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Síntesis de un sistema híbrido fluorescente basado en pirazolil-cumarina
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de Químico
Por: Julián Santamaría Álvarez
Asesor: Jaime A. Portilla Salinas, Dr. Sc.
Grupo de investigación en Compuestos Bio-orgánicos, GICOBIORG Departamento de Química – Facultad de Ciencias
Universidad de los Andes – Bogotá D.C Diciembre de 2018
2
Contenido
Resumen ........................................................................................................ 3
1. Introducción y antededentes ................................................................. 4
2. Planteamiento del problema .................................................................. 8
3. Objetivos ................................................................................................. 9
4. Metodología............................................................................................. 9
5. Resultados y discusión ....................................................................... 10
6. Conclusiones ........................................................................................ 22
7. Sección experimental ........................................................................... 23
8. Bibliografía ............................................................................................ 26
9. Anexos ................................................................................................... 29
3
Resumen
En años recientes, el grupo de investigación en compuestos bio-orgánicos
(GICOBIORG) ha venido trabajando en el diseño y síntesis de sistemas fluoróforo-
receptor basados en pequeñas moléculas N-heterocíclicas con conjugación π-
extendida para ser utilizados como nuevos sensores moleculares1. Considerando el
amplio desarrollo de quimiosensores2 para detectar diferentes especies iónicas y
moleculares y su aplicación en diferentes campos como en el análisis ambiental y
como sondas fluorescentes en sistemas biológicos in vivo e in vitro,3 el presente
trabajo de grado se dirigió hacia el estudio de la síntesis de nuevos sistemas híbridos
que contienen un fragmento de cumarina y uno de pirazol, mediante reacciones
clásicas de ciclocondensación y condensaciones generales (Esquema 1). En un
trabajo previo se encontró buena selectividad para la detección del ion magnesio
(Mg2+) en un quimiosensor basado en un sistema fluoróforo-receptor derivado de
cumarina.4 Más recientemente, los mismos autores diseñaron un sensor para el
reconocimiento de cianuro, pero esta vez basado en el anillo pirazólico como núcleo
heterocíclico.1 Con el desarrollo de este trabajo, se logró obtener los nuevos
fluoróforos híbridos 6 y 7 como mezclas regioisoméricas, evidenciándose una
diferenciada quimioselectividad en el último paso de ciclocondensación. De todos
modos, los compuestos híbridos obtenidos mostraron importantes propiedades
fotofísicas y algunos de ellos se lograron estudiar en su interacción con metales,
debido a que dichos compuestos poseen rasgos estructurales apropiados para formar
quelatos, presentando resultados favorables con el Ni+2 en el compuesto 7b.
Esquema 1. Ruta de síntesis desarrollada para la formación de los nuevos sistemas híbridos 6 y 7
Vale la pena destacar que los nuevos sistemas híbridos derivados de pirazolil-
cumarinas 6 y 7 poseen los dos fragmentos estructurales previamente trabajados en
el GICOBIORG (cumarina y pirazol), los cuales habían sido exitosamente trabajados
para el diseño de dos sondas fluorescentes en la detección de iones (Mg2+ y CN-).14Por
4
lo tanto, el trabajo desarrollado durante el semestre que finaliza cobra bastante
importancia y abre las puertas a nuevas investigaciones en este campo.
1. Introducción y antecedentes
En esta sección se describen algunos aspectos básicos para el desarrollo del
proyecto, entre ellos están: estrategias en el diseño de sensores moleculares,
mecanismos fotofísicos de detección de iones, ciertas propiedades fotofísicos y
químicas de las diferentes especies involucradas hacia las moléculas híbridas. En el
resumen del manuscrito se hizo énfasis en los trabajos del grupo de investigación, los
cuales sirvieron de motivación para realizar este trabajo,1 por lo que recordarlos aquí
es vital para intentar, en conjunto con lo que se expone en esta sección, tener mejores
herramientas en el análisis de resultados.
El diseño de ligandos que puedan acomplejar selectivamente cationes o de moléculas
funcionalizadas que puedan reaccionar con ciertos aniones específicos, es un objetivo
importante para el estudio de sistemas químicos y/o biológicos, en busca de poder
monitorear sus concentraciones en diferentes ambientes. Los cationes usualmente se
estudian en sistemas biológicos, por ejemplo, los iones Na+, K+ y Ca2+ están envueltos
en varios procesos biológicos como los impulsos nerviosos, contracción muscular y
ciertas actividades de regulación celular, por lo que es de vital importancia el análisis
de enfermedades críticas con marcadores moleculares para el monitoreo de estas
sustancias y otras de diferente naturaleza y tamaño, con el fin de poder hacer
diagnósticos médicos o monitorear drogas y otras sustancias de interés biológico. En
consecuencia, se han desarrollado sensores fluorescentes para hacer medidas
individuales y de monitoreo continuo.3
Este estudio se dirigió hacia el diseño de un quimiosensor con capacidad de
interactuar con el mercurio, este es un elemento traza tóxico que está distribuido de
manera ubicua en el ambiente, su promedio global en suelos es de 0.03 mg/kg
pudiendo ser movilizado y redistribuido mediante procesos bióticos y abióticos. Este
elemento se introduce en el ambiente a través de diferentes formas químicas como el
mercurio elemental (Hg0) que posee una alta presión de vapor y una baja solubilidad
en agua, por lo que se encuentra en aire comúnmente, llegando a tener un tiempo de
residencia en el ambiente de uno a dos años. También se presenta en forma de Hg
divalente (Hg2+), este presenta una alta afinidad por ligandos como cloro (Cl-), azufre
(S2-), iones hidroxilo (OH-), materia orgánica disuelta (MOD) e iones CH3+ que llevan
a la formación de metilmercurio [CH3Hg]+, como la forma más tóxica de este metal.
Las especies Hg2+ y [CH3Hg]+ se encuentran en sedimentos y pueden ser
bioacumuladas en organismos acuáticos y transferidas a través de la cadena
alimenticia, llegando a afectar humanos y vida salvaje. Por otro lado, cuando estas
dos especies (Hg2+ y [CH3Hg]+) se encuentran unidas a ligandos como azufre o MOD
forman complejos relativamente estables, permitiendo que esta fracción de Hg se
inmovilice y sea menos tóxica. Sin embargo, esta interacción con la matriz puede
5
verse afectada por las propiedades del suelo que tienden a cambiar debido a la
presencia de las diferentes formas químicas del mercurio, ocasionando acidificación y
alteraciones en la capacidad de intercambio catiónico (CIC) que llevan a que el Hg2+
y el [CH3Hg]+ se movilicen al agua y se contaminen fuentes hídricas aledañas.5
Por otro lado los resultados del proyecto indican una interacción colorimétrica con el
Ni+2 en el compuesto 7b, aunque el níquel es un elemento esencial para las plantas y
otras biotas, actualmente existe una mayor preocupación por su toxicidad que por su
deficiencia. En Colombia se encuentra la mina a cielo abierto para la extracción de
níquel más grande de Suramérica (Cerro Matoso S.A.), en el departamento de
Córdoba. Sus actividades de extracción han generado que altas cantidades de níquel
sean liberadas a la atmósfera y en aguas residuales de producción. Aunque el níquel
se encuentra como elemento traza en agua potable y suelos, en las cercanías a la
mina de Cerro Matoso e han reportado concentraciones de níquel en agua de hasta
250ppm, superando por más de 100.000 veces la cantidad comúnmente encontrada
en agua potable.
