ALFREDO ALEXANDER NEIRA NUÑEZ

1. Universidad Nacional Mayor de San Marcos
(UNIVERSIDAD DEL PERÚ, DECANA AMERICA)
FACULTAD DE QUIMICA & INGENIERIA QUIMICA
E.A.P. QUIMICA
LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA AIV
TEMA : SÍNTESIS DE LA 1,4-DIHIDROQUINOXALINA-2,3-DIONA.
PRACTICA : Nº 9
PROFESOR: DR. JULIO SANTIAGO CONTRERAS.
GRUPO : MARTES DE 08:00 A 12:00 HORAS.
INTEGRANTES: CÓDIGO
NEIRA NUÑEZ ALFREDO ALEXANDER. 05070214
RODRIGUEZ PEÑA KENDY EVATT. 09070079
CIUDAD UNIVERSITARIA JUNIO DEL 2012
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2. INDICE
Pág.
1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….….….3
2. RESUMEN………………………………………………………………………….…4
3. PARTE TEÓRICA……………………………………………………………….……5
4. PARTE EXPERIMENTAL……………………………………………………….…9
5. ÁNALISIS Y DISCUCION DE RESULTADOS……………………………...17
6. CONCLUSIONES………………………………………………………………..…18
7. RECOMENDACIONES…………………………………………………………...19
8. APÉNDICE ……………………………………………………………………………20
9. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………..….24
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3. 1. INTRODUCCIÓN
Los derivados de la dihidroquinoxalinas son compuestos de interés especial en la
medicina, dado que se emplean como medicamentos para el enfrentamiento y
tratamiento de enfermedades significativas producidas en los neurotransmisores de la
retina. La importancia de una síntesis más eficiente es el motivo de los ensayos
experimentales como este, donde se resaltan los pasos a seguir para la síntesis de la
1,4-dihidroquinoxalina-2,3-diona. La bibliografía disponible es muy escasa, sin
embargo, nos basamos principalmente en publicaciones científicas importantes, que
son el resultado de ensayos comparativos previos para hallar los reactivos y medios
que resulten en una síntesis más eficiente e hicimos usos de técnicas de laboratorio
las cuales nos servirán en el trayecto de todas estas síntesis y nos serán de gran
utilidad al realizar algún otro trabajo de investigación.
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4. 2. RESUMEN
El objetivo de las prácticas que se realizaron fue sintetizar la 1,4- dihidroquinoxalina-2,3-
diona, haciendo variaciones de procesos y reactivos en sus rutas de síntesis y
caracterizarlas mediante análisis espectroscópico.
De esa manera se realizaron por dos modos:
Usado un equipo de reflujo: A partir del o-Fenilendiamina, ácido oxálico y ácido clorhídrico
4N se obtuvo cristales de agujas blancas por recristalización. Para su caracterización, se
determinó su punto de fusión. También se hizo uso de su espectro ultravioleta
comparándola con la teórica.
Y finalmente usando equipo de reflujo en un horno microondas: Inicialmente no hubo
cambios en los reactivos, pero se obtuvo agujas blancas en mayor cantidad y en poco
tiempo. Después se hizo una modificación en el reactivo, en lugar de usar ácido
clorhídrico, se usó agua. Del mismo modo su obtuvieron agujas, pero esta vez de color
gris.
Ambas muestras resultaron ser el mismo producto, esto se determinó usando la
cromatografía de capa fina.
Concluyéndose que la mejor forma de sintetizar el compuesto, en este caso, fue usando
el equipo de horno microondas conectado a un equipo de reflujo y usando como solvente
el HCl 4 N.
Todos los espectros de cada producto obtenido, reacciones, mecanismos y demás
graficas se adjuntan en el apéndice del informe.
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5. 3. PARTE TEORICA
3.1 TÉCNICAS USADAS EN EL LABORATORIO
3.1.1 RECRISTALIZACIÓN
La recristalización es uno de los mejores métodos físicos para purificar compuestos
sólidos a temperatura ambiente. Un compuesto sólido se cristaliza formando una solución
saturada de muestra a temperatura elevada y en un disolvente apropiado, del cual al
enfriarse se separe el compuesto de manera cristalina. Una sustancia es más soluble
entre más se parece su estructura a la del disolvente. Un disolvente apropiado para
cristalización deberá llenar los siguientes requisitos:
Que el compuesto (soluto) sea muy soluble a temperatura elevada.
