestiones relativas a las prácticas

de laboratorio, que contribuirán en un 15% a la nota global del examen.

Si el alumno no logra la calificación de apto en las prácticas, deberá repetirlas.

A los alumnos repetidores se les conservará la nota de prácticas durante dos cursos.


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OBJETIVOS OBJETIVO 1: Acetilación de un azúcar

PRÁCTICA 1: Preparación del pentaacetato de β-D-glucopiranosa

OBJETIVO 2: Síntesis de un dipéptido

Síntesis de N-acetil-L-prolil-L-fenilalanato de metilo

Ac-L-Pro-L-Phe-OMe

PRÁCTICA 2: Preparación de la N-acetil-L-prolina

PRÁCTICA 3: Preparación del hidrocloruro del L-fenilalanato de metilo

PRÁCTICA 4: Síntesis del N-acetil-L-prolil-L-fenilalanato de metilo

OBJETIVO 3: Extracción de un producto natural

PRÁCTICA 5: Extracción de la cafeína de una bebida de cola

OBJETIVO 4: Síntesis de un heterociclo

NO

CO2H

NO2 OEt

OO

+

PRÁCTICA 6: Cicloadición 1,3-dipolar. Preparación del isoxazolcarboxilato de etilo.

PRÁCTICA 7: Hidrólisis del del isoxazolcarboxilato de etilo.

PROGRAMACIÓN

1ª Tanda SESIÓN INTRODUCTORIA 1: Explicación teórica en el aula de las sesiones de laboratorio 1-3.

1ª SESIÓN: Medidas de seguridad en el laboratorio de prácticas, asignación de taquillas. Práctica 1, Práctica 2.

2ª SESIÓN: Práctica 3, filtración del producto de la Práctica 2.

3ª SESIÓN: Práctica 4.

2ª Tanda SESIÓN INTRODUCTORIA 2: Explicación teórica en el aula de las sesiones de laboratorio 4-6.

4ª SESIÓN: Práctica 5, Práctica 6.

5ª SESIÓN: Práctica 7. 6ª SESIÓN: Segunda parte de la Práctica 7. Test final. Revisión del material de las taquillas.


18

SESIÓN 1

PRÁCTICA 1

PREPARACIÓN DEL PENTAACETATO DE β-D-GLUCOPIRANOSA

OHO

HOOH

OH

OAcO

AcOOAc

OAc

OAc

OH Pentaaacetato de

β-D-glucopiranosa

1,2,3,4,6-penta-O-acetil-β-D-glucopiranosa

D-glucosa

Ac2O

NaOAc

Ref.: JR Mohrig, DC Neckers, "Laboratory Experiments in Organic Chemistry", Reinhold Book Corporation, London, 1968.

Preparación del pentaacetato de β-D-glucopiranosa Una disolución de 6,94 mmoles de D-glucosa y 1,75 equivalentes de acetato sódico en 11,43 equivalentes de anhídrido acético se calienta en un baño de parafina a unos 100°C durante una hora y media. Se vierte la disolución en unos 100 mL de hielo machacado y se filtra y seca el precipitado resultante.4

4 Si se desea se puede recristalizar el pentaacetato de β-D-Glucopiranosa de metanol para lograr una mayor pureza.


19

SESIÓN 1

PRÁCTICA 2

PREPARACIÓN DE LA N-ACETIL-L-PROLINA

Ref.: PE Young, A Campbell, “The synthesis of a dipeptide from its component amino

acids”. J. Chem. Educ. 1982, 59, 701-702.

En un erlenmeyer de 25 mL provisto de barra magnética, se introducen

sucesivamente

L-prolina (99%, 10 mmol), una disolución de NaOH (1M, 1.3 mL) y Ac2O (1.06

equivalentes) (procure no tocar las paredes laterales del erlenmeyer). La mezcla se

agita durante 0.5 h y se deja en reposo hasta el día siguiente. La disolución se enfría

en un baño de H2O-hielo, se transfieren los cristales a una placa filtrante con la ayuda

de la espátula y, una vez desprovistos de agua, se lavan con pequeños volúmenes de

hexano, triturando bien los cristales con la espátula. El producto contenido en un vial

etiquetado se seca a vacío en el desecador.5

5 El producto se deja en el desecador contenido en un vial debidamente etiquetado.

NH

OH

O

HN

OH

O

H

O

Ac2O

NaOH/H 2O

L-prolina (E) N-acetil-L-prolina (F)


20

Cuestiones previas (a entregar al docente antes de iniciar la práctica).

Sesión 1. Medidas de seguridad en el laboratorio de prácticas. Preparación del

pentaacetato de β-D-glucosa

PRACTICA 1

1.- Escriba las 5 medidas de seguridad en el laboratorio que considere más importantes.

2.- Proponga un mecanismo para la reacción de acetilación de la D-glucosa.

3.- ¿Por qué cree que al transformarse la mezcla anomérica de la α− y la β-D-glucosa en su

pentaacetato, se forma exclusivamente el pentacetato de β-D-glucosa?

4.- Complete la tabla de datos y asiéntela en el cuaderno:

Sustancia gramos mL d (g/ml) P.M. mmol Equiv D-Glucopiranosa 6,94 1,0 Acetato sódico 1,75 Anhídrido acético 1,080 11,43

Pentaacetato de β-D-glucosa - -


21

Sesión 1. Preparación de la N-acetil-L-prolina

PRÁCTICA 2

5.- Represente detalladamente el mecanismo de la reacción de acetilación de la L-prolina.

6.- ¿Qué otros grupos protectores se podrían usar para enmascarar el grupo amino?

7.- La N-acetil-L-prolina se obtiene en realidad como una mezcla de dos isómeros

conformacionales. (NOTA: similar a los esteoisomería cis/trans del enlace peptídico). Estos dos

estereoisómeros interconvierten lentamente en la escala temporal del RMN, por eso se observan

dos señales correspondientes al grupo acetilo en el espectro de 1H-RMN. Dibuje sus estructuras.

8.- Complete la tabla de datos y asíentela en el cuaderno:

Sustancia (% pureza) gramos mL d (g/ml) P.M. mmol Equiv L-prolina (99%) 1,16

Ac2O 1 1,082

NaOH (1 M) 1,3

N-acetil-L-prolina (teórico)


22

SESIÓN 2

PRÁCTICA 3

PREPARACIÓN DEL HIDROCLORURO DEL L-FENILALANATO DE METILO


acids”. J. Chem. Educ. 1982, 59, 701-702.