El níquel tiene una configuración electrónica de [Ar]3d8 4s2, su química de
coordinación contiene una amplia variedad de geometrías. El estado común de
oxidación del níquel en solución acuosa es Ni(II), este está asociado con una
geometría octaédrica o trigonal bipiramidal. La ureasa es un ejemplo donde el Ni(II)
funciona como un ácido de Lewis, rol que usualmente ocupa el Zn, lo que indica que
a pesar de las vías de transporte especializadas que deben crearse para la entrada
del Ni(II) este probablemente proporciona una mayor eficiencia de catálisis. Asimismo,
el níquel también es encontrado como centro activo en las hidrogenasas usadas por
las bacterias fijadoras de N2 simbiontes de leguminosas. Sin embargo,
concentraciones de níquel sobre los 7uM pueden inhibir el crecimiento de la raíz y la
toma de otros elementos traza esenciales como Cu y Fe, mediante la competencia
por la unión a las proteínas de transporte. Adicionalmente, una alta concentración de
níquel puede afectar la fotosíntesis al formar clorofilas sustituidas con Ni(II), esto
bloquea los procesos de captura lumínica, ya que el níquel no se une a ligandos
axiales y esto es requerido para el plegamiento correcto de los complejos proteína-
pigmento.6
Debido a la importancia ambiental y biológica de los metales previamente informados,
así como de otros que no se traen a colación, pero son igualmente de interés, es
importante mostrar algunos aspectos relevantes para el desarrollo de este trabajo, en
cuanto a los principios básicos de la detección fluorescente, ya que este método
espectroscópico es una herramienta poderosa para la detección, en tiempo real, de
una gran variedad de analitos (hasta >10-6M) usando bajas cantidades del respectivo
quimiosensor. Típicamente, los quimiosensores son moléculas de origen abiótico que
son capaces de enlazar selectiva y reversiblemente a un analito de interés con un
cambio concomitante en alguna de las propiedades del sistema, tales como potencial
redox, espectros de absorción o fluorescencia, entre otras. Los sensores moleculares
requieren de dos componentes, una unidad de señal y una de reconocimiento (por
6
donde interactúa el analito), haciendo parte de la misma molécula o del mismo sistema
molecular.3
Por lo general, la unidad de señal de un quimiosensor son fragmentos de moléculas
orgánicas fluorescentes con estructuras aromáticas y con la presencia de
heteroátomos como nitrógeno u oxígeno, por lo tanto, sus propiedades luminiscentes
(longitud de onda de emisión de fluorescencia, rendimiento cuántico o hasta el tiempo
de vida de la fluorescencia), varían si el grado de conjugación del sistema π es
alterado, por lo que, si algún analito es capaz de unirse específicamente al compuesto
fluorescente cambiando su sistema π, tendría la posibilidad de actuar como un
quimiosensor para este. Por otro lado, la incorporación de sustituyentes aceptores y
donadores de carga en el sistema π-extendido, afectara las características
fluorescentes de los compuestos, ya que, si dichos grupos están conjugados en el
mismo sistema π, podrían observarse propiedades luminiscentes que usualmente
inducen incrementos del coeficiente de absorción molar y una alteración en el espectro
de emisión.7 Por lo tanto, la investigación sobre el descubrimiento de nuevos
fluoróforos orgánicos, y en particular con estructuras heteroaromáticas, emerge como
un tema valioso en ciencia básica y de alto impacto ambiental y biológico.
En este punto, es clave hacer una descripción general respecto a cómo se afecta la
emisión de fluorescencia en los diferentes tipos de fluoróforos, según las alteraciones
estructurales sufridas en el proceso, es decir, explicar los siguientes mecanismos
fotofísicos: transferencia electrónica, transferencia de carga y transferencia de
energía. El proceso de transferencia de carga fotoinducida (PET) derivado por la
estabilización ET, ocurre cuando en cierta parte de la molécula se proporciona un
orbital con energía que está entre los orbitales HOMO y LUMO del fluoróforo. La
emisión de fluorescencia en una molécula ocurre cuando un electrón excitado en el
orbital LUMO decae al HOMO, generando energía que se libera como luz, de la misma
forma puede existir otro orbital HOMO que pertenezca a otro lugar en la molécula que
genere una energía que se encuentra entre el HOMO y LUMO del fluoróforo, como se
ven en las figuras 1a y 1b, en términos de orbital frontera, pueden presentarse dos
posible situaciones en el (PET): la primera es que los orbitales del estado excitado(F*)
estén más abajo que los orbitales HOMO y LUMO del (R) en este caso el receptor o
aceptor de carga alterno, dejando que un electrón en HOMO del receptor( R) pueda
bajar al HOMO del estado excitado (F*), generando una vía energéticamente favorable
para una transferencia de electrones que genera cargas radical-anión en (R) y radical-
catión en (F*, Figura 1a), este fenómeno conforma un estado de apagado en la
emisión, ya que el electrón no puede volver a su anterior HOMO (R), perdiendo su
estado de excitación de energía a través de la emisión de fluorescencia, mientras que
el electrón que quedo en el LUMO excitado puede participar en un segunda
transferencia electrónica.3
7
En la segunda situación de la PET, los orbitales HOMO-LUMO del estado excitado
están más arriba que los orbitales del estado excitado (F*), por lo que un electrón del
LUMO excitado (F*) baja al LUMO del receptor (R), y también es un sistema de
apagado en la emisión que genera un radical catión para (R) y un radical anión (F*,
Figura 1b). Cabe resaltar que una de las condiciones para la transferencia electrónica
(ET), es que la energía del estado excitado (F*) sea más grande que el potencial de
reducción del fluoróforo y que el potencial de oxidación del receptor(R). Por su parte,
el mecanismo de transferencia electrónica (ET), que también es responsable de la
extinción de la fluorescencia, toma lugar cuando los orbitales HOMO-LUMO del
receptor (R) tienen una energía que está entre la los orbitales HOMO-LUMO del
estado excitado (F*), cuando esto ocurre se puede dar la transferencia simultanea de
dos electrones, un electrón del LUMO excitado (F*) pasa al orbital vecino LUMO del
receptor(R) y un electrón desde el orbital HOMO del receptor pasa al orbital HOMO
del fluoróforo. Esta transferencia electrónica retorna al estado basal siguiendo el
camino no radiativo extinguiendo la fluorescencia de la molécula (Figura 1c). En este
proceso, es importante la distancia entre el receptor y el fluoróforo debido a la
dependencia en la efectiva transferencia electrónica, por lo que se esperan
separaciones entre ambas especies de aproximadamente 10 Å.3
Figura 1. PET de dos componentes (a) directo e (b) inverso. (c) Transferencia electrónica (ET).3
Existen otros derivados de interés del mecanismo de transferencia electrónica (ET), como lo es el transferencia de carga interna por torsión (TICT) , donde la molécula presenta una torsión al generar sus cargas formales apagando su fluorescencia7. Por otro lado, si la transferencia electrónica ocurre entre los orbitales moleculares del ligando hasta el metal (LMCT), se produce un apagado en la fluorescencia ya que estabiliza el estado excitado al bajar el LUMO del sistema, además reduciendo al metal. Mientras que si la transferencia electrónica ocurre entre los orbitales moleculares del metal hasta el ligando (MLCT), se presenta el apagado por la estabilización, aunque existen varios ejemplos donde se enciende la florescencia ya que el metal impide la fotoisomerizacion de la molécula dejándola rigada.89
8
Como antecedente para anillo heterocíclico de la cumarina se observa el diseño de un quimiosensor cromogenico, el cual muestra una buena selectividad con el catión de Hg+2 presentando un cambio en la absorción, ver Figura 2, debido a la transferencia de carga intramolecular ICT del grupo donor (dietilamino) hacia el extractor de carga (carbonilo o azina) que es inducido por la unión con el metal.10
Figura 2. Espectro de absorción para diferentes cationes y molécula usada.10
El anillo de cumarina-pirazol-piridina tiene como antecende la estabilización de un enlace H donde se dirige una transferencia electrónica fotoinducida (PET) en el apagado de la fluorescencia, este ocurre al remover el H de la molécula al reaccionar con el anión de F-. El quimiosensor exhibe un orden de ON-OFF-ON, como se en la Figura 3.11
Figura 3. Cumarina-pirazol-piridina ,quimiosensor ON-OFF-ON.11
De lo anterior, queda claro que la naturaleza estructural de las moléculas fluorofóricas
es de suma importancia para los procesos fotofísicos que tengan lugar en dichas
moléculas. Además, teniendo en mente que el principal aporte de esta investigación
es la consecución de nuevos sistemas híbridos de pirazolil-cumarina, se hace
importante mencionar que los heterociclos anfotéricos como las cumarinas, pirazoles
y piridinas, pueden comportarse como π aceptores y sigma donares, alterando
selectivamente la interacción con los orbitales entre dichos fragmentos estructurales.11
Por ejemplo, el sistema heterocíclico de la cumarina tiene un alto uso investigativo y
en aplicación debido a la variabilidad en sus formas para el desarrollo de nuevas
moléculas fluorescentes, estos han sido usados para la detección de metales, como
agentes fluorescentes, para estudios biológicos y en sensores de pH. El anillo de la
cumarina sola en realidad no presenta florescencia, pero al adicionar diferentes
grupos funcionales sobre sus diferentes posiciones posibles, sufre el efecto de subir
su fluorescencia. Al adicionar grupos dadores o aceptores se carga se modulan sus
propiedades fluorescentes, según la literatura, al incorporar un grupo donor sobre la
9
posición 7 y un grupo aceptor de carga en la posición 3 direccionan a la molécula a
un desplazamiento batocrómico, debido a la resonancia estable que tiene en este
camino de carga, por ende, este patrón de sustitución lleva que el heterociclo de
cumarina sea un cromóforo efectivo.12
2. Planteamiento del problema
De los antecedentes mencionados anteriormente, se puede observar la importancia
que tiene el descubrimiento de nuevos motivos estructurales para obtener moléculas
con actividad fotofísica para su uso como fluoróforos en el diseño de quimiosensores
de fluorescencia. En particular, se destacan aquellos fluoróforos derivados de
cumarina y pirazol (surgidos recientemente como nuevos fluoróforos). Por lo tanto,
emergen los interrogantes respecto a la síntesis de los nuevos fluoróforos a obtener y
su potencial uso: ¿será posible obtener la enaminona 4 mediante la condensación
entre la acetilcumarina 3 y dimetilformamida-dimetilacetal DMF-DMA?, ¿es probable
que la enaminona 4 llegue a ciclocondensarse eficientemente con las arilhidrazinas 5
,¿el comportamiento del compuesto 5 es duro o blando? Teniendo esto en cuenta,
¿se formarán los sistemas híbridos 6 o 7?, ¿será regioselectiva la reacción de
ciclocondensación entre 4 y 5? y ¿presentarán fluorescencia los nuevos sistemas
híbridos? (Esquema 2).
