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Estudio de la síntesis de un pirazol sustituido con
cumarina como potencial sensor de cianuro
Fernando Mendoza Rangel
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Químico
Director: Jaime A. Portilla Salinas, Dr.Sc.
Universidad de los Andes - Facultad de Ciencias
Departamento de Química - GICOBIORG
Grupo de Investigación en Compuestos Bio-orgánicos
Mayo de 2018
2
Resumen
En este documento se presentan los resultados obtenidos sobre el estudio de la síntesis de 4-
formilpirazoles-3-cumarin sustituidos, los cuales pueden servir como precursores de potenciales
quimiodosímetros fluorescentes para la detección de aniones tipo cianuro.
La síntesis llevada a cabo consistió inicialmente en la formación de 3-acetilcumarinas, las cuales
luego se convirtieron en sus respectivas hidrazonas. Posteriormente, las hidrazonas se sometieron a
las condiciones de reacción de Vilsmeier-Haack para obtener los correspondientes 4-formilpirazoles-
3-cumarin sustituidos. Todos los productos obtenidos se caracterizaron por espectroscopía RMN.
Aunque fue posible obtener los 4-formilpirazoles deseados, es necesario optimizar las condiciones de
reacción para la obtención de uno de estos, ya que la caracterización por RMN 1H mostró que una de
las hidrazonas obtenidas no reaccionó completamente para formar el anillo de pirazol.
En este trabajo también se comentan ciertos aspectos acerca de la fluorescencia que exhiben los
compuestos obtenidos, y se analiza cualitativamente cómo varía la emisión de fluorescencia al
convertir un compuesto a otro. De acuerdo con las observaciones realizadas y los reportes previos en
la literatura, se espera que las moléculas formadas a partir de los precursores obtenidos en el
presente estudio tengan las características apropiadas de un quimiodosímetro para la detección de
aniones como el cianuro.
3
Listado de esquemas
Esquema 1. Representación de un quimiosensor basado en la aproximación sitio de unión-
subunidad de señalamiento ................................................................................................................. 6
Esquema 2. Representación de un quimiosensor de aniones basado en la aproximación de
desplazamiento ..................................................................................................................................... 7
Esquema 3. Representación de un quimiodosímetro mediante (a) unión covalente y (b) catálisis de
una reacción.......................................................................................................................................... 7
Esquema 4. (a) Proceso PET con la participación del HOMO y LUMO del fluoróforo y un orbital
lleno. (b) Proceso PET con un orbital vacío. (c) Proceso EET con la participación del HOMO y LUMO
del fluoróforo y un orbital molecular externo ...................................................................................... 9
Esquema 5. Relajación de disolvente alrededor de un sensor que tiene un momento dipolar bajo en
el estado basal y un momento dipolar alto en el estado excitado. ..................................................... 10
Esquema 6. Ruta de síntesis planteada para la obtención de los nuevos fluoróforos ..................... 13
Esquema 7. Reacción de condensación y ciclación para la formación de las 3-acetilcumarinas 9a-b
............................................................................................................................................................ 13
Esquema 8. Mecanismo de reacción para la formación de las 3-acetilcumarinas 9a-b .................. 14
Esquema 9. Formación de las hidrazonas a partir de las 3-acetilcumarinas y fenilhidrazina ....... 14
Esquema 10. Mecanismo para la formación de las hidrazonas 11a-b ............................................ 16
Esquema 11. Reacción de 11a con cianuro estudiada por Misra et al ............................................ 17
Esquema 12. Mecanismo de formación de los 4-formilpirazoles 12a-b a partir de las hidrazonas
11a-b ................................................................................................................................................... 18
Esquema 13. Formación del estado ICT y TICT de 9b .................................................................... 20
Listado de figuras
Figura 1. Algunos sensores fluorescentes de cianuro basados en la unidad de cumarina ................ 5
Figura 2. Quimiodosímetros sintetizados en el GICOBIORG basados en pirazoles para la detección
de cianuro ........................................................................................................................................... 11
Figura 3. Espectro 1H RMN de la 3-acetilcumarina 9a ................................................................... 15
Figura 4. Espectro 1H RMN de la 3-acetil-7-dietilaminocumarina 9b ............................................ 15
Figura 5. Espectro RMN 1H de la hidrazona 11a ............................................................................ 16
Figura 6. Espectro RMN 1H de la hidrazona 11b ............................................................................ 17
Figura 7. Espectro 1H RMN del 4-formilpirazol 12a ....................................................................... 19
Figura 8. Espectro 1H RMN del 4-formilpirazol (P) 12b contaminado con la cumarina (C) 9b ..... 19
Figura 9. Emisión de fluorescencia de 9a, 9b, 11a, 11b, 12a, 12b+9b ........................................... 20
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Tabla de contenido
1. Introducción ................................................................................................................................... 5
2. Marco teórico ................................................................................................................................. 6
2.1. Diseño de sensores para la detección de aniones .................................................................. 6
2.2. Mecanismos fotofísicos para la detección de aniones ............................................................ 8
2.2.1. Extensión del sistema π .................................................................................................. 8
2.2.2. Incorporación de grupos aceptores y dadores de electrones ........................................... 8
2.2.3. Procesos fotofísicos intramoleculares en la emisión de fluorescencia ............................ 8
2.3. Fluoróforos basados en cumarinas ...................................................................................... 10
2.4. Receptores basados en un fragmento de indolinio .............................................................. 11
2.5. Pirazoles ............................................................................................................................... 11
3. Alcance del proyecto .................................................................................................................... 12
4. Metodología ................................................................................................................................. 12
5. Objetivos ...................................................................................................................................... 13
5.1. Objetivo general ................................................................................................................... 13
5.2. Específicos ............................................................................................................................ 13
6. Resultados y discusión ................................................................................................................ 13
6.1. Síntesis de 3-acetilcumarinas .............................................................................................. 13
6.2. Síntesis de hidrazonas ......................................................................................................... 14
6.3. Síntesis de 4-formilpirazoles ................................................................................................ 18
6.4. Efecto del sustituyente en la cumarina en la emisión de fluorescencia .............................. 19
7. Conclusiones ................................................................................................................................ 21
8. Procedimiento experimental ....................................................................................................... 21
8.1. General procedure for the preparation of 3-acetylcoumarins ............................................. 21
8.2. General procedure for the preparation of hydrazones ........................................................ 21
8.3. General procedure for the synthesis of pyrazole-4-carbaldehydes. .................................... 22
9. Referencias .................................................................................................................................. 23
10. Anexos ...................................................................................................................................... 25
5
1. Introducción El cianuro (CN −) y el cianuro de hidrógeno (HCN) son compuestos extremadamente tóxicos. La
exposición a cianuro es una causa de gran preocupación, pues su presencia en diferentes ambientes
es cada vez mayor como resultado del incremento en la demanda de éste para aplicaciones
industriales como la producción de papeles, textiles, plásticos, y en procesos como la metalo-
galvanoplastia y en la extracción de oro y plata.1 El cianuro también es liberado, aunque en
concentraciones mínimas, como resultado de procesos biológicos de bacterias, hongos y algas. A pesar
que estas fuentes de cianuro son poco perjudiciales en humanos, pacientes inmunocomprometidos,
como aquellos que sufren de fibrosis quística, pueden contraer infecciones por bacterias productoras
de cianuro como las Pseudomonas aeruginosa.2
La toxicidad del CN − radica en que éste puede formar un complejo estable con la enzima citocromo
c oxidasa, la cual está involucrada en la cadena de transporte de electrones, por lo que la inhibición
de dicha enzima ocasiona asfixia y muerte celular. Adicionalmente, la exposición a este anión tiene
efectos adversos sobre los sistemas nerviosos, endocrinos y vasculares de los humanos, por lo que la
Organización Mundial de la Salud (WHO) estableció que el nivel máximo aceptable de cianuro en
agua potable es de 0,2 ppm.1 Teniendo en cuenta lo anterior, la detección de cianuro en fuentes
acuáticas y en aplicaciones biomédicas, se ha convertido en un tema atractivo para los
investigadores. Los métodos tradicionales de detección de cianuro como los titrimétricos o
potenciométricos suelen ser costosos y poco prácticos ya que requieren de largos tiempos para
completarse. Sin embargo, el uso de sensores cromogénicos o fluorogénicos, los cuales luego de
interactuar con el cianuro muestran un cambio en el color visible o en la fluorescencia, pueden
detectar de forma más rápida y menos costosa la cantidad de cianuro en una solución, como una
muestra de agua o de sangre2. En la Figura 1 se muestran algunos sensores basados en la unidad
de cumarina utilizados para la detección de cianuro.
