STRATEGIE SINTETICHE PER LA REALIZZAZIONE DI DERIVATI PIRROLICI TIPICI DEGLI AROMI DEL FUNGO PORCINO

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1 ALBERTO MASSIMI CorsoChimici a.s.2008/09 DEBORAH BATTECCA FEDERICA CARUSO NICCOLO SCHIAVI STEFANIA SPIGAROLI STRATEGIESINTETICHEPERLA REALIZZAZIONEDIDERIVATIPIRROLICI TIPICIDEGLIAROMIDELFUNGOPORCINO

2 2 Incollaborazioneconl AssociazioneMicologicaFidentina SOMMARIO SCOPO... 4 INTRODUZIONE... 4 Gliaromi... 4 IlBoletusEdulis... 5 Possibiliviesintetiche... 5 Generalità... 5 Reattivitàdelpirrolo... 6 Caratteristichechimicofisichegeneralidelpirrolo... 6 Aciditàdelpirrolo... 6 Alchilazioneall azotopirrolico... 7 Effettodelsolvente... 8 Catalisiatrasferimentodifase... 8 Tecnichediisolamentoecaratterizzazione... 8 Cromatografiasustratosottile(T.L.C.)... 8 Cromatografiasucolonna(C.C.)... 9 Spettrometriadimassa... 9 Generalità... 9

3 3 Introduzionedelcampione Laionizzazione SpettrofotometriaIR Generalità TEORIADELL ASSORBIMENTOIR LOSPETTROIR Suddivisionedellospettroinfrarossoinunaseriediregioni RisonanzaMagneticaNucleare(N.M.R.) PARTESPERIMENTALE Sintesidi1 Feniletil 1 H Pirrolo Codicesintesi1a Codicesintesi2a Codicesintesi2b RISULTATIEDISCUSSIONE CONCLUSIONI BIBLIOGRAFIA... 25

4 4 SCOPO Con questolavorosperimentale sivuolerealizzare unaviasintetica perlaproduzione in laboratoriodiunodegliaromicaratteristicidelfungoporcino(boletusedulis)secco.l aroma chesivuolesintetizzareè N O H 1 phenethyl 1H pyrrole 2 carbaldehyde Ilprodotto,comeanchegliintermedisintetici,verrannodivoltainvoltaisolati,purificatie caratterizzati.questaèunaprosecuzionediunlavorogiàintrapresodalcorso ChimiciloscorsoannoincollaborazioneconilComitato Tecnico Scientifico dell Associazione Micologica Fidentina che, in qualità di committente, presenteràirisultatiaprovinciadiparmaeregioneemiliaromagna.questo tipodistudiopotràpermettere azioniariguardodellatutela delprodotto (ad esempio PorcinodiBorgotaro )edinoltrelarealizzazionedisensoriselettivi. Infatti,consideratal importanzacheifunghirivestononelnostroterritorioedin particolareifunghidiborgotaro,larealizzazionedimarkerstipicipotrebbeulteriormente garantirelacertificazioneigp. INTRODUZIONE Gliaromi Unaromaèlacaratteristicasensorialedatadaunciboodaun'altrasostanzaderivantedalla combinazionediodoreesapore.l'aromatipicodiunalimento,diunaspezia,diunapianta aromatica è conferito da specifiche sostanze chimiche naturalmente presenti in essi. Nel campodell'industriaalimentare,alfinediriprodurre,standardizzareorafforzarecertiaromi, alcunesostanzenaturalioprodottepersintesichimicasonoaggiunteaicibi.talisostanze possonoesseredefinitecolterminearomi,omeglioaromatizzanti.gliarominonvengono utilizzatisolamentenelcampodell'industriaalimentare,maancheinquellacosmeticaodel tabaccoesidividonoinduecategorie:arominaturaliearomiartificialiasecondachesiano fruttoomenodiunasintesichimica.laprincipaledifferenzatraarominaturaliedartificiali