Esquema 2. Ruta de síntesis propuesta para la formación de los nuevos sistemas híbridos 6 o 7
Es claro que para lograr resolver los anteriores interrogantes se deben trazar unos
objetivos y seguir una metodología de trabajo organizada para tener un buen alcance
en la investigación a desarrollar. Asimismo, las racionalidades químicas de los
procesos involucrados en esta propuesta de investigación están de acuerdo con el
trabajo desarrollado en el GICOBIORG, es decir, en el grupo se tienen la suficiente
experiencia para alcanzar con éxito y por completo lo que se propone, siempre y
cuanto se trabaje con toda la constancia y dedicación del caso.
10
3. Objetivos
General
Estudiar la síntesis de los sistemas híbridos fluorescentes basados en las pirazolil-
cumarinas 6 y 7.
Específicos
Obtener 3-acetil-7-(dietilamino)cumarina 3 desde 4-dietilaminosalicilaldeído 1 y
acetoacetato de etilo 2.
Sintetizar la β-enaminona 4 mediante la reacción de condensación de la cetona 3 con
DMF-DMA.
Estudiar la reacción de ciclocondensación entre la β-enaminona 4 con la apropiada
arilhidrazina 5 para obtener los nuevos sistemas híbridos 6 y 7.
Estudiar el potencial fotofísico de los nuevos sistemas híbridos 6 y 7 y hacer ensayos
preliminares en la detección de iones.
4. Metodología
La síntesis de las moléculas híbridas 6 y 7 de llevará a cabo en las siguientes etapas
teniendo presente el plan sintético que se detalla en el Esquema 2:
1. Síntesis de 3-acetil-7-(dietilamino)cumarina 3 a partir de una mezcla equimolar de
4-dietilamino-salicilaldeído 1 y acetoacetato de etilo 2 mediante una
ciclocondensación a reflujo en etanol y piperidina como catalizador.12
2. Condensación de la acetilcumarina 3 y DMF-DMA para formar la β-enaminona 4.
La reacción se llevará a cabo a reflujo en etanol y piperidina como catalizador.13
3. Formación del 3-cumarinpirazol 7 a partir de la β-enaminona 4 y la apropiada
arilhidrazina 5 mediante reacciones de ciclocondensación.
Todas las reacciones se monitorean por cromatografía de placa delgada (CCD). Los
productos se purifican por recristalización y/o cromatografía de columna en sílica gel.
Los compuestos obtenidos en cada paso de la síntesis se caracterizan por diferentes
técnicas de análisis de rutina, tales como RMN y espectrometría de masas.
Si se logra la síntesis deseada, se llevarán a cabo los respectivos estudios fotofísicos
que permitan establecer el uso de los nuevos sistemas híbridos en el diseño de sondas
11
fluorescentes. Posteriormente, se lleva a cabo la selectividad y sensibilidad del sensor
hacia diferentes iones metálicos. Los estudios fotofísicos (propiedades electrónicas)
se inician con experimentos de solvatocromismo en disolventes de variada polaridad
mediante espectroscopia UV-vis, para establecer el mejor medio en el que actúe la
sonda P-C 7. Luego, se determina el rendimiento cuántico de 7 utilizando además
espectroscopía de fluorescencia.
5. Resultados y discusión
5.1. Síntesis de 3-acetil-7-dietilaminocumarina
La 3-acetil-7-dietilaminocumarina 3 se sintetizo mediante una secuencia de dos
reacciones ‘one-pot’, que implican: una condensación de Knoevenagel entre
acetoacetato de etilo 2 y 4-(dietilamino)salicilaldehído 1, seguida de una ciclación
intramolecular. Se plantea que la piperidina usada puede funcionar como base para
la formación del enol o como nucleófilo para formar una enamina intermedia, esto,
llevándose a cabo todo el proceso bajo reflujo en etanol y obteniéndose el producto
con buen rendimiento (Esquema 3). La caracterización de la acetilcumarina 3 se logró
desarrollar mediante análisis de RMN y por espectrometría de masas. Los datos de
caracterización del compuesto 3 concuerdan con los reportados en la literatura (ver
sección experimental).12
Esquema 3. Síntesis de la 3-acetilcumarina 3
5.2. Síntesis de 7-dietilamino-3-enaminonacumarina
La la β-enaminona 4 se sintetizo mediante una reacción de condensación en medio
básico entre la 3-acetilcumarina 3 y dimetilformamida-dimetilacetal (DMF-DMA),
llevándose a cabo este proceso bajo reflujo en dioxano. La reacción procedió con buen
rendimiento debido a la presencia de la base como catalizador (Esquema 4).13
Esquema 4. Síntesis de la β-enaminona 4
12
Inicialmente la 3-acetilcumarina 3 se enoliza por la presencia de piperidina, mediante
una transferencia de protones (Hα de 3 a base y base-H a oxígeno de 3), según se
muestra en el esquema 5. Se propone que de manera individual se forma el intermedio
iminio 8 (por pérdida de un grupo metoxilo que también podría actuar como base), el
cual es un mejor electrofílico para la reacción. Luego el enol 9 reacciona con el
electrofílico iminio para formar un intermedio tetrahédrico que enseguida elimina el
otro grupo metoxilo restante como metanol para conllevar a la formación de la
esperada β-enaminona 4. La piperidina promueve todas las transferencias de
hidrógeno necesarias para el proceso total (Esquema 5a). Por otro lado puede existir
la forma en que la piperidina reacciona nucleofílicamente con el electrófilo 3-
acetilcumarina según se muestra en el esquema 5b, obteniendo la respectiva imina
secundaria14, la cual por transferencia de protones forma la enamina 10, esta
reacciona con el intermediario 8 análogamente al mecanismo a que conlleva a la
formación la β-enaminona 4.
Esquema 5. Mecanismo de la formación de 4 vía piperidina (a) básica o (b) nucleofílica
Del mismo modo que en la síntesis del precursor 3, la caracterización de la β-
enaminona 4 se logró mediante análisis de RMN y por espectrometría de masas. La
reacción se siguió por CCD durante 6 horas hasta haber consumido toda la
acetilcumarina precursora 3. En la sección experimental se pueden encontrar los
datos de caracterización, donde se destacan las siguientes señales en el espectro de
13
RMN 1H hecho en cloroformo deuterado: la señales destacables están en δ 7.89 (d, J
= 12.5 Hz, 1H) y δ 6.45 (d, J = 12.5 Hz, 1H) la cuales tienen la misma constante de
acoplamiento, estas pertenecen al doble enlace α-β insaturado nuevo, obteniendo un
único producto trans, otra de las señales características de la formación del compuesto
4 son las señales más protegidas como singletes en 3.14 (s, 3H) y 2.96 (s, 3H) (2-
CH3), pertenecientes a los protones de los metilos del grupo dimetilamino los cuales
no acoplan entre sí debido a la distancia entre los grupos metilos y a la rigidez
estructural que tienen al estar unidos al nitrógeno, el cual presenta una
hiperconjugación con el orbital de anti-enlace del aceptor de Michael impidiendo su
movimiento y manteniendo el entorno químico de los carbonos del dimetilamino
independientes.