Figura 1. Algunos sensores fluorescentes de cianuro basados en la unidad de cumarina3–5
Este trabajo se enfoca en el estudio de la síntesis de precursores de nuevos compuestos que tienen
el potencial de funcionar como sensores fluorescentes de encendido. Tales compuestos exhiben
ciertas propiedades luminiscentes en virtud a su estructura dadora-π-aceptora, y se espera que tras
la interacción de la subunidad receptora con el cianuro se observen cambios en la longitud de onda
6
de emisión, en la intensidad de la radiación emitida, u otras características espectroscópicas que
permitan cuantificar la concentración de cianuro.6 Las características que se espera que estos
compuestos exhiban son: que sean sensores fluorescentes de encendido, muestren un cambio notorio
en su emisión, puedan detectar concentraciones bajas en solución acuosa, y tengan afinidad al
cianuro.
2. Marco teórico En esta sección se describen algunos aspectos básicos para el desarrollo de este proyecto, entre los
que están: las aproximaciones utilizadas para el diseño de sensores, los mecanismos fotofísicos de
detección, y algunas propiedades químicas y fotofísicas de las diferentes unidades involucradas en
las moléculas objetivo.
2.1. Diseño de sensores para la detección de aniones Una aproximación general para el desarrollo de quimiosensores de aniones es el acoplamiento de al
menos dos unidades que cumplen una función precisa. La primera unidad tiene como función unirse
al anión objetivo, mientras que la segunda desplegar un cambio espectroscópico luego de la
interacción con el anión. Existen distintas aproximaciones para el diseño de quimiosensores
dependiendo de si la unión entre las dos unidades es covalente o no, y de si la interacción entre el
receptor y el anión es reversible o irreversible.7 En la aproximación conocida como ‘sitio de unión-
subunidad de señalamiento’ las dos unidades se encuentran covalentemente unidas, mientras que
en la aproximación de ‘desplazamiento’ no. Paralelamente, si el anión se une al sitio de unión
reversiblemente se dice que la molécula es un quimiosensor, mientras que si lo hace
irreversiblemente se conoce como quimiodosímetro.7
Como se muestra en el Esquema 1, en la aproximación de sitio de unión-subunidad de señalamiento
el receptor se une reversiblemente al anión, de tal manera que ocurre un cambio en las propiedades
espectroscópicas de la subunidad de señalamiento, dando lugar a variaciones en el color
(quimiosensor cromogénico) o en su fluorescencia (quimiosensor fluorogénico).7
Esquema 1. Representación de un quimiosensor basado en la aproximación sitio de unión-subunidad de señalamiento7
Cuando se escoge un receptor para cierto anión es necesario tener en cuenta factores como la
geometría del anión, su carga, hidrofobicidad, entre otros. En general, la unión del anión con el
receptor se puede dar por interacciones electrostáticas, por formación de puentes de hidrógeno e
interacciones con centros metálicos. Las interacciones electrostáticas con aniones se dan cuando se
usan receptores cargados positivamente como grupos guanidinio o sales de tetraalquilamonio, en los
que la carga positiva básicamente no cambia con el pH del medio. Por otro lado, se pueden formar
7
puentes de hidrógeno en el proceso si en éste están involucrados átomos de hidrógeno y átomos
altamente electronegativos que tienen pares de electrones libres (N y O). Algunos grupos formadores
de puentes de hidrógeno usados típicamente en quimiosensores fluorogénicos o cromogénicos son las
ureas, tioureas, porfirinas y amidas. Por su parte, los complejos metálicos también han sido usados
como sitios de unión de aniones, puesto que la unión entre estas especies es mucho más fuerte
respecto de las que se dan por interacciones electrostáticas o de puentes de hidrógeno.7
En la aproximación de desplazamiento, al igual que en el caso anterior, también se emplea un sitio
de unión y una subunidad de señal, que en lugar de estar covalentemente unidas forman un complejo
de coordinación.7 Los quimiosensores basados en esta aproximación en presencia de un anión dado
presentan una reacción de desplazamiento reversible que libera a la subunidad de señalamiento y
la retorna a su comportamiento espectroscópico de su estado no coordinado. Si las características
espectroscópicas de la especie coordinada inicial y la forma libre son diferentes, se puede asociar la
reacción de desplazamiento a un evento de señalización. Como es de esperar, la constante de
formación del complejo entre el sitio de unión y la subunidad de señal debe ser menor que aquella
entre el sitio de unión y el anión objetivo para que tenga lugar la reacción de desplazamiento. La
selectividad en este caso se logra escogiendo un par receptor–indicador con una constante de
formación más grande que aquella entre el sitio de unión y los posibles aniones interferentes.7
Esquema 2. Representación de un quimiosensor de aniones basado en la aproximación de desplazamiento7
Como se mencionó previamente, los quimiodosímetros se distinguen de los quimiosensores en la
naturaleza irreversible de la reacción que se da con el analito. La idea subyacente de estos sistemas
irreversibles es aprovechar la reactividad selectiva que ciertos aniones pueden presentar frente a
ciertos grupos funcionales para inducir un cambio espectroscópico.7 Por lo anterior, los
quimiodosímetros usualmente exhiben una alta selectividad y rápida respuesta frente al anión
objetivo, además de una alta sensibilidad debido a la emisión fotoluminiscente que acompaña a la
reacción. Dada la rápida respuesta, alta sensibilidad y excelente selectividad, el diseño, síntesis y
aplicación de quimiodosímetros en la detección de iones han atraído la atención y se han convertido
en un campo muy activo de investigación.8
Esquema 3. Representación de un quimiodosímetro mediante (a) unión covalente y (b) catálisis de una reacción7
(a)
(b)
8
2.2. Mecanismos fotofísicos para la detección de aniones Uno de los requerimientos básicos de un sensor luminiscente es que las propiedades luminiscentes
(intensidad, longitud de onda, tiempo de vida, etc.) del producto puedan ser distinguidas de las del
reactivo luego de la reacción con el analito. Por lo anterior, todos los factores que afectan las
propiedades luminiscentes pueden ser utilizadas para diseñar quimiodosímetros luminiscentes.8
Entre los factores que afectan la luminiscencia de un compuesto aromático está la extensión del
sistema π, la incorporación de grupos aceptores y dadores de electrones y varios procesos fotofísicos
intramoleculares provenientes de dichas características.
