t t e e e s s s iiii s s s
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DETERMINACION DE LA PLANARIDAD DE LAS IMINAS CON POTENCIAL ACTIVIDAD HERBICIDA.
T T T T E E E E S S S S IIII S S S S
QUE PA RA OBTENER EL TITULO DE I N G E N I E R O Q U I M I C O INDUSTRIAL
P R E S E N T A :
MARIANA ENELIA LINARES AVILÈS.
Orientador. Dr. Armando Ariza Castolo
México DF Octubre 2007
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS
EXTRACTIVAS
A Ti el amor de mis amores….quiero dedicarte mi vida y lo que soy. Porque eres mi más grande ejemplo y mi mayor triunfo. Conocerte es lo mejor que me ha pasado. Saber que existes y que cuento contigo es mi mejor arma para afrontar la vida. DIOS …. Gracias por todo hasta este dia……………….. Eres Maravilloso.
RECONOCIMIENTOSRECONOCIMIENTOSRECONOCIMIENTOSRECONOCIMIENTOS....
AL INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL.
Por ser el alma matter.
A LA ESCUELA SUPERIOR DE ING. QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS.
Por el conocimiento adquirido a través de los años de mi estancia en esta Institución.
AL CENTRO DE INVESTIGACIONES Y DE ESTUDIOS AVANZADOS DEL IPN.
Por la oportunidad de aprender cosas nuevas
AGRADECIMIENTOS.AGRADECIMIENTOS.AGRADECIMIENTOS.AGRADECIMIENTOS.
AL DR. ARMANDO ARIZA CASTOLO.
Por sus enseñanzas de Resonancia y Quimica y el apoyo que me brindó a lo largo de este tiempo. Su ejemplo ha sido una motivación muy grande para seguir adelante.
Gracias
AL DR. RUBEN MONTALVO GONZALEZ.
Por su apoyo en el laboratorio en mis comienzos, sus enseñanzas fueron básicas para concluir con este trabajo.
Gracias
A MIS AMIGOS DE QUIMICA.
J. Asenciòn Montalvo, José Félix Gómez, Emmanuel Rodríguez, Cesar Garcías, Juan José Enríquez. Por su amistad que hizo más amena mi estancia en el departamento de química por el apoyo y enseñanza que me brindaron en momentos difíciles… Gracias
Suerte en el doctorado
A AUXILIAR DE LABORATORIO. Atenea Villegas por su apoyo en el laboratorio.
Gracias
DEDICATORIA.DEDICATORIA.DEDICATORIA.DEDICATORIA.
DEDICO ESTE TRABAJO A MIS PADRES.
BERTIN: Por todo el sacrificio que tuviste que hacer para darme la oportunidad de superarme, se que sin ti mis sueños serian inalcanzables. Te quiero mucho papi, eres uno de los pilares más grandes de mi vida.
CONCEPCION: Tu ejemplo de valor y constancia ha sido muy importante para mi tanto que me ha impulsado a seguir adelante a lograr mis metas. Gracias
MARIA: A ti mamita que te puedo decir tus cuidados y tu ayuda han sido indispensables para mi. Gracias por tus consejos llenos de sabiduría, por quererme y cuidarme tanto aun sin tener que hacerlo. Hoy dedico este logro a ti porque no escatimas nada por mí y porque me has apoyado en cada decisión que he tomado. Te quiero mucho.
A MIS TIOS Y TIAS. Gustavo, Lulù, Lethi, Marco, Erla, Mago, Héctor, Norma, Vero y Marisela, a cada uno de ustedes que me han brindado su apoyo desinteresado, sin duda son parte importante de mi formación. Los quiero mucho a todos mil gracias.
A BERTIN LINARES A. Eres un gran ejemplo de mi vida, me enseñaste que no existen límites para hacer las cosas. Gracias por existir eres muy especial e importante para mi. Te quiero mucho!!!
A MIGUEL ANGEL FLORES GRANADOS. Gracias por estar conmigo en cada logro y en cada caída, me has ayudado a levantarme cuando el mundo se me ha ido encima, me diste tu apoyo y cariño y eso me ha ayudado a continuar. Gracias por estar a mi lado. Te amo y será para siempre.
A YARELI. Que te puedo decir, eres parte importante de mi vida, juntas hemos compartido sueños y alegrías. Gracias por escucharme y apoyarme en momentos difíciles, tu amistad siempre me ha ayudado a continuar….Te quiero mucho.
A MIS HERMANOS. Melina, Marisol, Jonathan, Vanessa y David…..Por su amor… Los quiero mucho a todos
nunca lo olviden… Échenle ganas en todo para que también cumplan sus sueños.
INDICE. Pàg.
RESUMEN. 1
INTRODUCCION. 5
CAP. I MODO DE ACCION DE LAS BIPIRIDINAS HERBICI DAS.
I.1 GENERALIDADES SOBRE HERBICIDAS. 11 I.2 MODO DE ACCIÒN DE LOS HERBICIDAS. 19
CAP. II PREPARACIÒN DE ALDIMINAS.
II.1 GENERALIDADES DE LAS ALDIMINAS. 24 II.2 ISOMERISMO. 27 II.3 PLANARIDAD. 30 II.4 ANGULOS DE TORSIÒN. 33 II.5 METODOS DE SINTESIS. 36 II.6 PARTE EXPERIMENTAL. 39
CAP. III PREPARACIÓN DE SALES DE IMINIO.
III.1 GENERALIDADES DE LAS SALES. 49
III.2 SINTESIS. 49
CAP. IV. RESULTADOS.
IV.1 DERIVADOS DE BENZALDEHIDO. 52
IV.2 DERIVADOS DE ANILINA. 70
IV.3 CÁLCULO DE LOS ANGULOS DE TORSIÒN. 79
IV.4 SALES DE IMINIO. 85
ANALISIS DE RESULTADOS: ALDIMINAS 93
ANALISIS DE RESULTADOS: SALES DE IMINIO 95
CONCLUSIONES. 100
REFERENCIAS. 103
ANEXOS. 106
- 1 -
- 2 -
En esta tesis se sintetizaron nueve compuestos iminicos, que fueron
utilizados como precursores en la síntesis de las sales de iminio. Estos
compuestos se seleccionaron para su síntesis debido a que moléculas con
estructura similar han sido utilizados en la síntesis de bactericidas1, fungicidas2,
herbicidas3 etc. Las iminas o también llamadas bases de Schiff♦ son preparadas a
partir de N-aminopiridinas con benzaldehido y N-piridincarboxaldehido con anilina,
para obtener compuestos con un doble enlace C=N conjugadas a anillos
aromáticos (Ver Fig.1).
N
N
N
N
θ θ
A B
Fig. 1 Compuestos sintetizados. (A) Derivados de l a anilina , (B) derivados del
benzaldehido, ambos tipos de compuestos tienen pref erencias conformacionales debidas a
la torsión del ángulo θθθθ.
Estos compuestos se metilaron para obtener la sal correspondiente
mediante la alquilación de iminas, resultando compuestos que contienen al menos
un cation que puede estabilizarse por la conjugación de los dos fenilos presentes
en la molécula. Es importante mencionar que debido su carácter cationico estos
compuestos pueden presentar actividad biológica como herbicidas3.
♦ Son llamadas así, debido a que Hugo Schiff las sintetizó por primera vez en 1834.
- 3 -
El análisis estructural de compuestos que contienen un doble enlace C=N
unido a dos fenilos es importante, debido a que tienen preferencias
conformacionales particulares que depende de los grupos a los que se encuentre
unido y a los sustituyentes unidos a los grupos, ya que los efectos electrónicos se
transmiten a través de orbitales π que están conjugados con el doble enlace3,25
C=N.
En consecuencia existen al menos dos conformaciones preferentes;
cuando la molécula se encuentra en un mismo plano (con ángulos desde 0 a 45º)
y cuando los ángulos de torsión entre el C-fenilo con respecto al C=N-Ar se
encuentra ortogonal (90º en adelante) y se estabiliza con el par de electrones no
compartidos del nitrógeno a través de una interacción n�π* entre el par de
electrones libre del nitrógeno y el orbital π de antienlace del anillo aromático4.
Para establecer la preferencia rotacional de los compuestos en solución fue
necesario determinar los espectros de Resonancia Magnética Nuclear (RMN),
analizar el efecto de los sustituyentes presentes en los compuestos sintetizados y
calcular el rotámero que más contribuye. La preferencia coplanar del sistema π-
conjugado de los compuestos se debe establecer porque las estructuras
coplanares tienen mayor actividad biológica.3,5 Se ha reportado6 que éste tipo de
compuestos cuando se encuentran como un cation radical libre son estables por
la deslocalización de electrones sobre ambos anillos y por ello si se encuentran
coplanares le confiere a la molécula actividad herbicida.
Las sales de iminio se obtuvieron mediante la metilación de los nitrógenos
presentes en las moléculas y se analizaron por RMN de 13C y 1H, para determinar
la presencia del cation. Con ésta finalidad se obtuvieron iminas que contienen un
anillo piridinico con el nitrogeno en la posición 4, 3 o 2 del N-Fenilo y así mismo
- 4 -
del C-Fenilo para analizar el efecto que provoca el nitrógeno en los ángulos y
posteriormente observar si cada uno de ellos puede metilarse y obtener el cation.
También es posible obtener iminas que contienen más de un nitrógeno con
lo cual además se pueden tener estructuras que contienen dos o tres cationes. El
derivado de la antipirina presenta un anillo con dobles enlaces conjugados pero
que no es aromático, estos también se sintetizaron en el presente proyecto para
observar si presentan planaridad.
La síntesis tanto de las aldiminas y las sales de iminio se hicieron de
acuerdo a procesos reportados en la literatura, como el método de Schiff7 que se
utilizó en la preparación de las aldiminas. Algunas de estas iminas habían sido
previamente preparadas en nuestro grupo de investigación8.
- 5 -
- 6 -
Las iminas también son conocidas como Bases de Schiff por que tienen en
su estructura un doble enlace C=N. Este doble enlace esta conjugado a anillos
fenilo, lo que resulta en compuestos que son conocidos como aldiminas
aromáticas (Fig.2).
Fig. 2 Representación esquemática de aldiminas aro máticas. Derivados de
benzaldehido (izq.) y derivados de la anilina (der.
Se sintetizaron estos compuestos debido a que se considera que presentan
preferencia coplanar (ángulos menores a 45º) al doble enlace, además de que los
grupos fenilo están sustituidos con átomos de nitrógeno en diferentes posiciones
del anillo que se comportan como electrodonadores débiles provocando una
modificación en el ángulo del N-Fenilo y que provoca que la molécula tienda a un
sistema plano25.
La planaridad en este tipo de moléculas es muy importante ya que de
acuerdo a reportes anteriores9 estas moléculas tienen una conformación plana y
son útiles como herbicidas3 debido a que presentan bajo potencial electrostático y
cuando se forman las sales de iminio correspondientes se encuentran en forma
de cationes3,5,9.
Por otra parte la presencia del doble enlace en estas estructuras le confiere
a la molécula actividad biológica por que presentan degradación fotoquímica en la
superficie de las plantas, y al reaccionar en la fotosíntesis de la misma forma un
radical libre que destruye las membranas10 y las células.
N
NN N
- 7 -
Motivados por lo anterior se decidió determinar la preferencia rotacional en
los enlaces simples N-Sp2-C-Sp2 y C-Sp2-C-Sp2; con lo cual se podrá estimar la
coplanaridad que tienen los anillos aromáticos al doble enlace C=N. Para realizar
esto, fue necesario determinar por Resonancia Magnética Nuclear (RMN) los
efectos de los sustituyentes y mediante compuestos modelo que tienen estructura
rígida plana se puede estimar el rotámero que más contribuye.