Las señales características del compuesto 4 en 13C son: primero el corrimiento del
grupo metil de la cumarina 3 de δ 30.57 a δ 95.64 en el nuevo compuesto formado,
además, la aparición de la señal δ 154.23 perteneciente al carbono aceptor de
Michael, mientras que las señales de los carbonos de los metilos junto al nitrógeno del
dimetilamino tienen un tiempo de relajación muy alto por lo que no se pueden ver. En
el HSQC se comprueban las interacciones planteadas entre hidrógenos y carbonos,
confirmando que el carbono aceptor de Michael en δ 154 acopla con la señal en δ
7.89 del hidrogeno β-carbonilico el cual será importante para las siguientes
reacciones, por otro lado, se puede identificar que existe un acoplamiento entre los
singletes δ 2.96 y 1.23 (2-CH3) del dimetilamino con carbonos de alto tiempo de
relajación que no se pueden observar en el 13C , el pico presente está entre δ 37.40
ppm para el 13C donde se verían los respectivos carbonos del dimetilamino y las
señales singlete δ 2.96 y 1.23 del 1H. ver Anexos.
Los resultados del GC-MS indican el peso característico del compuesto 4 con un ion
molecular m/z=314.2 en su primera señal, además una señal semi alta de intensidad
media correspondiente al compuesto después del rompimiento del carbono α de la
enaminona dejando una masa de m/z=244.2.
5.3. Síntesis del 5-cumarinpirazol 6a-b y el 3-cumarinpirazol 7a-b
Una vez obtenida la β-enaminona 4, se procede con el estudio de su reacción de
ciclocondensación con la apropiada hidrazina 5 con el fin de formar los esperados
sistemas híbridos derivados de 5-cumarinpirazol 7, sin embargo, es claro que la
reacción puede conducir a la formación de los regioisómeros 6 y 7 (Esquema 6), esto
debido al desconocimiento de la reactividad como nucleófilo duro o blando de la
hidrazina 5 y la presencia de dos posibles electrófilos del compuesto 4.
14
Esquema 6. Posible formación del par de regioisómeros 6 y 7
El análisis hecho por CCD al sólido aislado permitió observar que se había obtenido
una mezcla de productos y mediante un análisis detallado de RMN incluyendo técnicas
bidimensionales y espectrometría de masas, se pudo establecer que los dos
productos correspondían a los regioisómeros esperados 6 y 7. Estos regioisómeros
se obtuvieron teniendo en cuenta la teoría de duro-blando-acido-base de Pearson. En
esta teoría una especie blanda es un átomo o ion relativamente grande con carga
nuclear efectiva pequeña, con baja electronegatividad y con una buena tendencia a
polarizarse, mientras que una especie dura es pequeña con una alta densidad de
carga, alta electronegatividad y poco polarizable, teniendo esto en cuenta Las
reacciones son favorables si se llevan a cabo entre especies similares: acido duro-
base dura o ácido blando-base blanda, donde se puede correlacionar esto a especies
nucleofílicas y electrofílicas.15 Por lo tanto, partiendo de un compuesto con una β-
enaminona tipo 4, se tienen dos centros electrofílicos diferentes, el carbono
carbonílico como un electrófilo duro y el carbono β como uno blando, esta
interpretación es consistente con la teoría del orbital molecular que relaciona la
polarizabilidad con la conjugación en donde los átomos próximos a un donor o aceptor
de carga se tornan menos polarizables, mientras que átomos más lejanos conjugados
presentan una polarización mayor, por otro lado se desconocía la reactividad dura o
blanda nucleofílica de la hidrazina 5, lo que dejaba en duda que regioisómero será el
más selectivo, teniendo esto en cuenta se hacen las reacciones en diferentes
solventes polar prótico y apolar aprótico, metanol y dioxano respectivamente, con el
objetivo de estudiar que tanto afecta la solvatación en la reacción. Si el -NH2 de
hidrazina 5 es dura la reacción se verá más afectada por el metanol ya que este puede
solubilizar fuertemente a estas especies, mientras que en uno aprótico el -NH2
compuesto 5 es menos solvatado y más propenso a reaccionar. 15
La reacción de la enaminona 4 con 2-piridilhidrazina 5b en medio acido conllevo a la
formación semi regioselectiva formando dos productos regioisoméricos 6b y 7b
(Esquema 7), con esto el nitrógeno -NH2 de la hidrazina se considera un nucleófilo
duro y el nitrógeno NH como uno semi blando. Esto debido a los resultados en los
rendimientos de cada producto, presentando una mayor selectividad para el
regioisómeros 7 en dioxano donde se tiene una reacción entre especies duras, por
otro lado, si se desea obtener el regioisoméro 6, se puede aumentar la probabilidad
de que reaccione el -NH2 duro del compuesto 5 con el carbono β blando de la
15
enaminona 4 al usar un solvente polar prótico, a la vez presentando problemas con
bajos rendimientos y tiempos más largos de reacción.
Esquema 6. Formación del par de regioisómeros 6b y 7b
Teniendo en cuenta los resultados descritos para los dos solventes (metanol y
dioxano), se planteó realizar la reacción del Esquema 7 usando dioxano con la
hidrazina 5a como precursor para reaccionar con la β-enaminona. Como se observa
en el Esquema 7 los regioisómeros fueron obtenidos con la misma selectividad que la
evidenciada para los productos 7b y 6b.
Esquema 7. Formación del par de regioisómeros 6a y 7a
El Esquema 8 presenta los dos mecanismos de regioselectividad para los compuestos
6a, 6b, 7a y 7b descritos previamente. En la parte (a) del Esquema 8 se expone el
mecanismo asociado al producto 7 (a y b), donde el -NH2 de la hidrazina sustituida 5a
o 5b, regida por la teoría de Pearson discutida con antelación, ataca nucleofílicamente
al carbonilo de la β-enaminona; esto permite la formación de un intermediario que,
mediante una ciclación intramolecular, forma el pirazol 7a o 7b dando como grupo
saliente un -Me2NH (dimetilamino), el cual es un grupo básico y por ende de naturaleza
dura, lo que está de acuerdo con la teoría ya que un grupo nucleofílico duro tiende a
remover grupos salientes duros. El mecanismo (b) muestra la formación de los
regioisómeros minoritarios 6a y 6b, que resultan ser inestables debido a que lograr su
estado de transición presenta más dificultades, a pesar de los impedimentos
energéticos que puedan presentar los productos 6a y 6b sigue siendo probable que la
hidrazina 5a o 5b ataque nucleofílicamente al carbono β de la β-enaminona, lo cual
es inestable según Pearson. Por otro lado, se observa que el intermediario resultante
expone un obstáculo en la ciclación intramolecular pues el grupo saliente -Me2NH
puede competir con la hidrazina 5a o 5b en salida, impidiendo la formación del pirazol
6a o 6b.