2.2.1. Extensión del sistema π
La mayoría de los compuestos orgánicos fluorescentes son aromáticos, por lo que al variar el grado
de conjugación del sistema π generalmente se cambian propiedades luminiscentes como la longitud
de onda de emisión de fluorescencia, el rendimiento cuántico o inclusive el tiempo de vida de la
fluorescencia.8 De este modo, si un analito se une específicamente con tales compuestos alterando
su sistema π, el compuesto fluorescente podría ser usado como un quimiodosímetro de ese analito.
2.2.2. Incorporación de grupos aceptores y dadores de electrones
La introducción de sustituyentes dadores y aceptores de electrones también afecta las características
fluorescentes de un compuesto orgánico aromático, aunque su efecto suele ser complejo.9 En general,
los sustituyentes pueden inducir un incremento en el coeficiente de absorción molar y un cambio en
el espectro de emisión. Se ha encontrado que las moléculas que tienen un grupo dador conjugado con
un grupo aceptor en el mismo sistema π son bastante versátiles debido a la posibilidad de sintonizar
las propiedades luminiscentes al modificar dichos grupos.
2.2.3. Procesos fotofísicos intramoleculares en la emisión de fluorescencia
Entre los mecanismos fotofísicos convencionales que afectan la emisión de fluorescencia de una
molécula está (i) la transferencia electrónica, (ii) la transferencia de carga, (iii) la transferencia de
energía, y (iv) la formación de excímeros/excíplejos.10 Otros fenómenos fotofísicos desarrollados
recientemente son: (i) la emisión inducida por agregación, (ii) la restricción de la isomerización C=N,
y (iii) la transferencia de protones intramolecular en estado excitado. Por su parte, la transferencia
electrónica fotoinducida (PET) es uno de los mecanismos más empleados en sensores fluorescentes.
Este proceso tiene lugar si otra parte de la molécula proporciona un orbital cuya energía está entre
la del HOMO y la del LUMO del fluoróforo. La transferencia electrónica fotoinducida puede ocurrir
desde un orbital lleno al HOMO del fluoróforo, o desde el LUMO excitado del fluoróforo a un orbital
vacío, según la naturaleza del orbital cercano incorporado. Por lo anterior, se pueden presentar
decaimientos no radiativos y consecuentemente la extinción de la fluorescencia del fluoróforo.
Como es bien sabido, la emisión de fluorescencia en una molécula se observa cuando un electrón en
el LUMO decae al HOMO, liberando el exceso de energía como luz. De esta forma, puede ocurrir que
exista un orbital perteneciente a otra parte de la molécula o a otra entidad molecular cuya energía
esté entre la del HOMO y el LUMO del fluoróforo. Si este orbital vecino está lleno, el proceso PET
puede ocurrir desde dicho orbital al HOMO del fluoróforo, de tal forma que una posterior
transferencia electrónica del LUMO del fluoróforo al orbital vecino retorna la molécula al estado
basal. Si la molécula sigue esta secuencia de transferencia electrónica se observa una extinción de
la fluorescencia debido a que la transición del estado excitado al estado basal se da mediante un
camino no radiativo, como muestra el Esquema 4. Cuando el orbital vecino está vacío el proceso
9
PET ocurre desde el LUMO excitado al orbital vecino vacío y posteriormente desde dicho orbital al
HOMO del fluoróforo. Al igual que en el caso previo, la des-excitación se da sin emisión de radiación
y la fluorescencia se extingue. En los quimiodosímetros que se basan en este proceso fotofísico, la
reacción con el analito induce la aparición o desaparición del orbital vecino entre el HOMO y el
LUMO del fluoróforo, resultando en la extinción o aumento de la fluorescencia, respectivamente.8
Esquema 4. (a) Proceso PET con la participación del HOMO y LUMO del fluoróforo y un orbital lleno. (b) Proceso PET
con un orbital vacío. (c) Proceso EET con la participación del HOMO y LUMO del fluoróforo y un orbital molecular externo7
Otro mecanismo responsable de la extinción de la fluorescencia por ciertas entidades moleculares es
la transferencia de energía electrónica (EET). Los quimiodosímetros que se basan en este proceso
fotofísico pueden inducir la aparición o desaparición de un par de orbitales moleculares vacíos o
semillenos cuya energía está entre la del HOMO y la del LUMO del fluoróforo. Cuando existe dicho
par de orbitales moleculares puede ocurrir una transferencia simultánea de dos electrones: desde el
LUMO excitado al orbital vecino, y desde este último orbital al HOMO del fluoróforo. Dicha
transferencia electrónica retorna el sistema al estado basal mediante un camino no radiativo, por lo
que se extingue la fluorescencia de la molécula (Esquema 4 (c)). La ocurrencia de este proceso
fotofísico requiere que el grupo receptor y la unidad de señal estén separados por una distancia de
aproximadamente 10 Ǻ, por lo que los quimiodosímetros basados en este proceso son dependientes
de la distancia entre las dos unidades.7
Los procesos de transferencia de carga incluyen la transferencia de carga intramolecular (ICT), la
transferencia de carga metal-ligando (MLCT), y la transferencia de carga intramolecular por torsión
(TICT). En el proceso MLCT la transferencia de carga se da desde un ligando a un catión de un metal
de transición, por lo que comúnmente se observa en complejos de metales de transición. Por su parte,
la TICT es una fuerte transferencia de carga intramolecular que ocurre en el estado excitado e
involucra la relajación de moléculas de disolvente alrededor de la molécula para permitir una
rotación continua del grupo dador y aceptor hasta que estos se encuentran a 90°.10
Como es bien sabido, la excitación de un fluoróforo induce el movimiento de un electrón de un orbital
a otro. Si los orbitales iniciales y finales están separados espacialmente, la transición está
acompañada de un casi instantáneo cambio en el momento dipolar de la molécula.
