Busca monografías, tesis y trabajos de investigación

Buscar en Internet 

       Revistas   Cursos   Biografías

rss feeds RSS / /

Utilidad sintética de los compuestos Push-Pull

Resumen: Se realiza una revisión sobre las características de los sistemas moleculares push-pull, identificándose los principales tipos y los procedimientos sintéticos más importantes empleados para la síntesis de esta clase de compuestos químicos, al tiempo que se dejan establecidos los principales puntos de la importancia que tienen en el trabajo sintético, sobresaliendo el impacto práctico en los trabajos de síntesis dirigidos a la obtención de estructuras químicas potencialmente bioactivas, y además se enumeran algunos de los antecedentes más significativos en este sentido.

Publicación enviada por Lic. José Angel Morales León




 


RESUMEN
Se realiza una revisión sobre las características de los sistemas moleculares push-pull, identificándose los principales tipos y los procedimientos sintéticos más importantes empleados para la síntesis de esta clase de compuestos químicos, al tiempo que se dejan establecidos los principales puntos de la importancia que tienen en el trabajo sintético, sobresaliendo el impacto práctico en los trabajos de síntesis dirigidos a la obtención de estructuras químicas potencialmente bioactivas, y además se enumeran algunos de los antecedentes más significativos en este sentido.

INTRODUCCIÓN
Los compuestos push-pull son sistemas moleculares en los que ocurren efectos inductivos positivos y negativos en torno a un punto común de la molécula, que puede ser un doble enlace carbono-carbono o carbono-nitrógeno tal como ocurre en lo alquenos push-pull o los azalquenos push-pull, por sólo citar dos ejemplos. Los efectos inductivos positivos son ejercidos por grupos químicos electrodonores, entre los que se destacan los alquilmercaptos. Los efectos inductivos negativos son ejercidos por grupos químicos electroaceptores, entre los cuales se encuentran anillos aromáticos, grupos ciano, grupos carbonilo, etcétera. El término push-pull es de origen inglés; push significa empujar, lo cual quiere decir que en este tipo de moléculas se observa un efecto de introducción de electrones a un doble enlace (efecto inductivo positivo); pull significa sacar, por lo que también se verifica el efecto contrario, o sea, de extracción de electrones de un doble enlace (efecto inductivo negativo). Estos efectos originan una alta reactividad, lo cual posibilita que los compuestos push-pull sean importantes intermediarios en la síntesis orgánica.
El primer reporte sobre la síntesis de sistemas push-pull fue realizado en 1962 por Gompper. Este investigador alemán sintetizó los sistemas push-pull a partir de la utilización de ditiolatos formados mediante la reacción en medio básico de compuestos CH-ácidos con disulfuro de carbono según se muestra en el siguiente esquema de reacción:


Desde ese momento se ha incrementado el éxito y la aceptación de esta vía sintética debido a los elevados rendimientos y adecuado grado de pureza de los compuestos obtenidos (1).

COMPUESTOS PUSH-PULL
Características generales de los sistemas o compuestos push-pull.
En los compuestos push-pull se presenta con mucha facilidad el fenómeno de la isomerización debido a que la barrera de energía potencial para la que se produce rotación es aproximadamente 40 kJ/mol, y está en el orden de la barrera de energía potencial de los alcanos (5-30 kJ/mol). Esto indica que el doble enlace tiene características de un simple enlace, o sea, que la molécula existe en forma de dos híbridos de resonancia que contribuyen a una misma estructura.


Estructuras resonantes de los sistemas push-pull
La forma b es muy estable debido a la deslocalización del doble enlace y las cargas positiva y negativa. La carga positiva se estabiliza por la acción de los grupos electrodonores y la negativa por la acción de los grupos electroaceptores, esto trae como consecuencia un efecto compensatorio en ambos casos.
Los sistemas push-pull se caracterizan por una alta reactividad frente a nucléofilos, debido a la elevada polarización que el efecto combinado de los grupos electrodonores y electroaceptores sustituyentes del doble enlace ejerce sobre el mismo. Esta característica es muy evidente en los alquenos y azalquenos push-pull. 