16
Esquema 8. Mecanismos de formación de regioisómero 7(a,b) en (a) y del 6(a,b) en (b)
Los compuestos 7b-6b y 7a se estudiaron por espectroscopia RMN 1H, 13C, DEPT-135, HSQC, HMBC y GC-MS, mientras que el 6a solo mediante RMN 1H debido a la baja concentración obtenida en los experimentos, aunque se pueden notar semejanzas en los espectros, ver Anexos. En todos los compuestos sintetizados se observó a través de RMN 1H que los hidrógenos de la cumarina siguen vigentes, representados en color negro, sin presentar un cambio significativo, mientras que las nuevas señales se presentan en rojo. Para los compuestos 7b y 7a los hidrógenos del pirazol se identifican con las señales CH-12, CH-6 y CH11, CH5 respectivamente, donde la señal más desprotegida de los espectros son el hidrógeno del carbono 5 del pirazol, esto debido a que su posición es la más lejana de la imina conjugada desde el nitrógeno 2 (Anexos 8 y 10). Estas señales se muestran en forma de doblete para un hidrogeno con δ 8.57, δ 7.28 y δ 7.73, δ6.69, acoplando con J = 2.6 Hz y J = 1.7Hz respectivamente; para estos compuestos la diferencia en sus señales en comparación a sus regioisómeros 6b y 6a se basa en la posición del sustituyente, que se encuentra en la posición 3, y la resonancia que tiene el anillo de pirazol, igualmente, una reacción
17
de sustitución nucleofílica en estos compuestos es favorecida sobre el carbono 3, ya que después del ataque nucleofílico la carga aniónica formada se puede posar sobre el heteroátomo más electronegativo más cercano, en esta caso sobre el nitrógeno 2 del pirazol, gracias a esto en los espectros 13C la posición del carbono cuaternario en posición 3 del pirazol del compuesto 7b es la más desprotegida con δ 149,06 señal C-15 (Anexo 11) en comparación a su regioisómero 6b el cual se une a la cumarina en la posición 5 del pirazol, por lo que la señal del carbono cuaternario está en la señal C-11 con δ 138,12 (Anexo 21), mientras que en la posición 3 del pirazol si presenta similitud en su reactividad ya que se encuentra en la señal CH-13 con δ 140,68(Anexo 21).
Una característica notable es la desprotección mayor en los compuestos 7b y 7a en comparación a sus regioisómeros 6b y 6a en las señales de los hidrógenos de los pirazoles, para los compuestos más desprotegidos se genera una resonancia dentro del anillo que forma una carga aniónica sobre el nitrógeno 2, esta impide que la carga aniónica se distribuya sobre los otros carbonos del pirazol por lo que en estos espectros las señales del pirazol son las más desprotegidas en comparación a las compuestos 6b y 6a, las cuales al tener la unión a la cumarina en la posición 5 del pirazol genera que la carga aniónica si pueda posarse sobre los carbonos con señales de CH-9, CH-4 y CH-10, CH-5 respectivamente, las cuales para el compuesto 6b se presentan como δ 7.72 y δ 6.52 con un J=1.6Hz, mientras que para el compuesto 6a no se puede ver una constante de acoplamiento ya que la señal CH-7 está en la misma posición que CH-5 con δ 7.33-7.27 (Anexos 39,40 y 18,19,20, respectivamente), por lo que el programa lo toma como un multiplete pero se asume su interacción ya que las otras señales no acoplan con ellas, asimismo, estas señales están más protegidas en comparación a los compuestos 7a y 7b (Anexos 28,29,30 y 8,9,10, respectivamente). Por otro lado, las señales de la cumarina se verán más desprotegidas en los espectros de los compuestos 6a y 6b ya que está unido en la posición 5 del pirazol lo cual es bastante característico para identificar a estos regioisómeros. La identificación de los carbonos en los espectros 13C se logran identificar con los espectros bidimensionales HSQC y los carbonos cuaternarios con los bidimensionales HMBC, las señales se pueden observar en color negro para los hidrógenos y azul para los carbonos; el HSQC del compuesto 6b (Anexos 23 y 24) presenta señales muy bajas en su espectro de carbonos, por lo que se colocan en rojo las señales que no se pueden visualizar, por otro lado, se pueden observar las señales con detalle en los espectros de 13C y DEPT-135 (Anexos 22 y 21). Las señales presentadas en los espectros HMBC se muestran indicando los hidrógenos en negro y los carbonos cercanos o de hasta tres enlaces de distancia en azul en un paréntesis.
En los espectros GC-MS para los compuestos 7b y 6b se tiene el mismo peso ya que son regioisómeros por lo que se obtiene un peso de m/z=360.2, con la misma fragmentación de un CH3 como pico base en m/z=345.2. Para el regioisómero 7a se tiene un ion molecular en m/z=359.2 y un pico base de m/z=344.2 debido a la misma fragmentación vista anteriormente, del compuesto 6a no se hizo el estudio debido a los bajos rendimientos y a la perdida de la muestra.
18
5.4 Estudio de solvatocromismo
Los dos regioisómeros 7a y 6b y el producto mayoritario 7b obtenidos componen el
fluoróforo y el espaciador del sensor que se esperaba obtener según la ruta de síntesis
inicialmente planteada, debido a esto se hizo el estudio de solvatocrómismo con los
cuatro diferentes solventes con constantes dieléctricas considerablemente variadas:
CHX, THF, ACN y DCM descritos en la Figuras 4 ,5 ,6, esto con el fin de ver como la
polaridad afecta la relajación del estado excitado de las especies.
Se presenta una estabilización del estado excitado al aumentar la polaridad del
solvente, lo que se muestra en ambos espectros de absorción y emisión por el
desplazamiento de Stokes (DS), esto lleva a que la emisión presente un corrimiento
batocrómico. Por otro lado, la estructura del sistema de los regioisómeros 7a, 7b, 6b
tiene al dietilamino como su especie donora en la cumarina y al pirazol como su
aceptor, por lo que se favorecen en la molécula fenómenos de transferencia de carga
intramolecular para su estado excitado. Este ocurre de acuerdo con dos mecanismos
principales: la formación de estados locales excitados (LE) que resultan por la
deslocalización en la molécula o la transferencia electrónica (TE), que se presenta por
la separación de cargas y se estabiliza por la polarización de la molécula, el cambio
en la geometría y la interacción con el solvente, como se muestra en los Esquemas
9,10,11.
Los diferentes DS frente a los solventes usados para el regioisómero 7b, como se ve
en la Figura 4 , corresponden con la teoría de relajación por polarización en el espectro
de emisión , en donde los solventes polares relajan más a la molécula, favoreciendo
los estados excitados de tipo transferencia electrónica (TE), el cual presenta una
longitud de onda mayor para la emisión y por ende una menor energía. Como se
puede observar en los solventes más polares, el acetonitrilo presenta la banda
esperada menos energética en (TE), mientras que los solventes de polaridad media,
DCM y THF, muestran DS más cortos en (TE), lo que significa que el compuesto no
tuvo tanta relajación en el orbital LUMO excitado del fragmento aceptor a comparación
del solvente más polar. Por otro lado, con el solvente menos polar, ciclohexano, es
posible observar dos DS diferentes: El LUMO excitado del fragmento aceptor en (ET)
y el LUMO excitado del orbital molecular en (LE), se observa que en solventes
apolares los (LE) y (ET) se pueden diferenciar ya que los estados excitados no se
estabilizan. Lo anterior debido a que sus cargas anión-radical se posan sobre los
heteroátomos más electronegativos sin ser alterados por solvatación, por lo tanto se
plantea que el compuesto 7b como se muestra en el Esquema 9, presenta 3 posibles
formas de transferencia electrónica (ET), según la formas resonantes que ofrecen
diferentes posiciones entre el radical-catión y el radical-anión en la molécula para la
primera banda, y una segunda banda más energética y más intensa que corresponde
a la formación de estados locales excitados (LE).
19
Para el regioisómero 6b se presenta el espectro en la Figura 5, donde se ve el mismo
resultado en los DS con los diferentes solventes, pero en este caso en ciclohexano no
se observa la segunda banda perteneciente al LUMO excitado del fenómeno (LE), la
explicación a esto radica en que es posible que las bandas asociadas al (LE) y al (ET)
se superpongan por la estabilización que ofrece el solvente, por lo que ambos
mecanismos de fluorescencia coexisten Esquema 10, justificando la amplitud de su
banda de emisión. En el compuesto 7a análogo estructuralmente al regioisómero 7b
presentan los mismos fenómenos de solvatocrómismo exceptuando en el ciclohexano
ver Figura 6.
Los rendimientos cuánticos φ se evaluaron tomando como referencia al antraceno, el
cual no presentaba similitud en la longitud de onda con los 3 compuestos estudiados,
por lo que sus bandas no presentan la superposición, esto es ideal para el cálculo
preciso del rendimiento cuántico φ, de acuerdo con el modelo expuesto anteriormente.