En un matraz de fondo redondo de 100 mL, provisto de barra magnética, se introduce

la L-fenilalanina (99%, 9.08 mmol). Se añade MeOH (50 mL) y la suspensión resultante,

en agitación, se enfría en un baño de H2O-hielo. Se añade cloruro de tionilo (1.97

equivalentes) gota a gota (¡¡CUIDADO: Reacción muy exotérmica!!), y la disolución se

calienta a reflujo durante 20 min. La mezcla se concentra a vacío hasta sequedad. El

sólido obtenido se rasca con una espátula y se transfiere a una placa filtrante acoplada a

un Kitasato y se lava con pequeños volúmenes de hexano.6 El sólido finamente triturado

se seca bien en la placa con el vacío de la trompa de agua. La muestra se pasa a un vial

previamente tarado y se seca a vacío en el desecador.

6 Es muy importante hacer dos lavados rápidos con hexano para eliminar SO2 y HCl que atacan la espátula. Lavar la espátula en caso de contaminación!

H2NOH

O

H3NOCH3

OCl−

MeOH, ∆

SOCl2

+

L-fenilalaninaclorhidrato de L-fenilalanato de metilo

G H


23


Sesión 2. Preparación del hidrocloruro de L-fenilalanato de metilo.

1.- Al llevar a cabo la preparación del ester metílico de la L-Phe se observa que la sustancia de partida

es inicialmente insoluble en metanol, pero se disuelve rápidamente al añadir el cloruro de tionilo.

Plantee las ecuaciones que explican este comportamiento.

2.- Represente detalladamente el mecanismo de la reacción

3.- Indique si el producto obtenido es ópticamente activo, explicando la razón.

4.- ¿Qué otros grupos protectores se podrían utilizar para proteger el ácido carboxílico?

Represente su estructura.


Sustancia (% pureza) gramos mL d (g/ml) P.M. mmol Equiv L-fenilalanina (G, 99%) 9.08 SOCl2 1,631 1,97 MeOH 50

L-Phe-OMe (teórico)

Nombre:…………………..Apellidos:…………………………………………Taquilla:………


24

SESIÓN 3

PRÁCTICA 4

SÍNTESIS DEL N-ACETIL-L-PROLIL-L-FENILALANATO DE METILO


acids”. J. Chem. Educ. 1982, 59, 701-702.

En un matraz de fondo redondo de 25 mL provisto de barra magnética y tubo de

CaCl2, se introduce la N-acetil-L-prolina (1 g). Se añade el diclorometano necesario

para obtener una disolución 0.5M y se enfría en un baño de hielo-sal. Se añaden

sucesivamente N-metilmorfolina (NMM, 1.07 equivalentes) y cloroformiato de

isobutilo (CFIB, 1.09 equivalentes). Después de agitar la mezcla durante 10 min, se

añade el clorhidrato de L-fenilalanato de metilo (1.09 equivalentes), e inmediatamente

la N-metilmorfolina (1.07 equivalentes) y se continúa agitando. Al cabo de 20 minutos

se retira del baño y se diluye con diclorometano (15 mL). La disolución se lava

sucesivamente con HCl (2 x 10 mL, 2 M), H2O (10 mL) y NaHCO3 (2 x 10 mL). La

fase orgánica se seca con Na2SO4, filtra y concentra en el rotavapor. El residuo aceitoso

se remueve y mezcla bien con hexano, rascando con una varilla de vidrio hasta que

solidifique. El sólido resultante se transfiere a una placa filtrante, se lava con pequeños

volúmenes de hexano y se seca bien a vacío. El dipéptido se transfiere a un vial seco,

tarado, y se deja en el desecador.

NOH

O

H

O

H3NOMe

OCl−

NH

O

NOMe

O

H OCFIB+

NMM

CH2Cl2, 0 ºC

N-acetil-L-prolina

clorhidrato de L-fenilalanato de metilo

N-acetil-L-prolil- L-fenilalanato de metilo

H IF


25


Sesión 3. Síntesis del N-acetil-L-prolil-L-fenilalanato de metilo

1.- Se utiliza el método del anhídrido mixto para acoplar los dos aminoácidos. Represente la

estructura del anhídrido intermedio en la reacción

2.- Teniendo en cuenta la reactividad de este intermedio, ¿por qué se lleva a cabo la reacción con

tubo de cloruro cálcico?

3.- Indique otras condiciones (utilizando otros agentes acoplantes) para llevar a cabo la misma

reacción.

4.- Escriba el mecanismo detallado de la reacción:

5.- En función del mecanismo anterior, explicar a qué se debe el burbujeo que se observa cuando

tiene lugar la reacción y por qué es necesario utilizar dos equivalentes de base.


26

6.- Cuando se elabora la reacción se añade diclorometano y mercla de reacción se lava con HCl

2M ¿para qué?


Sustancia (% pureza) gramos mL d (g/ml) P.M. mmol Equiv N-acetil-L-fenilalanina (F) - 6,35 1,0

NMM 0,92 2x1,07

CH2Cl2 13

CFIB 1,053 1,09 L-fenilalanato de metilo (H) 1.09

Ac-L-Pro-L-Phe-OMe(teórico) 1



27

SESIÓN 4

PRÁCTICA 5

EXTRACCIÓN DE LA CAFEÍNA DE UNA BEBIDA DE COLA

Introducción. La cafeína es un alcaloide bicíclico de fórmula molecular C8H10N4O2, del

grupo de las xantinas, al que también pertenecen la teofilina del té o la teobromina del

cacao. Su consumo tiene efectos estimulantes sobre el sistema nervioso autónomo,

estimulando el estado de vigilia y la resistencia al cansancio y

sobre el corazón, provocando vasodilatación. Su abuso produce

arritmia cardíaca, insomnio y dolor de cabeza. La cafeína se

encuentra en la naturaleza en los frutos de la planta de café, en

las hojas de té, en el mate, y en la nuez de cola, de los que se

puede extraer.