El desplazamiento químico determinado por RMN sirvió para determinar la
preferencia coplanar del sistema π-conjugado de los compuestos sintetizados
(Tabla1).
La ecuación 1 (ver Pág. 34), permite conocer la torsión del ángulo θ, porque
correlaciona el coseno del ángulo con los desplazamientos. En esta ecuación
intervienen parámetros de desplazamiento químico de moléculas que tienen
ángulos de 90° y 0°. Las moléculas que cumplen esta s condiciones son la
Benzofenilanilina denominada como BA ya que tiene una estructura rígida
ortogonal11 , debido al impedimento esterico que presentan los grupos fenilo que
hace que la molécula tenga una conformación anclada con un ángulo de 90° y la
2-fenil-3,3-dimetil-3H indol 3HI o conocida comúnmente como 3HI que se
encuentra anclada por los metilos presentes en su estructura y se puede utilizar
porque tiene un ángulo12 de 0°. (fig. 3).
N
H
H
H
H
H
H
H
H
HH
H
H H
H H
N
H3CCH3
Fig. 3 Moléculas modelo ancladas en una sola confo rmación BA (izq) y 3HI (der).
- 8 -
TABLA 1. Compuestos sintetizados
COMPUESTO ESTRUCTURA
1
Bencilidenanilina N
2
N-[(1E)-fenilmetilen]piridin-2-amina NN
3
N-[(1E)- fenilmetilen]piridin-3-amina N
N
4
N-[(1E)- fenilmetilen]piridin-4-amina N
N
5
N-benciliden-N-(-fenilmetilen) piridina-2-6-diamina NN N
6
N-[(1E)-piridin-3-ilmetilen]anilina N
N
7
N-[(1E)- piridin-4-ilmetilen]anilina N
N
8
4-[(fenilmetilen)-amino]-1,2-dihidro-1,5-dimetil-2-fenil-3H-pirazol-3-ona.
N
N
O
N
9
N,N'-[piridin-2,6-diildi metil iliden] dianilina. N NN
9
Se tienen muchos reportes22,25,28 acerca de la conformación de la
bencilidenamina y sirve de referencia en este proyecto para observar los efectos
en los desplazamientos químicos cuando se tienen compuestos con átomos de
nitrógeno en los anillos fenilo tanto de los derivados del benzaldehido y de anilina
Fig. 4 (bencilidenaminopiridinas y piridinanilinas respectivamente). De esta
manera se puede determinar la magnitud de los efectos que provocan dichos
grupos en las diferentes posiciones del anillo.
Fig. 4 Muestra los esquemas generales de los compue stos sintetizados llamados Bencilidenanilina (izq.) Piridinanilinas (centro) y Bencilidenaminopiridinas (Der.)
Las iminas sintetizadas sirven de materia prima para preparar las sales de
iminio o mejor conocidas como sales bipiridinio, mediante una alquilación con
CH3I. Estas sales bipiridinio son ampliamente utilizadas en la agricultura por que
son más baratos que otros productos usados para el mismo fin, además son muy
eficientes en el control de una amplia variedad de malas hierbas y provocan una
mínimo daño a los suelos. Por esta razón el estudio de sales de bipiridinio es
importante ya que se busca mejorar las áreas de oportunidad de este tipo de
compuestos.
N N N
N
N
10
11
I.1 GENERALIDADES SOBRE HERBICIDAS.
Los herbicidas bipiridinio son considerados como inhibidores del proceso
natural de la fotosíntesis. La fotosíntesis es un proceso biosintetico por medio del
cual la planta es capaz de sintetizar materia orgánica a partir de las moléculas
inorgánicas que encuentra en el medio utilizando la energía lumínica.13 Es un
proceso complejo, mediante el cual los seres vivos poseedores de clorofila y otros
pigmentos, captan energía luminosa procedente del sol y la transforman en
energía química (ATP) y en compuestos reductores (NADPH), y con ellos
transforman el agua y el CO2 en compuestos orgánicos reducidos (glucosa y
otros), liberando oxígeno.
En el proceso intervienen cuatro componentes básicos que son:
• Fotosistema I.
• Fotosistema II.
• Cadena transportadora de electrones.
• Enzimas ATP-sintetasas.
En las plantas el proceso se lleva a acabo dentro de organelas llamadas
cloroplastos. Dentro de las membranas del cloroplasto esta contenida una serie
de compuestos orgánicos conocidas como estroma y un sistema de membranas
internas fusionadas que forman sacos llamados tilacoides. Estas membranas
contienen pigmentos y otras moléculas responsables de la captación de la luz
(ver fig. 5).
12
Fig. 5. Esquema de la conformación de una hoja comú n, donde se muestran los tilacoides.
13
La fotosíntesis se divide en dos etapas. Fase lumínica y fase de fijación de
carbono anteriormente llamada fase oscura. Este proyecto se enfoca
principalmente en fase lumínica ya que es la etapa de interés porque es ahí
donde actúan las bipiridnas herbicidas.
Los hechos que ocurren en la fase luminosa de la fotosíntesis se pueden resumir
en estos puntos:
1. Síntesis de ATP o fotofosforilación.
2. Síntesis de poder reductor NADPH
3. Fotolisis del agua.
En esta se llevan acabo los fotosistemas I y II, que se pueden definir como
un conjunto de proteínas transmembranales que engloban a los pigmentos
fotosintéticos cuya función es captar la energía luminosa para utilizarla durante el
transporte de electrones que servirá para sintetizar moléculas energéticas.
Fotosistema I . Capta la energía luminosa de longitud de onda inferior o igual a
700nm. En él se encuentran diferentes pigmentos:
• Pigmentos antena. Sólo sirven para captar la luz y no inician ningún tipo
de reacción.
• Centro activos o de reacción. Se encuentra la clorofila que absorbe en la
longitud de onda comprendida en 700nm y es por ello que también recibe
el nombre de clorofila P700. Se encuentra un aceptor primario de
electrones denominado Ao y un donador que es la plastocianina (PC).
Mayoritariamente absorbe la longitud de onda de 700nm, pero los
14
pigmentos antena que únicamente captaban luz, “ceden” la energía
electromagnética capturada por ellos también al centro de reacción.
Fotosistema II. Capta la energía luminosa de longitud de onda igual o menor a
680nm.
• Pigmentos antena. Funcionan igual que en el caso del fotosistema I, y
presenta también xantofilas.
• Centro activos o de reacción . Se encuentra también la clorofila pero
como absorbe a 680 nm, a dicha clorofila se la denomina también clorofila
P680. El aceptor primario de electrones en este caso es la feofitina y el
donador primario recibe el nombre de donador Z.
El proceso se inicia en los fotosistemas, posteriormente pasan por la
cadena transportadora de electrones y los protones♣ liberados durante dicho
proceso son convertidos por las sintetasas ATPϒ en energía (ver fig. 6a) y se inicia
cuando un fotón de luz incide en los pigmentos antena del PSII que tiene cientos
de moléculas de clorofila que estén compactadas en las membranas tilacoides,
que provoca la excitación del pigmento que es la clorofila P680. Dicha excitación
tiene lugar con la captación de los electrones procedentes de la fotólisis del agua
y el que la molécula de clorofila ceda o capte electrones está en función de su
potencial redox (Fig. 6b).
♣ Los protones provienen de la fotolisis del agua.
ϒ El ATP o Trifosfato de adenosina, es un nucleótido de gran importancia en las reacciones metabólicas. Sus enlaces fosfóricos le permiten almacenar una gran cantidad de energía (hasta 7.3 kcal/mol) por cada uno y mediante su hidrólisis puede cederla para que tengan lugar diversas reacciones químicas, pero también mediante su síntesis por ATP-sintetasas se puede almacenar dicha energía en la célula hasta que sea necesaria.
15
La clorofila P680* cederá los electrones a la feofitina que es el aceptor
primario y después los pasa a una molécula llamada plastoquinona que gracias al
ciclo de oxidación-reducción que sufre dicha molécula se irán incorporando
protones al interior del tilacoide que serán de suma importancia para la síntesis de
ATP.
Una vez los protones han atravesado la membrana, la plastoquinona los
cede al complejo del citocromo b6f que servirá de paso de los electrones hacia la
plastocianina que es el donador primario de electrones del fotosistema I (fig. 6c).
Con la llegada al fotosistema I, tenemos una nueva excitación que hará el
potencial redox todavía más negativo que en el primer caso. Ahora, la molécula
de clorofila implicada es diferente, se trata de la clorofila P700 que como dijimos
en el caso anterior pasará a un estado excitado llamado clorofila P700*.
Los electrones captados por la clorofila P700* serán cedidos al aceptor Ao
y éste a su vez los cederá a una molécula llamada ferrodoxina (fig. 7) que por
medio de una reacción enzimática (reductasa) sintetizará NADPH + H+ (molécula
energética). En el centro del fotosistema II se produce la fotólisis del agua,
rompiéndola en un oxigeno, 2 protones (H+) y 2 electrones. Los dos oxígenos se
unirán para crear oxígeno atmosférico (O2), los protones serán translocados al
interior del tilacoide contribuyendo a crear un gradiente electroquímico que será
utilizado por la ATP-sintetasa, y los electrones repondrán la carencia electrónica
de la clorofila original.
Fotolisis del agua.
2H2O 4H+ + O2 + 4e-
16
Fig. 6a Esquema que muestra el flujo de electro nes en Z, desde la clorofila P680 hasta la ferrodoxina y el paso de electrones a trav és de la PQ y cyt b para la síntesis de
ATP.
17
Fig. 6b Esquema de la entrada de la entrada de el ectrones al fotosistema II a partir
de la fotolisis del agua.
18
El citocromo b6/f es un intermediario en el transporte de electrones entre el
Fig. 6c. Esquema de la cadena transportadora de e lectrones que pasa por las moléculas citocromo (cit b/f) y plastoquinona (pq), desde el PSI hasta PSII hasta llegar a la
ferrodoxina (fd) para producir NADP + y NADPH. Se observa la salida de protones que se utilizan para la síntesis de ATP a partir de ATP-as a y ADP.
19
Fig. 7 Muestra el flujo de electrones que pasan p or la Proteina Sulfuro-Hierro y
Ferrodoxina.
I.2 MODO DE ACCIÓN DE LOS HERBICIDAS.
Los herbicidas mas conocidos son el diquat (a) y paraquat (b) que son
bipiridinas herbicidas, que tienen en su estructura un doble enlace C=N y su
acción se debe principalmente a su bajo potencial de oxido reducción (-0.35 a -
0.45 V) pueden formar fácilmente un cation radical estable por la transferencia de
20
un electrón. Este proceso se puede revertir de manera eficiente por la presencia
de oxígeno. La estabilidad del cation se debe a la deslocalizaciòn del electrón en
los anillos aromáticos, la cual es eficiente cuando los arilos se encuentran
coplanares. Estos herbicidas actúan por la intercepción de electrones de la
cadena transportadora de electrones del PSI que resulta en la producción de
radicales bipiridinio (c), que reaccionan con O2 para producir superóxidos y
generar una serie de reacciones, produce H2O2 y el radical hidroxilo. Estos estas
especies son toxicas y causan peroxidaciòn de los lípidos para lograr la perdida
de la integridad de la membrana y la desecación rápida de las hojas.
(a) (b)
NN MeMe
(C)
Los herbicidas actúan como inhibidores fotosintéticos y también se dividen
en dos grupos: inhibidores del fotosistema I e inhibidores del fotosistema II.
Específicamente, los herbicidas que pertenecen a la familia de las bipiridinas, son
inhibidores que funcionan únicamente en el fotosistema I. Interceptan los
electrones que viajan a través de la cadena transportadora de electrones y que
pasa a la proteína sulfuro-Hierro (ver Fig.7), hallada en el interior de los
cloroplastos.