Que el soluto sea muy poco soluble en él a baja temperatura.
Que no reaccione con el soluto.
Que sea lo suficientemente volátil para que sea fácil eliminarlo de los cristales.
Que las impurezas sean bastante más solubles en frío que el soluto.
Tabla. Los disolventes más usados para cristalización*
P
P ebullición Densidad
Disolvente congelación Polaridad
ºC (g/cm3)
ºC
**Éter etílico 35 -116 0.71 Inter.
Cloruro de metileno 41 -97 1.34 Inter.
**Bisulfuro de
46 -111 1.22 No polar
carbono
**Acetona 56 -95 0.79 Polar
Cloroformo 61 -64 1.48 Inter.
Metanol 65 -98 0.79 Polar
**Hexano 68 -95 0.66 No polar
**Éter isopropílico 68-69 -60 0.72 Inter.
**éter de petróleo 30-60 <0 0.63 No polar
Acetato de etilo 77 -184 0.90 Inter.
Tetraclorurode
77 -23 1.59 No polar
carbono
Etanol 78 -117 0.81 Polar
**Benceno 80 5.5 0.88 No polar
**Ciclohexano 81 6.5 0.72 No polar
Acetonitrilo 82 -44 0.71 Polar
Agua 100 0 1.0 Polar
5

6. **Dioxano 101 12 1.03 Polar
**Tolueno 111 -95 0.87 No Polar
Ácido acético 118 16 1.05 Polar
Dimetilsulfóxido 189 18.5 1.10 Polar
*Con excepción del agua todos los disolventes son tóxicos, algunos son
potencialmente cancerígenos, son inflamables, por lo que deben usarse con
precaución y buena ventilación
**Muy inflamable.
3.1.2 REFLUJO
Se efectúa acoplando a la boca (o a una de las bocas) del matraz
que contiene la reacción un refrigerante de reflujo. A medida que
se procede a la calefacción del matraz, la temperatura aumenta
evaporando parte del disolvente. Los vapores del mismo
ascienden por el cuello del matraz hasta el refrigerante, donde se
condensa (por acción del agua fría que circula por la camisa
exterior) volviendo de nuevo al matraz. Esto establece un reflujo
continuo de disolvente que mantiene el volumen de la reacción
constante.
3.1.3 FILTRACIÓN AL VACÍO
La Filtraciónal vacio es un método físico que se utiliza para separar mezclas
heterogéneas de un sólido en un solvente o mezcla de reacción líquida. La mezcla se
vierte en un embudo a través de un papel filtro, el sólido de la mezcla queda en el filtro y
el líquido es atraído hacia un recipiente colocado abajo, gracias al vacío que se le aplica a
éste con una bomba de vacío. Lo que interesa recolectar en este tipo de filtración es el
sólido cristalizado que queda en el papel filtro, el líquido filtrado se desecha. El sólido se
cristaliza gracias a que el efecto de vacío que causa la bomba, enfría la solución.
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7. 3.2 DATOS DE LOS REACTIVOS USADOS EN LA EXPERIENCIA
3.2.1 Acido Oxálico:
Propiedades físicas
Estado de agregación : sólido
Apariencia : cristales blancos
Densidad : 1900 kg/m3; 1,9 g/cm3
Masa molar : 90,03 g/mol
Punto de fusión : 374,65 K (101,5 °C)
Punto de ebullición : 638,15 K (365 °C)
Punto de descomposición : 462,65 K ( °C)
Propiedades químicas
Acidez (pKa) :1,19
Solubilidad en agua : 9.5 g/100 mL (15 °C)
El ácido oxálico es un ácido carboxílico de fórmula C2H2O4. Este ácido bicarboxílico es
mejor descrito mediante la fórmula HOOCCOOH. Es un ácido orgánico relativamente
fuerte, siendo unas 3.000 veces más potente que el ácido acético. El bi-anión,
denominado oxalato, es tanto un agente reductor como un elemento de conexión en la
química. Numerosos iones metálicos forman precipitados insolubles con el oxalato, un
ejemplo destacado en este sentido es el del oxalato de calcio, el cual es el principal
constituyente de la forma más común de cálculos renales.