Procedimiento experimental: Se miden, con una probeta, 50 ml de una bebida de cola7

y se vierten, mediante un embudo cónico, en un embudo de decantación de 100 ml. Se

añaden, a continuación, 10 ml de Na2CO3 (10%) y se extrae con 10 ml de diclorometano,

agitando en principio con cuidado (abriendo la llave del embudo para eliminar la

sobrepresión) y luego más vigorosamente. Una vez separadas las fases (con el tapón

quitado) se vierte la fase orgánica a un Erlenmeyer de 50 ml. Se repite la extracción dos

veces más con idénticos volúmenes de diclorometano, reuniendo todas las fases

orgánicas. La fase orgánica se seca, añadiéndole un poco de Na2SO4 anhidro hasta que la

disolución esté clara y el sulfato sódico quede como un sólido suelto (sin que esté

apelmazado). La mezcla se filtra por gravedad (embudo cónico con filtro de pliegues o

algodón) a un matraz de fondo redondo, bien seco, y se elimina el disolvente por

evaporación a sequedad en el rotavapor. Se observa la aparición de un residuo sólido, de

color blanco, correspondiente a la cafeína extraída.

7 La bebida de cola se desgasifica, vertiendo la bebida de cola en un Erlenmeyer y agitando magnéticamente. Esta operación se realiza previamente para toda la clase.

N

N

O

O N

N

CH3

H3C

CH3

Cafeína


28

SESIÓN 4

PRÁCTICA 6

PRÁCTICA 1. PREPARACIÓN DEL ISOXAZOLCARBOXILATO DE ETILO. A) PREPARACIÓN DE LA ENAMINA (Esta preparación se realiza conjuntamente para todos los alumnos)

Me OEt

N OMe OEt

O O

NH

3-(1 -pir rolidinil) -2-butenoato de etilo

+Tolu en o

- H2O

Sustancia Gramosa mla d P.M. mmola equiv

Acetoacetato 100 1,0213 130,14 1,0

Pirrolidona 0,8520 71,12 1,02

Tolueno 165 0,866 - -

Agua 0,997 18,016 1,0

Enamina 183,24 1,0

a) El alumno deberá rellenar estos datos a partir de las cantidades de reactivos empleadas.

Se prepara una disolución de 100 ml de acetoacetato de etilo y pirrolidina (1,02

equiv) en 165 ml detolueno.8 La mezcla se calienta9 a reflujo con eliminación azeotrópica

de agua (Dean Stark), hasta que se elimine la cantidad teórica de ésta.

Una vez conocido el volumen final de la disolución, el alumno debe calcular la

concentración aproximada de disolución de enamina para poder hacer los cálculos

estequiométricos de la reacción de cicloadición dipolar.

Volumen final: 280 ml

Concentración: M

8 Se produce desprendimiento de calor y se observa la separación de dos fases líquidas. 9 Conviene añadir plato poroso. Hacer bajo atmósfera de argon con septum y globo pinchado.


29

B) CICLOADICIÓN 1,3-DIPOLAR.

Me OEt

N O

NO2

NO

Me

Me

EtOO

Ph-NCO, Et 3 N0 ºC a t .a.

Ref.: KD Bowles, D Quinay, B Mallet, JI Mckenna, NR Natale, "Heterocycles and Reactive Intermediates in the Undergraduate Organic Lab", J. Chem. Educ. 1985, 52, 1118.

Introducción. El anillo de isoxazol es un fragmento estructural presente en numerosos compuestos biológicamente activos. Algunos de ellos son productos naturales, fármacos importantes o biocidas. Por ejemplo, el ácido iboténico es un metabolito secundario presente en setas del género Amanita con potentes propiedades neurotóxicas y delirantes.

Acido iboténico Neurotoxina (Amanita)

Procedimiento experimental: Se toman 8 mL de la disolución toluénica anteriormente preparada y se introducen en un balón bien seco de 50 mL, con un tubo de CaCl2 acoplado.10 Se añade un exceso molar del 20% de nitroetano y tres gotas de trietilamina. La disolución resultante se enfría en un baño de hielo-agua y se añaden 3 equivalentes de isocianato de fenilo.11 A continuación se intercala un refrigerante12 y se deja reposar en un baño de hielo-agua hasta el siguiente día de prácticas.13

10 Colocar cinta de teflón para evitar que se suelden los esmerilados. 11 El isocianato de fenilo es extraordinariamente lacrimógeno y deberá ser dispensado mediante una jeringa por personal cualificado dentro de una vitrina de gases. 12 La reacción una vez iniciada es fuertemente exotérmica! 13 En el dossier se adjuntan el cromatograma y los espectros de masas de los diferentes picos detectados al pinchar una muestra de esta disolución final en un equipo GC/MS. Trate de identificar, mediante la interpretación de los espectros, los diferentes componentes presentes en la mezcla de reacción.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ibotenic_acid2.png

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ibotenic_acid2.png�


30

Cuestiones previas (a entregar al docente antes de iniciar la práctica)

Sesión 4. Preparación de la enamina.

1.- Indique la reacción de síntesis de la enamina de partida y su mecanismo.

2.- Explicar por qué se utiliza un dean-stark para la síntesis de la enamina.

3.- Complete la tabla de datos y asíentela en el cuaderno. Si el volumen final de la disolución de

enamina es de 280 ml, calcule la Molaridad y anótela en la tabla:

Sustancia gramos mL d (g/ml) P.M. mmol Equiv Acetoacetato 100 1,0213 130,14 1,0 Pirrolidina 0,852 71,2 1,02 Tolueno 165 0,866 - -

Agua 1,00 18,016

Enamina , M=…………… 280 (dis) - 183,24

Sesión 4. Ciclación 1,3-dipolar.

4.- Representar la estructura del 1,3-dipolo con el que tiene lugar la reacción de cicloadición,

nombrarlo y describir detalladamente el mecanismo de reacción que conduce a la obtención de

dicho compuesto.


31

5.- Representar detalladamente el mecanismo de la reacción de cicloadición y la consecuente

eliminación para dar el compuesto final.

6.- ¿Cuál es la fuerza motora que hace que el heterociclo formado en la reacción de cicloadición

experimente la reacción final de eliminación?

7.- Es necesario utilizar 3 equivalentes de isocianato de fenilo, porque 2 equivalentes se

destruyen mediante reacción con 2 subproductos de la reacción. Indicar cuáles son estas dos

reaacciones secundarias con el isocianato de fenilo y los productos a qué dan lugar.


