Artículos Científicos
Síntesis y caracterización estructural de una nueva chalcona conteniendo dos anillos tiofénicos
Síntesis y caracterización estructural de una nueva chalcona conteniendo dos anillos tiofénicos
Avances en Química, vol. 13, núm. 3, pp. 55-60, 2018
Universidad de los Andes
Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional.
Recepción: 26 Agosto 2018
Revisado: 27 Noviembre 2018
Aprobación: 27 Diciembre 2018
Resumen: En este trabajo se presenta la síntesis y caracterización estructural de la chalcona (.)-3-(5-bromotiofeno-2-il)-1- (2,5-diclorotiofeno-3-il)-2-propen-1-ona. Este compuesto se sintetizó utilizando el método de condensación de Claisen-Schmidt y se caracterizó mediante técnicas de FT-IR, .H-RMN, 13C-RMN y DRX. El estudio por difrac- ción de rayos-X indica que esta nueva chalcona cristaliza en una celda monoclínica con grupo espacial P2./n. El empaquetamiento cristalino se rige por interacciones intermoleculares débiles del tipo C--H···O formando cadenas a lo largo de la dirección . descritas por el grafo C(8), con una eficiencia de empaquetamiento de 71,4%.
Palabras clave: chalconas, condensación de Claisen-Schmidt, enlaces de hidrógeno, difracción de rayos-X en monocristales.
Abstract: Synthesis and structural characterization of a new chalcone containing two thiophenic rings. In this work we present the synthesis and structural characterization of the chalcone (E)-3-(5-bromothiophen-2-yl)-1-(2,5- dichlorothiophen-3-yl)-2-propen-1-one. This compound was synthetized by the Claisen-Schmidt condensation method and was characterized by FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR and XRD techniques. The X-ray diffraction study indicates that this new chalcone crystallize in a monoclinic cell with space group P21/n. The crystal packing is governed by weak intermolecular interactions of type C--H···O forming chains along b direction with graph-set C(8), with a packing efficiency of 71.4%.
Keywords: Chalcones, Claisen-Schmidt condensation, Hydrogen bonds, Single-crystal X-ray diffraction.
Introducción
Las chalconas, 1,3-diaril-2-propen-1-onas, son cetonas aro- máticas a,b-insaturadas caracterizadas por tener en su estructura dos anillos bencénicos, separados por tres átomos de carbono, de los cuales dos están conectados por un doble enlace y el tercero hace parte de un grupo carbonilo (figura 1). La presencia del grupo carbonilo y la unidad olefínica conjugados confieren a las chalconas una gran reactividad, lo que hacen de estas una interesante clase de moléculas con aplicaciones en áreas como la medicina, la agricultura y la industria. Los estudios en chalconas se ven reflejados, por ejemplo, en la cantidad de reportes encontrados en Google académico (figura 2).
En particular, las chalconas con sustituyentes heterocíclicos presentan una gran diversidad de propiedades y aplicaciones de las cuales se reconocen su potencial actividad antidepresi- va, anticancerígena, efectos preventivos del cáncer, actividad antiinflamatoria, antibacteriana, antituberculosa, antidiabética, antioxidante, antimicrobiana, antifúngica, antiviral, antima- lárica, efectos neuroprotectores, entre otros1-7.
Fig. 1:
Esqueleto estructural de una chalcona.
Fig. 2.
Trabajos reportados sobre chalconas en Google Académico (1900-2018).
Existen varios métodos para la síntesis de chalconas, sin em- bargo el más utilizado, dada su simplicidad y versatilidad, es mediante la condensación de Claisen-Schmidt en medio acuoso8. Este método permite introducir una gran variedad de sustituyentes en los anillos y conlleva a la formación del pro- ducto de configuración E. También están otras rutas sintéticas entre las que se encuentran: la catálisis heterogénea9, irradia- ción de microondas10, irradiación con ultrasonido, y técnica de molienda. Sin embargo, la chalcona en estudio se preparó junto con otro grupo de chalconas utilizando el método de Claisen-Schmidt con resultados satisfactorios13.
En nuestro laboratorio estamos interesados en el estudio cristalográfico de compuestos con posible actividad far- macológica14-18 y en este trabajo se presenta la síntesis y caracterización estructural de una nueva chalcona contenien- do dos anillos tiofeno, (E)-3-(5-bromo-tiofen-2-il)-1-(2,5- diclorotiofen-3-il)-2-propen-1-ona, la cual se preparó junto con otro grupo de chalconas13 para su posterior estudio como posibles agentes antimicrobianos y anticancerosos. Una búsqueda en la base de datos de estructuras estudiadas utilizando difracción de rayos-X en monocristales19,20 indi- ca la chalcona en estudio es novedosa desde el punto de vista estructural.