N+
N+
N+
N+
Me Me
21
Debido a que esta proteína funciona como aceptora de electrones, acepta
los electrones que viajan en la cadena transportadora y los utiliza para producir
energía química en forma de NADPH
Los herbicidas se mueven a través de la cutícula dentro de la célula y el
cloroplasto donde ocurre el fotosistema I. Como ya se mencionó los herbicidas
interceptan los electrones de la cadena normal transportadora de electrones del
fotosistema I, para que no lleguen a la proteína de Sulfuro-Hierro. El mecanismo
ocurre básicamente de la siguiente manera:
Adición de un electrón que cambia de un catión divalente (II) a un radical
libre inestable (el catión es reducido); sin embargo, debido a que el radical tiende
a volver a su estado más estable se re-oxida (auto oxidación) en presencia de
oxigeno y agua, para dar el Ion original (ver fig. 9). Durante este proceso de
oxidación los electrones son transferidos para dar oxigeno molécular (Reducción
de oxigeno) y aniones superoxido (O2-).
O2
H2O2
Radical bipiridinio
Ion Bipiridinio
O2
.OH O2+ +
Fig. 9 Reacción de conversión de los radicales bipi ridinio en iones.
22
Los radicales superoxido, son alterados enzimaticamente (superoxido
dismutasa/ enzima SOD), para formar peroxido de hidrogeno (H2O2). Los
radicales superoxido y el peroxido de hidrogeno reaccionan juntos para producir
radicales OH. Estos productos que son inestables, principalmente los radicales
OH, interaccionan con los ácidos grasos de las membranas (peroxidaciòn de
lípidos), causando la destrucción de la membrana14 y por lo tanto se tiene pérdida
celular, necrosis y finalmente la muerte de la planta.
23
24
II. 1 GENERALIDADES DE LAS ALDIMINAS.
Las iminas fueron sintetizadas en 1834 por H. Schiff4, desde la primera vez
que se sintetizaron las iminas hasta la fecha se ha continuado con gran interés el
estudio de estos compuestos debido a que su estructura ha sido clave en síntesis
orgánica y en particular los compuestos que tienen un doble enlace C=N
presentan actividad biológica que es usada en la síntesis de herbicidas además
de que son precursores en la síntesis de diversos compuestos orgánicos, por
ejemplo se utilizan como precursores en la síntesis de antidepresivos,
bactericidas, fungicidas, herbicidas, polímeros, y también algunas iminas como la
N-salicilideneanilina, exhiben propiedades como fototropia y termotropia.
El hecho de que las iminas poseen un doble enlace a través de átomos sp2
crea la posibilidad de tener isómeros geométricos (Fig.10). La geometría de los
compuestos es importante ya que dependiendo de la orientación las moléculas,
los compuestos presentaran diferentes propiedades físicas y químicas propias de
su estructura. La conformación o la geometría esta determinada principalmente
por los efectos que ejercen los grupos conjugados al doble enlace.
R' R
N+R'R
R R
N+R''R'
Fig. 10 Isomeros geométricos de las iminas.
25
Las iminas se designan estructuralmente como RR’C = NR´´. Este tipo de
estructuras comprenden a los azometinos y bases de Schiff. La diferencia entre
los diferentes compuestos radica en la posición de los sustituyentes unidos a los
átomos del doble enlace C=N.
El termino Bases de Schiff esta limitado por conveniencia15 únicamente a
compuestos donde R es un grupo arilo, R´ es un hidrogeno y R´´ es un grupo arilo
o alquilo, teniendo una estructura de la siguiente forma:
NR´´
R'
R NH
A
B
Fig. 11 Representación general de una base de Schi ff con sustituyentes arilos
(Aldiminas)
De acuerdo con la IUPAC estos compuestos pueden nombrarse
empleando iminio como sufijo. Otra manera de llamarlos es considerando a la
imina como parte de un doble enlace. Por ejemplo: C6H5CH=NC6H5, es llamada
N-bencilidenanilina, en los casos donde R´´ es un átomo de hidrogeno, el
compuesto toma el nombre de una amina.
Se tiene evidencia28 que indica que la preferencia conformacional de la
trans- bencilidenanilina no es esencialmente planar al doble enlace, ya que el
C-fenilo esta en el mismo plano que el doble en lace C=N, pero el N-fenilo se
encuentra rotado 55° con respecto del C=N. (Fig.12) .
Bencilidenanilina
26
Nθ
B
A
Fig. 12 Representación grafica de la torsión del án gulo del N-fenilo.
Esta información se ha utilizado como base en este proyecto para asumir
que los derivados de bencilidenanilina tales como las piridinanilinas y las
bencilidenaminopiridinas rotan con ángulos iguales o menores a 45°, debido a la
presencia de los átomos de nitrogeno en los anillos fenilo. La no planaridad del
anillo anilinico (anillo B, fig. 13) con el enlace C=N, se atribuye a la conjugación
entre el par de electrones del nitrógeno25 y el sistema π del anillo.
N N
N
N
Fig. 13 Esquema de las bencilidenanilinas (izq.) y piridinanilinas (der.).
27
Generalmente se estudian las bencilidenanilinas que tienen sustituyentes
en el anillo bencilico (anillo A), pero se ha observado que el acoplamiento espín-
espín 13C-15N en anilinas provoca efectos electrónicos y estéricos que son de gran
importancia.
Los compuestos como la bencilidenaminopiridinas y piridinanilinas
(derivados del BA), no son totalmente planos pero si presentan ángulos de torsión
menores a 45° que es valido para suponer que una mo lécula con tales ángulos
aun es plana. Su conformación depende de la posición de los átomos de
nitrógeno.
Por lo tanto, se sintetizaron 9 compuestos con doble enlace C=N, para
estudiar la influencia de las diferentes posiciones de los átomos de nitrógeno
sobre las propiedades fisicoquímicas.
II.2 ISOMERISMO.
El hecho de que las bases de schiff posean un doble enlace sugiere la
presencia de isómeros geométricos E y Z, las iminas se encuentran
preferentemente formando el isómero E (> 90%)16 esto es debido principalmente a
que existen interacciones repulsivas entre el sustituyente del carbono y el del
nitrógeno en la configuración Z.
Cuando se sustituye el hidrógeno iminico por un grupo alquilo cada vez de
mayor volumen la proporción del isómero Z se va incrementando llegando a tener
solamente dicha conformación (Z) cuando el sustituyente es el tert-butilo. Se ha
encontrado además que en las iminas (sobre todo en aldiminas) C-aril sustituidas
en la posición orto se incrementa la concentración del isómero Z16. La
28
isomerización de estos compuestos se puede llevar acabo con la irradiación en la
frecuencia del UV17, con aumento de temperatura18, ó utilizando ácidos e hidruro
de calcio19. Cuando se utilizan solventes polares que puedan formar puentes de
hidrogeno la energía de isomerización disminuye.
El mecanismo de la isomerización se ha planteado de diferentes
maneras20:
• Rotación de 180° alrededor del doble enlace Carbon o-Nitrógeno.
• Inversión planar de 120° del nitrógeno.
• Tautomerización reversible acoplada a la rotación del enlace simple.
Se puede considerar que la rotación alrededor del doble enlace es posible
debido a la polarización del doble enlace C=N, ya sea que se acumule carga
negativa sobre el carbono o sobre el nitrogeno (fig. 14).
N N
Fig. 14 Polarizacion del doble enlace C=N
Algunos estudios reportados en la literatura sobre la conformación de las
iminas aromáticas determinan que estos compuestos no son totalmente
planos, sino que presentan una conformación menos energética cuando se
encuentran con una desviación del ángulo con respecto al doble enlace.
(Fig. 15).
29
NX
X
XH X
Fig. 15 Impedimento estérico presentado en la benc ilidenanilina debido al par de
electrones de no enlace y los átomos de hidrogeno d e los anillos que provoca
desviación del ángulo.
La desviación del plano se debe principalmente a las interacciones X, H-
iminico y X, par de electrones del nitrógeno. Estos estudios se basan en
resultados obtenidos por UV y RMN. En los estudios de RMN el ángulo de
torsión se determina basándose principalmente en el desplazamiento químico
del carbono para21.
Algunas de las conclusiones a las que se ha llegado, al realizar, un análisis
sobre los ángulos de torsión de la bencilidenanilinas son:
• El grupo N-Fenilo se encuentra desviado del plano del doble enlace C=N,
debido a la conjugación del par de electrones libres del nitrógeno con el anillo
aromático22.
• Cuando existe un grupo electrodonador unido al carbono para en cualquiera
de los dos anillos aromáticos, el orbital de no enlace del Nitrógeno imínico no
se conjuga con los orbitales aromáticos del N-Fenilo, por consiguiente, se
30
tiene una conformación de menor energía cuando los orbitales π de los anillos
aromáticos se encuentran en el mismo plano.
• La conformación más estable entre los diferentes rotámeros del N-Fenilo es
con los orbítales del doble enlace C=N acercándose más a un sistema plano.
Esto se determinó analizando mediante RMN de 13C una serie de derivados
del compuesto Molécula de 4-[(fenilmetilen)-amino]-1,2-dihidro-1,5-dimetil-2-
fenil-3H-pirazol-3-ona, con diferentes grupos sobre el carbono para del
N-fenilo (Fig. 15),23 encontrándose que cuando R es un grupo electroatractor
(Cl o Br), el desplazamiento químico del carbono iminico se incrementa 0.6
ppm (respecto a cuando R = H), y cuando este es un grupo electrodonador
[OCH3 ó N(CH3)2] el desplazamiento químico se desplaza hasta 5.6 ppm.
II.3 PLANARIDAD
Se supone que la conformación con el mayor tiempo de vida cuando R es
un grupo electroatractor (fig.16), es aquella en la que el N-fenilo se encuentra
desviado de 40°-60° del plano del doble enlace C=N, lo que favorece la
conjugación del orbital de no enlace del nitrógeno con los orbitales del anillo
aromático, razón por la cual el efecto de R se transmite solo parcialmente al
carbono imínico. Cuando R es un grupo electrodonador, la densidad electrónica
que este grupo dona al sistema, impide que el par de electrones libres del
nitrógeno se conjugue con el anillo aromático.
31
N
N
R
θθθθ
R = H, Cl, Br, OMe y NMe2
Fig. 16 Muestra la torsión del ángulo con la pre sencia de un grupo electroatractor
o electrodonador.
El análisis estructural de la bencilidenanilina por rayos X24 de la
bencilidenanilina demostró que tiene un ángulo de 55º alrededor del doble enlace
C=N, en comparación con sus isoelectrónicos, (trans-azobenceno y trans-
estilbeno (Fig. 17) que son esencialmente planares,25 debido a que la
Bencilidenanilina tiene energías de no enlace más energía del electrón π, que
favorece la torsión de la molécula sobre sus isoelectrónicos que tienen energías
de no enlace relativamente pequeñas y las curvas de potencial son dominadas
por la energía del electrón π, sin embargo, la tensión debido a las interacciones de
no enlace y la energía del electrón π contribuyen de igual manera al potencial de
la bencilidenanilina.
N N C C
Fig. 17. Trans -azobenceno (izq.) y trans -estilbeno (der).
32
Obviamente la pérdida de energía del electrón π en la rotación de la
Bencilidenanilina, puede ser compensada particularmente por la deslocalización
del par libre de electrones del nitrógeno en el anillo de la anilinico. Si las
interacciones de no enlace no se toman en cuenta, la energía del electrón π
favorece la conformación planar de la bencilidenanilina, sobre la conformación
perpendicular.
En la forma trans de las N-bencilidenanilinas el anillo anilico esta rotado
alrededor del eje Ar-N= por 50º mientras que el anillo bencénico se encuentra
planar al doble enlace. En la forma cis el anillo anilico esta desviado 90º y el anillo
bencilico esta en el mismo plano que el doble enlace26. Tal facilidad de rotación
del anillo anilinico solamente se atribuye a la energía ganada por la
deslocalización del par libre de electrones que se encuentran conjugados al
nitrógeno del N-fenilo. Fig. 18 y 19.