Sustancia gramos mL d (g/ml) P.M. mmol Equiv Enamina (~2,8M en tolueno) - 22,4 1,0 nitroetano 1,041 1,2 trietilamina 3 gotas - - Isocianato de fenilo 1,0887 3

Isoxazol (teórico) -



32

SESIÓN 5

PRÁCTICA 7

HIDRÓLISIS DEL ISOXAZOLCARBOXILATO DE DIETILO

NO

Me

Me

EtOO

NO

Me

Me

HOO

ácido 3 ,5-dimetil-4 -isoxazolcarboxílico

NaOH

r ef lu jo

Ref.: KD Bowles, D Quinay, B Mallet, JI Mckenna, NR Natale, "Heterocycles and

Reactive Intermediates in the Undergraduate Organic Lab", J. Chem. Educ. 1985, 52,

1118.

Se añaden unas gotas de agua hasta que cese el desprendimiento de CO2 14 y se

filtra y lava el precipitado formado con un poco de eter etílico. Los líquidos de filtrado

se reúnen y se eliminan los disolventes por destilación a vacío en el rotavapor.15

Sobre el aceite resultante en un balón de 50 ml se añaden 10 mL de NaOH

(10%)16 y se calienta a reflujo durante 4,5 h.17 Una vez finalizada la sesión se deja

hasta el día siguiente.

Cuestiones previas (a entregar al docente antes de iniciar la práctica) 14 Esto se hace con la intención de destruir posibles restos de isocianato de fenilo tóxicos. 15 Añadiendo 2 mL de agua se forma un azeótropo que hace más fácil la eliminación del tolueno (20/80, p.e. 85 °C). 16 Colocar cinta de teflón para evitar que se suelden los esmerilados. 17 Este calentamiento a reflujo, la efectuará el técnico de laboratorio durante la mañana de la siguiente sesión de prácticas. Los montajes tienen que quedar dispuestos y la calefacción de los agitadores magnéticos perfectamente regulada.


33

Sesión 5. Hidrólisis del isoxazolcarboxilato de etilo.

1.- Para parar la reacción de la sesión anterior, en primer lugar se destruye el de isocianato de

fenilo que no reaccionó, ¿cómo? Escribe la reacción que tiene lugar y los productos que se

obtienen. ¿Por qué se observa burbujeo?.

2.- ¿Por qué se filtra para aislar el isoxazolcarboxilato de etilo? ¿Qué es el precipitado que se

forma en la reacción anterior?

3.- Indique detalladamente el mecanismo de la reacción de hidrólisis.

4.- Elabore el cuadro estequiométrico correspondiente para esta reacción y asiéntelo en el

cuaderno de laboratorio.



34

SESIÓN 6

PRÁCTICA 7

AISLAMIENTO DEL ÁCIDO 3,5-DIMETIL-4-ISOXAZOLCARBOXÍLICO

Una vez fría la mezcla, se lava con CH2Cl2.18 La fase acuosa, contenida en vaso

de precipitados de 100 ml y enfriada en un baño de hielo, se neutraliza con HCl (conc.)19

hasta la precipitación completa del ácido.20 El precipitado se separa por filtración,

eliminándole bien el agua, se lava con hexano y se deja unos minutos en la placa filtrante

a vacío para su secado. El producto se pasa a un vial y se pesa.

Cuestiones previas (a entregar al docente antes de iniciar la práctica)

18 El trasvase al embudo de decantación se hará decantando cuidadosamente la disolución, tratando de dejar los residuos sólidos y la barra agitadora en el matraz, lavando este a continuación dos veces con 1 mL de agua. En los sucesivos lavados con diclorometano agitar suavemente para evitar las emulsiones que se forman fácilmente en medio básico. 19 Añadir el ácido con una pipeta Pasteur, mientras se agita la disolución, hasta la obtención de un abundante precipitado, parando la adición cuando no se observe turbidez en el punto donde cae la gota. 20 La adición de un exceso de ácido puede conducir a la redisolución del isoxazol por protonación del nitrógeno de este.


35

Sesión 6. Aislamiento del ácido 3,5-dimetil-4-isoxazolcarboxílico.

1.- Calcule la cantidad teórica de producto que espera obtener.

2.- ¿Cuál es la función del lavado con diclorometano de la disolución acuosa?

3.- ¿Por qué se acidifica la fase acuosa? Indicar la reacción que tiene lugar.

4.- La acidificación de la fase acuosa debe hacerse con cuidado porque si se añade exceso de

ácido clorhídrico el producto se solubiliza en agua. Indicar la reacción que tendría lugar.

PRÁCTICA 3PREPARACIÓN DE CLORHIDRATO DE L-FENILALANATO DE METILO

H2NOH

H3NOCH3

OCl−

MeOH, Δ

SOCl2

+

L-fenilalaninaclorhidrato de L-fenilalanato de metilo

G H

(1) L-Fenilalanina.

(2) MeOH (50 mL). Probeta

(3) Se enfría a 0 ºC.

(4) SOCl2. Pipeta

Baño de H2O-hielo

(5) Se coloca el refrigerante(6) Caliéntese a reflujo, 20 min.(7) Concéntrese en el rotavapor.(8) Se transfieren los sólidos a una placa filtrante conectada a kitasato. Se lava el matraz de fondo redondo con hexano. (9) Sin hacer vacio de trompa de H2O, se lavan los sólidos con hexano (pulverizar el producto con espátula). (10) El producto, después de hacer vacio con trompa de agua, se transvasa a un vial y se guarda en desecador a vacio(11) Pesada y rendimiento.Calentamiento a reflujo

Silicona

O

usuario

Texto escrito a máquina

36

PRÁCTICA PREPARACIÓN DE N-ACETIL-L-PROLIL-L-FENILALANATO DE METILO

NOH

O

H

O

H3NOMe

OCl−

NH

O

NOMe

O

H OCFIB+

NMMCH2Cl2, 0 ºC

N-acetil-L-prolina



H IF

(1) F. en matraz redondo de 50 ml

(2) CH2Cl2 (5 mL)

(3) Enfriar.

(4) N-metilmorfolina (NMM). Dispensador.

(5) Cloroformiato de isobutilo (CFIB) Jeringa. ¡¡Lacrimógeno!!