Consecuentemente, el estado excitado al que se llega tras la excitación (llamado estado de Franck-
Condon F-C o estado localmente excitado, LE) no está en equilibrio con las moléculas del disolvente
circundante si estas son polares. En un medio que es suficientemente fluido, las moléculas de
disolvente rotan durante el tiempo de vida del estado excitado hasta que la esfera de solvatación
está en equilibrio termodinámico con el fluoróforo. En este caso, se dice que un estado de
transferencia de carga intramolecular se ha alcanzado (ICT).9 Si la relajación del disolvente está
10
acompañada de una rotación interna del grupo dador, se llega a un estado de TICT. La energía del
estado de transferencia de carga emisor es usualmente diferente de la del estado F-C debido a la
relajación del disolvente. En la mayoría de los casos el momento dipolar de una molécula aromática
en el estado excitado μe difiere del estado basal μb. La razón por la que el momento dipolar cambia
se debe a que la absorción de un fotón por un fluoróforo ocurre en un tiempo muy corto (~ 10-15 s) con
respecto al desplazamiento de los núcleos (principio de F-C), pero permite una redistribución de los
electrones, lo cual resulta en un cambio en el momento dipolar. Por tanto, tras la excitación, la esfera
de solvatación sufre una relajación, i.e. una reorganización que conlleva a un estado relajado de
mínima energía libre. Si el tiempo requerido para la reorganización de moléculas de disolvente
alrededor del soluto es corto respecto al tiempo de vida del estado excitado, la fluorescencia será
esencialmente emitida por aquellas moléculas en equilibrio con su esfera de solvatación. Puesto que
la emisión de un fotón de fluorescencia es casi instantánea, el soluto recupera el momento dipolar
de su estado basal y un nuevo proceso de relajación lleva el sistema soluto-disolvente en el estado
basal a su configuración inicial más estable (Esquema 5).9
Esquema 5. Relajación de disolvente alrededor de un sensor que tiene un momento dipolar bajo en el estado basal y un
momento dipolar alto en el estado excitado.9
2.3. Fluoróforos basados en cumarinas En el campo de materiales funcionales, este sistema heterocíclico tiene una alta demanda para el
diseño y desarrollo de moléculas fluorescentes innovadoras. Los derivados de cumarina son una clase
de tintes fluorescentes ampliamente estudiados, y estos han sido empleados en diferentes
aplicaciones como: agentes blanqueadores fluorescentes, en la detección de metales, en biología
celular, en sensores de pH y como aditivos en celdas solares.11 La cumarina por sí sola no es
fluorescente, pero exhibe una alta fluorescencia cuando es sustituida en diferentes posiciones por
varios grupos funcionales. Las propiedades fluorescentes de la cumarina pueden modularse
mediante la incorporación de grupos dadores y aceptores de electrones en diferentes posiciones del
heterociclo. De acuerdo con lo reportado en la literatura, la incorporación de un grupo dador en la
posición 7 y un grupo aceptor en la posición 3 ocasiona un desplazamiento batocrómico, por lo que
tal patrón de sustitución conlleva a la obtención de un cromóforo efectivo.11,12
Por su parte, las 7-aminocumarinas son de particular interés debido a que poseen un grupo electrón-
dador conjugado con un grupo electrón-atractor, por lo que estas moléculas en su estado excitado
exhiben un incremento del momento dipolar bastante pronunciado que conduce a una transferencia
de carga intramolecular fotoinducida.9 La presencia de pares libres sobre átomos de nitrógeno u
oxígeno no cambia la naturaleza de las transiciones π-π* de los derivados. De hecho, los pares libres
están involucrados directamente en la nube π del sistema aromático, en contraste con los pares de
11
electrones libres en sustituyentes carbonílicos.9 Como se mencionó en la introducción, muchos
sensores fluorescentes se basan en cumarinas como unidad de señal. En general, estos sensores se
basan en un proceso ICT, por lo que la interacción con el analito en cuestión puede mejorar o
suprimir dicho proceso ICT, resultando en un desplazamiento batocrómico o ipsocrómico del espectro
de emisión. Lo anterior otorga una señal proporciométrica que permite eliminar las ambigüedades
por calibración de dos bandas de emisión y hacer determinaciones cuantitativas en aplicaciones más
complejas.7
2.4. Receptores basados en un fragmento de indolinio Diferentes sensores orgánicos fluorescentes han sido desarrollados para la detección de cianuro
basados en la adición del cianuro sobre grupos funcionales electrón-deficientes e.g., oxazina
dicianovinilo, salicilaldehído, trifluoroacetofenona, trifluoroacetamida, imidazol o sales de: pirilio,
piridinio, acridinio, y otros. Sin embargo, estos sensores deben ser usados en medios que contienen
disolventes orgánicos y sus sensibilidades en medios acuosos son bajas. Por su parte, las sales de
indolinio han emergido como uno de los receptores más apropiados para la detección de aniones como
cianuro.13 Por tanto, la unión de un fragmento de indolinio a un cromóforo es un método excelente
para estudios de detección de aniones, ya que la electrofilicidad de carbonos sp2 hacia el cianuro
mejora debido a la carga positiva que se sitúa sobre el átomo de nitrógeno de la unidad de indolinio.14
2.5. Pirazoles Los pirazoles funcionalizados han atraído considerable atención debido a que estos han mostrado
ser intermediarios sintéticos útiles para la preparación de compuestos bioactivos, moléculas
fluorescentes y complejos de coordinación. El núcleo de pirazol puede actuar como un fragmento
electrón-dador en un cromóforo debido a la presencia de un átomo de nitrógeno pirrólico, lo cual es
favorable para aplicaciones en las que se requieren de moléculas colorantes.6
En ocasiones previas el GICOBIORG estudió la síntesis y el desempeño de quimiodosímetros que
contienen un anillo de pirazol en su estructura. Este tipo de sensores fluorescentes basados en el
proceso ICT para detectar cianuro han sido ampliamente estudiados debido a sus propiedades
dadoras-π-aceptoras (D-π-A), las cuales pueden ser modificadas para inducir cambios fluorescentes
o colorimétricos. En este aspecto, recientemente se sintetizaron y se probaron los pirazoles que se
muestran en la Figura 2 como quimiodosímetros para la detección de cianuro, y se encontró que el
compuesto 6 sirve como un quimiodosímetro fluorescente de apagado. En estas moléculas se emplea
un fragmento de dicianovinilo como aceptor, el cual puede reaccionar fácilmente con el cianuro y
romper la conjugación del sistema D-π-A, modificando así sus propiedades ópticas.6
Figura 2. Quimiodosímetros sintetizados en el GICOBIORG basados en pirazoles para la detección de cianuro6
12
3. Alcance del proyecto El diseño de sensores fluorescentes es de gran importancia debido a su alta demanda en química
analítica, bioquímica clínica, medicina, y aplicaciones ambientales. El éxito de estos sensores
fluorescentes se debe a las diferentes ventajas que ofrecen las técnicas analíticas de detección de
fluorescencia en términos de sensibilidad, selectividad, tiempo de respuesta y observación local.
Actualmente hay una amplia gama de sensores moleculares fluorescentes para aplicaciones
particulares y muchos de ellos están disponibles comercialmente. No obstante, aún hay una gran
necesidad de nuevos y mejores sensores que exhiban mayor selectividad y perturben mínimamente
el ambiente que está siendo analizado.9
Teniendo en cuenta el carácter π-excedente, las propiedades fluorescentes y el continuo interés por
parte del grupo GICOBIORG de los derivados pirazólicos y en la síntesis de nuevas moléculas N-
heterocíclicas, en este trabajo se plantea la síntesis de las moléculas 12a-b como precursores para
la síntesis de los compuestos 14a-b (
Esquema 6) que pueden servir como nuevos quimiodosímetros fluorescentes.
Estos nuevos sistemas D-π-A contienen un núcleo de pirazol unido a un fragmento de cumarina en
posición 3, un fragmento de indolinio en posición 4 y un grupo fenilo unido al N-1. Las moléculas
propuestas se esperan que sirvan como sensores fluorescentes de encendido capaces de detectar
selectivamente el cianuro en solución acuosa. Uno de los aspectos que cabe resaltar de este proyecto
es el hecho que las moléculas 11b, 12b, 14a y 14b no han sido reportadas previamente en la
literatura, lo cual hace interesante y añade valor al presente proyecto.
