Síntesis y caracterización estructural de derivados tiohidantoicos de aminoácidos naturales

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE QUIMICA LABORATORIO DE CRISTALOGRAFIA Trabajo Especial de Grado Síntesis y caracterización estructural de derivados tiohidantoicos de aminoácidos naturales Br Manuel Orlando Hernández Hernández Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del titulo de licenciado en Química en la ilustre Universidad de Los Andes Tutor: Prof. Gerzon E. Delgado A. Co-tutora: Prof. Asiloé J. Mora R. Mérida- Venezuela 2008

2 Dedicada a la memoria de mi abuela Irma Pereira de Hernández, quien fue mi principal fuente de motivación para que culminara con éxito esta carrera universitaria

3 Resumen Las tiohidantoinas son un derivado muy particular de los α aminoácidos, que comenzaron a ser sintetizadas a comienzos del siglo XIX. Con el objetivo de estudiar el empaquetamiento cristalino, así como las interacciones intermoleculares presentes en dos compuestos tiohidantoicos derivados de la L-metionina y L-treonina, se han sintetizado el rac-5-(2-(metiltio)etil)-2- (Thmet) y el Z-5-etiliden-2- tioxoimidazolidin-4-ona (5-Ethio). Estos materiales han sido caracterizados a través de técnicas espectroscópicas IR, de RMN uni y bidimensional y utilizando la técnica de difracción de rayos-x de monocristal. El rac-5-(2-(metiltio)etil)-2-, cristaliza en el sistema triclínico, grupo espacial centrosimetrico P, con parámetros de celda unidad a=8.653(2) Å, b=9.790(2) Å, c=11.013(3) Å, =84.53(2), =83.97(2), =75.61(2).. Durante el proceso de síntesis de este compuesto ocurrió la racemización del producto. La solución estructural fue obtenida mediante métodos directos y el refinamiento de la estructura convergió a factores de confiabilidad de R(F)=0.0587, wr(f 2 )= y S= La determinación de la estructura del compuesto arrojó que esta se encuentra gobernada principalmente por enlaces de hidrógeno convencionales del tipo N H S y N H O, que hacen que se forme un arreglo supramolecular muy interesante. Por su parte el Z-5-etiliden-2-tioxoimidazolidin-4-ona, cristaliza en el sistema monoclínico en un grupo espacial P2 1 /C, con parámetros de celda unidad, a=4.031(3) Å, b=16.075(9) Å, c= 9.647(6) Å, = 95.01(2). La solución estructural fue obtenida mediante métodos directos y el refinamiento convergió a factores de confiabilidad de R(F)= , wr(f 2 )= y S= 1.053, siendo el anillo tiohidantoico casi planar. Este compuesto se empaqueta en forma laminar, en donde las laminas están constituidas de cadenas de moléculas unidas entre si a través de interacciones enlace de hidrógeno convencionales del tipo N H S y N H O, y no convencionales del tipo C H O.

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5 Índice General Pág. Índice General 4 Índice de Figuras 7 Índice de Tablas 10 Capitulo I Aspectos Generales El enlace de Hidrógeno 1 2. Química Supramolecular, Orígenes y Avances 5 3. Aminoácidos Clasificación de los aminoácidos Aminoácidos Apolares o Neutros Aminoácidos Polares o Neutros Aminoácidos con carga Positiva Aminoácidos con carga Negativa Propiedades Acido-Base de Los Aminoácidos Enlace de hidrógeno en Aminoácidos Tiohidantoinas Usos y Aplicaciones Métodos de Obtención Estructuras cristalinas reportadas en la literatura Objetivos General Específicos Metodología Síntesis de los Materiales Cristalización de los materiales Caracterización de los materiales Espectroscopia de FT-IR 31