(6) Se agita 10 min (magnética).

(7) H .

(8) N-metilmorfolina (NMM). Jeringa

(9) Agítese 45 min. Retírese el baño.

Hielo-sal

Tubo de CaCl2

usuario


usuario


37

PRÁCTICA 4PREPARACIÓN DE N-ACETIL-L-PROLIL-L-FENILALANATO DE METILOELABORACIÓN

NOH

O

H

O

H3NOMe

OCl−

NH

O

NOMe

O

H OCFIB+

NMMCH2Cl2, 0 ºC

N-acetil-L-prolina



H IF

(1) Transvase a embudo decantación. Lavado paredes con CH2Cl2.

(2) Lávese con HCl (2 x 10 mL, 2 M).

(3) Lávese con H2O (10 mL).

(4) Lávese con NaHCO3 (2 x 10 mL).

Matraz de fondo redondo

Aro de corcho

Fase orgánica

Na2SO4 Anhidro

Na2SO4 hidratado(lave el sólido con CH2Cl2 fresco)

Concentración en rotavaporRemuévase el residuo aceitoso con hexano y una varilla de vidrio hasta que solidifique. Secado y pesada. Determínese el rendimiento.

Fase orgánica

Fase acuosa

usuario


38

PREPARACIÓN DE LA ENAMINA

Me OEt

N O

3-(1-pirrolidinil)-2-butenoato de etilo

PRÁCTICA 6

Me OEt

O O+ N

H

Tolueno- H2O

1) Se introducen Acetoacetato, Pirrolidina, Tolueno y plato poroso en un matraz redondo

2) Montaje Dean-Stark

3) Se calienta a reflujo hasta que se complete la reacción

4) Una vez enfriado, se deshace el montaje5) Bajo atmósfera de Ar, tómese con jeringa la disolución de enamina

Ar

Ar

Globo de Ar

Refrigerante

Dean-Stark

Manta calefactora

usuario


39

usuario


PREPARACIÓN DE 3,5-DIMETIL-4-ISOXAZOLCARBOXÍLATO DE ETILO

(1) A en matraz redondo de 50 ml

(2) Nitroetano + Trietilamina

(3) Enfríese en baño de hielo con un tubo de CaCl2 acoplado.

(4) Añádase Isocianato de fenilo

(5) Se efectúa un montaje como el de la figura

(7) Déjese reposar hasta la siguiente sesión de prácticas

Hielo

Tubo de CaCl2

Me OEt

N O

NO

Me

Me

OEtO

Ph-NCO, Et3N0 ºC a t.a.

NO2

AB

PRÁCTICA 6

usuario


usuario


usuario


usuario


usuario


40

PREPARACIÓN DE 3,5-DIMETIL-4-ISOXAZOLCARBOXÍLATO DE ETILOELABORACIÓN

PRÁCTICA 6

Filtración

Placa filtrante

Vacío (trompa de H2O)

Vacío

El sólido selava con Éter

Espátula(Lávese el productosin vacio)

1) Filtrado: Se transvasa a un matraz redondo de 50 ml.

2) Se concentra en rotavapor hasta consistencia aceitosa

3) Se añade NaOH (10 %) y se calienta a reflujo durante 4 horas

Me OEt

N O

NO

Me

Me

OEtO

Ph-NCO, Et3N0 ºC a t.a.

NO2

A B

usuario


usuario


usuario


usuario


usuario


41

NO

Me

Me

OEtO

B C

PRÁCTICA 7 Preparación de ácido 3,5-dimetil-4-isoxazolcarboxílico

(1) Transvase a embudo decantación. Lavado paredes con 2 X 1ml H2O

(2) Lávese con CH2Cl2 (2 x 10 mL)

(3) Se introduce la F.A. en un vaso de precipitados de 100 ml

Fase Orgánica

Fase Acuosa

NO

Me

Me

HOO

1) NaOH, reflujo

2) H+

Baño de H2O-hielo Vacío

El precipitado se lava con Hexano (sin vacío)

(3) Se precipita el producto con HCl concentrado

HCl (c)

(4) Se filtra el producto y se lavacon hexano. El producto seguarda en un vial dentro de un

desecador a vacío. Se pesa y se calcula el rendimiento

Fíltrese el precipitado

usuario


usuario


usuario


usuario


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Heterocycles and Reactive Intermediates in the Undergraduate Organic Lab K. Dean Bowles, David Quincy, Brenda Mallet, John I. McKenna, and N.R. Natale' University of Idaho, Moscow, ID 83843

Although heterocyclic compounds comprise over half the compounds in Beilstein and make up the greater share of ~harmaceuticals. medicinals. and alkaloid natural ~ roduc t s ( I ) , they are scarcely touched upon in the average organic textbook. and are eenerallv ienored in most undereraduate - organic courses. In light of our research interest in heterocycles and an interest in bringing relevance to the undergraduate laboratory, we have found that the nitrile oxide cycloaddition (2) with enamines represents a reaction that can easily be incorporated into undergraduate organic laboratories and undergraduate research. This reaction is a widely used method for the synthesis of isoxazoles and isoxazolines (3). The reaction sequence is also useful in illustrating the concevts of reactive intermediates in svnthesis (both ena- minesLand nitrile oxides) and frontier m~lecular orbital theory. An important factor in generating student interest in such advanced laboratory experiments is the potential that starting materials produced by their own hands may find use in the research going on in their very own university! We have had great success with this reaction sequence both as an extra credit second semester organic laboratory experiment and as an "ice breaker" and confidence builder for novice undergraduate research participants.

Enamines (I) are carhauion equivalents, easily formed from ketones (11)

continues to find new applications in synthesis (3) and remains a lively source of mechanistic controversy (6). The reactive nitrile oxide (V) is generated insitu by the dehydra- tion of nitro ethane. Reaction with the enamine (I) gives the isoxazole (VI) in good yields after isolation and purification. A type of 1,3-dipolar cycloaddition, this single reaction can be used to introduce heterocyclic chemistry, frontier Molec- ular orbital theory, dianion intermediate alternatives and healthy skepticism to the advanced undergraduate student all in one laboratory period! The camps in the mechanistic controversy can be divided in to the followers of Huisgen the concerted and Firestone the radical.