5 5 consistenelfattoche,secondolanormativavigenteineuropa,aiprimiappartengono gli aromi ottenuti attraverso diversi procedimenti (tra cui la distillazione e l'estrazione con solventi)daingredientinaturali(adesempiol'essenzadilimoneestrattadallascorzadegli agrumi),mentreaisecondituttiquegliaromiottenutipersintesichimicadilaboratorioeche imitano(omeno)l'originalepresenteinnatura.1 IlBoletusEdulis IlBoletusedulis,volgarmenteindicatocomePorcino,èun fungoeduledellafamigliadelleboletaceaeedèlaspeciepiù conosciutadellasezioneedules. L essiccamentodeifunghiporcinièilprocedimentoattuatoo direttamente alsoleoalfornoattraversoil qualeilfungo viene privato di tutta l umidità presente in esso. Durante questaoperazionesisviluppanoaromitipiciinconcentrazionevariabileasecondadellazona di provenienza. Per "Fungo di Borgotaro", nella tradizione e nel commercio locale, si intendonolequattrospeciediporcinoboletusedulis,boletusaereus,boletusaestivalis e Boletuspinophilus.Ilprodottoèdatutticonsideratosuperiore,perqualitàorganolettiche, olfattiveedaromatiche,rispettoaglialtriporciniche,purdellestessespecie,provengonoda altrezonesiaitalianecheestere.grazieaquestecaratteristicheilfungodiborgotaropuò vantarelacertificazionei.g.p.(indicazionegeograficaprotetta).2 Possibiliviesintetiche Generalità La N alchilazione di composti eterociclici caratterizzati dalla presenza di un atomo di idrogenoacidosull azotoègeneralmenteeffettuatamediantetrattamentodiquesticomposti conun appropriatabaseseguitadaltrattamentodeirisultantisaliconunagentealchilante. Un alternativasinteticaèrappresentatadallapossibilitàdieffettuarelareazioneincondizioni dicatalisiatrasferimentodifase(ptc).poichéilpirrolodàlareazionedialchilazionesia sull atomodiazotochesull atomodicarbonio,siosservacheingenere,lamaggiorquantità diprodottoderivadallac alchilazione.laproceduraptcfornisceperaltrolan alchilazione conreseelevateerichiedecondizionidireazionemoltoblande.3 IlprimointermediodasintetizzareèsenzadubbioilderivatoN alchilpirrolico.taliprodotti possonoessererealizzati apartiredacompostilinearieffettuandounareazionediciclizzazione Unesempiodiciclizzazione èquellostudiatoapartiredaacidomucicoeunaopportuna amminaalchilicaconunmeccanismodipirolisiedecarbossilazione.4 oppuredirettamentedalpirroloeffettuandounasostituzionesull azoto. Unesempiopossibileperquestaviadisintesièsenz altroattraversounareazionedirettafrail pirrolo e un alogenuro alchilico opportuno facendo attenzione al solvente utilizzato con l ausiliodiuncatalizzatoreditipoacidodilewis. ancoraèpossibileunasintesicheprevedalacatalisiatrasferimentodifase In questa situazione il pirrolo viene opportunamente salificato in fase acquosa e successivamentel anionepirrolicovienetrasferitoconunsalediammonioquaternarionel solventeorganicodoveloattendel alogenuroalchilicoperlasostituzione.

6 6 Reattivitàdelpirrolo Caratteristichechimicofisichegeneralidelpirrolo Ilpirroloèuneterociclicoaromatico.Lasuastruttura,cosìcomequella degli altri eteroaromatici a 5 termini (tiofene e furano), risulta N H praticamenteplanare.ladescrizionedellastrutturaelettronicadelpirrolo, inanalogiaconglialtrieteroaromatici,èbasatasull'assuntochetuttigli atomi dell'anello siano ibridizzati sp2. Il fatto che sei elettroni si distribuiscanosopra5atomirendeancheilpirrolouneterocicloelettronricco. O In questo caso però, il dipolo presente ha il polo positivo S sull'eteroatomo,probabilmenteacausadelfattochel'eteroatomo nelpirrolopossiedesoloduepaiadielettroninon legame.daun punto di vista dell'aromaticità, almeno per quanto riguarda la furano cosiddetta energia di risonanza empirica (energia di tiofene stabilizzazione),ilvalorediquelladelpirroloè100kjmol 1mentrequelladel tiofeneè:120kjmol 1Ilpirroloèquindimenoaromaticodeltiofene,mapiùdelfurano(80 kj/mol).5 Aciditàdelpirrolo LamolecoladelpirrolopossiedeilgruppoNHtipicodelleamminesecondarie.Labasicitàdel pirrolo (pka= 3.8) è comunque notevolmente inferiore a quella della dimetilammina (pka=10.87)cheèl amminapiùsempliceconlastessaconformazionedell atomodiazoto.il pirrolononèunabase,anzihacaratteristichediacidità.questoèdovutoalladisponibilitàdel doppiettononcondivisosull'atomodiazoto.laprotonazionepertantononavvienesull'atomo diazoto,mariguardaessenzialmenteleposizioni α (80%)e β (20%).Comeconseguenza dellaperditadiaromaticità,siharapidapolimerizzazionedelcationecosìformatosi.ineffetti, ilpirroloreagisceconsodioesodioidruroopotassioidruroinsolventiinertieconsodio ammideinammoniacaliquidaperdaresali.cosìfaancheconbutillitioeconreattividi Grignard.