NH
CH2
N
CH3
Fig. 18 Representación esquemática del equilibrio Tautomérico.
N
Fig. 19 Esquema de la Bencilidenanilina que muest ra como los orbitales sp 2 del
anillo se encuentran conjugados con los del nitrog eno iminico, cuando se tienen ángulos
de torsión mayores a 0°.
33
II.4 ANGULOS DE TORSIÓN
Los ángulos de torsión de las bencilidenanilinas son variables ya que como
se mencionó, dependen de los grupos unidos a los fenilos de los compuestos. Los
ángulos están determinados por las características de los grupos que contienen,
dependiendo si se comportan como electroatractores o electrodonadores ya que
provocarán diferentes efectos resonantes de acuerdo a la posición del átomo.
Para las bencilidenaminopiridina y piridinanilinas (derivado de benzaldehido
y anilina respectivamente) son bases de schiff planares o casi planares (cuando
presentan ángulos menores a 45°) y la conformación que adoptaran se debe no
solo al grupo unido si no también a la posición en la que este se encuentre (fig.
20).
N N
Fig. 20 Esquema de una aldimina que muestra la co njugación del doble enlace con
el N-fenilo.
La torsión de los ángulos θ y φ (Fig.21) de ambos tipos de compuestos se
pueden calcular una vez que se tienen los desplazamientos químicos del carbono
para de la molécula, se utilizan los desplazamientos químicos de este carbono
porque es ahí donde se tiene la menor densidad electrónica.
34
N
φ θ
N
N
θ φ
N
Trans-bencilidenaminopiridina Trans-piridilanilinas
Fig. 21 Ángulos de torsión Φ y θ de las piridinanilinas y bencilidenaminopiridinas.
Cuando los ángulos rotan por efecto de los grupos sustituyentes, existe una
reducción de la conjugación π-π que causa un desplazamiento del carbono para a
altas o bajas frecuencias dependiendo del grupo.
La interacción conjugativa π-π dentro de un sistema cualquiera unido por un
enlace sencillo puede tomarse como máximo θ =0º para un sistema coplanar y
mínimo θ=90º y la interacción conjugativa de estos, depende del Cos2θ
27.
°°
°°
−−=
900
902
δδδδθ
θ
Cos
Ec. 1. Ecuación de correlación de los desplazamien tos.
Donde es el desplazamiento del carbono para del compuesto en estudio.
es el correspondiente a un ángulo de torsión de cero grados, los datos de toman
del 3HI ya que el N-fenilo es totalmente planar y la influencia del grupo C(CH3)2
puede despreciarse26. La tabla 2 nos muestra los desplazamientos y en especial
el desplazamiento del C-3 asignado en la molécula de la fig.22, este valor es el
que se utilizará ya que es el que tiene menor densidad electrónica.
35
N
CH3 CH3
12
3
45
67
89
1011
12
1314
Fig. 22. Modelo de 3HI asignado para cada carbono que corresponden a los
desplazamientos mostrados en la tabla 2.
TABLA 2: DESPLAZAMIENTOS DE 3HI.
El desplazamiento para un ángulo de torsión de 90º se puede tomar de la
benzofenonanilina (fig. 23), que tiene dos anillos fenilos rotados totalmente 90º3.
Los átomos de nitrógeno presente en los anillos tanto de las
bencilidenaminopiridinas y piridilanilinas tienen influencia en los carbonos para, y
es el desplazamiento de estos núcleos por lo tanto los que se toman en cuenta
para determinar los ángulos.
N
1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14
3HI 147.3 120.7 127.5 125.6 120.7 152.8 182.9 133.1 128.4 128.1 130.3 128.1 128.4
36
R-C-N-R´´
R´
OH H
H2NR´ C
R
R´´N-R´ H2ORCO + +
Fig. 23 Esquema de la Benzofenonanilina.
Los valores de bencilidenaminopiridinas son corregidos11 por que se
considera la influencia del nitrógeno de la piridina sobre los carbonos para
comparándolos con el benceno. La desviación del ángulo φ (fig. 21), no puede
calcularse como se hace con el ángulo θ debido a que no hay modelos de
comparación para 0º y 90º.
II.5 MÉTODOS DE SINTESIS15.
El método más común para la preparación de iminas, es la reacción de
aldehídos ó cetonas con aminas primarias. La reacción general es la siguiente:
Fig. No. 24 Mecanismo general de reacción de una imina.
Esta reacción puede ser catalizada por un ácido y sometida a reflujo
empleando un agente azeotropico para remover el agua que es formada durante
la reacción. Las aminas unidas a un grupo alquílico terciario son menos viables
para formar iminas con aldehídos primarios posiblemente porque la congestión
estérica provoca que las condensaciones aldolicas sean difíciles.
También se ha podido demostrar que las iminas pueden ser obtenidas por
adición lenta de un aldehído a una amina alifática a 0 °C, seguida por la adición
de hidróxido de potasio, la separación de compuesto orgánico del agua y la
37
destilación del compuesto con hidróxido de potasio, produce los compuestos de
manera eficiente.
Los aldehídos alifáticos fácilmente forman iminas a partir de aminas, el
hecho de que estos aldehídos tienen solo un hidrógeno-α, provoca que la imina
resultante sea incapaz de separarse de la amina para dar una enamina que
podría posteriormente polimerizarse. Los aldehídos aromáticos y alifáticos
reaccionan fácilmente y de manera casi cuantitativa con aminas para dar las
iminas correspondientes.
La formación de iminas, a partir de cetonas alifáticas con aminas es más
lenta que con los aldehídos, y además requieren muy altas temperaturas y
mayores tiempos de reacción que el requerido por la reacción con los aldehídos,
aunque en ambos casos es común utilizar un catalizador ácido y la remoción del
agua formada en la mezcla de reacción, los rendimientos alcanzados por este
método son de 80 a 90%.
En vista de los numerosos métodos que existen para preparar iminas y que
de acuerdo a la literatura los productos se obtienen con variados rendimientos. En
este trabajo se determinó utilizar el método más común descubierto por H. Schiff,
en donde se obtuvieron los siguientes resultados en cuanto al rendimiento
promedio, mediante diferencias de peso de una variedad de compuesto. (Tabla 3)
38
TABLA No. 3 MUESTRA LOS RESULTADOS DE LOS RENDIMIEN TOS POR DIFERENCIA DE PESO DE LOS COMPUESTOS SINTETIZADOS.
COMPUESTO ESTRUCTURA
RENDIMIENTO
%
1 N 85
2 NN 80
3 N
N75
4 N
N
88
5
NN N
85
6 N
N
85
7 N
N
90
8 N
N
O
N 70
9 N NN
85
39
II.6 PARTE EXPERIMENTAL.
PROPIEDADES FISICAS.
Las propiedades físicas de los reactivos utilizados en la síntesis de los
compuestos de este proyecto en encuentran en la tabla 4.
TABLA No. 4. PROPIEDADES FISICAS DE LOS REACTIVOS U TILIZADOS PARA LA SINTESIS DE LOS COMPUESTOS SINTETIZADOS.
NOMBRE PUREZAPESO
MOLEC. PUNTO DE
EBULLICION
PUNTO DE
FUSIÓN DENS.
DISPOSICIONES DE SEGURIDAD
2 aminopiridina 99% 94.12 204-210° 59-60° Sólido Altamente Tóxico
3 aminopiridina 99% 94.12 248° 57-60° Sólido Altamente Tóxico
4 aminopiridina 98% 94.12 273° 155-158° Sólido Altamente tóxico
2,6 amino piridina 98% 109.13 155° Sólido Irritante
4 aminoantipiridina 98% 203.25 109° Sólido Irritante
Anilina 99.5% 93.13 184° -6° 1.022 Tóxico
cancerígeno
2,6 piridin dicarboxaldehido 97% 135.12 258º Sólido Irritante
3-piridin carboxaldehido
98% 107.11 96º 60º 1.135 Irritante severo
en la piel
4-piridin carboxaldehido 97% 107.11 72º 54º 1.137 Irritante
Benzaldehido 99% 106.12 178-179° -26° 1.044 Tóxico e irritante
40
Los compuestos utilizados fueron de la marca Aldrich, con excepción de la
anilina que fue marca Baker. Todos los compuestos se emplearon sin algún
tratamiento previo.
La reacción general en la síntesis de los compuestos 1–5
(bencilidenanilinas), se lleva acabo de la siguiente manera.
+
O
NH2
N
H
N
N
+N
OH
HN
H2O
Fig. 25 Reacción de benzaldehido con piridina.
La reacción general para la síntesis de los compuestos 6–9
(piridinanilinas), es básicamente de la misma forma. Solo que se utiliza N-piridin
carboxaldehido y anilina. El par libre del átomo de nitrogeno ataca el doble enlace
del aldehído favoreciendo la formación de una alohidrina que se convierte
rápidamente en una imina por la eliminación de agua.
41
MECANISMOS DE REACCION.
En estas reacciones se utiliza un agente azeotrópico para desplazar el
equilibrio, en este caso el solvente usado fue tolueno que se utilizó sin ningún
tratamiento previo y se empleo como catalizador ácido p-toluensulfónico.
El mecanismo de reacción se describe a continuación.
Reacción con aldehídos y piridina.
Oδ(+)
δ(-)
HH+
O-H
NH2
N
HO H
NH2
N
N
H
N
OHH
NH
N
Fig. 26 Esquema general de reacción de las benci lidenaminopiridinas.
42
Reacción con anilina y piridincarboxaldehido.
El mecanismo de reacción a partir de N-piridincarboxaldehido con anilina
mediante el método de schiff se lleva acabo de manera similar al descrito
anteriormente.
Primero ocurre la protonación del oxigeno del aldehído por el ácido que se
utiliza como catalizador. Esto hace que el carbonilo sea un grupo más electrofílico
que es atacado por el grupo amino de la anilina. Cabe mencionar que esta es la
razón para que las reacciones se lleven acabo de manera más eficiente, cuando
el arilcarboxaldehido se encuentra sustituido por grupos electroatractores y la
amina contiene grupos electrodonadores.
El siguiente paso es la formación de la hidroxil-amina, la cual puede ser
protonada para ser liberada como agua con la formación del doble enlace C=N de
manera concertada.
SINTESIS.
Síntesis de bencilidenanilinas
La síntesis de los compuestos (1-5) se llevo a cabo mediante el siguiente
procedimiento experimental:
En un matraz redondo de 100 ml de dos bocas, se disolvieron en tolueno
(20ml), 1 gr. de benzaldehido, (0.009 mol) y 1 eqq. de N-amino piridina y ácido p-
toluensulfónico como catalizador, aunque también puede usarse otro tipo de
catalizadores como tetracloruro de titanio, que es un ácido de Lewis.
Solo para el compuesto 5 se adicionaron dos equivalentes de N-amino–
piridina debido a la presencia de dos átomos de nitrógeno en la molécula. El
catalizador utilizado también fue el ácido p-toluensulfónico.
43
En una de las bocas se acopló al matraz un refrigerante mediante una
trampa Dean-Stark directa, a la que se le adicionó tolueno que se utilizó para
retener el agua formada durante la reacción. Al refrigerante de le acopló una llave
de salida conectada a una trampa de mercurio. El sistema se sello perfectamente
para evitar la fuga de disolvente. (Fig.27).
Fig. 27 Esquema del equipo utilizado en la síntes is de los compuestos.