Propiedades:
Es el diácido orgánico más simple. Soluble en alcohol y agua, cristaliza fácilmente en el
agua en forma dihidratada. Su punto de fusión hidratado es de 101,5 °C. Es un ácido
fuerte en su primera etapa de disociación debido a la proximidad del segundo grupo
carboxílico.
Calentándolo se descompone liberando principalmente dióxido de carbono (CO2),
monóxido de carbono (CO) y agua.
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8. 3.2.2 Ácido clorhídrico
El ácido clorhídrico, ácido muriático o sal fumante es una disolución acuosa del gas
cloruro de hidrógeno (HCL). Esta disolución resulta un líquido transparente o ligeramente
amarillo, que en estado concentrado produce emanaciones de cloruro de hidrógeno (de
ahí el nombre de sal fumante) las que combinadas con el vapor de agua del aire son muy
caústicas y corrosivas de color blanquecino y muy irritantes a las vías respiratorias.
El ácido clorhídrico reacciona con los metales activos o sus sales de ácidos mas débiles
para formar cloruros, casi todos los cloruros son solubles en agua por eso el ácido
clorhídrico encuentra aplicación como eliminador de los sedimentos, carbonatos de calcio,
magnesio, hierro , etc. en muebles sanitarios.
Puede obtenerse haciendo reaccionar ácido sulfúrico con sal común (cloruro de sodio)
según la reacción siguiente:
2 NaCl + H2SO4 -> Na2SO4 + 2 HCl
Durante la reacción se forma el ácido y sulfato de sodio Na2SO4 .
Industrialmente se producen grandes cantidades de ácido clorhídrico haciendo reaccionar
el cloro y el hidrógeno procedentes de la cuba electrolítica de cloruro de sodio, utilizada
para la producción de sosa caústica.
El ácido clorhídrico que se encuentra en el mercado suele tener una concentración entre
el 25 y 38% de cloruro de hidrógeno. Soluciones de una concentración de algo más del 40
% son químicamente posibles, pero la taza de evaporación en ellas es tan alta que se
tienen que tomar medidas de almacenamiento y manipulación extras. En el mercado es
posible adquirir soluciones para uso doméstico de una concentración de entre 10 y 12 %,
utilizadas principalmente para la limpieza y la regulación del pH de las piscinas.
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9. 4. PARTE EXPERIMENTAL
MATERIALES
Vasos de precitado de 100 mL , 250mL y 600 mL.
Equipo de reflujo.
Cocinillas eléctricas.
Lunas de reloj.
Papel filtro.
Bagueta.
Horno microondas.
Espátula.
Balanza analítica.
Embudo Buchner y kitasato.
Equipo para filtrar al vacio.
Capilares.
Termómetro 360ºC
Placas para cromatografía.
Frascos de muestras.
REACTIVOS
o-Fenilendiamina.
Ácido oxálico.
Ácido clorhídrico 4N.
Agua destilada.
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10. PROCEDIMIENTOS:
Síntesis del compuesto usando un equipo de reflujo y HCl 4N como solvente:
Se armó el quipo a reflujo y se preparó el ácido clorhídrico 4N a partir 12N, seguidamente
se pesó 1.083g o-Fenilendiamina y se mezcló con 1.349g de ácido oxálico, luego se
mezclaron con el ácido clorhídrico 4N y se llevó a reflujo durante una hora a una
temperatura de de 110ºC con agitación magnética constate.
Luego de trascurrida la hora se observó un precipitado de color blanco. Se filtró y se
obtuvieron pequeñas agujas de color gris, por lo que fue necesaria la recristalización.
Para la recristalización se disolvió la muestra en un vaso de 250mL que contenía 30 mL
aproximadamente de agua y se fue calentado con agitación magnética hasta ebullición e
inmediatamente se incorporó etanol poco a poco (40mL aprox.)Hasta una disolución
completa, si en caso no se disuelva seguir aumentando la cantidad de agua y de etanol.