7 7 Il sodio pirrolo ed il potassio pirrolo danno pirrolo N sostituiti, mentre il pirrol 1 alchilmagnesioiodurofornisce2 alchilderivati.moltoimportanteèlasceltadelsolventein quantolacoppiaionicachesiformapersalificazioneèmoltostrettacongliionisodioe potassioequindioccorreunapolaritàelevata.l usodiidruriimpediscel utilizzodiacqua comesolvente(formazionedimiscelaesplosiva)equindi,permotividisicurezzaoccorre prevedereunamodalitàsinteticachepermettalaformazionedelsaleinambienteacquosoe l alchilazione successiva in mezzo non acquoso. Sembra opportuna quindi una catalisi a trasferimentodifase.6 Alchilazioneall azotopirrolico Il sodio pirrolo ed il potassio pirrolo danno pirrolo N sostituiti, mentre il pirrol 1 alchilmagnesioiodurofornisce2 alchilderivati: Questecaratteristichepossonocomunqueesseragevolmentesfruttateascopisintetici.L uso di unidruro,perquantoefficace,risultaesserepericolosoperl altorischiodiesplosione soprattuttoconilpotassioidruro.l aciditàdelpirrolopuòaltresìessereutilizzataperottenere N alchilderivatisalificandoancheinsoluzioneacquosaconunabasecomesodioidrossido. NH + NaOH N Na

8 8 L anione pirrolico forma una coppia ionica con il catione sodico. Per rendere la parte anionica la più disponibile possibile, occorre che la coppia ionica formata sia larga e ciò è sicuramente garantito da un solvente ad alta costante dielettrica (polarità). In figura a destra come esempiol immaginedellacoppiaionicasodio/cloruro. Effettodelsolvente Lacatalisiatrasferimentodifase,garantiscechelaformazionedelsaledipirrolopossa avvenireincondizionidicoppiaionicalarga,infattiilsolventeoveavvienelareazioneacido baseèl acqua.consolventiapiùbassapolaritàlasituazionenonèunivoca.solventiorgano cloruraticomeilcloroformiooildiclorometanoportano,percinetichelente,allaformazione dicompostidisostituzionesullaposizione2e3.solventicomeildmsool etereetilico portanopiùfacilmenteallaformazionedin alchilderivati. Catalisiatrasferimentodifase ConcatalisipertrasferimentodifaseoPTCcisiriferisceall'accelerazionedellareazione dovuta all'inserimento di catalizzatori per trasferimento di fase. Un catalizzatore per trasferimentodifase(chiamatoanch'essoptc)inchimicaèuncatalizzatorechesemplificala migrazionedireagentiinunsistemaeterogeneodaunafaseadun'altradovelareazionepuò avvenire.reagentiionicisonospessosolubiliinfaseacquosa,mainsolubiliinfaseorganica fino a che non si inserisce un catalizzatore per trasferimento di fase. I catalizzatori per trasferimento di fase per reagenti anionici, sono spesso sali d'ammonio quaternari. I corrispondenticatalizzatoriperreagenticationicisonogeneralmenteetericorona.unptc lavora"incapsulando"laspecieionica:sicreaunsistemaptc ioneconuncentroidrofiloche contieneloioneeunguscioesternoidrofobo,cherestaacontattoconlasoluzioneacquosa. Dalmomento cheilsistema sicrea, pereffetto della naturaidrofoba delguscio,tende a lasciarelafaseacquosatrasferendosiinquellaorganica,portandocosìloioneacontattoconil reagente organico. I catalizzatori per trasferimento di fase sono usati specialmente nella Chimicaverde:permettendol'usodell'acquasiriducequellodisolventiorganiciinquinanti. Contrariamenteaquantosicrede,laPTCnonèlimitataasistemiconreagentisolubiliin soluzioni acquose o organiche. La PTC è talvolta utilizzata in reazioni liquido/solido e liquido/gas. Tecnichediisolamentoecaratterizzazione Cromatografiasustratosottile(T.L.C.) Lacromatografiasustratosottile(ThinLayerChromatography)èuna particolare tecnica cromatografica in cui la fase stazionaria è immobilizzata, sotto forma di strato sottile, su una superficie, generalmentepiana,lungolaqualevienefattacorrerelafasemobile (percapillarità,pergravitàoppureesercitandounacertapressione).la fasestazionariaècostituitadiunmaterialegranulareomogeneofatto aderireaunsupportopiano.l insiemedellafasestazionariaedelsupportoèdettolastrina. Selafasestazionariaèunmaterialepolare(comeilgeldisilice),laseparazionedimisceleè