4. Metodología La ruta de síntesis para la obtención de los nuevos quimiodosímetros se muestra en el
Esquema 6. La primera etapa de esta síntesis consta de una reacción de condensación-ciclación para
formar la 3-acetilcumarina 9. La posterior funcionalización de la cetona 9 mediante su condensación
con fenilhidrazina 10 conlleva a la correspondiente hidrazona 11. Posteriormente, la hidrazona
previamente obtenida se hace reaccionar con el reactivo de Vilsmeier-Haack para formar los
respectivos 4-formilpirazoles 12 mediante la secuencia de reacciones in situ formilación-ciclación-
formilación. En estudios futuros, se espera que los 4-formilpirazoles-3-cumarinsustituidos 12 se
utilicen como precursores para la reacción con la sal de indolinio 13, la cual además de extender la
conjugación en el compuesto formado 14, ofrece un sitio de reacción electrofílico para aniones tipo
cianuro.15 Es importante mencionar que la cumarina 9b posee un grupo dietilamino (NEt2), el cual
es importante para incrementar las propiedades fluorescentes de este fluoroforo,16 por lo que la
presencia de este grupo sustituyente en los productos 12 y 14, favorecerían sus propiedades
fotofísicas en estudios posteriores hacia el diseño de sensores moleculares. Por lo tanto, este trabajo
de investigación contribuirá positivamente al desarrollo de la línea de investigación del
GICOBIORG, dirigida hacia el diseño, síntesis y estudios fotofísicos de nuevas moléculas con
potencial en sensores fluorescentes.
13
Esquema 6. Ruta de síntesis planteada para la obtención de los nuevos fluoróforos
5. Objetivos
5.1. Objetivo general o Sintetizar el formilpirazol 12a y estudiar la síntesis del derivado 12b como precursores de
potenciales sensores fluorescentes en la detección de cianuro.
5.2. Específicos o Sintetizar las 3-acetilcumarinas precursoras 9a-b.
o Condensar las cetonas 9a-b con fenilhidrazina 10 para formar las hidrazonas 11a-b.
o Obtener el formilpirazol 12a y estudiar la síntesis del pirazol 12b.
o Identificar cualitativamente el efecto del grupo dietilamino de los compuestos obtenidos.
6. Resultados y discusión
6.1. Síntesis de 3-acetilcumarinas Las 3-acetilcumarinas 9 se sintetizaron mediante la condensación entre acetoacetato de etilo y el
salicilaldehído apropiado 7 usando piperidina como base. Las reacciones se llevaron a cabo bajo
reflujo en etanol y los productos se obtuvieron con excelentes rendimientos.
Esquema 7. Reacción de condensación y ciclación para la formación de las 3-acetilcumarinas 9a-b
De forma general, el mecanismo por el cual procede esta reacción involucra inicialmente una
condensación de Knoevenagel seguida de una ciclación intramolecular. Esta secuencia de reacciones
se favorece gracias a la presencia de grupos nucleofílicos y electrofílicos del salicilaldehído.
Inicialmente, la base ataca el protón ácido del acetoacetato de etilo para generar un carbanión que
es estabilizado por los dos grupos extractores de carga. El carbanión generado posteriormente ataca
al aldehído para dar lugar al producto de condensación, el cual luego sufre una ciclación
intramolecular tras el ataque nucleofílico del grupo hidroxilo al grupo carbonilo del éster.
14
Esquema 8. Mecanismo de reacción para la formación de las 3-acetilcumarinas 9a-b
Los productos obtenidos se caracterizaron por RMN 1H, 13C y DEPT-135. En la Figura 3 y Figura 4
se muestra el espectro 1H RMN de los compuestos 9a y 9b respectivamente. En estos espectros se
puede apreciar que las señales aparecen con los desplazamientos y desdoblamientos esperados para
los distintos protones, y además integran para el número adecuado de protones. Entre las señales
características de este tipo de compuestos están la del protón del C4 y la del CH3 del grupo acetilo,
las cuales aparecen como singletes desplazados hacia campo bajo de las correspondientes regiones
aromática y alifática. Por otro lado, la posición y el desdoblamiento de las señales aromáticas difiere
ligeramente entre 9a y 9b a causa del grupo dietilamino presente en el anillo aromático. De esta
forma, el grupo dietilamino además de ocasionar la aparición de dos señales más en la zona alifática,
hace que las señales aromáticas aparezcan un poco más hacia campo alto y que estas no sean
multipletes sino un singlete y dos dobletes bien definidos. La identidad de las moléculas se puede
confirmar con los espectros de 13C y DEPT-135 que se muestran en la sección de Anexos. De esta
forma, al examinar el número de señales y el desplazamiento de cada una de estas en los espectros
de 13C y DEPT-135 se puede corroborar que en efecto los compuestos obtenidos contienen el número
apropiado de carbonos, y además distinguir cuáles señales corresponden a los CH3, CH2, CH, y C
que hay en cada compuesto.
6.2. Síntesis de hidrazonas Las hidrazonas se sintetizaron mediante la reacción entre fenilhidrazina 10 y las 3-acetilcumarinas
9a-b. El mecanismo de formación de este tipo de compuestos es bien conocido, y procede por el ataque
nucleofílico de la hidrazina al carbonilo del grupo acetilo (Esquema 10). La reacción se llevó a cabo
en presencia de ácido acético ya que esta especie al protonar el grupo carbonilo aumenta la
electrofilia del carbono.
Esquema 9. Formación de las hidrazonas a partir de las 3-acetilcumarinas y fenilhidrazina
15
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0ppm
3.152.071.00
TMS
H2O
CH3
Chloroform-d
CH, CH
CH, CH
CH
-0.0
1
1.6
3
2.7
3
7.2
67
.32
7.3
47
.36
7.6
57
.66
8.5
1
7.7 7.6 7.5 7.4 7.3ppm
2.072.04
Chloroform-d
CH, CHCH, CH
7.2
6
7.3
27.3
47.3
67
.38
7.6
47.6
57
.66
7.6
6
Figura 3. Espectro 1H RMN de la 3-acetilcumarina 9a
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0ppm
6.524.17 3.011.061.030.97
TMS
CH3CH3
CH2
CH
CH
Chloroform-d
CHCH
1.22
1.24
1.26
2.67
3.43
3.45
3.46
3.48
6.46
6.637.
387.
40
8.43
7.0 6.5ppm
1.061.03 1.02
CH
CH
Chloroform-d
CH
6.46
6.60
6.637.
387.
40
3.5 3.0 2.5 2.0 1.5ppm
6.524.17 3.01
CH3CH3
CH2
1.22
1.24
1.26
2.67
3.43
3.45
3.46
3.48
Figura 4. Espectro 1H RMN de la 3-acetil-7-dietilaminocumarina 9b
Los sólidos obtenidos de cada reacción fueron caracterizados por RMN 1H, 13C y DEPT-135. Los
espectros de RMN 1H de 11a y 11b se muestran respectivamente en la Figura 5 y Figura 6. En estos
espectros se puede observar que aparecen señales correspondientes a los protones unidos a los
átomos de nitrógeno y aparecen las señales aromáticas correspondientes al anillo incorporado a la
estructura. Dado que el espectro de 11a se tomó en DMSO-d6 la señal del protón del NH aparece
como una señal bien definida, mientras que en el espectro de 11b la misma señal es más ancha y
menos intensa debido a que se tomó en CDCl3. En el espectro de 11a, la señal de los protones
16
aromáticos del fragmento de fenilhidrazina que están en las posiciones orto- y meta- aparecen
solapadas alrededor de 7,24 ppm, mientras que las otras señales aromáticas sí son claras en su
desdoblamiento y multiplicidad esperada.