Después de que toda la muestra estaba disuelta, se dejó enfriar para que recristalice. Y
se observó la formación de pequeñas agujas, luego se filtró con el embudo Buchner.
Finalmente procedimos a pesar la muestra y guarda en un respectivo frasco de muestras
cuyo peso fue de 0,402g (el cual pusimos dentro de la estufa).
Caracterización
Una vez que muestro producto fue secado se determinó el punto de fusión, para ello se
colocó un poco de la muestra en un capilar y se anexo al termómetro durante
aproximadamente una hora. El resultado experimental del punto de fusión fue de 335ºC.
Determinación del espectro UV
Se tomo un poco de la muestra y se disolvió en etanol caliente de la cual solo un poco de
la solución se incorporó en el espectrógrafo UV y se obtuvo el espectro través del
software de la computadora.
Síntesis del compuesto usando un horno microondas y HCl 4N como solvente:
Para esta síntesis se trabajó con los mismos reactivos que la forma a reflujo: 1,083g
o-Fenilendiamina con 1.349g de ácido oxálico, los cuales fueron disueltos con 20 mL de
HCl 4N y en las mismas proporciones.
El horno microondas, se encontraba adaptado para la instalación del equipo a reflujo
dentro de él. Se incorporó el balón con la mezcla de los reactivos y su respectivo magneto
a varios tiempos y potencias. Esto se resume en el cuadro siguiente.
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11. Tiempo Potencia Observaciones
(segundos) (Watts)
30 30 Sistema invariable (la solución no presenta cambios)
40 40 Sistema invariable (la solución no presenta cambios)
50 50 La solución cambia de color a rosado verdosa.
60 50 Se forma un precipitado blanco en la solución.
De igual forma se filtró al vacío y se recristalizó igual que la síntesis anterior, luego del
secado en la estufa se obtuvo agujas blancas con un peso de 0.548g.
Síntesis del compuesto usando un horno microondas y agua destilada como solvente:
Se armó el quipo a reflujo acoplándolo a la estructura del microondas con los mismos
reactivos y en las mismas proporciones, pero en lugar de usar HCl como disolvente se
cambió por agua destilada. De igual forma se colocó dentro de la solución un magneto y
se fue calentando la solución en el microondas cambiando el tiempo del calentado y la
potencia de la siguiente manera
Tiempo Potencia Observaciones
(segundos) (Watts)
10 20 Sistema invariable (la solución no presenta cambios)
20 20 Cambio de la color de la solución a amarilla -naranjada
30 30 Los reactivos se disolvieron completamente
30 30 Si cambios físicos.
30 40 Si cambios físicos.
30 40 Se calentó el sistema si el equipo a reflujo para que se evapore
el agua y que se forme precipitado más rápidamente.
50 40 Se redujo la mitad de solvente e inmediatamente después se
formo el precipitado.
Seguidamente se filtró al vacio la solución, las agujas formadas fueron de color gris-
blanquecino y de un menor tamaño, por lo que se recristalizó en agua y etanol calientes y
se obtuvo una solución amarilla naranja.
Ya enfriada la solución se filtró en vacio para separar las agujas precipitadas, y se obtuvo
agujas de color gris.
Para estar seguros de que el producto obtenido usando HCl y agua destilada sean los
mismos se realizó la cromatografía en capa fina (CCF). Usando como eluyente una
solución de acetato de etilo y ciclohexano (1:1). Para ello se cogió una pequeñísima
cantidad de los productos obtenidos y se disolvió en una pequeña cantidad de etanol y se
calentó ligeramente para disolverlos completamente.
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12. Con la ayuda de un capilar que previamente fue calentado y reducido su diámetro, con el
mechero Bunsen, se cogió una pequeña cantidad de reactivo patrón (o-Fenilendiamina) y
se marcó en una placa cromatográfica, lavando el capilar con etanol y se procedió del
mismo modo a coger pequeñas cantidades de las soluciones preparadas anteriormente
que también se marcaron en la placa cromatográfica.