9 9 dovutaprincipalmenteameccanismidiadsorbimentoeperciòlafasemobiledeveesserenon polare; in questo caso si parla di cromatografia in fase diretta. Se invece lo strato è modificatoconsostanzenonpolari,laseparazioneèdovutaprincipalmenteameccanismidi ripartizioneequindilafasemobiledeveessererelativamentepolare;inquestocasosiparladi cromatografiainfaseinversa.latlcconsentediottenereefficaciseparazioniintempiche tipicamentevarianodapochedecinediminutia1 2ore.L eluentesalelungolostratoper capillaritàetrascinainmododifferenziatoivaricomponentidellamiscela,percuisiformano macchiedivariedimensioni,piùomenoseparatefraloro.questoprocessoèdettosviluppo. ImportantecaratteristicaperlaTLCè,poi,ilcalcolodelfattorediritenzione(oRf)che indicalacorsarelativadeidiversicomponenti: Rf= d i / d el incui d i èladistanza percorsadalcomponentei esimodellamiscelaed elèladistanzapercorsadall eluente. Cromatografiasucolonna(C.C.) La cromatografia su colonna utilizza delle colonne su cui è supportatalafasestazionariachepuòaverediversecomposizioni. Nella parte superiore di tali colonne viene posta la soluzione incognitadicuidesideriamounaanalisiseparativacheverràpoi diluitautilizzandounafasemobileidoneasiadalpuntodivista dellapolaritàchedellaefficacianelinteragireconlasoluzioneda analizzare.datocheisoluti(dellasoluzione)sipossonomuovere soloquandositrovanonellafasemobile,lavelocitàmediaalla quale questi migrano lungo la colonna impaccata dipende dal tempochepermangononellafasemobileedalleinterazioniche hanno con questa. Se all' uscita della colonna cromatografica poniamounrivelatorecherispondaallaconcentrazionedeisolutisiottengonoinfunzionedel tempo deipicchicromatografici cheprendonoilnomedi cromatogramma.ognipicco presente sul cromatogramma sarà contrassegnato da un tempo specifico detto tempo di ritenzione che fornisce delle importanti informazioni di carattere qualitativo sui diversi componenti della miscela utilizzata, cioè quanto tempo ciascuna sostanza impiega per scorrere attraverso la colonna. Le cromatografie di colonna forniscono sia informazioni qualitative(itempidiritenzione)chequantitative,esibasanosulconfrontosiadell'areache dell'altezzadelpiccocromatograficoconquellodiunoopiùstardard. Spettrometriadimassa Generalità Laspettroscopiadimassagraziealprogressotecnologicoèdiventataormaiessenzialeper risolvereiproblemichesiincontranonellaodiernaricercadiproteineeacidinucleici.e' possibileinfattideterminaremassemolecolaridigrandimacromolecoleconunaccuratezzadi ±1unitàdimassa.L'utilizzodellaspettrometriadimassaperinvestigareprocessibiologici risaleafineanni'30,primianni'40.daiprimianni'80ècominciatoildrasticocambiamento nell'utilizzo di questo tipo di spettroscopia per fini biologici. La ragione di questo cambiamentoèstatal'introduzionedinuovetecnichedi ionizzazionecomeilfab(fastatom bombardment,bombardamentoconatomiveloci),il PD (plasmadesorption,desorbimento medianteplasma)eiltsp(thermospray)chehannopermessolaproduzionediioniinfase gassosadacompostipolariecarichisenzapreventivaderivatizzazionechimica.nell'ultimo