Aun así, los datos pueden ser comparativos, lo que muestra efectivamente que el φ
disminuye con la relajación del estado excitado LUMO. La relajación en el compuesto
7b y en 6b, ocurre de acuerdo a dos fenómenos principales: la estabilización física
que surge debido a la rotación interna de enlaces y la estabilización electrónica donde
se impide su emisión fluorescente por efecto de la solvatación, como se ve en el Tabla
1, donde el acetonitrilo presenta el menor o uno de los menores φ en cada compuesto
y con los DS más altos, se presentan estados excitados de menor energía al tener
solvatadas las cargas. Por otro lado, para el regioisómero 7b se presenta el φ menor
con el ciclohexano (CHX), esto debido a que grupo piridina presenta una rotación con
mayor facilidad gracias al encontrarse más lejos de la cumarina y no experimenta
efectos de solvatación con el ciclohexano que puedan reducir el movimiento de los
enlaces internos. Para las otras moléculas que tienen mayor dificultad de movimiento
no se presenta esta rotación libre en el ciclohexano, así que las cargas en el estado
excitado serán lo único que pueden afectar el cambio en la emisión. Por lo tanto, en
el solvente menos polar (CHX) se presentan los φ mayores al no sufrir una estabilidad
en sus cargas, mientras que al subir la polaridad se observan φ menores y DS
mayores, lo que indica que sus cargas fueron estabilizadas impidiendo una emisión
efectiva.
Absorción Fluorescencia (exc. 360 nm)
Desplazamiento de Stokes
(nm) Solvente λmax Abs (nm)
ε (Lmol-1cm-
1)
λmax Em (nm)
φ (%)
CHX 377 11043,7 445-455 1,79 68-78
THF 413 31096,4 468 3,15 55
DCM 417 27924,95 470 4,3 53
ACN 414 33847,8 478 1,88 64
CHX 374 23756,3 440 4,03 66
20
THF 387 27441,3 460 3,48 73
DCM 397 25507,3 464 3,96 67
ACN 394 31496,1 470 2,84 76
CHX 390 34293,4 436-450 3,21 46-60
THF 400 34392,9 464 2,42 64
DCM 405 30984,3 464 3,18 59
ACN 401 32540,4 473 2,64 72
Tabla 1. Rendimiento cuántico, desplazamientos de Stokes y absorbancias máximas en
absorción y emisión para 7b, 6b y 7a en diferentes solventes
Figura 4 . Espectro Absorción-intensidad para el estudio solvatocrómico del compuesto 7b (Pirazol
1).
21
Figura 5. Espectro de Absorción-intensidad para el estudio solvatocrómico del compuesto 6b (Pirazol
2).
Figura 6. Espectro de Absorción-intensidad para el estudio solvatocromico para el compuesto 7a (Pirazol Ph).
22
5.4 Estudio de interacción con metales de transición
Finalmente se hicieron los estudios de interacción para los regioisómeros 7b, 6b frente
a 14 diferentes metales de transición, los resultados se pueden observar en las
Figuras 7 y 8, para el regioisómero 7b se presenta un desplazamiento batocrómico
pronunciado sobre el espectro de absorción, lo que a simple vista se puede observar
por el cambio de color a un amarillo más opaco que las demás soluciones, esto indica
el potencial del regioisómero 7b para ser utilizado como sensor colorimétrico para el
Ni+2. Por otro lado, para el espectro de emisión se observa un apagado contundente
de la fluorescencia, esto debido a la nueva interacción de transferencia de carga del
ligando al metal (LMCT), que se presenta entre el regioisómero 7b y el Ni+2. El
apagado de la fluorescencia ocurre ya que el mecanismo de (LMCT) provoca la
estabilización del estado excitado formado por transferencia electrónica (TE), ya que
el metal interactúa con las cargas presentes en los ligandos que previamente
generaban la polarización y el cambio estructural del regioisómero 7b, reduciendo la
diferencia de energía entre el orbital LUMO excitado bien sea del sistema molecular
(LE) o del fragmento aceptor (ET) y el orbital HOMO basal donor de carga del
sustituyente del dietilamino; esto produce la disminución drástica en la intensidad de
la emisión, como se muestra en el Figura 7.
Por otro lado, el espectro del regioisómero 6b, de la Figura 8, presenta un corrimiento
batocrómico con el Ni+2 menor en comparación al compuesto 7b en el espectro de
absorción, por lo que es más difícil de observar a simple vista. De acuerdo con el
espectro de emisión se observa el apagado de la fluorescencia con Ni+2 debido al
mecanismo (LMCT) discutido anteriormente, por otra parte, se observa además el
apagado de la fluorescencia con el catión de Cu+2, lo cual prueba una diferencia
estructural con relación al regioisomero 7b. La fluorescencia se apaga debido a que
el radio atómico del Cu+2 puede permitir que los fragmentos donor-aceptor se
aproximen, presentando un fenómeno de transferencia de carga fotoinducida (PET)
que estabiliza el estado excitado al reducir la diferencia de carga entre los fragmentos
donor (dietilamino) y aceptor (piridina), ver Esquema 10, en donde el carbonilo de la
lactama cargado como una radical-anión y debido a la resonancia en el estado
excitado (ET), cede su carga por un salto electrónico a la piridina, justificando el
apagado en la fluorescencia. Asimismo, se sabe que no se presentaron interacciones
fuertes entre el centro metálico del Cu+2 y el compuesto 6b, debido que el mecanismo
principal de emisión no se relaciona con una trasferencia de carga metal ligando
(LMCT) ya que no se presentan cambios significativos en la energía del espectro de
absorción. Adicionalmente, el radio atómico del Ni y Cu según la literatura16 está entre
1.9337 Å y 1.8648 Å, lo que confirma que el 7b, que tiene más espacio entre sus
ligandos, ver Esquema 9, no genera una interacción rígida con el catión de menor
tamaño, por otro lado, con el catión de Ni+2 se observar un corrimiento batocromico
característico de interacción nueva y estable entre el metal y el ligando. Mientras que
23
el regioisómero 6b como se ve en el Esquema 10, al tener un menor tamaño entre su
ligandos puede interactuar tanto al Ni+2 en un (LMCT) como al Cu+2 en un (PET).
Esquema 9. Mecanismos LE y TE para el compuesto 7b
24
Esquema 10. Mecanismos LE y TE para el compuesto 6b
Figura 7. Espectro de Absorción-intensidad para el estudio solvatocrómico para el compuesto 7b (Pirazol 1).
25
Figura 8. Grafica Absorción-intensidad vs longitud de onda del estudio de solvatocromismo para el compuesto 6b (Pirazol 2).
6. Conclusiones
Se logró sintetizar la β-enaminona 4, de igual forma, se encontró que al catalizar la
reacción de síntesis en medio básico se genera un mejor rendimiento. Asimismo, ya
que la molécula presenta un electrófilo blando y uno duro permite la formación de dos
compuestos con regioselectividad, esto abrió la posibilidad de estudiar el cambio en
las propiedades fotofísicas de los dos regioisómeros. Es claro que esta molécula
constituye una plataforma sintética para la síntesis de diferentes compuestos
heterocíclicos híbridos.
El estudio de la ciclocondensación entre la β-enaminona 4 con la arilhidrazina 5a o 5b
mostró selectividad hacia la formación de los regioisómeros 7a o 7b, respectivamente,
sin embargo, el compuesto 7b tuvo un mayor rendimiento. Por otro lado, los
regioisómeros 6a y 6b obtenidos resultan ser los productos minoritarios, es importante
resaltar que los compuestos anteriormente mencionados no han sido reportados
previamente. Mediante el uso de diferentes solventes prótico o aprótico en la
ciclocondensación de la β-enaminona 4 con el reactivo 5b, se encontró que al usar
metanol los efectos de solvatación afectan directamente a la especie nucleofílica dura
del precursor 5b reduciendo de forma significativa el rendimiento del producto 7b, lo
que aumenta la probabilidad de obtener el producto 6b,por otro lado, el uso de un
solvente aprótico como el dioxano no estabiliza a las especies duras dejándolas
reaccionar con mayor facilidad.
26
En el estudio solvatocrómico de los compuestos 7a, 7b y 6b se observaron bandas
correspondientes a los fenómenos fotofísicos de transferencia electrónica (ET) y de
estados localmente excitados (LE), mostrando los procesos de relajación con los
diferentes solventes donde el menor rendimiento cuántico se presentó en los
disolventes polares debido a los efectos de solvatación, evidenciando una sola banda
(ET). En contraste, en solventes apolares no se presenta el efecto de relajación por lo
que se presentan dos bandas correspondientes a ET y LE, exponiendo los mejores
rendimientos cuánticos.