Esquema 10. Mecanismo para la formación de las hidrazonas 11a-b
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0ppm
4.18 3.171.14 1.061.05 1.01
CH3
DMSO-d6
CH
CH, CH
CH
CH
CHCH
CH
NH
0.0
0
2.2
2
2.5
1
3.3
8
6.7
76.7
96
.81
7.2
17
.23
7.2
47
.43
7.6
07
.627
.84
7.8
68
.20
9.4
5
8.2 8.1 8.0 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 7.0 6.9 6.8 6.7ppm
4.182.041.14 1.11 1.061.01
CH
CH, CH
CHCHCHCH
CH
6.7
76
.79
6.8
1
7.2
17.2
37.2
4
7.3
57
.37
7.3
97
.41
7.4
3
7.5
97
.60
7.6
2
7.8
47
.868
.20
Figura 5. Espectro RMN 1H de la hidrazona 11a
La hidrazona 11a fue previamente estudiada por Misra et al. como un quimiodosímetro para la
detección de aniones.17 Este autor reporta en su estudio que este compuesto en solución acuosa
exhibe dos bandas de absorción, una de baja energía centrada en 377 nm y otra de alta energía en
278 nm, y que esta sonda mostraba una emisión baja al ser excitada a 378 nm. El comportamiento
optoelectrónico de esta sonda en presencia de aniones como F-, Cl-, Br-, I-, SO42-, CO3
2-, SCN-, AcO-,
N3-, S2-y H2PO4
- no cambiaba considerablemente, mientras que con el CN- mostraba un aumento en
el rendimiento cuántico y un aumento en la emisión a 495 nm, tal que la solución no fluorescente en
17
presencia del anión cianuro emitía una fluorescencia de color azul-verde. De esta forma, el autor
confirmó la afinidad que tiene la sonda por el cianuro en medio acuoso (Esquema 11)
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0ppm
6.914.14 3.252.25 2.001.01 1.010.99
TMS
CH3
CH3
CH2
CH
CHCH
CH
Chloroform-d
CH
CH
NH
CH
0.00
1.21
1.23
1.24
1.61
2.32
3.40
3.423.44
3.46
6.51
6.63
6.86
6.88
6.90
7.15
7.17
7.26
7.28
7.34
7.37
7.56
7.65
7.97
8.0 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 7.0 6.9 6.8 6.7 6.6 6.5ppm
2.25 2.02 2.001.021.01 1.010.99
CHCHCH
CHChloroform-d
CH
CH
NH
CH
6.51
6.616.63
6.866.
886.
90
7.157.
177.26
7.28
7.307.34
7.37
7.56
7.65
7.97
Figura 6. Espectro RMN 1H de la hidrazona 11b
En el estudio se llevaron a cabo experimentos de RMN 1H, RMN 13C, FTIR y ESI-MS para confirmar
que el cianuro reacciona con la funcionalidad enona del quimiodosímetro para formar un aducto de
Michael en el medio (Esquema 11).
Esquema 11. Reacción de 11a con cianuro estudiada por Misra et al
Para probar la afinidad del cianuro con la sonda el autor llevó a cabo experimentos de titulación, en
los que encontró que tras la adición gradual de cianuro (0-100 equiv) a la solución de la sonda la
banda de absorción a 377 nm disminuía gradualmente, mientras que la banda a 278 nm desaparecía
y simultáneamente aparecía una nueva banda a 267 nm. En el espectro de emisión encontró que al
añadir entre 0-20 equiv de cianuro había un incremento gradual de la emisión a 495 nm, mientras
que al añadir entre 30-100 equiv había una mejora notable en la intensidad y un corrimiento de la
banda de emisión a 473 nm. De acuerdo con la aproximación de orbitales moleculares, los autores
explican que la débil fluorescencia de la hidrazona libre se debe al proceso ICT desde la cumarina a
la fenilhidrazona, por lo que la formación del aducto conlleva a una polarización en la densidad
electrónica hacia la unidad de fenilhidrazona y una interrupción en la conjugación π.17
18
6.3. Síntesis de 4-formilpirazoles Estos compuestos se obtuvieron a partir de las hidrazonas previamente sintetizadas 11, las cuales
se sometieron a la secuencia de reacciones in situ formilación-ciclación-formilación. Para que se dé
esta secuencia de reacciones es necesario formar el reactivo electrofílico de Vilsmeier (A) y luego
adicionar la hidrazona 11 (tiene dos sitios nucleofílicos, el átomo de nitrógeno-NH y el carbono en
posición α al grupo hidrazono) a la mezcla de reacción, para que interactúe con (A). De esta forma,
la hidrazona se adiciona inicialmente al reactivo de Vilsmeier por el átomo de nitrógeno y desplaza
un anión cloruro; tras la acción de una base, el C-α ataca al fragmento iminio para completar la
ciclación. La posterior eliminación de dimetilamina se ve favorecida porque de esta forma se obtiene
un producto aromático más estable. El pirazol que resulta reacciona nuevamente con el reactivo de
Vilsmeier por un mecanismo de SEAr, ya que el anillo de pirazol es un heterociclo π-excedente que
reacciona con electrófilos principalmente en la posición 4 (Esquema 12).
Esquema 12. Mecanismo de formación de los 4-formilpirazoles 12a-b a partir de las hidrazonas 11a-b
Los espectros de 1H RMN de los 4-formilpirazoles 12a y 12b obtenidos se muestran en la
Figura 7 y Figura 8. En estos espectros la aparición de un singlete hacia 10.06 ppm confirma
inequívocamente la formación de dichos compuestos, pues en esta región aparecen los protones de
aldehídos. A pesar de que las dos hidrazonas precursoras se sometieron a las mismas condiciones de
reacción, la formación de 12b no se completó, de tal manera que durante la etapa de hidrólisis parte
de la hidrazona 11b que quedó sin reaccionar, se convirtió de nuevo a la 3-acetilcumarina precursora,
como se puede evidenciar en la Figura 8. En dicho espectro es evidente la presencia de 9b ya que
aparece el singlete correspondiente al grupo acetilo. De acuerdo con las áreas relativas de las
señales, se logró determinar que estos compuestos están en una proporción aproximada 1:1.4
(12b/9b), por lo que se deben emplear condiciones más fuertes de reacción para formar 12b, ya que
seguramente el dietilaminoderivado 11b es menos reactivo que 11a en la etapa de ciclación del
anillo.
19
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0ppm
2.141.061.020.97
TMS
H2O
Chloroform-d
CH
CH
CH
CH
CHCH
CH
CH
0.00
1.61
7.267.
357.
417.
437.
537.
607.
757.
77
8.22
8.53
10.0
6
8.6 8.5 8.4 8.3 8.2 8.1 8.0 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2ppm
2.142.13 2.11 2.071.06 1.02 1.01
Chloroform-dCH
CHCHCHCHCHCH
7.26
7.337.
357.
377.
407.
417.43
7.51
7.53
7.55
7.59
7.60
7.62
7.75
7.778.
22
8.53
Figura 7. Espectro 1H RMN del 4-formilpirazol 12a
11.0 10.5 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0ppm
14.719.73 4.293.44 2.492.131.41 0.990.98
TMS
CH3-P+C
CH3-C
CH2-P+C
CH-C
CH-P
CH-P+C
Chloroform-d
CH-2P+1C
CH-P
CH-PCH-P
CH-C
CH-P
CH-P
-0.0
1
1.20
1.22
1.23
1.25
1.75
2.67
3.42
3.44
3.46
3.48
6.46
6.46
6.54
6.556.
626.
636.
64
7.267.
377.
407.
507.73
7.75
8.088.
428.
49
10.0
6
10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5ppm
3.44 2.492.13 2.11 1.441.41 1.020.99 0.990.98
CH-C
CH-P
CH-P+C
Chloroform-d
CH-2P+1C
CH-PCH-P
CH-PCH-C
CH-P
CH-P6.
466.
466.
546.
556.