10 10 decennioaltretecnichediionizzazionecomel'es(elettrospray)eilmaldi(matrixassisted laser desorption ionization) hanno incrementato ancora di più l'uso della spettroscopia di massainbiologia.oggipossonoesseremisuratesostanzepresentiinconcentrazionedi Melemassemolecolaridelleproteineoltrei100,000Da. Unospettrometrodimassaèunostrumentocheproduceionieliseparainfasegassosain accordo al loro rapporto massa/carica (m/z). Oggi è disponibile un ampia varietà di spettrofotometridimassa,daidetectorsperlagascromatografiaaglispettrometriacceleratori dimassa.tutticondividonolacapacitàdiassegnarevalorimassa/caricaagliioni,sebbenei principidiquestaoperazioneeitipidiesperimentichepossonoesserefattipossanodifferire grandemente. Unanalisiallospettrometrodimassaèfattadi Introduzionedelcampione Icampionipossonoessereintrodottineglistatisolido,liquidoegassoso.Nelcasofossero solidioliquidi devonoessereresivolatiliprimaodurantelaionizzazione.sonomoltele tecniche di ionizzazione che producono molecole cariche in fase gassosa, e vanno dalle sempliciei(ionizzazioneaimpattoelettronico)eci(ionizzazionechimica)avarietecniche diionizzazionecondesorbimento(fab,pd,es,emaldi).unavoltachesisonoformati gliioniessipossonoessereaccelerati,focalizzatiofattirisuonaretramitecampielettricie magnetici. Laionizzazione Visononumerosetecnichediionizzazione,adesempio: Aimpattoelettronico(EI) Sostanze volatili possono essere ionizzate in un processo di interazione tra il campione gassosoconunfascioelettronicogeneratodaunfilamentodimetalloriscaldato.uncampo magnetico mantiene il fascio elettronico focalizzato attraverso la fonte ionica fino alla "trappola".dopol'impattoconelettronia70ev,lamolecolagassosapuòperdereunodeisuoi elettroniediventareunradicaleionicocaricatopositivamente.m+e M+.+2e dovem+. è lo ione molecolare. Porta un elettrone spaiato e può occupare vari stati elettronici e vibrazionali eccitati. Se questi stati eccitati contengono abbastanza energia, i legami si romperannoesiformerannoframmentiionicieparticelleneutre.con70evc'èabbastanza energiapercausareunavastaframmentazione.tuttigliionivengonoquindiacceleratidaun campoelettricoprodottoconunadifferenzadipotenzialeapplicatatraal fonteionicaeun elettrodo"aterra".un"repeller"serveadefinireilcampochecomprendelafonteionica.a secondadeltempodivitadellostatoeccitato,laframmentazioneavverràonellafonteionica dando origine a frammenti ionici stabili, oppure sulla via del detector, producendo ioni metastabili.senonavvienealcunaframmentazioneprimachegliioniraggiungonoildetector allora verrà generato un segnale per lo ione molecolare. Lo spettro di massa ottenuto

11 11 dall'analisidituttigliionicontienesegnalidiversirapportim/zeintensità,dipendentidal numerodiionicheraggiungonoildetector.iltipodiframmentazionedelloionemolecolare dipende dalla struttura della molecola e strutture simili danno spettri di massa simili. Al giornod'oggicisonoarchividispettridimassachecontengonooltre spettri che possono essere utilizzati per aiutare a identificare sostanze ignote e cercare sottostrutture comuni. Aionizzazionechimica(CI) Si basa sull'interazione della molecola di interesse con specie reagenti ionizzate. Molti reagentireattivisonoacididibrönstedgassosi.adesempio,unadellespeciereagentipiù utilizzatesonogenerateperiedalmetano.ilprimoionechesiformaèilch 4+.chereagiscea darel'acidodibrönstedch5+secondoquestareazione CH4+.+CH4 CH5++CH3. SeunamolecolaMneutranellafontehaunaaffinitàpiùaltaperiprotonidelmetanosi formeràlaspeciemh+inunareazioneesotermica CH5++M CH4+MH+ Lastrumentazioneperla CIèmoltosimileaquellausataperl'EI.Ladifferenzamaggiore riguardailmantenimentoall'internodellospettrometrodiunapressionepiùaltaperfavorire lereazioniionemolecola. Abombardamentoconatomiveloci(FAB) E un'altratecnicadiionizzazionesoft,cioècheportaadunaframmentazioneminima.va bene per composti polari e termolabili. In una tipica analisi FAB, il campione viene usualmentediscioltosuunaappropriatamatrice,unsolventeviscoso,inmododamantenereil campioneinunostatoliquido.tralepiùcomunimatriciliquidecisonoilglicerolo,il1 tioglicerolo,unamisceladiditiotreitoloeditioeritrolo,alcol3 nitrobenzileetrietanolammina. Unotrairuolipiùimportantidellamatrice,graziealsuopuntodicongelamentobasso,è quellodimantenereilcampioneallostatoliquido.lamatricehaancheilruolodiridurre danni all'analita causati dal bombardamento di particelle ad alta energia. La ionizzazione vieneeffettuatabombardandolasoluzioneliquidadell'analitaconatomiveocidiaroxecon unenergiacineticadi8 10keVoioniveloci(Cs+finoa35keV).Questaultimaversioneè notacomeliquidsecondaryionmassspectrometry(lsimsorliquidsims). SpettrofotometriaIR Generalità LaspettrofotometriaIRsibasasull assorbimento,dapartedimolecoleopiùingeneraledi composti,delleradiazioniconlunghezzed ondacompresefra0.78µm(limitedelvisibile) e100µm.questaampiagammaspettralevienesuddivisaintreregioniprincipali: IRvicino(oNIR:NearInfraRed)dacirca13000a4000cm 1 IRmedio(oMIR:MidInfraRed)da4000a200cm 1 IRlontano(oFIR:FarInfraRed)da200a10cm 1