44
El tiempo de reacción para cada uno de los compuestos fue de 48 horas
esto se determinó basándose en los resultados de RMN de los compuestos
sintetizados donde se encontró que en un tiempo menor de reacción, no se
observaban señales del producto deseado y si una señal muy grande de las
materias primas y en 48 hrs. se detectaron las resonancias características del
compuesto y menor cantidad de materia prima. También se determinó que no
había consecuencias adversas en el caso de sobrepasar 48 hrs.
Síntesis de piridinanilinas.
La síntesis de los compuestos (6-9) se llevo acabo básicamente de la
misma manera que la de los compuestos (1-5), solo que en este caso se
disolvieron en 20 ml de tolueno, 1 gr. de N-piridin-carboxaldehido (0.009 mol) y 1
eqq. de anilina, se adicionaron aproximadamente 3 mg de ácido p-toluen-sulfonico
(catalizador), llevándose acabo la reacción en el mismo equipo del diagrama 1.
Para el caso del compuesto 10 se utilizaron 2 eqq. de benzaldehido ya que debido
a la naturaleza del compuesto es necesario alquilar los dos grupos amino de la
2,6-di-piridincarboxaldehido.
Un requerimiento muy importante en estos espectros es que se necesitan
extremadamente puros, debido a que se analiza el desplazamiento químico del
carbono para que son afectados por el efecto de la posición de los grupos de la
imina el cual se transmite a través de los enlaces π.
Cuando se tienen compuestos con impurezas, estas contribuyen en el
desplazamiento químico por lo que para asegurar que las señales observadas en
los espectros de RMN se deben solamente a los efectos de los grupos o átomos
de la imina, es indispensable que no se encuentren otros grupos que puedan
45
influir en los resultados observados en los espectros de RMN. Por esto, en la
preparación fue necesario eliminar al máximo la cantidad de solvente en el
producto así como otras sustancias ajenas. Este problema se minimizó
evaporando el disolvente mediante♦ una bomba de alto vacío.♣ (Fig. 29).
El espectro de la fig. 28, es el correspondiente al del compuesto
N-(fenilmetilen)-2-piridinamina y se obtuvo así aun después de eliminar el
solvente en una bomba de alto vacío. En la molécula solo se deben observar diez
carbonos en el espectro de RMN de 13 C, debido a que el fenilo rota libremente
por lo que solo se observa el promedio artificial de los dos carbonos orto como
una sola resonancia al igual que para los carbonos meta.
Las señales que están marcadas en un círculo en el espectro de la fig. 28,
son impurezas o parte de la materia prima sin reaccionar, por lo que se tuvo la
necesidad de purificar más los compuestos mediante una destilación en la misma
bomba de vacío con agitación y calentamiento, posteriormente se disolvió en
carbón activado y se filtro. Esto ayudó de gran manera a eliminar parte de materia
prima, otras impurezas y a eliminar al máximo el solvente.
♦ Este término es usado a nivel laboratorio para referirse al hecho de eliminar o evaporar el solvente usado para disolver los reactivos.
♣ Este procedimiento se hizo debido a que el punto de ebullición del tolueno es muy alto lo que requeriría un sistema donde se pudieran alcanzar temperaturas mayores de 100° C , que difícilmente se podrían alcanzar con un calentador convencional.
46
Fig. 28 Espectro de N-(fenilmetilen)-2-piridinamin a, presenta diversas señales
ajenas al compuesto, debido a que no recibió el tra tamiento previo de purificación.
47
Fig. 29 Esquema del sistema de alto vacío
48
49
III.1 GENERALIDADES: SALES DE IMINIO.
En el presente trabajo se han formado sales de iminio que básicamente
son cationes que poseen dos anillos uno fenilo y otro fenilpiridinio, son
fuertemente electronegativos. Las sales de bipiridinio se reducen rápidamente en
solución acuosa para formar cationes radicales estables. La estabilidad del cation
se debe a la deslocalización del par de electrones sobre los anillos piridinicos que
son esencialmente coplanares; ya que la deslocalización es más eficiente cuando
los grupos arilo se encuentran en esa conformación. Los cationes son
fotoreducidos para formar radicales bipiridinio estables que son reoxidados por
oxigeno molecular.
III.2 SINTESIS.
Las sales de iminio se sintetizaron a partir de la metilacion de una aldimina
con iodo metano, con el fin de colocar un grupo metilo en cada uno de los átomos
de nitrógenos, tanto del doble enlace C=N como del anillo piridinico.
Los compuestos (1-10) (0.002 mol) fueron disueltos en acetona (10 ml) y
se adicionaron 4 ml de iodo metano. La mezcla se mantuvo en agitación
constante durante 48 horas, hasta tener un precipitado amarillo canario,
posteriormente se elimino el solvente en un roto vapor.
El CH3I es muy volátil por lo que es importante agregar un exceso para
alcanzar a metilar los dos átomos de nitrógeno además de tener un condensador
para evitar que se evapore.
50
La reacción que se llevó acabo en la metilación es la siguiente:
H
N N+
CH3
IacetonaCH3I+ +3
Fig. 30 Esquema de la metilacion de una imina con iodometano.
51
52
IV.1. DERIVADOS DEL BENZALDEHIDO.
En las tablas 5 y 6 se pueden observar los desplazamientos químicos
correspondientes a cada carbono asignado en la Fig.31. se puede ver que los
datos obtenidos están de acuerdo con los reportados en la literatura.
N 2
3
5
64
1'
2'
3'
4'
5'
6' 1
Fig. 31. Molécula de bencilidenanilina asignada.
TABLA 5: DATOS EXPERIMENTALES DE BENCILIDENANILINA
CH=N 1 2 3 4 5 6 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´
13C
160.5
152.2
121.1
131.5
126.6
131.5
121.1
136.4
128.97
128.8
131.5
128.8
128.97
1H
8.51
-
7.23
7.43
7.48
7.43
7.23
-
7.967
7.44
7.44
7.44
7.967
TABLA 6: DATOS DE LITERATURA DE BENCILIDEANILINA 8.
CH=N 1 2 3 4 5 6 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´
13C
160.5
152.2
121.3
129.2
126.4
129.2
121.3
136.4
128.9
128.8
131.5
128.8
128.9
1H
8.39
-
7.19
7.35
7.20
7.35
7.19
-
7.87
7.42
7.42
7.42
7.87
53
La fig. 36, muestra el espectro de carbono en el se puede ver con claridad
el desplazamiento de cada carbono asignado en la fig. anterior. Estos datos son
característicos de la molécula y proporciona información acerca de la
conformación molecular.
Por ejemplo los núcleos de carbono asignados con 2 y 6, 3 y 5, 2’ y 6’ ,
3’,5’ presentan una sola resonancia, esto quiere decir que la molécula es
simétrica y los núcleos tienen ambientes iguales, las señales que aparecerán son
el doble de intensidad que un carbono simple.
Otra información importante que se muestra en los espectros, es el tipo de
de carbono observado (cuaternario, terciario, secundario o primario), de esta
forma la molécula presenta dos carbonos cuaternarios asignados con 1 y 1’, estos
núcleos presentan señales simples y se encontrarán a mayor desplazamiento que
todas las demás debido a que en ellas es donde se encuentra la menor densidad
electrónica.
En la molécula asignada, se ve que el carbono asignado con 1 se
encuentra mas desplazado que 1’, a pesar de que ambos son cuaternarios; esto
se debe a que 1 esta unido a un nitrógeno que es más electronegativo y provoca
efecto inductivo desplazando la carga hacia el nitrógenos dejando al carbono ipso
electropositivo (δ+), desprotegido y con menor densidad electrónica que provoca
que el carbono se desplace a mayores frecuencias que el carbono 1’.
El efecto de resonancia del anillo bencénico unido al doble enlace (fig. 32),
provoca que los carbonos orto y para sean más electropositivos, tengan menor
densidad electrónica y por lo tanto estén más desprotegidos, lo que los desplaza
54
a mayores frecuencias. Por lo tanto los carbonos asignados con 2’,6’ y 4’ y están
más desplazados que los carbonos meta (3’y 5’).
Fig. 32 Esquema de resonancia del anillo bencénic o unido al doble enlace C=N.
También podemos ver un efecto de resonancia en la anilina (fig.33), debido
al átomo de nitrógeno y los dobles enlaces conjugados. Como podemos observar
los carbonos orto y para están más electronegativos, por lo tanto protegidos y con
mayor densidad electrónica que los desplaza a menores frecuencias. Por lo tanto
los carbonos orto (2 y 6) y para (4) están menos desplazados que los protones
meta (3 y 5).
N NH NH
NN
55
NHH
H
H
H
HH
NHH +
-
NHH +
-
NHH +
-
Fig. 33 Efecto resonante de la anilina debida al anillo bencénico. Donde las cargas están
en los carbonos orto y para por lo tanto estos estarán menos desplazados .
La Bencilidenanilina es una molécula muy simétrica debido a que no tiene
sustituyentes es sus anillos, todos los núcleos de carbono e hidrógenos presenta
densidad electrónica similar, por lo que se tienen pequeñas diferencias de
desplazamiento químico que crea sistemas fuertemente acoplados y hace muy
difícil su asignación.
Para solucionar este problema se recurrió a simular los espectros de anilina
y benzaldehido, para poder determinar con mayor exactitud el desplazamiento de
los protones.
La Fig. 34 y 35, muestra los protones correspondientes a la asignación de
la molécula de bencilidenanilina y de esta manera podemos asignar el espectro
de protón. (Fig. 37).
También es posible obtener información importante acerca de las
moléculas con los espectros de dos dimensiones, los cuales son utilizados para
demostrar la conectividad en la molécula.
56
7.97 7.89 7.81 7.72 7.64 7.55 7.47 7.39 7.30
7.40 7.26 7.13 6.99 6.85 6.71 6.57 6.44 6.30
En este caso no fueron necesarios para el análisis ya que se puede hacer
una asignación de los espectros; sin embargo, como se tienen dos anillos
aromático para realizar una asignación segura fue necesario obtener algunos
espectros de dos dimensiones (Ver sección de anexos).
Fig. 34 Espectro simulado del benzaldehido
Fig. 35 Espectro simulado de la anilina.
H-2’,6’
H-3’,5’H-4’
H-4
H-2,6
H-3,5
57
Fig.36 Espectro de 13C Fig. 37 Espectro de 1H.
de bencilidenanilina. de bencilidenan ilina.
58
NN
2
3
5
64
1'
2'
3'
4'
5'
6' 1
Fig. 38 Molécula de N-[(1E)-fenilmetilen] piridin-2-amina asignada.
TABLA 7: DATOS EXPERIMENTALES DE N-(FENILMETILEN)-2-PIRIDINAMINA
CH=N 1 3 4 5 6 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´
13C
162.8
161.1
148.9
121.9
138.1
119.8
135.9
129.7
129.0
132.0
129.0
129.7
1H
9.06
-
8.36
7.14
7.36
7.34
-
7.91
7.43
7.44
7.43
7.91
TABLA 8: DATOS DE LITERATURA39DE N-(FENILMETILEN)-2-PIRIDINAMINA8.
CH=N 1 3 4 5 6 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´
13C
162.9
161.1
148.9
121.9
138.1
119.8
135.9
129.5
128.8
131.9
128.8
129.5
1H
9.14
-
8.47
7.12
7.69
7.31
-
7.98
7.44
7.46
7.44
7.98
La piridina presenta un efecto de resonancia (fig.39) en el anillo debida al
átomo de nitrógeno que provoca efectos inductivos, es decir debido a la
electronegatividad del átomo la carga se desplaza hacia él, dejando los carbonos
adyacentes con menor densidad electrónica y desprotegidos que provocando un
desplazamiento de los carbonos a mayor frecuencia, por lo que los carbonos 1, 3
y 5 se encuentran más desplazados que el resto de los carbonos.
59
Fig. 39 Esquema de resonancia de la piridina .