6 6.3.1 Resonancia Magnética Nuclear(RMN) Difracción de Rayos X Referencias Bibliográficas Aspectos Generales Capitulo II Aspectos generales y teóricos de las técnicas de caracterización espectroscópica 2.1 Espectroscopia Infrarroja Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear Historia de la Resonancia Magnética Nuclear Fundamentos físicos de la Resonancia Magnética Nuclear Aspectos generales de la RMN- 1 H Aspectos generales del a RMN- 13 C Métodos Bidimensionales de Resonancia Magnética Nuclear Espectroscopia de correlación Homonuclear 1 H- 1 H COSY Espectroscopia de Coherencia Cuántica Heteronuclear múltiple y sencilla (HMQC y HSQC) Espectroscopia de Enlace Heteronuclear múltiple HMBC Bibliografía 9 Capitulo III Fenómeno de difracción y fundamentos de cristalografía Generalidades de los rayos- X Fenómeno de difracción Descripción del fenómeno de difracción por la ley de Bragg Estado Cristalino Difracción mediante la técnica de cristal único Determinación estructural factor de estructura y problema de las fases Refinamiento por mínimos cuadrados SHELX-L Bibliografía 11 Capitulo IV Síntesis caracterización y determinación estructural de 5-(2-(metiltio)etil)

7 5-(2-(metiltio)etil) Síntesis de 5-( Mecanismo de reacción propuesto para la síntesis de 5-( Caracterización de 5-( Análisis por espectroscopia de infrarrojo FT-IR de 5-( Análisis por espectroscopia de RMN de 5-(2-(metiltio)etil)-2- tioxoimidazolidin-4-ona Análisis por espectroscopia de RMN- 1 H de 5-( Análisis por espectroscopia de RMN- 13 C de 5-( Análisis por espectroscopia bidimensional 1 H- 1 H COSY de 5-( Análisis por espectroscopia bidimensional de HMBC de 5- ( análisis por espectroscopia bidimensional HSQC de 5-( Determinación y refinamiento de la estructura cristalina de 5- ( Selección, Montaje y Toma de Datos de Monocristal Determinación y Refinamiento de la Estructura de 5-(2-(metiltio)etil)-2- tioxoimidazolidin-4-ona Descripción de la estructura Cristalina de 5-(2-(metiltio)etil)-2- tioxoimidazolidin-4-ona (Thmet) Empaquetamiento Cristalino de 5-(2-(metiltio)etil)-2-tioxoimidazolidin-4- ona (Thmet) Análisis de los enlaces de hidrógenos siguiendo la Teoría de Grafos Análisis de la estructura de 5-(2-(metiltio)etil)-2-tioxoimidazolidin-4- ona por teoría de grafos Bibliografía 28 Capitulo V Síntesis caracterización y determinación estructural de Z-5-etiliden-2-tioxoimidazolidin-4-ona 5-etiliden Síntesis de Z-5-etiliden Mecanismo de reacción propuesto para la síntesis de Z-5-etiliden Caracterización espectroscópica de Z-5-etiliden

8 5.2.1 Análisis por espectroscopia de Infrarrojo FT-IR de Z-5-etiliden Análisis por espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear Análisis por espectroscopia de RMN- 1 H de Z-5-etiliden Análisis por espectroscopia de RMN- 13 C de Z-5-etiliden Análisis por espectroscopia bidimensional 1 H- 1 H COSY de Z-5-etiliden Análisis por espectroscopia bidimensional HMBC de Z-5- etiliden Análisis por espectroscopia bidimensional NOESY de Z-5- etiliden Determinación y refinamiento de la estructura cristalina de Z-5-etiliden Selección, Montaje y Toma de Datos de Monocristal Determinación y Refinamiento estructural de Z-5-etiliden-2-tioxoimidazolidin-4-ona Descripción de la estructura Cristalina de rac-z-5-etiliden-2-tioxoimidazolidin-4-ona Empaquetamiento cristalino de rac-z-5-etiliden Análisis de los enlaces de hidrógenos según la Teoría de Grafos Bibliografía 22 Conclusiones 123