Autores
Vidal Quarterolli de Sousa, H. (IFRJ) ; Clemente Brandao Marques, B. (IFRJ) ; Rodrigues de Almeida, Q.A. (IFRJ)
Resumo
As reações conhecidas como multicomponentes surgem como estratégias no que diz
respeito a busca por transformações eficientes partindo de materiais simples e de
fácil acesso. Os processos multicomponentes estão ligados ao campo da Química
Verde, que é o uso de metodologias que reduzam o uso de reagentes, solventes, e
que eliminem a geração de produtos ou subprodutos e resíduos prejudiciais. Neste
trabalho sintetizou-se uma série de produtos oriundos da reação do tipo Biginelli
e Hantzsch, obtendo produtos que variam de 78 a 90% de rendimento, sem a
necessidade do uso de solventes, e com o uso de fontes alternativas de energia, o
micro-ondas ou ultrassom. Essas reações ocorreram em tempos de reação muito
menores que os relatados na literatura e foram executadas entre 5 a 90 minutos.
Palavras chaves
Reação Multicomponente; Química Verde; Sustentabilidade
Introdução
A Química Verde é o uso de técnicas e metodologias que reduzam o uso de
reagentes,solventes e outras matérias primas, e que eliminem a geração de
produtos ou subprodutos prejudiciais à saúde humana ou ao meio ambiente. Essa
preocupação tem sido vista como fundamental e de grande importância na prevenção
da poluição. Já existem na literatura muitos resultados para a otimização das
condições reacionais em práticas da química, levando a processos menos
agressivos, conhecidos como metodologias “verdes”.Os impactos ambientais e
econômicos também precisam ser considerados e uma opção é a substituição do
aquecimento convencional por fontes de energia alternativas, como micro-ondas e
ultrassom (Rao et al. 2004), tendo vantagens em termos de rendimento e tempo de
reação. As reações conhecidas como Reações Multicomponentes (RMCs) surgem então,
como estratégias no campo da Química Orgânica, no que diz respeito a busca por
transformações eficientes partindo de materiais simples e de fácil acesso (Huang
S. et. al 2005). Essas reações são poderosas ferramentas dos químicos sintéticos
nos dias atuais, aumentando a eficiência, a seletividade e a complexidade das
reações químicas. Elas ainda possuem as vantagens em termos de tempo, onde se
usa menor número de etapas para a formação do produto, sem a necessidade de
isolamento de intermediários e pouquíssimos processos de purificação, e ainda
vantagens em termos de reprodutibilidade e rendimento (Muthusamy, S. et.
al.2004). Esses processos multicomponentes vem ganhado cada vez mais interesse
econômico e ecológico. O Objetivo deste trabalho é o estudo e melhoramento das
RMCs do tipo Biginelli e Hantzsch, diminuindo o tempo reacional, a quantidade de
etapas necessárias para formação do produto e aumentando o rendimento das
mesmas.
Material e métodos
Na primeira etapa deste trabalho foi feito o levantamento bibliográfico para a
escolha das reações que seriam modificadas, abrangendo os conceitos da Química
Verde. As reação de Biginelli e Hantzsch foram escolhidas para o estudo, e então
foram elaborados os experimentos com as mudanças necessárias para que essas
práticas pudessem ser feitas com o uso do micro-ondas caseiro e do ultrassom. Na
reação de Biginelli foram sintetizados di-hidropirimidinonas a partir de
aldeídos aromáticos, ureia, um composto ß-dicarbonilado, sem a necessidade do
uso de solventes, em um metodologia “one pot” por 5 minutos em um micro- ondas
caseiro com 50% da potência. Todos os reagentes foram colocados em um bécher e o
mesmo foi tampado com um vidro de relógio. Testou-se ainda a mesma metodologia
com a adição de um catalisador barato e eficiente para este tipo de reação, o
cloreto de amônio (NH4Cl). Já na reação de Hantzsch para a formação das 1,4
dihidropiridinas, utilizou- se aldeídos aromáticos, hidróxido de amônio e
acetoacetato de etila com o uso de ultrassom sob aquecimento Ultronique 3.8/40A.
Nesta reação, o hidróxido de amônio reagiu com o acetoacetato de etila por 30
minutos em ultrassom à 60°C com o uso de um balão fechado. Após esse período, o
aldeído foi adicionado e reagiu por mais 60 minutos sob as mesmas condições.
Inicialmente as reações foram caracterizadas por cromatografia em camada delgada
e após a purificação dos sólidos obtidos por recristalização, os produtos foram
submetidos à analises espectrométricas e espectroscópicas. As condições de
análise do CG-MS Agilent: injetor 250°C, detector 280°C, temp. Inicial 70°C
(5min), taxa de aquecimento 8°C/min, temp. Final 250°C (10min). Já o RMN de H e
C-13 foi executado em um aparelho Bruker 400MHz.
Resultado e discussão
As reações de Biginelli descritas ocorreram em 5 minutos com o uso do micro-
ondas. Seus resultados e a comparação dos mesmos com a literatura encontram- se
disponíveis na figura 1. Essas reações quando testadas em ultrassom apresentam
rendimentos baixos e os resultados precisam ser otimizados com por exemplo, a
escolha de um outro catalisador. Os rendimentos obtidos para esta reação com o
uso do micro-ondas, sem o uso de aditivo e qualquer solvente são bons quando
comparados com os dados da literatura. Esses rendimentos melhoram mais ainda
quando utilizado o NH4Cl em 40%mol como aditivo de baixo custo e fácil
manipulação. Já as reações de Hantzsch para a formação das 1,4-dihidropiridinas
foram realizadas em ultrassom por 90 minutos à 60°C e os resultados comparando
com os dados da literatura encontram-se na figura 2. O uso do micro-ondas para
esse tipo de reação não foi eficiente, pois o sistema onde a reação se
encontrava, mesmo com a uso do equipamento em 50% de sua potência explodia. Na
literatura essa reação é relatada com o uso do acetato de amônio, substituindo o
hidróxido de amônio para evitar esse tipo de inconveniente (Anniyappan et. al,
2006). Os rendimentos obtidos na metodologia de Hantzsch foram bem próximos
aos relatados na literatura, porém com um gasto muito menor de energia, pois com
o uso da metodologia convencional, para se obter o mesmo rendimento é necessário
de 3 a 6h de reação sob refluxo e em nosso procedimento gasta-se apenas 90
minutos. Todos os produtos foram analisador por CG-MS, infra vermelho e RMN de H
e C-13, apresentando dados condizentes e corroborando com as estruturas
propostas para os produtos obtidos conforme mostra os dados descritos nas
figuras anteriormente citadas.
Formação das di-hidropirimidinas em micro-ondas e seus dados espectroscópicos
Formação das 1,4-dihidropiridinas em ultrassom e seus dados espectroscópicos
Conclusões
As RMCs do tipo Biginelli e Hantzsch propostas neste trabalho foi uma ferramenta
extremamente útil na síntese de compostos com alta complexidade estrutural, sendo
de grande importância na obtenção de compostos bioativos. Esses tipos de reações
estudadas são de grande utilidade na síntese de fármacos já encontrados no
mercado. A Química verde é um enorme desafio para aqueles que procuram aplicar os
seus princípios, seja na indústria, educação ou pesquisa. Os desafios trazidos por
essa prática criaram grandes oportunidades para a descoberta e aplicações de novas
tecnologias.
Agradecimentos
Cnpq, IFRJ, VERDELAB_IFRJ, INEA
Referências
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