Por otra parte en la Fig. 40, se muestra la resonancia del anillo debida al
nitrógeno del doble enlace, aquí podemos ver como los carbonos meta se
encuentran cargados negativamente debido al efecto de resonancia, estos
carbono tienen un efecto de protección debido a la carga negativa que provoca
que se desplacen a menores frecuencias, de esta forma 4 y 6 estarán menos
desplazados que los demás carbonos.
En conclusión los carbonos 1,3 y 5, están más desplazados que 4 y 6. De
la misma manera 1’ y 4’ están más desplazados que los carbonos simétricos
(2’, 3’, 5’ y 6’), aunque en efecto estas señales son más intensas debido a la
abundancia del núcleo.
N N N N
NN
60
Fig. 40 Esquema de la resonancia de la molécula de N-(fenilmetilen)-2-piridinamina en su
parte piridinica, provocada por el par de electrone s libres del doble enlace C=N.
Los desplazamientos de carbono y protón se pueden comprobar en el
espectro correspondiente a este compuesto fig. 41 y 42
NN NN NN NN
NN δ(+)
δ(−) δ(−)
61
Fig. 41 Espectro de 13C de Fig. 42 Espectro de 1H de
N-(fenilmetilen)-2-piridinamina. N-(fenilmetilen)-2-piridinam ina.
62
N
N
1'
2'
3'4'
3
2
54
6
1
5'
6'
Fig. 43 Molécula de N-(fenilmetilen)-3-piridinam ina asignada .
TABLA 9: DATOS EXPERIMENTALES DE N-(FENILMETILEN)-3 -PIRIDINAMINA
CH=N 1 2 4 5 6 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´
13C
162.2
147.9
142.7
147.2
123.8
129.0
135.7
129.1
129.8
132.0
129.8
129.1
1H
8.417
-
8.474
8.456
7.287
7.482
-
7.892
7.449
7.472
7.449
7.892
TABLA 10: DATOS DE LITERATURA DE N-(FENILMETILEN)-3 -PIRIDINAMINA 8.
CH=N 1 2 4 5 6 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´
13C
162.2
147.9
142.7
147.3
123.8
129.0
135.8
129.1
129.0
132.1
129.0
129.1
1H
8.41
-
8.49
8.46
7.28
7.48
-
7.89
7.45
7.50
7.45
7.89
Todas las moléculas que tienen un átomo de nitrógeno como sustituyente
en los anillos fenilo (piridinas), presentan efectos resonantes debidas a los dobles
enlaces, pero también tienen un efecto resonante debido a que se encuentran
unidos al doble enlace C=N.
Esta molécula presenta las dos formas de resonancias, pero debido a la
posición del átomo se tienen efectos opuestos en ambas ya que la densidad
63
positiva de la resonancia debida al doble enlace y la negativa debida a la piridina,
se encuentra en los mismos carbonos, lo que hace complicado determinar cual es
el efecto que más contribuye en los desplazamientos.
Para ello recurrimos a datos de la literatura, donde confirma que el efecto
que más contribuye es el la resonancia debida a la piridina (Fig. 44). Se esperaría
que los átomos electropositivos orto y para (2, 4 y 6) fueran los más desplazados,
de acuerdo al análisis hecho para las otras moléculas; sin embargo, también es
posible esperar que el efecto de resonancia del doble enlace contribuya en algo
en el desplazamiento de algunos carbonos. Como se observa en el carbono
asignado como 6, que es el único de los 3 carbonos que no tendrá efectos
inductivos por que no esta unido a un átomo más electronegativo como es el caso
de 2 y 4, esto puede provocar que el núcleo asignado como 6 se desplace a
menores frecuencias y 2, 4 a mayores frecuencias. (Fig.45).
N N N
NN
Fig. 44 Esquema de resonancia para la molécula N- (fenilmetilen)-3-piridin, provocada por
la presencia del átomo de nitrógeno en el anillo.
64
Fig. 45 Espectro de 13C de Fig. 46 Espectro de 1H de
N-(fenilmetilen)-3-piridinamina. N-(fenilmetilen)-3-piridin amina.
65
N
N
1'
2'
3'4'
2
54
6
1
3
5´
6´
Fig. 47 Molécula de N-(fenilmetilen)-4-piridinam ina asignada.
TABLA 11: DATOS EXPERIMENTALES DE N-(FENILMETILEN)- 4-PIRIDINAMINA
CH=N 1 2 3 5 6 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´
13C
163.0
159.2
115.8
151.0
151.0
115.8
135.5
129.1
129.3
132.4
129.3
129.1
1H
8.38
-
7.031
8.58
8.58
7.031
-
7.9
7.48
7.52
7.48
7.9
TABLA 12: DATOS DE LITERATURA N-(FENILMETILEN)-4-PI RIDINAMINA 8.
CH=N 1 2 3 5 6 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´
13C
163.5
159.4
116.2
150.0
150.0
116.2
134.9
128.8
128.5
131.9
128.5
128.8
1H
8.31
-
6.98
8.54
8.53
6.98
-
7.87
7.44
7.48
7.44
7.87
La N-(fenilmetilen)-4-piridinamina es una molécula totalmente simétrica
tanto en la parte piridinica como en la parte bencilica. Si se traza un plano de
simetría σv a la mitad de ambos anillos como en la fig. 48, se puede observar que
los núcleos 2’ y 6’ son idénticos, así como 3’ y 5’. De la misma forma ocurre con el
otro anillo (3 y 5) y (2 y 6) son similares.
66
N
N2
3
5
6
2'
3'
5'
6'
Como se describió anteriormente en el análisis de la Bencilidenanilina, las
moléculas que tienen simetría presentan señales agudas.
Fig. 48 La molécula de N-(fenilmetilen)-4-piridi namina, presenta un plano de simetría, que
provoca una imagen de espejo entre los carbonos 3 y 5 y entre 2 y 6.
En conclusión las señales de 3 y 5 se desplazarán a mayor frecuencia,
debido a que son los que están unidos al átomo más electronegativo. Mientras
que 2 y 6 están en una frecuencia menor porque se encuentran unidos a un
átomo menos electronegativo (ver fig. 47 y 49).
σv
σv
67
Fig. 49 Espectro de 13C de Fig . 50 Espectro de 1H de
N-(fenilmetilen)-4-piridinamina. N-(fenilmetilen)-4-piridin amina.
68
N NN
Fig. 51 Molécula de N-benciliden-N-(-fenilmetilen ) piridina-2-6-diamina.
No se tienen reportes en la literatura sobre la síntesis de éste compuesto,
ni tampoco sobre caracterización. El espectro de la Fig. 52, muestra que no
existen señales características de los hidrógenos de la aldimina que se
encuentran entre 7-8.5 ppm, ni de los característicos de los anillos fenilo, solo se
tienen pequeños indicios de que apenas se empezaba a formar debido a la señal
que aparece en 9 ppm.
El compuesto no se pudo sintetizar por el método utilizado debido a que la
densidad electrónica no es favorable para formar el compuesto.
69
Fig. 52 Espectro de 1H de N-benciliden-N-(-fenilmetilen) piridina-2-6-di amina
70
IV.2. DERIVADOS DE ANILINA.
N
N1'
2'4'
3
6
1
54
2
5'
6'
3'
Fig. 53 Molécula de N-[ (1E) piridin-3- il(metile nanilina)] asignada.
TABLA 13: DATOS EXPERIMENTALES N-[ (1E) PIRIDIN-3- ILMETILENANILINA].
CH=N 1 2 3 4 5 6 1´ 2´ 4´ 5´ 6´
13C
157.00
151.2
120.7
129.1
128.0
129.1
120.7
131.7
150.7
151.8
123.6
134.7
1H
8.45
-
7.22
7.39
7.25
7.39
7.22
-
8.99
8.675
7.374
8.26
TABLA 14: DATOS DE LITERATURA N-[ (1E) PIRIDIN-3- ILMETILENANILINA]8
CH=N 1 2 3 4 5 6 1´ 2´ 4´ 5´ 6´
13C
156.9
151.1
120.7
129.0
126.3
129.0
120.7
131.5
150.6
151.7
123.5
134.6
1H
8.46
-
7.22
7.39
7.25
7.39
7.22
-
9.00
8.68
7.38
8.26
Los efectos de resonancia en el anillo piridinico, provocan que los carbonos
más desplazados sean orto y para (2’,4’y 6’) y el menos desplazado 5’. Por parte
del anillo anilinico vemos que presenta un plano de simetría que hace iguales a 2
y 6, y también hace iguales a 3 y 5 (ver fig. 54).
71
Fig. 54 Espectro de 13C de Fig. 55 Espectro de 1H de
N-[ (1E) piridin-3- il(metilenanilina)]. N-[ (1E) piridin-3- il(metilenanilin a)]
72
1'
2'
3'
36
1
54
25'
N
N
6'
Fig. 56 Molécula de N-[(1E) piridin-4- il(metilen anilina)] asignada .
TABLA 15: DATOS EXPERIMENTALES DE N-[(1E) PIRIDIN-4- YLMETILENANILINA].
CH=N 1 2 3 4 5 6 1´ 2´ 3´ 5´ 6´
13C
157.7
150.0
120.8
129.2
129.1
129.2
120.8
140.3
122.14
150.22
150.22
122.14
1H
8.41
-
7.24
7.39
7.12
7.39
7.24
-
7.75
8.73
8.73
7.75
TABLA 16: DATOS DE LITERATURA DE N-[(1E) PIRIDIN-4-ILMETILENANILINA]8.
CH=N 1 2 3 4 5 6 1´ 2´ 3´ 5´ 6`
13C
157.8
150.7
120.8
129.1
126.9
129.1
120.8
142.6
122.1
150.3
150.3
122.1
1H
8.40
-
7.24
7.41
7.28
7.41
7.24
-
7.74
8.72
8.72
7.74
Al igual que en la molécula N-(fenilmetilen)-4-piridinamina. Esta molécula
tiene dos planos de simetría σv, en ambos anillos que hace iguales a 2’y 6’ y
también a 3’ y 5’. Sin embargo, los carbonos 2’ y 6’ tienen mayor densidad
electrónica, están más protegidos y por lo tanto están menos desplazados, al
contrario de 3’ y 5’ que tienen menor densidad electrónica debido a que están
junto al átomo más electronegativo que se puede observar en la molécula
73
asignada , por lo tanto los núcleos estarán más desplazados (ver espectro de la
fig. 57).
Fig. 57 Espectro de 13C de Fig. 58 Espectro de 1H de
N-[(1E) piridin-4- il(metilenanilina)] N-[(1E) piridin-4- il(metilenanilin a)]
74
N
N
O
N1
5
1' 2'
3'
4'
5'
6'
2
Fig. 59 Molécula de 4-[(fenilmetilen)-amino]-1,2- dihidro-1,5-dimetil-2-fenil-3H-pirazol-3-ona,
asignada.
TABLA 17: DATOS EXPERIMENTALES DE 4-[(FENILMETILEN)-AMINO]-1,2-DIHIDRO-1,5-
DIMETIL-2-FENIL-3H-PIRAZOL-3-ONA.
CH=N 1 2 5 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´
13C
157.2
152.0
160.8
118.5
137.9
127.9
128.6
130.3
128.6
127.9
1H
9.757
-
-
-
-
7.860
7.406
7.389
7.406
7.860
TABLA 18: DATOS DE LITERATURA DE 4-[(FENILMETILEN)-AMINO]-1,2-DIHIDRO-1,5-
DIMETIL-2-FENIL-3H-PIRAZOL-3-ONA8.
CH=N 1 2 5 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´
13C
157.3
152.3
161
118.8
138.1
128.0
128.7
130.3
128.7
128.0
1H
9.76
-
-
-
-
7.86
7.41
7.39
7.41
7.86
En los compuestos antes analizados vimos que siempre el carbono
cuaternario es el más desplazado por las características ya mencionadas; sin
embargo, en este caso el carbono más desplazado, es el correspondiente al
carbono asignado en 2.