616.62
6.62
6.63
6.64
7.26
7.35
7.37
7.40
7.487.
507.
52
7.73
7.758.
088.42
8.49
10.0
6
Figura 8. Espectro 1H RMN del 4-formilpirazol (P) 12b contaminado con la cumarina (C) 9b
6.4. Efecto del sustituyente en la cumarina en la emisión de fluorescencia La fluorescencia de los compuestos sintetizados se examinó únicamente de forma cualitativa
observando bajo una lámpara UV soluciones de estos compuestos en etanol. En la Figura 9 se
muestra el color que exhiben las soluciones al ser irradiadas con luz de longitud de onda larga.
20
Figura 9. Emisión de fluorescencia de 9a, 9b, 11a, 11b, 12a, 12b+9b
En dicha imagen se puede apreciar notoriamente que la solución de 9a exhibe una fluorescencia
débil en contraste con la de 9b, lo cual evidencia el efecto que tiene la incorporación del grupo
dietilamino en el anillo de cumarina. Como se mencionó anteriormente, en presencia de disolventes
polares como el etanol la relajación del disolvente se torna el mecanismo de relajación de energía
dominante, por lo que permite una transferencia electrónica directa para formar un par ion-radical
(mecanismo ICT). En este caso, la interacción de polarización de largo alcance entre las moléculas
de disolvente y el par ion-radical estabiliza fuertemente a esta última especie haciendo que la
transferencia electrónica sea energéticamente favorable.18
Esquema 13. Formación del estado ICT y TICT de 9b
Como se muestra en el Esquema 13, la molécula 9b además del estado ICT puede presentar un
estado TICT debido a la rotación del enlace C-N de la molécula en el estado excitado.
Independientemente de cuál de los dos mecanismos se dé, los dos implican la migración de carga
desde el fragmento electrón-dador al fragmento aceptor, lo cual da como resultado el establecimiento
de una carga negativa en el átomo de oxígeno que mejora la interacción con moléculas de disolventes
polares y próticos mediante enlaces de hidrógeno, lo cual causa un desplazamiento batocrómico de
la emisión del estado ICT o TICT. De acuerdo con lo reportado por Taneja et al., las cumarinas que
incorporan un grupo dialquilamino tienen la posibilidad de formar el estado TICT debido al potencial
de ionización del fragmento dialquilamino, el cual permite que los enlaces de hidrógeno sean más
fuertes y favorezcan la rotación del enlace C-N.18 A causa de que 9a no contiene un grupo dador, el
estado ICT que esta presenta es de mayor energía ya que no se estabiliza tan bien por las moléculas
de disolvente en estado excitado. En consecuencia, la separación de energía entre el estado excitado
y el estado basal al ser mayor hace que la radiación que se emite no esté en el rango visible.
Otro aspecto interesante que se puede notar en la Figura 9 es que la emisión de fluorescencia de 9b
se pierde al convertirse a la hidrazona correspondiente. Este hecho se debe a la isomerización del
enlace C=N, el cual es el mecanismo de decaimiento principal del estado excitado de aquellos
compuestos que contienen un enlace C=N no restringido.10 La isomerización del enlace C=N es un
proceso bien conocido que se ha usado para el diseño de sensores en los que el evento de señalización
está ligado a una restricción de la isomerización C=N.19
9a 9b 11a 11b 12a 12b
+
+
+9b
+
21
Similarmente, otro aspecto que hay que resaltar de la Figura 9 es el hecho que la conjugación
extendida en los 4-formilpirazoles permite que estos compuestos sean fluorescentes y emitan
radiación visible, aunque en la mezcla 12b/9b la fluorescencia se puede deber solo a 9b, es claro que
los productos finales 12 tienen mayor intensidad de fluorescencia (ver 12a). Estos hechos hacen
factible pensar que una posterior funcionalización de los compuestos 12a-b con una sal de indolinio
13 dé lugar a compuestos con características fluorescentes notorias que pueden alterarse tras la
reacción con aniones tipo cianuro.
7. Conclusiones En este proyecto se llevó a cabo la síntesis de moléculas precursoras de sensores para la detección
de aniones como el cianuro. Cabe resaltar de este proyecto la obtención de una nueva hidrazona 11b
y un 4-formilpirazol 12b que no han sido reportados previamente, aunque es necesario optimizar las
condiciones de reacción para la obtención de este último. Como se ha reportado previamente, tanto
las hidrazonas como los derivados de pirazoles sintetizados pueden servir como quimiodosímetros,
sin embargo, se espera que los compuestos 14a y 14b obtenidos a partir de estos precursores sean
quimiodosímetros más sensibles y con mejores propiedades fluorescentes.
8. Procedimiento experimental
8.1. General procedure for the preparation of 3-acetylcoumarins An equimolar mixture of the aldehyde and ethyl acetoacetate were mixed in a round bottom reaction
flask with catalytic amounts of piperidine and 20 mL of ethanol. This mixture was refluxed until a
solid was formed. The reaction mixture was then allowed to cool at room temperature and then in a
cooler. The solid was filtered and then washed with cold absolute ethanol to afford yellow crystals.
After 3-acetyl-coumarin was purified by silica gel chromatography (DCM:Hex 7:3 v/v) a white solid
was obtained. 3-acetyl-7-diethylaminocoumarin was obtained as a pure bright yellow solid.
3-Acetylcoumarin (9a): 97 %, white solid. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.51 (s, 1H), 7.66 – 7.64 (m, 2H),
7.38 – 7.32 (m, 2H), 2.73 (s, 3H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 195.49, 159.23, 155.31,
147.47, 134.39, 130.21, 124.97, 124.50, 118.24, 116.68, 30.55.
3-Acetyl-7-diethylaminocoumarin (9b): 95%, bright yellow solid. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.43
(s, 1H), 7.40 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 6.63 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 6.46 (s, 1H), 3.48 – 3.43 (m,
4H), 2.67 (s, 3H), 1.24 (t, J = 7.0 Hz, 6H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 195.57,
160.70, 158.57, 152.82, 147.68, 131.71, 115.97, 109.65, 107.99, 96.41, 44.96, 30.64,
12.25.
8.2. General procedure for the preparation of hydrazones An equimolar mixture of phenylhydrazine and 3-acetylcoumarins were mixed in a round bottom
flask. For the preparation of 3-(1-(2-phenylhidrazono) ethyl) coumarin 10 mL of glacial acetic acid
was used as solvent, while absolute ethanol with catalytic amounts of glacial acetic acid was used
for the preparation of 7-(diethylamino)-3-(1-(2-phenylhydrazono) ethyl)-coumarin. The mixture with
glacial acetic acid was stirred at room temperature during 30 min, and then was neutralized with a
saturated solution of NaHCO3 to obtain an orange solid. The mixture in absolute ethanol was
22
refluxed during 1 h with inert atmosphere and then allowed to cool to obtain a bright orange solid.
The solids obtained in both cases were filtered, then dissolved in DCM and washed with water. The
aqueous phase was extracted with DCM and the collected organic phase was dried over anhydrous
MgSO4. The dried organic phase was then concentrated to obtain in both cases an orange solid.