If the nitrile oxide cycloaddition is considered a concerted process (7), the orbital symmetry of the process can be de- picted as

MeOCO e

R - C E N - 4 vn H k ~ r c n M e m

The resrriun pn~ceeds by nucleophilic artack of the amine (Il l) on the ketone rll~.'l'he resulting retrahedrnl intermediate rlV) is in equilil~rium with the enamine (I).and watrr. The reaction is driven to complet~on I)? removing the water hv azeotnmic distillation with a Dean-Stark rrav. This is an ~. excellent way to demonstrate the principle of shifting equi- librium bv removine one reaction product, made easy to visualize 6y the collection of water droplets. ~naminea ( 4 ) have found such wide use in organic synthesis that they are co\,ered in most undergraduate organic chemistry textlwoks. For underrraduare urzanic chem:stry laboratories, howe\,er. the sensit&ity of enamines to air often discourages their use. We have found that by a modification of the method of McMurry (5 ) , enamines can be generated and utilized in the nitrile oxide cycloaddition reaction without direct isolation. Thus, no special equipment is necessary other than that normally available to the undergraduate lab.

The nitrile oxide cycloaddition

IX

The bond forming takes place by overlap of the highest occupied molecular orbital (HOMO) of the nitrile oxide (which is approximated by the use of the allvl anion orbital symmetry) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the olefin reaction partner (which is a~oroxi- mated by ethylene). For a reaition to be concert& the reactants proceed to products without isolable or detectable intermediates. Huisym's arzument is based upon the exrel- lent stereochrmistry obtained from certain examples of the nitrile oxide c\,cloaddition. which he feels is not consistent

~ ~

with a two-step mechanism. If we cunsider [he reaction of nitriie ondc I\'III with dimerhsl fumarate (\'I111. the con- servation of orbital symmetry demands attack ofthe nitrile oxide (VII) in a suprafacial manner on the olefin (VIII). In the transition state, in other words, the p orbital's overlap end-on. Thus, the product (IX) must be obtained in a stereo- specific manner.

Firestone (8) has argued that certain data are explained more completely by a diradical mechanism,

1 Author to whom correspondence should be addressed

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Thus side ~ r o d u c t s that are sometimes produced in this reaction are consistent with radical intermediates. In Fire- stone's mechanistic scheme, radical coupling of nitrile (X) with acetylene (XI) can proceed to the &ra&cal intermediate (XII) referred to the "cyclo" intermediate. Pairing of the radicals of the "cyclo" intermediate (XII) proceeds to the usual product (XIII). However, the "extended" diradical (XIV) explains the possibility of obtaining the acetylenic oxime (XV), which is sometimes associated with the nitrile oxide cvcloaddition.

presenting both sides of a mechanistic pathway allows students to appreciate that the science of organic chemistry is still wrestling with certain questions, and that everything is not already known. This clearly illustrates the fact that there is more to the study of areaction than whether i t works or not. This practice also encourages students to look a t experimental-facts in a discriminating manner, in other words, to think for themselves. A class discussion of mechanistic possibilities serves to reinforce the laboratory experience.

The nroduct isoxazoles are useful and versatile heterocv- cles (9). Many isoxazoles have important biological activity. Isoxazoles have been reported which have anabolic, antitu- berculosis, antibiotic, anthelmintic, and myolytic activity (10). Analogs of ibotemic acid (XVI) show CNS activity. Analogs of muscimol (XVII) show activity as GABA agou- ists. The antibacterial activity of 5-aryl-isoxazolium salts has been correlated to substituent effects in the aryl group (10). We recently have found that isoxazole dihydropyri- dines (XVIII) have useful biological activity as calcium en- try antagonists (11).

Another common use of isoxazoles exploits their synthetic potential as protected 1.3-dicarhonyl equivalents. Once aeain. the work of Stork and McMurrv is an eleeant exam- pie. The 1,3-dicarbonyl character of ;he isoxazhe can be unveiled bvreductive cleavaee of thelahile 0 - N bond (2.12). . . . This dicarbonyl can then b e k e d for other reactions, such as intramolecular-aldol condensations.

The keto-isoxazole (XIX) was ring-opened to the tri-ketone (XX) using reductive conditions. The tri-ketone (XX) was then subjected to intramolecular-aldol condensation to give the enone (XXI). Thus, the isoxazole performed the role of a masked or protected carbonyl group.

In summary, we have found that the nitrile oxide cycloaddition with enamines is feasible for use in advanced undergraduate organic lab be., second semester) or beginning undereraduate research. The reaction illustrates the use of reactive intermediates in synthesis, and represents a good example of hetereocyclic synthesis. The reaction sequence can also be used as a vehicle for the discussion of orbital symmetry, presenting to students alternative reaction mechanisms such as the diradical pathway. We have found this sequence most valuable as a method to reinforce advanced lecture topics with relevant examples and hands-on experience.

Experlrnental Ethyl acetoacetate (150 mL) in toluene (250 mL) was placed in a

round-bottomed flask (1 L), equipped with a magnetic stir har, Dean-Stark tube, and reflux condenser. This solution was cooled in an ice bath and pyrrolidine (100 mL) was added. The reaction was then heated to reflux until the theoretical amount of water had been collected (2.5 to 5 h). The reaction was allowed to cool (through a drying tube), and the toluene concentrated on a rotary evaporator. The resulting golden oil can he used as is, or further purification can he performed by flash distillation on a Kugelrohr apparatus (110- 120PC/0.5-0.7 mm Hg). The typical yield is 85-9790. Enamines are moisture sensitive and must be stared under an inert atmosphere or used quickly.

The enamine was cooled to O'C, and a solution of nitroethane (100 mL) and toluene was added (this solution had been predried over anhydrous magnesium sulfate and filtered directly into the enamine flask). Triethyl amine catalyst was added (10 mL). An addition funnel was charged with phenyl isocyanate (260 mL, 2.38 mol), and added dropwise to a vigorously stirred solution. The reaction mixture was allowed to warm to room temperature overnight, after which time voluminous amounts of yellow solid (diphenylurea) had deoosited. The solid was filtered. washed with ether. and the com- bined filtrates concentrated on'the rotary evaporator and flash distilled on the Kugelrohr apparatus (70-100DC/1.5 mm Hg). The isoxazole ester was obtained as a yellow oil in -70% yield. This material is of sufficient purity to be taken on to the next step. The isoxazole ester can he redistilled through a Vigereaux column, and the isoxazole ester collected aver a 64-70DC range (1.5 mm Hg) with most of the product having h.p. 68-69'C. The isoxazole ester oh- tained in this manner was a sliehtlv vellow ail. 112.5 e (58%).