75
Básicamente esto se debe a que un átomo de carbono unido a uno, más
electronegativo se desplaza a mayores frecuencias dependiendo de la
electronegatividad de este, para el caso el átomo de oxigeno es más
electronegativo que el átomo de nitrogeno por lo que desplazará el carbono que
esta unido a frecuencias mayores, el carbono dos estará mas desplazado que el
carbono 1.
Adicionalmente la molécula presenta simetría que hace similares a 2’ y 6’ al
igual que a 3’y 5’, que presenta las señales más intensas y estarán menos
desplazados que 1’ y 4’ que es un carbono cuaternario y el de menor densidad
electrónica respectivamente, (ver fig. 60).
También si observamos en los datos que el carbono menos desplazado es
el asignado con 5, debido a que no hay repercusiones de aromaticidad que
afecten al núcleo.
76
Fig. 60 Espectro de 13C de Fig. 61 Espectro de 1H de
4-[(fenilmetilen)-amino]-1,2-dihidro 4-[(fenilmetilen)-amino]-1,2-dih idro
-1,5-dimetil-2-fenil-3H-pirazol-3-ona -1,5-dimetil-2-fenil-3H-pirazol-3 ona.
77
N NN1'
2'
3'
36
1
54
2
4'
5'
Fig. 62 Molécula de N,N'-(piridin-2,6-diildimeti liliden)dianilina
TABLA 19: DATOS EXPERIMENTALES DE N,N'-[PYRIDIN-2,6-DIILDI (E) METILILIDEN] DIANILINA.
CH=N 1 2 3 4 5 6 1´ 2’ 3´ 4´ 5´
13C
160.25
150.9
121.3
129.4
125.3
129.4
121.3
154.7
127.1
137.4
127.1
160.2
1H
8.7
-
7.31
7.43
7.29
7.43
7.31
-
8.3
8.92
8.3
-
Los carbonos más desplazados son los que están unidos a los átomos de
nitrogeno (1’y 5’) y 1 que es el cuaternario. El carbono asignado con 3’ también
estará más desplazado porque tiene menor densidad electrónica. (fig. 63)
No se tienen reportes anteriores de los desplazamientos de este
compuesto que puedan servir de comparación para los desplazamientos.
78
Fig. 63 Espectro de 13C de N,N'-(piridin-2,6-diildi metililiden) dianilina.
79
IV.3 CÁLCULO DEL ANGULO DE TORSION.
La RMN es una herramienta muy importante debido a que las asignación
de los espectros de 13C se basa en la determinación de los desplazamientos
químicos, también podemos obtener información importante de los espectros de 1H, que permiten determinar el acoplamiento vecinal y a partir de éste se puede
elucidar información importante acerca de la conformación mediante los ángulos
diedros utilizando la ecuación de Karplus. Esta ecuación nos permite saber la
relación de acoplamiento entre tres protones vecinales o bien el ángulo existente
entre ellos, esto es un parámetro muy importante en esta tesis ya que nosotros
buscamos el ángulo de torsión de los anillos.
³JH,H = C + D COSθ + E COS 2θ Ec. de Karplus.
En la Fig. 64 se observa la posición de los átomos de hidrógeno que
forman el ángulo diedro, mediante una proyección de Newman.
Para el caso de los compuestos sintetizados en esta tesis, no es posible
hacer una proyección de Newman debido a que las iminas no tienen hidrógenos
vecinales que permitan determinar el acoplamiento de los protones de la molécula
(ver fig. 65).
Fig. 64 Curva de Karplus.
80
H
Ph
Ph
Fig. 65 Proyección de Newman para una imina con sustituyentes fenilo.
De tal manera que la curva de Karplus obtenida para estos compuestos no
se hará en base a las constantes de acoplamiento (JHH) si no con los
desplazamientos observados según la ecuación 1, que despejada queda de la
siguiente manera:
obsCos θδδδδθ =+− °°° 909002 )(Ec. 2
Por lo tanto al graficar el desplazamiento que depende del cos2 (Ec. 2)
contra el ángulo, se observa la variación que tendrán los ángulos con respecto a
los desplazamientos químicos (fig. 66).
81
CURVA DE CARPLUS
122
123
124
125
126
127
128
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
110
120
130
140
150
160
170
180
ANGULOS( θ)θ)θ)θ)
DE
SP
LAZA
MIE
NTO
S
( δδ δδ
obs
)
Fig. 66 Curva de Karplus para los ángulos de 0º a 8 0º
Debido a la importancia que se tiene en este proyecto poder conocer los
ángulos de torsión de las moléculas, se buscó una alternativa que no fuera
mediante la ecuación de Karplus, por el inconveniente que se tiene de las
constantes de acoplamiento.
Hemos hablado de la ecuación 1 que permite conocer el ángulo,
requiriendo solo los desplazamientos químicos de moléculas modelo que se
encuentran totalmente planas y ortogonales que se obtienen de BA y 3HI.
82
Por lo que una vez obtenidos los desplazamientos de los compuestos
sintetizados que se necesitan para poder utilizar la ec. 1. Se usan los datos
obtenidos de bibliografía para los ángulos de 90º (δ90º= 122.33) y 0º ( δ0º = 127.5)
para obtener los ángulos de torsión para cada molécula. De tal manera que los
ángulos de las moléculas se obtiene de la siguiente manera:
Compuesto 1 (Bencilidenanilina).
6.1260
=θδ
33.12290 =δ
5.1270 =°
δ
º2433.1225.127
33.1226.126cos =
−−= arθ
Compuesto 2 (N-(fenilmetilen)-2-piridinamina)
12710.59.1210
=+=θδ
33.12290 =δ
5.1270 =δ
º1833.1225.127
33.122127cos =
−−=arθ
83
Compuesto 3 (N-(fenilmetilen)-3-piridinamina).
73.124465.222.1470
=−=θδ
33.12290 =δ
5.1270 =δ
º4733.1225.12733.12273.124
cos =−−=arθ
Compuesto 4 (N-(fenilmetilen)-4-piridinamina).
Este compuesto presenta un nitrógeno en la posición para por lo que es
difícil determinar la orientación del conformero. De acuerdo a lo reportado por
J.E. Del Bene28 que dice que la menor densidad electrónica del anillo de la
piridina se encuentra en la posición 4 y la mayor sobre el carbono 3. Como
consecuencia de la mayor polaridad de N-4-piridil, se favorece la conjugación del
orbital de no enlace del nitrógeno imínico con los orbitales π∗ y de esta manera el
ángulo de desviación del anillo se incrementa. El ángulo de este derivado es
mayor o igual al del compuesto 3.
Compuesto 6 N-[ (1E) piridin-3- ilmetilenanilina].
967.125033.21280
=−=θδ
33.12290 =δ
5.1270 =δ
º3333.1225.12733.122967.125
cos =−
−=arθ
84
Compuesto 7 N-[(1E) piridin-4- ilmetilenanilina]
97.12513.31.1290
=−=θδ
33.12290 =δ
5.1270 =δ
º3333.1225.12733.12297.125
cos =−−= arθ
Compuesto 8, 4-[(fenilmetilen)-amino]-1,2-dihidro-1 ,5-dimetil-2-fenil-3H-
pirazol-3-ona.
No se puede determinar el ángulo por el método utilizado anteriormente ya
que se tienen otros efectos debido a la estructura de la molécula. Se tienen
grupos carbonilo y aromaticidad de 5 carbonos que cambian los efectos de las
moléculas y por lo tanto primero es necesario probar que el desplazamiento
químico tiene efectos aditivos. De acuerdo a literatura se encuentra que el ángulo
analizado por rayos X que es de 7.5º.
Compuesto 9 , N,N'-[piridin-2,6-diildi( E) metiliden] dianilina.
Su ángulo no se puede determinar porque tiene dos anillos aromáticos y
ambos influyen en la torsión de los ángulos, por lo que al determinar el ángulo de
uno se modifica el otro. Es decir la molécula al ser totalmente simétrica tiene
efectos idénticos en ambos anillos que se modifican así mismos.
Se realizó una corrección por átomo de nitrógeno en moléculas que tienen
ese sustituyente en el anillo.11
85
IV.4 SALES DE IMINIO.
Las sales de iminio o sales bipiridinio tienen un catiòn. Este tipo de
compuestos presentan muchas señales traslapadas debido a la que hay mucho
impedimento esterico por los protones de los anillos.
Una de las características físicas de este tipo de compuestos es que son
muy viscosos, por lo que se hace difícil su manipulación para el tratamiento de
purificado que se utilizó en el caso de las iminas. Son compuestos que disuelven
en solventes polares tales como metanol, acetona y algunos en DMSO. Por lo que
su purificación es difícil.
Sin embargo en la región de metilos 2-4 ppm. Se observan dos señales
agudas en 3.83 y 4.15 ppm. que corresponden a los metilos; las señales que
aparecen en 2-2.5 ppm. corresponden a la acetona, solvente utilizado durante la
síntesis.
En conclusión estos resultados nos dicen que si se tiene la formación de
cationes por la presencia de los protones de metilos, que generan cargas
positivas en los átomos de nitrógeno como podemos ver en la molécula de la fig.
67.
86
1 METIL-2-{METIL-[(1E)-FENILMETILEN] AMONIO} PIRIDI NIO.
Fig. 67 Espectro de la sal de (N-(fenilmetilen)-2 -piridinamina).
N+
N+ CH31
6
4
3
5
CH3
87
La fig. 68 representa el espectro de la sal de (N-(fenilmetilen)-3-
piridinamina). En el que se puede ver que hay dos señales agudas en 4.27 y 4.25
ppm de la región que corresponden a los N-metilos y también se observan
muchas señales en la región aromática que se deben a los anillos aromáticos.
1 METIL-3-{METIL-[(1E)-FENILMETILEN] AMONIO} PIRIDI NIO.
N+
N+
CH3
CH31'
2'
3'4'
2
54
6
1
5'
6'
88
Fig. 68 Espectro de la sal de (N-(fenilmetilen)- 3-piridinamina).
Los dos compuestos siguientes presentan señales casi en las mismas
regiones. Hay una señal en 2.13 ppm y otra en 4.77 ppm pertenecientes a los
metilos (ver fig. 69). Hay una señal en 2.28 ppm y otra en 4.36 ppm que
pertenecen a los metilos (ver fig. 70). La parte aromática en ambos compuestos
es pobre pero aun así se tiene evidencia de que si esta presente.
1 METIL-4-{METIL-[(1E)-FENILMETILEN] AMONIO} PIRIDI NIO.
N+
N+
CH3
CH31'
2'
3'4'
2
5
6
1
3
5´
6´
89
Fig. 69 Espectro de la sal de (N-(fenilmetilen) -4-piridinamina).
1 METIL-3- {(E) –[METIL(FENIL)IMINIO]METIL} PIRIDIN IO.
Fig.70 Espectro de la sal de N-[ (1E) piridin-3- ilmetilenanilina].
N+
N+
CH3
CH31'
2'4'
3
61
5
4
2
5'
6'
90
Hay dos señales agudas en 3.69 y 3.29 ppm de los metilos, las demás
señales corresponden a impurezas. La diferencia en los desplazamientos con
respecto a los otros compuestos es notable, se debe al cambio de densidad
electrónica en el átomo de nitrogeno.
1 METIL-4- {(E) –[METIL(FENIL)IMINIO]METIL} PIRIDIN IO.
N+
N+
CH3
CH3
1'
2'
3'
2
54
6
1
3
5´
6´
91
Fig. 71 Espectro de la sal de N-[(1E) piridin-4- ilmetilenanilina].
No es posible asignar los grupos metilo debido al traslape de los protones e
impedimento propio de la molécula, pero se observan señales agudas entre 1-2
ppm.