Finalmente, para el producto 6b se presentó el fenómeno de apagado de emisión por
PET o LMCT para el catión Cu2+ y posiblemente LMCT para el Ni2+. Por otro lado, para
el producto 7b se observa un desplazamiento batocrómico significativo con el Ni+2 en
comparación a los demás cationes, además de presentar un apagado de emisión
LMCT característico. De igual forma, el regioisómero 7b posee la capacidad de ser un
sensor colorimétrico ya que se puede observar su cambio a simple vista.
7. Sección experimental
7.1 General procedure for the preparation of 3-acetyl-7-diethylaminocoumarin
A 1:1.1 mixture of 4 (diethylamino)salicylaldehyde and ethyl acetoacetate was added
to a balloon with reflux with a catalytic amount of piperidine in 10 mL of ethanol. The
mixture was refluxed for 3 h at 80 ° C, the formation of a yellow solid was observed
and showed an almost complete conversion followed by CCD. The crystals were
filtered and washed with cold ethanol.
3-acetyl-7-diethylaminocoumarin:
1H NMR (400 MHz, Cloroformo-d) δ 8.44 (s, 1H), 7.40 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 6.62 (dd, J = 9.0, 2.3 Hz, 1H), 6.47 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 3.46 (q, J = 7.1 Hz, 4H), 2.68 (s, 3H), 1.24 (t, J = 7.1 Hz, 6H). 13C-RMN (400 MHz, CDCl3) δ 195.75, 160.87, 158.81, 153.05, 147.85, 131.89, 116.34, 109.85, 108.25, 96.69, 45.16, 30.57, 12.47.
27
7.2 General procedure for the preparation of 7-diethylamino-3-
enaminonecoumarin
Initially, (0.2 g 0.772 mmol) 3-acetyl-7-diethylaminocoumarin and (0.138 g 1.158 mmol)
DMF-DMA were mixed in an equivalence of 1:1.5 with 0.2 mL of piperidine in a reflux
balloon, with 2 mL of dioxane. The mixture was refluxed for 6 hours at 115 ° C and
showed an almost complete conversion by CCD, 7-Diethylamino-3-
enaminonecoumarin was purified by chromatography on silica gel column with a
mobile phase of DCM: MeOH 100: 1 v / v obtaining a reddish yellow product. To finish
their purification, they were washed with pentane.
7-Diethylamino-3-enaminonecoumarin:
7.3 General procedure for the preparation of 7-diethylamino-3-(1-(pyridin-2yl)-
pyrazol-3yl)-coumarin and of 7-diethylamino-3-(1-(pyridin-2yl)-pyrazol-5yl)-coumarin.
With an equivalence of 1:1.2 to 0.318 mmol of 7-diethylamino-3-enaminonecoumarin
and 0.381 mmol of 2-pyridine hydrazine, a mixture was made in a reflux balloon with
0.3 mL of HCl 5N in 1.5 mL of dioxane and refluxed for 10 h at 70 ° C, the formation
of a yellow precipitate occurred. The complete formation of two regioisomers as main
products in different proportions was observed by CCD, the products were purified by
chromatography on silica gel column with a mobile phase of DCM: MeOH 100: 1 v / v
obtaining two yellow solids that in UV have different colors: orange and blue,
respectively.
1H NMR (400 MHz, Chloroform-d) δ 8.55 (s, 1H), 7.89 (d, J = 12.5 Hz, 1H), 7.39 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 6.59 (dd, J = 8.9, 2.4 Hz, 1H), 6.48 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 6.45 (d, J = 12.5 Hz, 1H), 3.44 (q, J = 7.1 Hz, 4H), 3.14 (s, 3H), 2.96 (s, 3H), 1.23 (t, J = 7.1 Hz, 6H). 13C NMR (101 MHz, Chloroform-d) δ 183.31,161.23, 157.88, 154.23,
151.98, 146.59, 130.95, 118.77, 109.30, 108.86, 96.67, 95.64,
44.98, 12.50.
m/z: 314.2
28
7-diethylamino-3-(1-(pyridin-2yl)-pyrazol-3yl)-coumarin:
7-diethylamino-3-(1-(pyridin-2yl)-pyrazol-5yl)-coumarin:
7.4 General procedure for the preparation of 7-diethylamino-3-(1-(phenyl)-pyrazol-
3yl)-coumarin and of 7-diethylamino-3-(1-(phenyl)-pyrazol-5yl)-coumarin.
With an equivalence of 1: 1.2 to 0.286mmol of 7-diethylamino-3-enaminonecoumarin
and 0.343mmol of phenylhydrazine a mixture was made in a reflux balloon, with 0.3
mL of HCl 5N in 1.5ml of dioxane and was kept under reflux for 10 h at 70 ° C, the
formation of a dark precipitate occurs. The complete formation of two regioisomers as
main products in different proportions was observed by CCD, the products were
purified by chromatography on silica gel column with a mobile phase of DCM: MeOH
100: 1 v / v obtaining two yellow solids that in UV have different colors: orange and
blue, respectively.
1H NMR (400 MHz, Chloroform-d) δ 8.57 (d, J = 2.6 Hz, 1H), 8.46 (s,
1H), 8.44 – 8.40 (m, 1H), 8.06 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 7.85 – 7.79 (m, 1H),
7.38 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 7.28 (d, J = 2.6 Hz, 1H), 7.20 – 7.14 (m, 1H),
6.61 (dd, J = 8.8, 2.4 Hz, 1H), 6.53 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 3.43 (q, J = 7.1
Hz, 4H), 1.23 (t, J = 7.1 Hz, 6H).
13C NMR (101 MHz, Chloroform-d) δ 160.98, 156.49, 151.53, 150.78,
149.06, 148.16, 139.21, 138.62, 129.46, 127.74, 121.28, 112.82,
112.42, 109.15, 108.92, 108.90, 97.13, 44.91, 12.54.
m/z: 360.2
1H NMR (400 MHz, Chloroform-d) δ 8.23 (d, J = 4.6 Hz, 1H), 7.89 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 7.83 – 7.78 (m, 1H), 7.72 (d, J = 1.6 Hz, 1H), 7.66 (s, 1H), 7.29 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 7.16 – 7.11 (m, 1H), 6.60 (dd, J = 8.8, 2.4 Hz, 1H), 6.52 (d, J = 1.6 Hz, 1H), 6.50 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 3.43 (q, J = 7.1 Hz, 4H), 1.23 (t, J = 7.1 Hz, 6H). 13C NMR (101 MHz, Chloroform-d) δ 160,40-HMBC, 156.61, 153.35 150.75, 147.47, 140.89, 140.68, 138.45, 138.12, 129.18, 121.75, 116.27, 114.10, 110.08, 108.91, 108.41, 97.35, 44.88, 12.51. m/z: 360.2
29
7-diethylamino-3-(1-(phenyl)-pyrazol-3yl)-coumarin:
7-diethylamino-3-(1-(phenyl)-pyrazol-5yl)-coumarin:
8. Bibliografía
(1) Orrego-Hernández, J.; Cobo, J.; Portilla, J. Chemoselective Synthesis of 5-Alkylamino-1H-Pyrazole-4-Carbaldehydes by Cesium- and Copper-Mediated Amination. European J. Org. Chem. 2015, 2015 (23), 5064–5069. https://doi.org/10.1002/ejoc.201500505.
(2) Wu, J.; Liu, W.; Ge, J.; Zhang, H.; Wang, P. New Sensing Mechanisms for Design of Fluorescent Chemosensors Emerging in Recent Years. Chem. Soc. Rev. 2011, 40 (7), 3483–3495. https://doi.org/10.1039/c0cs00224k.
(3) Baxter, R.; Hastings, N.; Law, A.; Glass, E. J. . CHEMOSENSORS,PRINCIPLES,STRATEGIES,AND APPLICATIONS; 2008; Vol. 39.
(4) Orrego-hernández, J.; Nuñez-dallos, N. Author ’ s Accepted Manuscript. Talanta 2016. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.02.020.
(5) Pinedo-Hernández, J.; Marrugo-Negrete, J.; Díez, S. Speciation and Bioavailability of Mercury in Sediments Impacted by Gold Mining in Colombia. Chemosphere 2015, 119, 1289–1295. https://doi.org/10.1016/J.CHEMOSPHERE.2014.09.044.