12 12 LaregionepiùinteressanteèilMIR,chefornisceinformazionisullastrutturadeicomposti (soprattutto organici). Il NIR presenta insiemi di bande piuttosto complessi, che possono esserecorrelati(macondifficoltà)aunnumeroristrettodigruppifunzionali. IlFIRpresenta,invece,pochipicchiutiliallosviluppodicompostiorganici,maèdigrande interesseperlacaratterizzazionedicompostiinorganiciemetallorganici. TEORIADELL ASSORBIMENTOIR Abbiamoanostradisposizioneunaleggechecipermettediprevederelafrequenzaallaquale un certo gruppo funzionale presente nella molecola assorbirà, e questa è la LEGGE DI HOOKE. In questocaso dueatomi legati fralorosonoconsiderati come un semplice oscillatore armonico,rappresentatodaduemasselegatedaunamolla. Ora,immaginiamodimettereinmotoilsistema;potremoosservareche: sferepiccolesonopiùfacilidamuovere,quindipiùpiccolesonolemasse,maggioreè lafrequenzaallaqualeoscillano piùrigidaèlamolla,maggioresaràlafrequenzaallaqualesihal oscillazione Ciòsignificache,inunamolecolaorganica: oscillatoricostituitidamassepiccoleoscillanoafrequenzepiùalte atomiunitidaunlegamesingolovibranoafrequenzepiùbasserispettoaquelliuniti dalegamidoppiotripli SecondolaleggediHookeinfatti: Vvibr=(1/2πc)* (k/µ) Vvibr=frequenzadivibrazione c=velocitàdellaluce k=costantediforza µ=(m1*m2)/(m1+m2) Possiamoquindidireche:

13 13 MAGGIOREÈLACOSTANTEDIFORZAK,MAGGIOREÈLA FREQUENZADIASSORBIMENTO; MAGGIOREÈLAMASSARIDOTTA,MINOREÈLAFREQUENZA Ingeneralequestatecnicamisural intervallodilunghezzed ondafacentipartedellaregione dello spettroinfrarossochevieneassorbitodalmateriale. L assorbimentodellaradiazione infrarossaproducenellemolecoledeimotivibrazionalicaratteristicidefiniticomestretching (stiramento,modificandolalunghezzadeilegami)ebending(deformazione,modificandogli angolidilegame). ComeillustratoinFigura,lostiramentoèilrisultatodiunacontinuavariazionedelledistanze dilegametradueatomiepuòesseresimmetricooantisimmetrico;ladeformazione,invece,si riferisceallamodificadell angolodilegamesullostessopianoofuoridalpianosucuisono situatigliatomiconsiderati. Fig. Motivibrazionalidistiramento simmetricooantisimmetricoedipiegamentosul pianoefuoridalpiano.lesfereschematizzano laposizionedegliatomiall internodella molecola.

14 14 LOSPETTROIR Lospettroinfrarossosipresentacomeunasequenzadibandediassorbimentoregistratein funzionedellalunghezzad onda(odelnumerod onda).nelcasodicompostiinfasegassosa le bande appaiono di solito alquanto complesse in quanto prodotte da transizioni vibro rotazionalidellemolecola(sonoperòdidifficileinterpretazioneeperquestoglispettriinfase gassosa hanno scarso valore diagnostico nel caso di molecole organiche o di interesse farmaceutico.)questononaccadeinfasesolidaepraticamenteneancheinliquidaperchéle molecolesiurtanoprimadiavercompiutounarotazionecompleta(inaltreparoleilloro camminoliberomedioèinferiorealtempodirotazione).perquestoglispettrisipresentano relativamentepiùsemplici.iparametrichecaratterizzanounabandadiassorbimentoirsono: POSIZIONE Laposizionediunabandavieneindicataconlasuaλmax(inmicrometriμm)opiùspessoin numerod onda ν (cm 1).La νmax(equindila λmax)dipendedallacostantediforzadel legame interessato: più rigido è il legame, quanto maggiore è l energia necessaria per amplificarelevibrazioni. INTENSITÀ L intensità di una banda (cioè l altezza del picco) esprime la probabilità che avvenga la transizione energetica dallo stato fondamentale a quello eccitato (da parte del gruppo funzionale)cheprovocal assorbimento. FORMA LaformadellebandeIRpossonoesserediduetipi: stretta(sharp) larga(broad) Laformapuòrisentiredell unitàsceltaperlaregistrazione:lunghezzad ondaonumero d onda. Suddivisionedellospettroinfrarossoinunaseriediregioni SolitamenteilimitidellospettroIRvannoda4000a400cm 1dinumerod'onda,tuttaviala regionedell'infrarossosiestendeancheoltre.lebandeosservabilialdisopradei4000cm 1 sonodettebandediovertones.sichiamanoovertonesproprioperchérisuonanoaldifuoridel campospecificodell'infrarossoesarannosempredeimultiplidialtrebandecaratteristicheche rispettanolaregoladiselezione(adesempiosetroviamounabandaa6000cm 1relativaad unatransizioneδv=2èmoltoprobabilecheesistaunabandaanalogaa3000cherientra nellazonaosservabile). RisonanzaMagneticaNucleare(N.M.R.) La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, detta anche NMR, è un metodo spettroscopico basato sulle proprietà magnetiche dei nuclei di alcuni atomi/isotopi. La

