Otimização assistida por micro-ondas da reação de formilação dos compostos 1-(W-fenil)-1-N-pirazola-4-carbaldeídos

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Química Orgânica

Autores

Carvalho, F.S. (UFG) ; Machado, A.N. (UFG) ; Moura, R.D.P. (UFG) ; Menegatti, R. (UFG)

Resumo

A irradiação por micro-ondas tem contribuído relevantemente para a Química Medicinal e a Química verde, uma vez que se tem como objetivo do seu emprego a obtenção de compostos com menor tempo reacional e melhores rendimentos. Diante desse quadro o objetivo do trabalho é a otimização da síntese dos compostos 1- (W-fenil)-1-N-pirazola-4-carbaldeídos (3a-3t), por meio da metodologia assistida por micro-ondas quando comparado à metodologia convencional. Como resultados, obteve-se uma redução do tempo reacional da reação assistida com micro-ondas quando comparado à reação convencional, além disso houve uma manutenção entre os rendimentos das metodologias empregadas, convencional e micro-ondas.

Palavras chaves

microondas; pirazolas; sintese

Introdução

Nas últimas décadas pode-se dizer que a química orgânica está sendo reescrita através do emprego de novas abordagens que visam a obtenção de novos produtos e processos que sejam ambientalmente aceitáveis (SHELDON et al., 2007). No mesmo sentido, a definição de Química Verde surgiu em 1993, a qual foi definida por Anastas da US Environmental Protection Aency (EPA). Posteriormente, visando à obtenção de produtos e processos mais seguros, foram propostos os 12 princípios da química verde, i.e. prevenir a formação de resíduos ao invés de trata-lo; maior eficiência nas reações; uso de produtos químicos menos tóxicos; planejamento de produtos que sejam seguros; uso de solventes inócuos ou auxiliares; planejamento para a eficiência de energia; uso de matéria-prima renovável; rotas sintéticas mais curtas; uso de catalisadores no luar de reagentes estequiométricos; planejamento de produtos biodegradáveis; análise e prevenção da poluição; e química segura contra acidentes (ANASTAS WARNER, 2000). Outro indicador que avalia a aceitabilidade ambiental de produtos e processos químicos é o Environmental factor (E fator) que mede a quantidade de resíduo gerado por kg de produto obtido (SHELDON et al., 2007). Isto é particularmente relevante, em se tratando da indústria farmacêutica, uma vez que esta pode apresentar elevado E factor, uma vez que em média, para cada kg de produto obtido, são gerados 25 kg de resíduos. Atualmente, a irradiação de micro-ondas tem contribuído com o fortalecimento da interação entre as áreas da Química Medicinal e Química Verde, uma vez que o emprego de síntese assistida por micro-ondas geralmente leva à obtenção de produtos em menores tempos reacionais e em rendimentos maiores (KAPPE, STADLER, 2001).

Material e métodos

As reações foram realizadas em sistema aberto, com auxílio de manta aquecedora e agitação magnética, sendo que as reações, sob irradiação de micro-ondas, foram realizadas em reator Discovery da marca CEM fase. A fase orgânica das reações foi tratada com sulfato de sódio anidro, filtrada e o solvente foi evaporado à pressão reduzida. A reação de formilação foi monitorada através do revelador 2,4- dinitrofenilhidrazina. Para a síntese dos compostos 1-(W-fenil)-1-N-pirazola-4-carbaldeídos (3a-3t) (OLIVEIRA et al., 2012), foram transferidos para um balão de 25,0 mL, acoplado a um condensador de refluxo, 1,0 mmol dos compostos 1-fenil-1H- pirazólas (1a-1d), 1,5 mmol de hexametilenotetramina (HMTA) (2) e 2 mL de ácido trifluoracético. Para a reação utilizando a metodologia convencional, a mistura reacional foi mantida sob agitação, temperatura de refluxo e a reação acompanhada através de CCD. Ao término da reação, a mesma foi resfriada à temperatura ambiente, vertida em gelo picado e neutralizada com Na2CO3 (p/v) a 10%. Já para a metodologia utilizando o reator de micro-ondas, a mistura reacional foi mantida sob agitação, potência de 300W, tempo de rampa de 2 minutos e 30 segundos, tempo de reação de 30 minutos e temperatura de 130 °C. Ao término da reação, a mesma foi resfriada à temperatura ambiente, neutralizada com Na2CO3 (p/v) a 10%. Em seguida, para a purificação em ambas metodologias, em um funil de extração, a mistura reacional foi extraída com alíquotas (3x20 mL) de CH2Cl2. A fase orgânica foi tratada com Na2SO4 anidro e evaporada à pressão reduzida. O produto obtido foi submetido à purificação em cromatografia de adsorção em coluna, empregando sílica 100-200 mesH(Merk) como fase estacionária e n-Hexano/AcOEt como fase móvel.

