SÍNTESE DA 2,4-DIMETILQUINOLINA

Departamento de Química

Química Orgânica II3ºAno/ 1º Semestre

Relatório nº2

SÍNTESE DA 2,4-DIMETILQUINOLINA

Elaborado por: Cesário Camacho Data: Novembro 99 Duarte Correia

RESUMO

Com a realização deste trabalho pretendeu-se sintetizar a 2,4-dimetilquinolina.Deste modo, a síntese da 2,4-dimetilquinolina foi efectuada recorrendo em primeiro lugar

à adição de uma dicetona à anilina formando assim a enamina, com intervalo de fusão de 70-72ºC, e um rendimento de 36,09%.

Depois procedeu-se à respectiva ciclização da enamina obtendo finalmente a 2,4-dimetilquinolina com um rendimento de 55,86%.

INTRODUÇÃO

Os compostos heteroaromáticos, como é o caso da 2,4-dimetilquinolina sintetizada neste trabalho, caracterizam-se pelo facto dos membros do anel não serem todos átomos de carbono obedecendo às normas de planaridade, número de Hückel de electrões , entre outros [1]. A quinolina (também conhecida por 1-azanaftaleno)- estrutura base do composto em estudo-, é composta por dois anéis benzémicos um dos quais contém um azoto [2]. Este elemento desempenha um papel importante nos anéis heterocíclicos pois é responsável pelo primeiro passo do mecanismo da reacção: o ataque nucleofílico. Trata-se de uma etapa essencial nos vários métodos para a síntese deste sistema de anéis, sendo a maior parte das reacções envolvidas semelhantes à da piridina. Os métodos clássicos baseiam-se na ciclização, onde os derivados do benzeno substituídos são os materiais de partida e os anéis heterocíclicos são, deste modo, construídos nas sínteses.

Nas sínteses mais recentes os anéis carbocíclicos são construídos a partir da piridina substituída. Aqueles que derivam do material de partida dos benzenóides são de dois tipos. O tipo mais importante é aquele em que uma cadeia lateral é construída e ciclizada a partir da posição orto livre do anel de benzeno. Este tipo de reacções está incluído nas Sínteses de Skraup, Doebner-Van-Miller e Combes, sendo esta última a utilizada na síntese da 2,4-dimetilquinolina [3].

Fundamentalmente estas sínteses baseiam-se na reacção entre uma amina e um aldeído ou com uma cetona.

QUÍMICA ORGÂNICA II 1


Na Síntese de Combes, a anilina reage com a 1,3-dicetona na presença de meio ácido, obtendo-se uma imina que posteriormente é convertida em enamina através de um rearranjo prototrópico.

Após a formação da base de Schiff, provavelmente ocorre a ciclização por meio de uma forma desprotonada levando à desidratação do intermediário.

Um mecanismo plausível para esta síntese pode ser descrito da seguinte forma:

Fig.1- Mecanismo plausível para a síntese da 2,4-dimetilquinolina (adaptado de [4]).

No primeiro passo (I) o par de electrões não compartilhados do átomo de azoto da respectiva anilina vai actuar como nucleófilo diante a 1,3-dicetona.

O produto inicialmente formado (II) é um ião dipolar com uma carga negativa no oxigénio e uma positiva no azoto. Em solução, o azoto (agora um ião típico amónio) pode perder um protão e o oxigénio (um ião típico alcóxido) pode aceitar um protão para formar um produto neutro.

Nos passos seguintes (III e IV) ocorre a eliminação da água para formar uma ligação dupla carbono-azoto representativa da formação de uma imina a qual após um arranjo prototrópico dá origem à enamina (V).



Posteriormente dá-se a ciclização da respectiva enamina em que o oxigénio do grupo cetónico reage com os iões H+ provenientes do ácido em solução aumentando a polaridade. De seguida dá-se a adição nucleofílica à espécie protonada efectuando deste modo a respectiva ciclização ocorrendo novamente a libertação de uma molécula de água retomando-se assim aromaticidade do anel (VII). Finalmente após uma reacção de ácido-base o azoto perde o hidrogénio formando-se assim a 2,4-dimetilquinolina (VIII e IX).

DESCRIÇÃO DO PROCEDIMENTO

Para a preparação da 2,4-dimetilquinolina começou-se por sintetizar a enamina. Para tal, fez-se adicionar sulfato de sódio anidro a uma mistura de anilina e acetilacetona mantendo o sistema em refluxo. Posteriormente adicionou-se éter à solução obtida com vista a arrastar a fase orgânica que continha a enamina dissolvida.

Após evaporar a fase etérea procedeu-se à cristalização do sólido (por adição de n-hexano) tendo-se obtido um precipitado amarelo-torrado. Efectuou-se ainda a medição do intervalo de fusão que foi de 70-72ºC.

O rendimento obtido nesta etapa foi de 36,09% (ver apêndice I).Numa segunda etapa, procedeu-se à ciclização da enamina adicionando ao produto

anterior ácido sulfúrico concentrado que actuando sobre o grupo OH (que é um mau grupo abandonante) transformando-o num bom grupo abandonante permitindo a ciclização se processe. Para tal foi necessário dissolver a enamina, através do aumento da temperatura, tendo-se obtido uma mistura castanha.

De forma a baixar a temperatura da solução para cerca de 0-5ºC adicionou-se gelo e procedeu-se à alcalinização da respectiva solução utilizando carbonato de cálcio. Este processo permitiu-nos visualizar a libertação de CO2 da solução até se atingir o ponto de equivalência. Contudo, adicionou-se NaOH de forma a que a alcalinização ocorresse mais rapidamente sem que houvesse grandes quantidades dos respectivos carbonatos em solução.