Mass Spectrum mlz 169(33% rel. intensity); 141(52); 124(59); 82(72), 43(100).

We have found it convenient to store the isoxazole as the earboay- lic acid. To a 1-L round-bottomed flask equipped with a reflux condenser was added the isoxazole ester (121.1 g, 0.66 mol) and sodium hydroxide (31.2 g, 0.78 mol) dissolved in water (300 mL). The two layers were heated to reflux for 4.5 h, then cooled to room temperature. The resulting solution was washed with chloroform (100 mL, which was discarded), filtered, and the basic aqueous solution rendered acidic by the addition af concentrated HCI at O°C (-55 mL). The white precipitate was washed with chloroform (3 X 250 mL), and dried over anhydrous sodium sulfate. Filtration and concentration in uncuo gave an off-white solid (99.7 g, 99%), crude m.p. 133-139'C. Further purification was effected either by dissolu- tion in a minimum amount of toluene followed by addition of hexane to induce crystallization, or alternatively by sublimation at reduced pressure on the Kugelrohr apparatus (1lO0C 10.45 mm Hg). The purified acid is a white solid with m.p. 141°C.

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Literature Cited

(1) Meyero, A. I., "Hcteroeyele in Organic Synthesis." Wiiey-htersience, New York, ,w* .". ..

(2) Stork, G., and McMurry,J. E., J. Amer Cham. Soe., 89,5462 (1967). (3) Grundmsn, C.. Brunsnger, P.. "The Nitrile Oxides." Springer-Vdag, New York,

1971. Recent applications of thin methodology are numerous; some recent high- lighu: W8de.P. M.,Hinney, H.R. J . Amel. ChemSoc., I01,1319 (1979);Smith. A. B.. 111. Schow, S. R.. Bloom. J . D., Thompson, A. S., and Winzanburg. K. N., J. Amer. Chrm. Sac.. 104.40l5 (1982): Kozikowski. A. P.,and Stein,P. D., J. Amer. Cham. Soc., 104.4023 (1982): Cuman, D. P.. J. Arne,. Chem Soc., 104,4024 (1982); Kozikouski, A. P., and Adamczyk, M., Tetrahedron Lett., 3123, (1982): Kod- kowkni, A. P., Hiraga, K., Springer, J . P., Wang. B. C., and Xu, 2.-B., J. Amen Cham. Sac., 106,1645(1984); Houek.K.N.,Moses, S.R., Wu,Y.-D.,Rondon,N. G., Tager, V., Schohe, R., and Franczek, F. R., J . Amsr. Cham Soe., lO6.3880 (19841.

181 Firertone, R. A,. Tetrahedron, 33,3W9 (1977). (9) For a review on isorazoles, see Wa*efleld, B. J., Wright, D. J.. Ado. Heterncycle

Cham..25. 147 (19791. (10) The biological aetivityaf isorazolesiasummarized onpp. 203-204 ofrot (91. (11) Nats1e.N.R.. andQuincy.D.A.,Synth. Commlm., 13,617 (1983). (12) Stork,G.,andLoguseh,E. W., J.Amer. Chem.Soe., 102,1218 (1980);Scott,J. W.,and

Saucy.G., J. Ow. Cham.,37,1652,(1972);Scott,J. W.,Borcr,R.,andSaucy,G.. J. Olg. Chem., 37, 1659, (1972): Scott, J . W., Banner, B. L.. and Saucy, G.. J. Org. Chem.,37,1664, (1972):Buchi,G..andVederes, J . C., J.Amar. Cham. Soc..92,91%9 119711;Nitta.M.andKobaveshi.T.. J. Ckom.Soc..Chem. Commun.877.119821:


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The Synthesis of a Dipeptide from its Component Amino Acids Protecting Groups in the Elementary Organic Laboratory Paul E. Young and Andrew Campbell Department of Natural Sciences, York College, C.U.N.Y., Jamaica, NY 11451

In recent years, the trend in elementary organic lecture classes has been toward greater emphasis on biologically- related topics. Most courses now devote some lecture time to a discussion of amino acids, peptides, and proteins, and yet very few elementary organic laboratory experiments have been designed to illustrate the theory. This lack of experimental procedure is especially noteworthy in the case of peptides. Nonetheless, peptide synthesis is now a well-refined art ( I ) , and many of the procedures, all designed to produce high experimental yields, can be readily adapted to the elementary laboratory. Interest in peptides, always high, has heightened even more with the recent discovery of the importance of the so-called "opiate" peptides (2). The methods used in peptide synthesis illustrate important organic blocking techniques and provide interesting polyfunctional organic products which may be studied in solution by standard physical techniques.

We wish to describe a simple three-step procedure for synthesizing a dipeptide from its component amino acids. The particular peptide presented was chosen for several reasons:

The 270 MHz NMR spectrum of Nacetylr-prolyl-L-phenylalanine methyl ester in DMSW..

(1) The amino acids are inexpensive and have hydrocarbon side-chains, giving rise to fewer side products and simplifying the work-up procedure; (2) Each of the three steps in the synthesis provides white crystalline product in a straightfor- ward manner using standard laboratoryglassware and procedures; and (3) The dipeptide product exhibits conformational multiplicity in solution and may be observed in both its E and Z forms by nuclear magnetic resonance spectros- COPY.