Trascurrido un tiempo de 5min aproximadamente, se observó con la ayuda de una
lámpara de luz UV que ambas soluciones corrieron la misma distancia del punto de
referencia, por lo que resultaron ser el mismo compuesto.
Y finalmente el producto obtenido usado como solvente el agua destilada se recristalizó
usando carbón activado, que se incorporó cuando todas las agujas se hallas disuelto y la
solución este en ebullición. Luego se filtró en caliente y se dejó enfriar la solución para
que recristalice, una vez ya fría la solución se filtró al vacio y se obtuvieron agujas de color
pardo cuyo peso fue de 0,095g.
Finalmente se caracterizaron las muestras mediante el espectro de absorción ultravioleta,
cuyos gráficos se adjuntan en el apéndice del informe luego de haber sido tabulados en el
Microsoft Excel.
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13. Reacciones Químicas
Ecuación general de la síntesis de la 1,4 –dihidroquinoxalina-2,3 diona usando
HCl como disolvente:
NH2 HO O H
N O
HCl
+ + H2O
NH2 HO O N O
H
Ecuación general de la síntesis de la 1,4 –dihidroquinoxalina-2,3 diona usando
H2O como disolvente:
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14. Mecanismo de la síntesis de la 1,4 –dihidroquinoxalina-2,3 diona usando
HCl como disolvente
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15. Mecanismo de la síntesis de la 1,4 –dihidroquinoxalina-2,3 diona usando
H2O como disolvente
15

16. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO
NH2 HO O H
N O
HCl
+ + 2 H2O
NH2 HO O N O
H
PM(g/mol) 108.14 90 162.14
m(g) 1.083 1.349 X
El reactivo limitante es la o-fenilendiamina, por lo que se obtiene un peso teórico
de 1.62g de producto. Con este dato se obtuvo los rendimientos de las demás síntesis.
TABLA DE RENDIMIENTO USANDO DIFERENTES PROCEDIMIENTOS DE SÍNTESIS
Procedimiento/ Reflujo usando HCl Reflujo + microondas Reflujo + microondas
Peso 4N como disolvente usando Agua destilada usando HCl 4N como
como disolvente disolvente
0.095 gramos -------------------------- 5,5% -----------------------
0.402 gramos 24,8 % -------------------------- -----------------------
0.520 gramos -------------------------- -------------------------- 32,09 %
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17. 5. ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS
La práctica no es muy complicada, pero es inevitable la pérdida de muestra al
hacer los filtrados y /o al momento de trasvasar de un recipiente a otro, esto se ve
en los porcentajes de rendimiento, así por ejemplo para el caso del rendimiento
del 5,5%, hubo un exceso de carbón activado para la adsorción de las impurezas
de la muestra, por lo que fue necesaria la filtración tres veces.
Para la primera síntesis el error se debe a que el flujo de calor no estaba muy bien
direccionado a pesar del uso del papel aluminio que envolvía el balón. Para la
segunda síntesis el rendimiento mejoró debido a que el sistema se aisló (dentro
del horno microondas) facilitando la reacción para la obtención del producto.
Respecto al punto de fusión se obtuvo una temperatura aceptable, puesto que los
compuestos de dihidroquinoxalinas superan los 300 ºC.
En los espectros del UV visible, teórico y experimental, tienen semejante espectro,
considerando que el producto de la síntesis tiene varios dobles enlaces
conjugados, por lo que absorberá luz de mayor longitud de onda, pero también
hay ciertas variaciones de energía puesto que aún tenga trazas de impurezas.
Pero en cierta medida se puede señalar que en todas las síntesis hechas se
obtuvo un mismo producto final, esto se ve al comparar los tres espectros
experimentales, pues presentan semejantes absorciones y longitudes de onda.
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18. 6. CONCLUSIONES
Se logró lasíntesis de la 1,4-dihidroquinoxalina-2,3-diona por tres
procedimientos, pero con diferentes rendimientos cada una.
Con el punto de fusión obtenido se puede concluir que la síntesis se trata de
una dihidroquinoxalina, pero esto es solo una referencia general que será
corroborada a través de los análisis espectroscópicos.