15 15 rotazionedeinucleiatomicisuséstessiècapacediprocurareunmomentomagnetico μad alcunidiessi.ilpiùsemplicetraglielementiaventimomentomagneticonucleare,edilpiù importanteafinipratici,èl'idrogeno.sipuògrossolanamentevisualizzarel'unicoprotonedi cuiècompostol'atomodiidrogenocomeunapallainrotazionesuséstessaeuniformemente carica:leporzioniinfinitesimedicaricageneranouncampomagneticoinfunzionedellaloro distanzadall'assedirotazione. Le proprietà dispin dei protoni e dei neutroni che compongono gli atomi più pesanti si combinano per definire lo spin totale dei nuclei di elementi più pesanti, da cui il loro eventualemomentomagnetico.solonucleiconnumeroatomicoe/omassaatomicadispari mostranoproprietàmagnetiche:sidicecheilloronumeroquanticodispin I è±1/2.la direzionedelmomentomagneticocosìprodottoè,perunprotonenelvuoto,assolutamente casuale. Nellarealtà inuclei attivi sonoimmersi inun intornochimico:altriatomi, altre molecole,licircondano,conlerelativenubielettroniche,edancheessostessoècircondato dalla sua "nube" di particelle cariche in moto. Il campo magnetico applicato induce, sull'intorno elettronico di ogni nucleo, un campo magnetico locale opposto (fenomeno di induzione).lanubeelettronicaprovocacioèunamodulazionelocaledelcampoapplicato, dettaschermatura.ilcampoeffettivoresiduovieneindicato Blocale = B0(1 - σ) Doveσèloschermoelettronico(attenzione:σnonèancoralospostamentochimico!).Cioè, asecondadell'intornochimicodiuncertonucleo,lafrequenzadirisonanzapuòrisultarepiù bassadiunfattore1 - σ,poichésolitamenteilcampomagneticoindottoèoppostoaquello applicato. Osservando la posizione relativa dei picchi di assorbimento, è possibile fare considerazionisulloschermoelettronicoassociatoaivarinucleichelihannogenerati.

16 16 PARTESPERIMENTALE Sintesidi1 Feniletil 1 H Pirrolo Codicesintesi1a NH + HO 2 NaOH Na N + HO 2 (2) (1) Metil trioctil Ammonio Cloruro Br CHCl 2 2 N (4) (3) Reagenteoprodotto Pirrolo(1) NaOH Acqua 1 (2 bromoetil) benzene(3) Metilenecloruro Metil trioctil Ammonio cloruro Massa molare Densità moli Quantità ml 1.2g 20ml 2.7ml 20ml Rapporto molare g 0.14 Siscioglieilsodioidrossidoinacquaesiaggiungeilpirrolo.Dopodissoluzionesiaggiunge ilcatalizzatore(salediammonioquaternario)elasoluzioneorganicadialogenuro.silascia sottoforteagitazioneperduesettimanemonitorandol avanzamentodellareazioneintlc. Dopoun orainfatti,lareazionenonèancorapartitacomemostralalastrinainfig.1incuila

17 17 lineapiùadestracorrispondeallamisceladireazione,lalineacentraleall alogenuroelalinea disinistraalpirrolo. L eluenteusatoècostituitodaunamisceladiesanoedetereetiliconelrapporto8a2ela lastrinaècostituitadasilicecomefasestazionaria. Figura1 DopoduesettimanesieffettuaunaulterioreindagineinTLCchefornisceilseguenterisultato (fig.2)

18 Mix Figura2 Lalineariferitaallamisceladireazionemostraunamacchianondovutaaireagenti(Rf= 0,73) utilizzando questa volta esano come eluente per cercare di diminuire l Rf della precedentelastrinaalfine,così,diottimizzarelaresaincolonnadelcampione. Lostesso schemasinteticosièutilizzatovariandolatemperaturaeconducendolareazionea50 C. Lacineticadellareazionenonsembrarisentiredell effettodella variazioneditemperatura,comedimostratodaindaginiintlc, chemostralostessorisultato.unaaliquotadellafaseorganica viene fatta passare in una colonna preparativa di silice utilizzandoesanocomeeluente.sisonoraccolte40frazionidi circa 3ml ciascuna esisonoriunite lefrazioni che in TLC mostravano la medesima composizione, ottenendo così tre campioni.(fig.3) Figura3 Le frazioni così ottenute sono state portate a rotavapor per eliminare l esano e indagate mediantegas massaottenendoiseguentirisultatiafrontediunaipotesidiframmentazione perreagentieprodottiattesi.