No final desta operação verificou-se que a quinolina separou-se como um óleo. Contudo, ao efectuar-se a solidificação num banho de água e gelo esta não foi possível. Em contrapartida, obteve-se uma enorme quantidade do sólido sulfato de cálcio hidratado. Após ter se colocado a solução em repouso, verificou-se que a quinolina não tendia a cristalizar-se pelo que obtou-se por efectuar a sua separação por intermédio de uma decantação, tendo-se adicionado para o efeito éter. Deste modo e após a evaporação da fracção etérea o rendimento obtido foi de 55,86% (ver apêndice I).

CONCLUSÃO/CRÍTICA A preparação do 2,4-dimetilquinolina envolveu uma reacção entre uma dicetona (1,3-

dicetona) e uma amina (anilina) baseando-se no método de Combes como já foi referenciado.Na primeira parte deste trabalho correspondente à síntese da enamina, fomos

confrontados com algumas dificuldades, nomeadamente no processo de cristalização da mesma. Essas dificuldades ocorreram quando se pretendeu adicionar n-hexano para provocar essa cristalização pois o processo foi demasiado lento neste caso, obrigando a deixar a mistura em



repouso por mais algum tempo. Daqui conclui-se que provavelmente o n-hexano não foi o solvente mais adequado para provocar a cristalização da enamina.

No entanto, obteve-se um aglomerado cristalino com uma coloração amarelo-torrado e cujo intervalo de fusão foi de 70-72ºC, o qual não difere muito do apresentado pela literatura (67-69ºC [5]).

Assim, para a síntese da enamina obteve-se um rendimento de 36,09% o que é consideravelmente inferior ao rendimento obtido para outra experiência (76%) baseada no mesmo procedimento, mas para a síntese da 2,4,6-trimetilquinolina [5].

Na etapa referente à ciclização da enamina fomos também confrontados com o problema da alcalinização da solução para a obtenção do óleo.

Deste modo, o facto de termos utilizado grandes quantidades de carbonato de cálcio para efectuar esta operação levou a que se tenha obtido paralelamente à quinolina um cristal de dimensões consideráveis cuja avaliação do ponto de fusão (acima dos 300ºC) permite-nos especular que provavelmente esse cristal corresponde ao carbonato de cálcio. Poderiamos ter evitado esta situação se substituíssemos atempadamente o CaCO3 por NaOH e evitássemos o sobrearrefecimento provocado pela difícil solidificação da quinolina.

Assim, o rendimento obtido na síntese da 2,4-dimetilquinolina foi de 55,86%, um resultado satisfatório quando comparado com o rendimento experimental referência (79%).

Refira-se, no entanto, que o facto de não termos purificado a quinolina obtida, pode-nos levar a concluir que, provavelmente, esta esteja contaminada com anilina que não reagiu e se encontra em solução com a quinolina, o que pode ter afectado o rendimento obtido.

Uma possível forma de minimizar ao máximo os erros associados à experiência seria efectuar a purificação dos respectivos reagentes recorrendo, por exemplo, à destilação.

Como apreciação de carácter teórico, verifica-se que o azoto da anilina desempenha um papel importante não só no facto de ser o responsável pelo primeiro ataque nucleofilico como também é aquele que vai de uma forma indirecta contribuir para que ocorra a ciclização da enamina e a reestruturação da aromaticidade do anel.

Finalmente, pode-se concluir que os objectivos do trabalho foram minimamente conseguidos, isto porque a falta de informação acerca do produto obtido não nos permite efectuar uma identificação mais exaustiva.



APÊNDICE I

Cálculos experimentais

MM (C6H7N)= 93,13 g/mol MM (C11H13NO)= 175,23 g/mol MM (C5H8O2)= 100,12 g/mol n (anilina)= 0,0569 mol

MM (C11H11N)= 157,21 g/mol n (acetilacetona)= 0,04996 mol

Uma vez que a reacção é de 1:1 então o reagente limitante é a acetilacetona.Desta forma a massa da enamina esperada é de 8,7536 g.Como: m(enamina)obtida= 3,1596 g

Então:

Assim sendo, obteve-se um rendimento para a síntese da enamina de 36,09%.

Determinação do rendimento da 2,4-dimetilquinolina

Sabendo que:n(enamina)= 0,00584 moln(ácido sulfúrico)= 0,0938 mol

da mesma forma a reacção processa-se na proporção de 1:1 e deste modo o reagente limitante é a enamina.Como: m (2,4-dimetilquinolina) = 0,9178 g

Então:

Deste modo, para a síntese da 2,4-dimetilquinolina o rendimento foi de 55,86%.

BIBLIOGRAFIA

[1]- Castilho, Paula C., "Química Orgânica II-Apontamentos", Departamento de Química da Universidade da Madeira, 1999;

[2]- Morrison, R. and Boyd,; "Química Orgânica", 13ª ed., Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1996;

[3]- Gilchrist, T.L.; "Heterocyclic Chemistry", 2nd edition, Longman Scientific & Technical, England, 1992;



[4]-Hart, Harold, Robert D.Schuetz,; “Química Orgânica”; Editora Campus; Rio de Janeiro; 1983.

[5]- Furniss, Brian S., Antony J. Hannaford, Peter W.G.Smith, Austin R.Tatchell; "Vogel-textbook of Pratical Organic Chemistry"; 5ª edição, Longman Scientific & Technical, England, 1992;


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