Parte experimental
Síntesis
La chalcona en estudio se sintetizó utilizando el método de condensación de Claisen-Schmidt8 haciendo reaccionar una cetona heterocíclica y un aldehído heterocíclico utilizando hidróxido de sodio como base (figura 3).
Para la síntesis de la chalcona (3) se disolvieron 0,03 mol de 3-acetil-2,5-diclorotiofeno (1) con 0,03 mol de 5-bromo- 2-tiofenocarboxaldehido (2) en 25 mL de metanol. Luego, se añadió una solución acuosa de NaOH 0,1 N (15 mL) gota a gota y la mezcla resultante se agitó durante la noche a temperatura ambiente. El precipitado obtenido se secó y purificó mediante una recristalización en etanol. El rendi- miento fue del 83,6 %. El punto de fusión de la chalcona obtenida (3) fue 100-102 °C. Mediante evaporación lenta de solvente se obtuvieron cristales amarillos en forma de ajugas, adecuados para el estudio por difracción de rayos- X. Para los estudios espectroscópicos y difractométricos se utilizó el producto recristalizado.
El punto de fusión se midió en un aparato Leica Gallen III Kofler. El espectro FT-IR se midió utilizando pastillas de KBr en un equipo Perkin-Elmer. Los espectros de resonan- cia magnética nuclear 1H-RMN y 13C-RMN (400 MHz y 100 MHz respectivamente), se obtuvieron en un espectró- metro Bruker Avance II, utilizando cloroformo deuterado (CDCl3). Los datos de difracción de rayos-X en muestra policristalina se registraron en un difractómetro Siemens D5005 utilizando radiación de CuKα (λ = 1,5418 Å). Los datos se colectaron en un rango de 5-65º en 2θ con pasos de 0,02º y un tiempo de 10 segundos por paso. Se utilizó silicio como estándar externo. Los datos de difracción de rayos-X de cristal único se midieron en un difractómetro Rigaku Pilatus 200K equipado con radiación de MoKα (λ=0,71073 Å). Los datos se corrigieron por efectos de absorción y polarización.
Discusión de resultados
Espectroscopia FT-IR
El espectro de FT-IR muestra las bandas de absorción carac- terísticas correspondientes a la estructura molecular de una cetona con anillos insaturados (figura 4). IR ʋmax cm-1: 3078 (Ar-H), 1644 (C=O), 1579, 1512 (C=C), C-Cl (1020), C-S (727). La banda a 3078 cm-1 corresponde a los C-H de los anillos aromáticos. La banda de absorción aguda en 1644 cm-1 se debe a la conjugación del estiramiento C=O del grupo carbonilo a,b-insaturado con los C=C de la cadena y los ani- llos. Las bandas en 1579 y 1512 cm-1 corresponden a los esti- ramientos C=C y las bandas en 1020 y 727 cm-1 a los aco- plamientos C-Cl y C-S, respectivamente.
Fig. 3:
Esquema de síntesis de la nueva chalcona (E)-3-(5- bromotiofeno-2-il)-1-(2,5-diclorotiofeno-3-il)-2-propen-1-ona (3).
Fig. 4
Espectro FT-IR de la nueva chalcona (E)-3-(5-bromotiofeno- 2-il)-1-(2,5-diclorotiofeno-3-il)-2-propen-1-ona (3).
Espectroscopia 1-H-RMN y 13C-RMN
El espectro 1H-RMN (figura 5) exhibe 5 señales integradas para 5 protones, 3 de los anillos tiofeno y 2 del doble enlace a,b-insaturado. El protón vinílico H-3 en δ 7,76 (1H, d, J = 15,2 Hz) se encuentra acoplado al H-2 en δ 7,08 (1H, d, J = 15,2 Hz) lo cual sugiere que se encuentran en orientación trans.
El espectro 13C-RMN (figura 6) muestra la presencia de 11 carbonos donde destacan 5 carbonos (C-4, C-7, C-8, C-9, C- 10), un carbono carbonílico C-1 en δ = 182,84, y dos carbo- nos olefínicos C-2 y C-3 en δ = 131,49 y δ = 136,61, respecti- vamente. La señal del carbono C-1 aparece en campo más bajo debido al acoplamiento con el grupo carbonilo.
Los estudios espectroscópicos confirman el esqueleto mole- cular de la chalcona (E)-3-(5-bromotiofeno-2-il)-1-(2,5- diclorotiofeno-3-il)-2-propen-1-ona (3).