Synthesis The synthetic sequence is illustrated below:

0 0 HN-CHCOOH t (CH3C0)20 CH3CO-N-CHCOOH @

NoOH C6H5$H2 7H2C6H5

NH2CHCOOH + CH30H - HCI . NH2CHC02CH3 @ S0Cl2

MIXED 5H2C6H5

@ + CH3CO-N- CHCONHCHCOOCH3

In the first step of the sequence, the amino group of L- oroline is orotected bv acetvlation and in the second steo, the carhoxyl terminus 0: ~ - ~ k e n ~ l a l a n i n e is protected a s the methyl ester. This esterification, often accomplished with gaseous HCI, is more satisfactorily carried out in the elementary lab with the liquid, thionyl chloride. The final step in which the two amino acids are coupled to form the dipeptide is accomplished by the mixed anhydridemethod (2). The entire sequence, somewhat modified from standard peptide protocol, can be accomplished in seven hours. The first two reactions require approximately 1% hr each, and the third step can be completed in approximately 3% hr. Thus, the proce-

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dure can he completed in two standard 4-hr lab periods if the first two reactions are run the same day. For a more relaxed pace, the procedure may be spread out over three periods. The experimental time may he reduced t o one period by pur- chasing acetyl-l-proline and L-phenylalanine methyl ester hvdrochloride. thoueh this increases the cost of the exneri- ment cot~&lcral~ly. With thr amin,, acids as starting mnrerinl;, the n s t in chemicals should nor exceed V!5 ner LO students and will decrease significantly with larger scale.

Theoretical Aspects

The mixed anhydride method is so-named because of the intermediacy of an anhydride of acetyl-L-proline

It is instructive to discuss the mechanism of the anhydride's formation and t o have the students account for the use of two moles of the weak base, N-methylmorpholine, for each mole of acetylproline as well as for the preferential attack of the second amino acid a t the prolyl carhonyl.

Another aspect of this project, mentioned earlier, enhances the didactic usefulness of the synthesis. In solution, both N-acetyl-L-proline and the dipeptide, N-acetyl-L-prolyl-L- phenylalanyl methyl ester show conformational heterogeneity about the acetyl-proline amide bond.

I CH-R

H - N I

CH-R I

The observation of conformational isomerism in compounds containing tertiarv amide bonds is well-known (3) and the special importance of what has been called "cis-trans" isomerism in proline-containina compounds is well docu- mented (4). h i h e dipeptide illus&ated-above, small amounts (less than 20%) of the E (cis) isomer can be observed in the NMH spectrum in rhloroform and considerably greater per- centages of the E isomer are m.irlrnt in dimethybulfoxide wet. fieurer. The doublinr of the NMR sirnul for the ac~ tv l lnethvl - . group a t 1.5-2.06 an2 for the methyrester a t 3.76 is lspecialiy diagnostic even on a 60 MHz NMR instrument. With instru- merits offering temperature control, more advanced classes can investigate the coalescence of these peaks and thus the activation energy for this interconversion in dimethylsulf- oxide.

The infrared spectrum of the dipeptide is also of interest since the carhonyl region shows three distinct peaks a t high resolution (KBr pellet). T h e student should be urged to identify the origin of all three peaks and, in particular, to as- sign the two amide hands.

Experimental

N-Acetyl-L-proline

In a 25-ml Erlenmeyer flask, dissolve 2.3 g (0.02 mole) L-proline in 2.5 ml 1 N NaOH. To this mixture, add 2.0 ml (0.021 mole) acetic anhydride. Stopper and shake the flask vigorously over a 30-min period. The flask will become warm. Allow the flask to return to room temperature and neutralize the mixture with several drops of concentrated hydrochloric acid, swirling gently during the addition. AUow the flask to cool in an ice bath. Crystalsshould begin forming within 15 min, and crystallization should be complete after approximately 1 hr. (If the phenylalanine methyl ester is being made during this laboratorv neriod, this is a eoad time to beein its nrenaration.) Filter . . the crys& by &uum and wash with a small volume of coldwater. Allow the crvstals to drv and wash with n similnr amnll vol~~rne nf ~~ ~~ . ~~~ ~~ ~~~~~ ~~~~ ~~ - ~ ~ - - ~ - .~.~~~. .. ether. The yield generally ranges from 60-8090, m.p. 112-115T (lit. ( 5 ) 115-117°C). If desired, the product may be recrystallized from water

L-Phenylalanine methyl ester hydrochloride Add 5 ml methanol to a 250-ml round-bottomed flask and note the

level with tape or marking pencil. Add another 95 ml methanol and 3.0 g (0.018 mole) L-phenylalanine. Cool the mixture in an ice bath for 10 min and, while still cold, add 2.6 ml(0.036 mole) thionyl chloride droowise. All the solid should dissolve durine the addition. Reflwr the mixture for 20 min and vacuum distil fnsnirntnr nressure) until no leas

N-acety14-prolyl-~-phenylalanine methyl ester

Dissolve 2.0 g (0.013 mole) N-aeetyl-L-proline in 30 ml chloroform in a 1M)-ml round-bottomed flask. Cool to -20'C in a dry icelearbon tetrachloride cold bath.' Add 1.5 ml(0.013 hole) N-methylmorpholine and 1.8 ml(0.014 male) isobutylchloroformate. Allow this mixture to stir at -20'C for 10 min and then add 2.8 g (0.013 mole) L-phenylalanine methyl ester hydrochloride as a solid followed quickly by another 1.5 ml N-methylmarpholine. Swirl the mixture at -20°C for at least 3/4 hr. Allow it to warm to room temperature and pour it into a 125-ml separatory funnel. Wash the mixture with two 20-ml portions of 0.2 N HCI and two 20-ml portions of 1% NaHC08 solution. Dry the organic layer over anhydrous magnesium sulfate and filter it into a 10O-ml mund-bottomed flask. Distil until approximately 3 ml of liquid remains and remove the final traces of solvent on asteam bath. Cool the resultant oil to room temperature and crystallize it from ether. Collect the white crystals by vacuum filtration. The yield should be 80-90% m.p. 106108T (lit. (7) 106.5-108°C).

Acknowledsment - This work was supported in part by grant #RR-08153-05

from the National Institutes of Health. We wish t o acknowl- edge the use of the Northeast Regional NMR facility a t Yale University which is funded bv erant number CAGE-7916210 from the Chemistry ~ivision-of NSF.

Literature Cited

14, Deber, C. M., b e y , F. A,, Carver, J. P.. and Blouf E R, J. Am,. C h . Sm., 92(21), m m , <,a"",

(51 du vimesud, v. and C. E., J ai0l chpm., 98,295 (1932). (6) Stevenson, D. and Younp, G. T., J Chem. Soc (London!, 2389 (1969). (71 Biwurero, S. A., Baurnann, W. K., and Dutler, H..Eur. J . Biochem.. 58,167 (1975).

' The reaction may also be run in an ice or icelsalt bath at O°C with yields around 40-50%.


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