1H NMR (400 MHz, Chloroform-d) δ 7.73 (d, J = 1.7 Hz, 1H), 7.45 (d, J =
7.9 Hz, 2H), 7.38 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 7.34 (s, 1H), 7.33 – 7.27 (m, 2H), 7.11
(d, J = 8.8 Hz, 1H), 6.69 (d, J = 1.7 Hz, 1H), 6.54 (dd, J = 8.8, 2.4 Hz, 1H),
6.47 (d, J = 2.2 Hz, 1H), 3.41 (q, J = 7.1 Hz, 4H), 1.21 (t, J = 7.1 Hz, 6H).
13C NMR (101 MHz, Chloroform-d) δ 160.13, 156.57, 151.14, 143.23,
140.55, 140.23, 137.11, 129.29, 129.15, 127.59, 124.71, 110.91, 109.49,
109.06, 108.02, 97.17, 44.92, 12.46.
m/z: 359.2
1H NMR (400 MHz, Chloroform-d) δ 8.48 (s, 1H), 7.95 (d, J
= 2.2 Hz, 1H), 7.76 (d, J = 7.8 Hz, 2H), 7.47 (t, J = 7.8 Hz,
2H), 7.38 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 7.33 – 7.27 (m, 2H), 6.66 –
6.58 (m, 1H), 6.54 (d, J = 2.5 Hz, 1H), 3.44 (q, J = 7.0 Hz,
4H), 1.23 (t, J = 7.1 Hz, 6H).
13C NMR (101 MHz, Chloroform-d) δ 13.50, 129.82, 126.18
,119.76, 109.15,108.91, 97.14, 45,10, 12.54.
m/z: 359.2
30
(6) Sigel, H.; Sigel, A. Nickel and Its Role in Biology; M. Dekker, 1988.
(7) Sasaki, S.; Drummen, G. P. C.; Konishi, G. I. Recent Advances in Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT) Fluorescence and Related Phenomena in Materials Chemistry. J. Mater. Chem. C 2016, 4 (14), 2731–2743. https://doi.org/10.1039/c5tc03933a.
(8) Vogler, A.; Kunkely, H. Photochemistry of Peroxo Complexes Induced by LMCT, MLCT and Peroxide IL/LLCT Excitation. Coord. Chem. Rev. 2006, 250 (13–14), 1622–1626. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2005.10.009.
(9) Martínez-Máñez, R.; Sancenón, F. Fluorogenic and Chromogenic Chemosensors and Reagents for Anions; 2003; Vol. 103. https://doi.org/10.1021/cr010421e.
(10) Sheng, R.; Wang, P.; Liu, W.; Wu, X.; Wu, S. A New Colorimetric Chemosensor for Hg2+based on Coumarin Azine Derivative. Sensors Actuators, B Chem. 2008, 128 (2), 507–511. https://doi.org/10.1016/j.snb.2007.07.069.
(11) Alkış, M.; Pekyılmaz, D.; Yalçın, E.; Aydıner, B.; Dede, Y.; Seferoğlu, Z. H-Bond Stabilization of a Tautomeric Coumarin-Pyrazole-Pyridine Triad Generates a PET Driven, Reversible and Reusable Fluorescent Chemosensor for Anion Detection. Dye. Pigment. 2017, 141, 493–500. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.03.011.
(12) Xiong, K.; Huo, F.; Yin, C.; Yang, Y.; Chao, J.; Zhang, Y.; Xu, M. Ac Ce p Te T. Sensors Actuators B. Chem. 2015. https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.05.084.
(13) Al-Zaydi, K. M. Microwave Assisted Synthesis, Part 1: Rapid Solventless Synthesis of 3-Substituted Coumarins and Benzocoumarins by Microwave Irradiation of the Corresponding Enaminones. Molecules 2003, 8 (7), 541–555. https://doi.org/10.3390/80700541.
(14) Chemistry, O. Jonathan Clayden_ Nick Greeves_ Stuart G Warren-Organic Chemistry-Oxford University Press (2012).Pdf.
(15) Carey; Sundberg. Advanced Organic Chemistry 5th Edition - Part A: Structure and Mechanisms; 2007; Vol. 65. https://doi.org/10.1021/ed065pA139.2.
(16) Ghosh, D. C.; Biswas, R. Theoretical Calculation of Absolute Radii of Atoms and Ions . Part 1 . The Atomic Radii. 2002, 87–113.
31
9. Anexos
Anexo 1. Espectro RMN 1H del Dietilamino-3-enaminonacumarina 4
32
Anexo 2. Espectro en campo alto RMN 1H del 7-Dietilamino-3-enaminonacumarina 4
Anexo 3 . Espectro en campo bajo RMN 1H del 7-Dietilamino-3-enaminonacumarina 4.
33
Anexo 4 . Espectro de RMN-C13 del 7-Dietilamino-3-enaminonacumarina 4
Anexo 5 . Espectro de DEPT-135 del 7-Dietilamino-3-enaminonacumarina 4
34
Anexo 6 . Espectro bidimensional HSQC del 7-Dietilamino-3-enaminonacumarina 4
Anexo 7. GC-MS del 7-Dietilamino-3-enaminonacumarina 4.
35
Anexo 8. Espectro RMN 1H del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-cumarina 7b
Anexo 9. Espectro en campo alto RMN 1H del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-cumarina 7b
36
Anexo 10. Espectro en campo bajo RMN 1H del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-cumarina 7b.
Anexo 11. Espectro RMN C13 del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-cumarina 7b.
37
Anexo 12. Espectro DEPT-135 del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-cumarina 7b.
Anexo 13. Espectro bidimensional HSQC del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-cumarina 7b.
38
Anexo 14. Espectro bidimensional HSQC a campo bajo del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-
cumarina 7b.
39
Anexo 15. Espectro bidimensional HMBC del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-cumarina 7b.
Anexo 16. Espectro bidimensional HMBC a campo bajo del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-
cumarina 7b.
Anexo17 . GC-MS del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-cumarina 7b.
40
Anexo 18. Espectro RMN 1H del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-5il)-cumarina 6b.
Anexo 19. Espectro en campo alto RMN 1H del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-5il)-cumarina 6b.
41
Anexo 20. Espectro en campo bajo RMN 1H del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-5il)-cumarina 6b.
42
Anexo 21. Espectro RMN C13 del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-5il)-cumarina 6b.
43
Anexo 22. Espectro DEPT-135 del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-5il)-cumarina 6b.
Anexo 23. Espectro bidimensional HSQC del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-5il)-cumarina 6b.
44
Anexo 24. Espectro bidimensional HSQC a campo bajo del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-5il)-
cumarina 6b.
45
Anexo 25. Espectro bidimensional HMBC del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-5il)-cumarina 6b.
46
Anexo 26. Espectro bidimensional HMBC a campo bajo del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-5il)-
cumarina 6b.
Anexo 27. GC-MS del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-5il)-cumarina 6b.
Anexo 28. RMN 1H del 7-dietilamino-3-(1-(fenil)-pirazo-3il)-cumarina 7a.
47
Anexo 29. RMN 1H a campo alto del 7-dietilamino-3-(1-(fenil)-pirazo-3il)-cumarina 7a.
Anexo 30. RMN 1H a campo bajo del 7-dietilamino-3-(1-(fenil)-pirazo-3il)-cumarina 7a.
48
Anexo 31. Espectro RMN C13 del 7-dietilamino-3-(1-(fenil)-pirazo-3il)-cumarina 7a.
Anexo 32. Espectro DEPT-135 del 7-dietilamino-3-(1-(fenil)-pirazo-3il)-cumarina 7a.
49
Anexo 33. Espectro bidimensional HSQC del 7-dietilamino-3-(1-(fenil)-pirazo-3il)-cumarina 7a.
50
Anexo 34. Espectro bidimensional HSQC a campo bajo del 7-dietilamino-3-(1-(fenil)-pirazo-3il)-
cumarina 7a
51
Anexo 35. Espectro bidimensional HMBC del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-cumarina 7a
52
Anexo 36. Espectro bidimensional HMBC a campo bajo del 7-dietilamino-3-(1-(piridin-2il)-pirazo-3il)-
cumarina 7a
Anexo 38. GC-MS del 7-dietilamino-3-(1-(fenil)-pirazo-3il)-cumarina 7a.
53
Anexo 39. RMN 1H del 7-dietilamino-3-(1-(fenil)-pirazo-5il)-cumarina 6a.
Anexo 40. RMN 1H en cambo bajo del 7-dietilamino-3-(1-(fenil)-pirazo-5il)-cumarina 6a.
54