Las placas cromatografías demostraron que las muestras corresponden al
mismo producto. Tanto antes de proceder con la recristalización. Sin embargo,
notamos una leve diferencia entre las distancias alcanzadas por las muestras,
lo cual concluimos, se debe a la purificación aplicada.
Con respecto a los 3 modos de síntesis que realizamos concluimos que la
mejor forma de sintetizar el compuesto fue usando el equipo de horno
microondas conectado a un equipo de reflujo y usando como solvente el HCl 4
N, ya que realizando este procedimiento obtuvimos un considerable precipitado
de cristales blancos con formas de grandes agujas, puesto que el sistema se
encuentra cerrado.
Con respecto al mecanismo de la síntesis de la 1,4 –dihidroquinoxalina-2,3 diona
usando HCl como disolvente nos percatamos que el HCl usado se recupera al
final de la reacción por lo que actúa como catalizador además se obtuvo mayor
cantidad de producto obtenido que en la síntesis de la 1,4 –dihidroquinoxalina-2,3
diona usando H2O como disolvente
La espectroscopia ultravioleta (UV), detecta las transiciones electrónicas de los
sistemas conjugados y proporciona información sobre el tamaño y la estructura
de la parte conjugada de la molécula.
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19. 7.-RECOMENDACIONES
Los materiales a utilizarse deben estar completamente limpios y libres de
impurezas, para así evitar una contaminación de la muestra en tratamiento.
Se debe vigilar constantemente la temperatura de calentamiento durante la
síntesis, un cambio de temperatura puede significar una alteración en los
resultados.
Es importante hacer el monitoreo de la reacción en la placa cromatográfica.
Se debe elegir el eluyente apropiado y cuidar que se coloquen las marcas
de manera adecuada, no muy tenue ni muy cargado.
Es necesario el uso del solvente o solventes adecuados para la
recristalización.
La cantidad a usar de carbón activado depende de que tan coloreada este
la solución. Mientras más coloreada sea se incorporará mayor cantidad de
carbón activado a la solución a la temperatura de ebullición.
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20. 8. APÉNDICE
ULTRAVIOLETA DEL 1,4-DIHIDROQUINOXALINA-2,3-DIONA (experimental-reflujo-
HCl)
ULTRAVIOLETA DEL 1,4-DIHIDROQUINOXALINA-2,3-DIONA (experimental-
microondas-reflujo-HCl)
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21. ULTRAVIOLETA DEL 1,4-DIHIDROQUINOXALINA-2,3-DIONA (experimental-
microondas -reflujo-H2O)
ULTRAVIOLETA DEL 1,4-DIHIDROQUINOXALINA-2,3-DIONA (teórico)
5. REACCIÓN Y MECANISMO DE REACCIÓN
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22. Fig. 1. Reactivos utilizados en la síntesis Fig.2. Equipo de reflujo utilizado
del compuesto. en la síntesis del compuesto.
Fig. 3. Balón en el sistema de reflujo en el interior del horno microondas
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23. Fig.4. Aspecto de la solución luego de realizar estos procedimientos.
Fig.5.Imagen tomada cuando se realizó la síntesis del compuesto usando el equipo de horno microondas (nótese en la foto
el refrigerante no está siendo conectado al balón)
La lámpara UV revela que ambas muestras son el mismo compuesto
*Puntos de izquierda a derecha: o-fenilendiamina, muestra con HCl, muestra con agua
Diferencias físicas entre la síntesis del mismo compuesto usando como solvente HCl (izquierda) y agua destilada (derecha).
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24. 9.-BIBLIOGRAFÍA
L.G.WADE, “Química Orgánica”, editorial: Prentice Hall, Quinta edición, pág. 648 y
700.
http://webbook.nist.gov/chemistry/cas-ser.html (fecha de acceso 20/06/12)
Galagovsky- Química Orgánica Fundamentos prácticos para el laboratorio.
Pag.150-195.
http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi (fecha de acceso
20/06/12)
http://patentados.com/invento/compuestos-de-quinoxalina.html (fecha de acceso
25/06/12).
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