Difracción de rayos-X en monocristales
La estructura cristalina se determinó utilizando el programa SIR201421 y se refinó mediante cálculos de mínimos cuadra- dos de matriz completa mediante el programa SHELXL22. Todos los átomos se colocaron en posiciones calculadas y tratados usando un modelo rígido con distancias C-H 0,96- 0,98 Å y Uiso(H)= 1,2 Ueq(C). Los datos cristalográficos re- portados aquí, se depositaron en la base de datos Cambridge Crystallographic Data Centre20 (www.ccdc.cam.ac.uk).
La chalcona (3) cristaliza en una celda monoclínica con grupo espacial P21/n. En la tabla 1 se resumen los datos cristalográ- ficos y figuras de mérito del refinamiento estructural.
Difracción de rayos-X en muestras policristalinas (DR-X)
El patrón de difracción de rayos-X indica la presencia de una sola fase. El indexado del patrón se realizó utilizando el programa Dicvol0423. La chalcona (3) cristaliza en una celda monoclínica con parámetros a = 4,007(2) (Ǻ), b = 13,505(3) (Ǻ), c = 23,425(3) (Ǻ), β = 94,310(2) (º).
La celda obtenida se refinó sin modelo estructural por el método de Le Bail24 utilizando el programa Fullprof25. La figura 7 muestra el resultado del refinamiento observándo- se un buen ajuste entre el patrón observado y calculado. Los parámetros de celda concuerdan muy bien con los encon- trados con difractometría de monocristal, lo cual es un indica- tivo de la homogeneidad de la muestra cristalizada.
Fig. 5
Espectro 1H-RMN (CDCl3) de la chalcona (3): δ 7,07(1H, d, J =4 Hz, H-5), δ 7,08 (1H, d, J=15,2 Hz, H-2), δ 7.12 (1H, d, J = 4 Hz, H-6), δ 7,19 (1H, s, H-11), δ 7,76 (1H, d, J =15,2 Hz, H-3).
Fig. 6:
Espectro 13C-RMN (CDCl3) de la chalcona (3): δ 117,20 (C-7), δ 122,56 (C-5), δ 127,08 (C-11), δ 127,12 (C-8), δ 131,28 (C- 9), δ 131,49 (C-2), δ 132,86 (C-6), δ 136,61 (C-3), δ 137,60 (C-10), δ 141,61 (C-4), δ 182,84 (C-1).
Fig. 7:
Gráfica del ajuste de la celda monoclínica encontrada para la chalcona (3).
La chalcona (E)-3-(5-bromo-tiofen-2-il)-1-(2,5-dicloro tio- fen-3-il)-2-propen-1-ona (3) cristaliza con una molécula en la unidad asimétrica. La molécula se encuentra en configu- ración E con respecto al grupo central definida por el ángulo de torsión C5-C6-C7-C8 de -179.8(4)°. Se debe destacar que la configuración trans en este tipo de com- puestos es termodinámicamente más estable respecto a la configuración cis26. La figura 8 muestra la unidad asimétrica y la figura 9 muestra el empaquetamiento cristalino de la chalcona.
Las distancias y ángulos de enlace, ver Tabla 2, se corres- ponden con el valor promedio de estructuras similares encontradas en la base de datos20, 27-30.
Fig. 8:
Unidad asimétrica de la chalcona (3). Las elipsoides se dibujaron con una probabilidad del 50 %. Los átomos de hidró- geno se muestran como esferas con radio arbitrario.
La molécula es esencialmente plana con una desviación máxima de 0,002(4) Å en C2 y mínima de -0,003(4) Å en C1. Los dos anillos tiofeno hacen un ángulo diedral de 1,6(2) °. La estructura se construye por un auto-ensamblaje de molécu- las a través de enlaces de hidrógeno no-convencionales del tipo C--H···O formando cadenas extendidas a lo largo de la dirección b. Estas cadenas pueden ser descritas por el grafo C(8)31. Estos enlaces de hidrógeno contribuyen a la estabili- zación de la estructura cristalina, que se empaqueta con una eficiencia del 71,4%.
Fig. 9:
Empaquetamiento cristalino de la chalcona (3).
Conclusiones
La caracterización espectroscópica por FT-IR y RMN permitió elucidar estructuralmente la nueva chalcona l(E)- 3-(5-bromo-tiofen-2-il)-1-(2,5-diclorotiofen-3-il)-2-propen- 1-ona sintetizada por el método de Claisen-Schmidt. El análisis por DRX indica que la chalcona cristaliza en una celda monoclínica con grupo espacial P21/n. El empaque- tamiento cristalino se encuentra gobernado por enlaces de hidrógeno no convencionales del tipo C--H···O con una eficiencia de empaquetamiento del 71,4%.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado gracias al CDCHTA y al FONACIT (LAB-97000821). Al Dr. J.A. Henao de la Uni-
versidad Industrial de Santander por la toma de datos di- fractométricos.
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