2-[(1E,2Z)-1-ETILIDENPENTA-2,4-DIENO-1-IL]- N,1,5-TRIMETIL-3-OXO-N-[(1E)-
FENILMETILEN]-2,3-DIHIDRO-1 H-PIRAZOL-4-AMINIO.
Fig. 72 Espectro de la sal de 4-[(fenilmetilen)-a mino]-1,2-dihidro-1,5- dimetil-2-fenil-
N
N
O
N+
CH3CH3
CH31
2
3
4
1'2'
3'5'
5
6
4'
92
3H-pirazol-3-ona.
Este espectro de Carbono muestra que se tienen metilos traslapados en la
región de metilos, la simetría de la molécula lo comprueba, solo esperaremos
señales traslapadas por el impedimento esterico. Las señales que aparecen en 40
ppm son correspondientes a los metilos.
N,N'-[PYRIDINE-2,6-DIILDI( E)METILILIDEN]BIS( N-METILANILINIO).
N N+
N+
CH3CH3
93
N
NH 2
16
43
5
1'
2'
3'
4'
5'
6'
Fig. 73 Espectro de la sal de N,N'-[piridin-2,6-diildi metil iliden] dianilina.
ANALISIS DE RESULTADOS: ALDIMINAS.
En ella se observa que el compuesto con menor ángulo es el compuesto 2
y 8. El análisis para determinar las razones por las que se favorecen estas
conformaciones se hará a continuación.
Básicamente todos los sistemas no se encuentran conjugados
favoreciendo la planaridad (ángulos menores de 45°) en cada una de las
moléculas y el conformero mas estable es el que tiene un ángulo de 18°,
favorecido particularmente por el nitrogeno del heterociclo formando un puente de
hidrogeno (Fig.74). Estas interacciones permiten que la vibración de la molécula
sea menor que en las demás por lo que se desplazará a menores frecuencias.
Fig. 74 Muestra la interacción entre al protón imí nico y el nitrogeno de la piridina que
provoca una conformación de menor ángulo (plana).
El compuesto (N-(fenilmetilen)-4-piridinamina), presenta un nitrógeno en la
posición para por lo que se hace difícil determinar la orientación del conformero
94
más estable. De acuerdo a lo reportado por J.E. Del Bene reportó28 que la menor
densidad electrónica del anillo de la piridina se encuentra en el carbono 4 y la
mayor sobre el carbono 3, como consecuencia de la mayor polaridad de N-4-
piridil, se favorece la conjugación del orbital de no enlace del nitrógeno imínico
con los orbitales π∗ del heterociclo aromático y por lo tanto se incremente el
ángulo de torsión del N-fenilo.
De igual forma el compuesto 4-[(fenilmetilen)-amino]-1,2-dihidro-1,5-dimetil-
2-fenil-3H-pirazol-3-ona, aparece a más altas frecuencias que el compuesto 2 y 3,
por que existe una interacción muy fuerte entre el oxigeno y el nitrógeno imínico
tipo puente de hidrogeno lo cual fija la estructura debido a la interacción entre el
hidrógeno de la aldimina y el nitrógeno con lo cual se restringe su movilidad
(Fig.75).
N
N
O
N
H
Fig. 75 Muestra la interacción entre el oxigeno y el protón imínico.
Por lo tanto también cuando se tiene este tipo de sustituyentes unidos al
nitrógeno del doble enlace se tienen estas interacciones que son favorables entre
el protón y el oxigeno del carbonilo y no se tienen impedimentos estericos en este
sistema.
Por otra parte al observar el orden de los desplazamientos de los
compuestos del carbono imínico se ve que varían con respecto a la posición del
átomo de nitrógeno donde se tiene el siguiente orden 4 piridil > 2 piridil > 3 piridil >
fenilo.
95
ANALISIS DE RESULTADOS: SALES DE IMINIO.
La base primordial de esta tesis esta fundamentada en la planaridad de las
moléculas diquat y el paraquat. Debido a la planaridad de estas moléculas se
puede formar un di-cation radical y por lo tanto son capaces de interceptar los
electrones de la cadena transportadora de electrones en la fotosíntesis, el
problema con ellas y por lo que se buscan sustituirlas es que son muy difíciles de
eliminar, debido a su estructura no tiene enlaces lábiles que se rompan con
facilidad y esto hace muy difícil su hidrólisis una vez que se ha utilizado, dañando
el suelo y el ambiente.
Por otra parte en los espectros de la Fig. 76 y 77, se tienen los espectros
correspondientes al benzaldehido y al de la sal de (N-(fenilmetilen)-2-
piridinamina), en el área señalada de este último, se observan señales que
corresponden a las señales características del benzaldehido.
Así mismo ocurre en los compuestos que son derivados de la anilina, como
se puede observar en el espectro de la fig. 79, las señales encerradas en el
circulo son similares a las señales características del espectro de anilina (fig. 78).
Esto nos sugiere que las moléculas derivadas de la anilina también se hidrolizan.
96
Fig. 76 Espectro de 1H del benzaldehido
97
Fig. 77 Espectro de 1H de la sal de (N -(fenilmetilen) -2-piridinamina).
98
ESPEC
Fig. 78 Espectro de 1H de anilina
99
Fig. 79 Esquema del e spectro de 1H de Espectro de la sal de 4 -[(fenilmetilen) -amino]
-1,2-dihidro-1,5-dimetil-2-fenil-3H-pirazol-3-ona, y se puede observar
claramente la presencia de anilina
100
El reto consistió en encontrar moléculas que tengan la planaridad
requerida, pero también que sean capaces de formar el cation radical. Una de las
características principales de este tipo de compuestos es que el doble enlace
C=N, que es fácil de romper, las moléculas como ya vimos son muy planas, pero
también necesitamos saber que tan lábil es el enlace en estas estructuras. De
acuerdo a lo analizado con anterioridad vimos que los enlaces son sumamente
débiles y que con trazas de agua de puede romper el enlace C=N (Fig. 80).
N+
N+
CH3CH3 O
H
N+
CH3
NH
CH3
+trazas de agua
Fig. 80 Reacción de las sales de iminio favorecida por la humedad del medio ambiente.
La planaridad de las moléculas es de suma importancia, como lo es el
conocer el comportamiento de los compuestos, en este caso, habría que
determinar algún método para evitar la hidrólisis de estos compuestos. Por lo que
se observó que en efecto si se puede dar la formación de cationes radicales, pero
necesitamos no perder la estructura de la molécula.
101
102
• Se sintetizaron 9 compuestos iminicos que contienen un doble enlace C=N
y las sales de iminio correspondientes (sales bipiridnio), por los métodos
propuestos.
• El método de Schiff utilizado para la síntesis de iminas es muy bueno ya
que permite obtener iminas con un alto rendimiento y se pueden purificar
fácilmente.
• El método utilizado en la síntesis de sales de iminio es adecuado debido a
que se observó la formación de cationes.
• La planaridad de las moléculas sintetizadas en este proyecto, es solo un
parámetro para determinar la formación del catión debido a la
deslocalización de la carga.
• No todas las moléculas que presentan planaridad tienen actividad
herbicida.
• El doble enlace C=N, es muy lábil, por lo que se hidroliza con facilidad.
103
104
1 Takeuchi, Setsuo; Kochi, Mutsuyuki; Kawarada, Akira; Esumi, Shinichiro; Sasaki, Kazuya;
Kawabata, Shozo; Saida, Tsuneo; Inoue, Yukio; Yamamoto, Tadasu; et al. “Preparation of N-benzylidene-o-N-naphthylideneamines and formulation of anticancer agents containing them”. Jpn. Kokai Tokkyo Koho (1988), 10 pp. CODEN: JKXXAF JP 63010721 A 19880118 Showa. CAN 110:101780 AN 1989:101780 CAPLUS.
2 R.Fiorovanti, M.Biava, G.C.Porretta, N.Simonetti, A.Villa, E.Conte.A. Porta-Plugia. “Research on antibacterial and antifungal agents. XI. Synthesis and antimicrobial activity of N-heteroaryl benzylamines and their Schiff bases,” Eur.J.Med.Chem., 1995,30,123.
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4 V.I.Minkin, Yu.A.Zhadanov, E.A.Medyantzeva and Yu.A.Ostroumov. “ The problem of acoplanarity of aromatic azomethines”. Tetrahedron, 1967,23,3651.
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6 Robert S.Mulliken, ”Overlap Integrals and Chemical Binding”. Contribution from the physic department, University Chicago, 1950,72,4493.
7 H. Schiff, Ann., 1864,131,118
8 R.Montalvo –Gonzàlez, A.Ariza-Castolo.” Molecular Structure of di-aryl-aldimines by multinuclear magnetic resonance and X-ray diffraction.” Journal of Molecular Structure, 2003, 655,375
9 Efraim Lewinsohn and Jonathan Gressel, “Benzyl Viologen-Mediated Counteraction of Diquat and Paraquat Phytotocities”. Plant Physiol, 1989, 79, 125.
10 Charles F.Babbs, Jo. Ann Pham and Ronald C.Coolbaugh. “Lethal Hydroxyl Radical Production in Paraquat-treated plant.” Plant Physiol, 1989,90,1267.
11 J.M Ruxer, A. Solladiè-Cavallo, G. Solladié et D. Olliero.” Etude du Groupe Azomethine par RMN du Carbone-13”, Organic Magnetic Resonance, 1977,10,105.
12 Egon Denecke, Klaus Muller and Thorsten Bluhm. “ 13 C NMR Spectra of Diazastilbenes”.Organic Magnetic Resonance, 1982,18, 68.
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14 F.M. Ashton and S.Crafts. “Mode Action of Herbicides”. 1981,2,55.
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16 J. Bjorgo, D.R. Boyd,C.G.Watson,W.B.Jennings,J.C.S.Perkin II, 1974,757 .
105
17 C.H.Warren, G. Wettermark, Karl Weiss, “Cis-Trans Isomerization about the Carbon-Nitrogen Double Bond. The Structure of the Isomers of N-Benzylidenaniline”. J. Am. Chem. Soc., 1971,93, 4658.
18 W.B. Jennings.D. R. Boy, “Mechanism of interconversion of (Z)-and (E)-ketimines”, J. Am. Chem. Soc., 1972,94,7187.
19 Douglas Bond, “ π-Bond Energies in protonated Schiff Bases”. J. Am.Chem.Soc., 1991,113, 385.
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24 H. B. Bürgi, J. D. Dunitz, “ Crystal and Molecular Structures of Benzylideneaniline, Benzylideneaniline-p-carboxylic acid and p-methylbenzylidene-p-nitroanilin,“ Helv.Chim. Acta,1970, 53,1747.
25 Peter Skrabal , Jurg Steiger and Heinrich Zollinger. “ On Planarisation of Benzylidineaniline“, Helvetica Chimica Acta ,1975, 58,800.
26 C.G. McCarty, “Chemistry of Carbon-Nitrogen Double Bond,” S. Patai, Ed., Interscience,London 1970, cap. 9.
27 H.H. Jaffè and M. Orchin ,”Theory and Applications of Ultraviolet Spectroscopy”, John Wiley and sons, New York 1965.
28 J.E.Del Bene,“An ab initio molecular orbital study of 2- and 4-monosubstituted pyridines” J.Am.chem.Soc., 1979,101, 6184.
106
107
I ESPECTROGRAMAS
Fig. 81 Espectro de dos dimensiones 1H (COSY) de Bencilidenanilina.
108
Fig. 82 Espectro de dos dimensiones de 1H cosy de N-(fenilmetilen)-2-
piridinamina.
109
Fig. 83 Espectro de dos dimensiones (cosy) N-[pir idin-3- il(metilenanilina)].
110
Fig. 84 Espectro de dos dimensiones (HETCOR) N-[p iridin-3-
il(metilenanilina)].