Resultado e discussão

Micro-ondas é uma radiação eletromagnética com λ= 12,2 cm e frequência de 2450 MHz. Os compostos orgânicos que apresentam momentos dipolo ou sob forma iônica, ao receberem a radiação eletromagnética na região do micro-ondas, se aquecem mais rapidamente quando comparado ao aquecimento convencional. Isto se deve ao fato dos compostos se orientarem com os campos elétricos e magnéticos da radiação levando a uma espécie de atrito intermolecular, gerando um rápido aquecimento de igual temperatura em todos os pontos da solução. Já o aquecimento convencional, se dá através das correntes de convecção, gerado pelos diferentes valores de temperatura ao longo da solução (KAPPE, STADLER, 2005). Na síntese destes compostos (3a-3t), avaliamos a metodologia A, que faz uso do aquecimento convencional, bem com condições de síntese orgânica assistida por irradiação de micro-ondas, denominada de metodologia B, apresentadas na figura 1. Para a otimização da reação assistida por micro-ondas, a estequiometria da HMTA (2) foi mantida, mas foi necessário aumentar a quantidade do ácido trifluoracético. Os parâmetros avaliados para a otimização da metodologia B foram tempo, temperatura e potência, como ilustrado na Tabela 1, chegando à condição ideal, onde as reações foram realizadas com tempo de rampa de 2 minuto, em 30 minutos de reação, potência de 300 w, temperatura de 130 °C, levando à obtenção dos produtos. Como podemos observar na Tabela 1, todos os parâmetros avaliados foram relevantes para a reação, sendo a principal vantagem da metodologia B a redução do tempo reacional de 12 horas para 30 minutos. Por outro lado, os rendimentos mais altos foram obtidos através do emprego da metodologia A (53-97%), quando comparados ao micro-ondas (69- 88%).

Onde W=H; p,m e o-cloro; p,m e o-bromo; p, m e o- fluor; p, m e o-toluil; p, m e o toluil; p e o- metoxi e o-nitro

Conclusões

Ao término deste trabalho, pode-se concluir que o planejamento sintético empregado para a síntese dos compostos (3a-3t) se apresentou adequada, e os rendimentos variaram entre 53-97%. A metodologia empregada na obtenção dos compostos (3a-3t), foram adaptadas e otimizadas ao reator de micro-ondas (B), onde apresentou ganho em tempo de 12 h para 30 min, manutenção no rendimento ao serem comparadas com a metodologia convencional (A).

Agradecimentos

Referências

SHELDON, R. A. The E factor: fifteen years on. Green Chemistry. Vol. 9, No. 12, 1273-1283 p., 2007.
STADLER, A.; KAPPE, C. O. Automated library generetion using sequential microwave-assisted chemistry. Application toward the Beginelli multicomponent condesation. J. Comb. Chem. 3, 624-630, 2001
OLIVEIRA, C. H. A. DE; MAIRINK, L. M.; PAZINI, F.; et al. Chemoselective and Regiospecific Formylation of 1-Phenyl-1 H -pyrazoles Through the Duff Reaction. Synthetic Communications, v. 43, p. 1633
ANASTAS, P. T & WARNER, J. C. Green Chemistry: Theory and Pratice. Oxford University. New York, USA, 2000.