3-(1-(2-Phenylhidrazono) ethyl) coumarin (11a): 66%, orange solid. 1H NMR (400 MHz, DMSO) δ
9.45 (s, 1H), 8.20 (s, 1H), 7.86 (d, J = 7.7 Hz, 1H), 7.60 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 7.43 (d, J = 8.3
Hz, 1H), 7.37 (t, J = 7.5 Hz, 1H), 7.23 (m, 4H), 6.79 (t, J = 6.5 Hz, 1H), 2.22 (s, 3H). 13C
NMR (100 MHz, DMSO) δ 159.96, 153.42, 145.95, 139.59, 139.03, 131.96, 129.34, 129.27,
127.73, 125.01, 119.85, 119.78, 116.21, 113.49, 15.50.
7-(diethylamino)-3-(1-(2-phenylhydrazono) ethyl)-coumarin (11b): 57%, orange solid. 1H NMR
(400 MHz, CDCl3) δ 7.97 (s, 1H), 7.56 (s, 1H), 7.37 (d, J = 8.6 Hz, 1H), 7.30 (d, J =
7.8 Hz, 1H), 7.17 (d, J = 12.7 Hz, 2H), 6.88 (t, J = 7.2 Hz, 1H), 6.63 (d, J = 8.3 Hz,
1H), 6.51 (s, 1H), 3.44 (dd, J = 14.2, 7.1 Hz, 4H), 2.32 (s, 3H), 1.23 (t, J = 6.9 Hz,
6H). 13C NMR (100 MHz, DMSO) δ 161.27, 156.28, 150.43, 147.53, 144.60, 140.57,
129.29, 128.94, 128.71, 120.06, 112.96, 109.05, 108.83, 96.88, 44.68, 13.76, 12.13.
8.3. General procedure for the synthesis of pyrazole-4-carbaldehydes. Initially, 3 equivalents of cold DMF were added to a round bottom flask, and then 6 equivalents of
POCl3 were added dropwise. This mixture was stirred during 1 h to form the Vilsmeier reagent. The
hidrazono-derivatives were dissolved in the least quantity of DMF, and this solution was added
dropwise to the Vilsmeier reagent. The reaction mixture was stirred at room temperature during 24
h, and after this time the solution was neutralized with a saturated solution of NaHCO3 until the
pH was between 7-8. The precipitated solid was subsequently filtered, dissolved in DCM and dried
over MgSO4. The organic layer was then concentrated under reduced pressure to achieve a light
brown solid.
3-(2-oxo-2H-chromen-3-yl)-1-phenyl-1H-pyrazole-4-carbaldehyde (12a): 71% light brown
solid. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 10.06 (s, 1H), 8.53 (s, 1H), 8.22 (s, 1H), 7.77 (d, J
= 8.0 Hz, 2H), 7.60 (t, J = 7.0 Hz, 2H), 7.53 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 7.43 (m, 2H), 7.35 (t, J
= 7.5 Hz, 1H).
23
9. Referencias
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24
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Mechanism Based on C=N Isomerization. Org. Lett. 2007, 9 (1), 33–36.
25
10. Anexos
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0ppm
3.152.071.00
TMS
H2O
CH3
Chloroform-d
CH, CH
CH, CH
CH
-0.0
1
1.6
3
2.7
3
7.2
67
.32
7.3
47
.36
7.6
57
.66
8.5
1
7.7 7.6 7.5 7.4 7.3ppm
2.072.04
Chloroform-d
CH, CHCH, CH
7.2
6
7.3
27.3
47.3
67
.38
7.6
47.6
57
.66
7.6
6
Anexo 1. Espectro 1H RMN de la 3-acetilcumarina 9a
26
Anexo 2. Espectro RMN 13C y DEPT-135 de la 3-acetilcumarina
27
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0ppm
6.524.17 3.011.061.030.97
TMS
CH3CH3
CH2
CH
CH
Chloroform-d
CHCH
1.2
21
.24
1.2
6
2.6
7
3.4
33
.45
3.4
63
.486
.46
6.6
37.3
87
.40
8.4
3
7.0 6.5ppm
1.061.03 1.02
CH
CH
Chloroform-d
CH6
.46
6.6
06
.637.3
87
.40
3.5 3.0 2.5 2.0 1.5ppm
6.524.17 3.01
CH3CH3
CH2
1.2
21
.24
1.2
6
2.6
7
3.4
33
.45
3.4
63
.48
Anexo 3. Espectro 1H RMN de la 3-acetil-7-dietilaminocumarina 9b
28
Anexo 4. Espectro RMN 13C y DEPT-135 de la 3-acetil-7-dietilaminocumarina 9b
29
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0ppm
4.18 3.171.14 1.061.05 1.01
CH3
DMSO-d6
CH
CH, CH
CH
CH
CHCH
CH
NH
0.0
0
2.2
2
2.5
1
3.3
8
6.7
76.7
96
.81
7.2
17
.23
7.2
47
.43
7.6
07
.627
.84
7.8
68
.20
9.4
5
8.2 8.1 8.0 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 7.0 6.9 6.8 6.7ppm
4.182.041.14 1.11 1.061.01
CH
CH, CH
CHCHCHCH
CH
6.7
76
.79
6.8
1
7.2
17.2
37.2
4
7.3
57
.37
7.3
97
.41
7.4
3
7.5
97
.60
7.6
2
7.8
47
.868
.20
Anexo 5. Espectro 1H RMN de la hidrazona de la 3-acetilcumarina 11a
30
Anexo 6. Espectro RMN 13C y DEPT-135 de la hidrazona de la 3-acetilcumarina 11a
31
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0ppm
6.914.14 3.252.25 2.001.01 1.010.99
TMS
CH3
CH3
CH2
CH
CHCH
CH
Chloroform-d
CH
CH
NH
CH
0.0
0
1.2
11
.23
1.2
4
1.6
1
2.3
2
3.4
03
.42
3.4
43
.46
6.5
16
.63
6.8
66
.88
6.9
07
.15
7.1
77
.26
7.2
87
.34
7.3
77
.56
7.6
5
7.9
7
8.0 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 7.0 6.9 6.8 6.7 6.6 6.5ppm
2.25 2.02 2.001.021.01 1.010.99
CHCHCH
CHChloroform-d
CH
CH
NH
CH
6.5
1
6.6
16
.63
6.8
66.8
86
.90
7.1
57.1
7
7.2
67
.28
7.3
0
7.3
47
.37
7.5
6
7.6
5
7.9
7
Anexo 7. Espectro RMN 1H de la hidrazona de la 3-acetil-7-dietilaminocumarina 11b
32
Anexo 8. Espectros RMN 13C y DEPT-135 de la hidrazona de la 3-acetil-7-dietilaminocumarina 11b
33
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0ppm
2.141.061.020.97
TMS
H2O
Chloroform-d
CH
CH
CH
CH
CHCH
CH
CH
0.0
0
1.6
1
7.2
67.3
57
.41
7.4
37
.53
7.6
07
.75
7.7
7
8.2
2
8.5
3
10
.06
8.6 8.5 8.4 8.3 8.2 8.1 8.0 7.9 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2ppm
2.142.13 2.11 2.071.06 1.02 1.01
Chloroform-dCH
CHCHCHCHCHCH
7.2
6
7.3
37.3
57
.37
7.4
07.4
17
.43
7.5
17.5
37
.55
7.5
97
.60
7.6
27.7
57
.778.2
2
8.5
3
Anexo 9. Espectro RMN 1H del 4-formilpirazol 12a
34
Anexo 10. Emisión de fluorescencia de los compuestos sintetizados. De izquierda a derecha: 9a, 9b, 11a, 11b, 12a, 12b+9b
![Revisão Pirazol[1]](https://img.pdfslide.net/doc/110x75/563db82a550346aa9a91217b/revisao-pirazol1.jpg)
