Reacción de 4-nitrobenzaldehído y dimedona

Objetivo

Realizar una reacción tándem de condensación aldólica/adición Michael utilizando un organocatalizador y aprender a recuperar el organocatalizador.

Antecedentes

Los organocatalizadores son pequeñas moléculas orgánicas que pueden catalizar reacciones en ausencia de metales o iones metálicos. La prolina es un compuesto orgánico quiral que puede utilizarse como catalizador en muchas reacciones, como la condensación aldólica, las reacciones de Mannich o las adiciones de Michael, y debe unirse en más de un punto de un compuesto simétrico. La prolina no es tóxica, es barata y está disponible en ambas formas enantioméricas. Las reacciones con prolina no requieren condiciones inertes, como tantos catalizadores organometálicos, y la mayoría de las reacciones llevadas a cabo con este compuesto pueden realizarse a temperatura ambiente. La prolina es un ejemplo de organocatalizador como alternativa verde a los organocatalizadores clásicos.

Por otro lado, uno de los campos de interés de la Química Verde es el uso de disolventes de bajo impacto ambiental. En este sentido, el polietilenglicol (PEG-400) es un disolvente no volátil y no inflamable que posee propiedades notables, como la reciclabilidad, la facilidad de elaboración, la estabilidad térmica y el bajo coste. Además, la capacidad solvatante del PEG-400 a menudo hace que un sistema de reacción sea homogéneo, lo que permite que las interacciones moleculares sean más eficientes. En las condiciones de reacción propuestas, el 4-nitrobenzaldehído (1 mol) reacciona con la dimedona (2 mol). En el primer paso, se produce una condensación de Knoevenagel, cuando la prolina reacciona con el aldehído para formar una enamina y dar el producto de condensación. En el siguiente paso, se añade una segunda molécula de dimedona al doble enlace mediante una adición de Michael y se obtiene 2,2′-[(4-nitrofenil)metileno]bis(3-hidroxi-5,5-dimetil-2-ciclohexen-1-ona).

Procedimiento experimental

En un matraz de fondo redondo de 25 ml, equipado con imán, colocar 4-nitrobenzaldehído (151 mg, 1 mmol), 5,5-dimetilciclohexano-1,3-diona (dimedona, 280 mg, 2 mmol), (±)-prolina (57 mg, 0,5 mmol) y PEG-400 (2 ml); se recomienda utilizar una pipeta de dosificación automática. Se agita la mezcla de reacción con una placa agitadora durante 30 min a temperatura ambiente, comprobando la reacción por CCL (hexano/acetato de etilo, 2:1, visualización de puntos por UV), y se sigue agitando durante 1 h más. Una nueva placa de CCL indicará si se ha completado la reacción.

Una vez finalizada la reacción, retirar el matraz de la placa de agitación magnética y ponerlo en agua helada hasta que se forme un precipitado blanco (unos 10 min). Volver a colocar el matraz en el agitador/placa caliente y agitar durante 10 min (se formará un precipitado blanco). Recoger el sólido por filtración a vacío utilizando un embudo Hirsch, enjuagando cualquier producto residual del matraz de reacción con no más de 5 ml de baño de agua helada para evitar la resolubilización. El sólido blanco se recristaliza de EtOH absoluto para dar 2,2′-[(4-Nitrofenil)metilen]bis(3-hidroxi-5,5-dimetil-2-ciclohexen-1-ona) (rendimientos típicos 30-80 %; p.f. = 188-190 ºC).

Recuperación del organocatalizador-disolvente

La mezcla de PEG-400/(±)-prolina puede reciclarse después de la reacción. Verter el filtrado del matraz de filtración a vacío del paso anterior en un matraz de fondo redondo de 50 ml y evaporar el agua utilizando un rotavapor. El residuo puede colocarse en un vial para su uso futuro.

Propiedades físico-químicas

La siguiente tabla recoge los datos de peso molecular (M_w), punto de fusión (P.F.) punto de ebullición (P.E.) y densidad de los reactivos y compuestos utilizados en este experimento de laboratorio.

GHS pictogramas

Los pictogramas de peligro forman parte del Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos (GHS) y se recogen en la siguiente tabla para los compuestos químicos utilizados en este experimento.

Name	GHS
(±)-Prolina	No peligroso
Dimedona	No peligroso
EtOH
Acetato de etilo
Hexano
PEG-400
4-Nitrobenzaldehído

Identificador Químico Internacional

Los identificadores IUPAC InChI key de los principales compuestos utilizados en este experimento se proporcionan para facilitar la nomenclatura y formulación de los compuestos químicos y la búsqueda de información en Internet de los mismos.