Se debe señalar que los grupos electrodonores (D) tienen que estar en el mismo átomo de carbono, al igual que los grupos electroaceptores (A). En este trabajo se incursiona en la obtención de estructuras del tipo 1 (alquenos push-pull).

Procedimientos sintéticos más importantes para la obtención de sistemas o compuestos push-pull.
Caso 1: Reacción de CH-ácidos con bases, CS2 y RX.
Este caso fue visto en el mecanismo general de obtención de sistemas push-pull. Los tipos de alquenos push-pull que se obtienen por esta vía son los denominados cetenes-S,S-acetales:


Caso 2: Reacción de alquenos push-pull con aminas.
Cuando se pone a reaccionar el cetén-S,S-acetal con 1 mol de amina se obtiene una estructura del tipo: 


Para 2 mol de amina la estructura obtenida tiene la forma:


Caso 3: Reacción de CH-ácidos con fenilisotiocianatos y RX.
En este caso se obtienen estructuras del siguiente tipo:


El procedimiento sintético que se utilizó en este trabajo es el caso 2, o sea, a partir de un cetén-S,S-acetal se obtuvieron cuatro nuevas estructuras ceténicas: dos del tipo N,S y dos del tipo N,N.

Importancia sintética de los sistemas o compuestos push-pull.
Mediante el ataque nucleofílico a compuestos push-pull pueden obtenerse diversos tipos de estructuras heterocíclicas de altas potencialidades bioactivas. Esto proporciona grandes ventajas desde el punto de vista sintético pues las reacciones ocurren, por lo general en solo paso de síntesis. Los sistemas push-pull constituyen, por lo tanto, materias primas ideales para síntesis de compuestos con actividad biológica y en la bibliografía especializada aparecen reportados muchos trabajos al respecto (1-7, 13, 14)

Algunos antecedentes de la síntesis de compuestos push-pull.
Dieter (2) ha presentado en forma detallada varios métodos de obtención de alquenos push-pull a partir de CH-ácidos, utilizando, para el caso de las cetonas el KOH, hidruro de sodio y t-amilato de sodio como base para la formación de los ditiolatos que posteriormente reaccionan con el haluro de alquilo.


Esquema de reacción No. 1

Rudorf (3) realizó algunos trabajos donde concluyó que en los acilacetonitrilos la formación de sistemas push-pull del tipo 2 está favorecida cuando se utiliza el sistema hidruro de sodio-dimetilsulfóxido en condiciones anhidras según:


Esquema de reacción No. 2
Mediante el empleo de este procedimiento, Rudorf (3) logró aislar el 2-(fur-2-oil)-3,3-bis(metiltio) acrilonitrilo utilizando una atmósfera inerte y tiempos de reacción de cuatro horas. Este compuesto posee las características estructurales anteriormente mencionadas para los sistemas push-pull que presentan una acción combinada de grupos electrodonores y electroaceptores sobre un doble enlace, lo que genera un alto nivel de polaridad en la molécula:


Esta tipología estructural es la que ha permitido utilizar esta sustancia en reacciones de sustitución nucleofílica frente a CH-ácidos y N-nucleófilos que han conducido, en su mayoría, a la obtención de heterociclos y donde este cetén-S,S-acetal aporta tres eslabones al ciclo formado. En la literatura consultada se han observado muchos reportes sobre la síntesis de cetenes-S,S-acetales mediante la utilización de la vía push-pull con muy buenos resultados. Se destacan los trabajos de Gunderman y Gompper (4, 5) con ésteres del ácido malónico; Dittmer y Soderbäck (6, 7) trabajaron con malononitrilo; el mismo artículo de Soderbäck reporta trabajos con la cianacetamida; Sandström (8), Neuenschwander (9) y el propio Gompper (10) utilizaron otros compuestos con grupos metilenos activos logrando excelentes resultados. Kristen y Peseke (11) han sumarizado los métodos de obtención de sistemas push-pull de mayor complejidad clasificándolos en cuatro tipos fundamentales:


Nápoles (12) obtuvo en 25 horas el compuesto push-pull 3 con propiedades insecticidas a partir de la N-bis[(metiltio) metilen] cianacetahidracina mediante el esquema de reacción No. 3 


Esquema de reacción No. 3
Almeida (13) realizó un amplio trabajo de funcionalización sintética del furoilacetonitrilo efectuando modificaciones importantes a la técnica propuesta por Rudorf (3) para la obtención de cetenes-S,S-acetales, utilizando dimetilformamida en vez de dimetilsulfóxido y el hidróxido de sodio en lugar del hidruro de sodio, logrando reducir el tiempo de reacción a sólo 90 minutos con rendimientos brutos del 76 %.


Esquema de reacción No.4
Este investigador cubano utilizó este mismo procedimiento pero empleando cloroformiato de etilo en lugar del agente alquilante para obtener 1,3-ditietanos push-pull, logrando rendimientos similares a los del autor alemán (54 %) pero con las ventajas de utilizar reactivos de menor costo y lograr, nuevamente, una notable reducción del tiempo de reacción a 90 minutos en comparación con las 12 horas reportadas por Rudorf (3)


Esquema de reacción No.5
Almeida (13) también trabajó en la obtención de cetenes-N,S-acetales y cetenes-N,N-acetales derivados del cetén-S,S-acetal del furoilacetonitrilo. Bartrolí (1) sintetizó el cetén-S,S-acetal 1 con propiedades fungicidas por reacción de la N-(fur-2-il-metil) cianacetamida con el disulfuro de carbono y el yoduro de metilo en presencia de etóxido de sodio o el hidróxido de sodio durante 12 horas, como se muestra en el esquema de reacción No. 6. 


Esquema de reacción No. 6 

CONCLUSIONES
La utilización de los sistemas push-pull en el trabajo sintético ha permitido obtener de forma rápida y eficiente compuestos que posteriormente han sido empleados en trabajos de síntesis de estructuras potencialmente bioactivas, lo cual constituye una significativa ventaja, unido a que por lo general los rendimientos de las reacciones químicas en las que participan compuestos push-pull son altos. Además existe una alta diversidad de estructuras heterocíclicas que pueden obtenerse con es empleo de esta clase de sustancias químicas. 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Bartrolí, R. Tesis de doctorado. UCLV. 1985.
2. Dieter, K. Tetrahedron. V-42, N-12, p.3029, 1986.
3. Rudorf, W. D. Sulfur Reports, V-11, N-1, p. 51, 1991.
4. Gunderman, K. Chem. Ber. 95, 2076, 1962.
5. Gompper, R. Ang. Chem. 74, 251. 1962.
6. Dittmer, D. J. Org. Chem. 29, 497, 1964.
7. Soderbäck, E. Acta Chem. Scand. 17, 362, 1963.
8. Sandström, J. Acta Chem. Scand. 24, 1192, 1970.
9. Neuenschwander, M. Chimia 25, 334, 1971
10. Gompper, R. Tetrahedron, 32, 629,1976.
11. Kristen, H.; Peseke, K. Wiss Zeit. W. Pieck Universität Rostock. 25-Jahr. Heft-10, 1123, 1976.
12. Peseke, K.; Quinocés, J.; Nápoles, M. Patente alemana 272838, 1989.CA, V-113, 5727d, 1990.
13. Almeida, M. Tesis de doctorado. UCLV. 1994.
14. Almeida, M (et al). Funcionalización sintética del furoilacetonitrilo mediante la novedosa vía push-pull. UCLV. 2001.

Autor:
José Ángel Morales León. Licenciado en Química. Profesor Asistente de Bioquímica. Investigador Asistente. Facultad de Ciencias Médicas de Granma. Manzanillo. Cuba. e-mail: jangel@golfo.grm.sld.cu



Valora este artículo 5   4   3   2   1

Comparte  Enviar a facebook Facebook   Enviar a menéame Menéame   Digg   Añadir a del.icio.us Delicious   Enviar a Technorati Technorati   Enviar a Twitter Twitter
Artículos Destacados