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20 20 Ipotesidiframmentazione La frazione indicata con 3 nella separazione TLC mostra un cromatogramma in cui si evidenzia praticamente un solo picco la cui frammentazione corrisponde a quella dell alogenurodipartenza.

21 21 Cromatogrammaespettrodimassadellaterzafrazione Lafrazioneindicatacon2(miscelaconduecomponenti)nellaseparazioneTLCmostraun cromatogramma ricco di picchi in cui è presente l alogenuro (picco più alto) e un picco relativamente alto a 8.53 minuti. La frammentazione rende conto però di un composto bromuratononcorrispondentealprodottovoluto.

22 22 Cromatogrammaespettrodimassadellasecondafrazione Lostessoschemasinteticoèstatoutilizzatopereseguirealtreprovecambiandoilsolvente. Ancheusandounmaggiorpoteresolventenonsiottengonovariazionisignificativeperquanto riguardalaformazionedelprodottovoluto.siprovaquindiavariarelastrategiadisintesi facendoavvenirelareazioneinfaseomogeneautilizzandocomesolventel etereetilicoanidro anche in presenza di un acido di Lewis. La scelta dell etere anidro è stata fatta su suggerimentodelladott.ssacornia,ricercatricedell UniversitàdiParmadeldipartimentodi

23 23 Chimica Organica, la quale nel corso delle sue ricerche ha osservato che tale solvente favoriscel alchilazionesull azotorispettoaquellasulcarbonio. Codicesintesi2a Br NH Et2O + N HBr (4) (3) (1) + 1 Feniletil 1H Pirrolo Reagenteoprodotto Pirrolo(1) 1 (2 bromoetil) benzene(3) EtereEtilico Massa molare Densità moli Quantità ml 2.7ml 100ml Rapporto molare 1 1 Codicesintesi2b Br NH (1) Et2O FeCl3 + N Pirrolo(1) 1 (2 bromoetil) benzene(3) EtereEtilico CloruroFerrinoanidro HBr (4) (3) Reagenteoprodotto + 1 Feniletil 1H Pirrolo Massa molare Densità moli Quantità ml 2.7ml 100ml 324.2mg Rapporto molare L usodiunacidodilewisègiustificatodaunpossibileeffettoattivantesull alogenuroper unasostituzionenucleofiladelsecondoordine.

24 24 N Cl Cl Fe Br Cl Dopoduesettimanenonsiosservalaformazionedelprodottodesideratobensìlaformazione dipolipirroli. RISULTATIEDISCUSSIONE Laprimasintesi(1a)haportatoallaformazionediprodottiindesideratifracuilostirene invecedelprodottodesiderato. Questoprobabilmenteèdovutoallacineticaestremamentelentadellareazionevolutaeadun conseguente aumento della reazione competitiva di eliminazione (E2). L alogenuro infatti portaallaformazionedellostirenepereliminazionedell HBr.Taleipotesièsuffragatadalla formazionediunadiscretaquantitàdiderivatibromuratidovutaproprioallapresenzadihbr libero,comesipuòosservaredaglispettridimassa.pernonincorrereneiproblemidovutia unacineticacosìlentasièpensatodipotereseguirelareazioneinfaseomogenea.questo comportaperòdueprincipaliproblemi: esaltarelecaratteristicheacidedell idrogenosull azotopirrolico evitarel alchilazionealcarbonio(posizioni2e3). Tutto questo può essere risolto utilizzando un solvente come l etere etilico che presenta inoltreilvantaggiodipoteresserefacilmenteallontanatodallamisceladireazionesfruttando lasuaaltavolatilità.l utilizzodiquestosolventecomportaperòlanecessitàdiunambiente rigorosamenteanidrosoprattuttoladdovesiusicomecatalizzatoreunacidodilewis che altrimenti verrebbe disattivato. Ulteriore problema è insito nella pericolosità dovuta alla possibileformazionediperossidiutilizzandol etere.ilprimoproblemavienerisoltotrattando l etere con setacci molecolari ed il secondo aggiungendo 10ppm di BHT (butil idrossi toluene)uninibitoreperlaformazionediperossidi.taleaggiuntanondovrebbecomunque interferireconlareazione.lasecondasintesihaportatoallacomparsadiunacolorazione verdenelcasodell utilizzodicloruroferricoanidrocomecatalizzatore(2b).questamiscelaè statadistillataabassapressione(rotavapor)esuccessivamentemessaacristallizzareabassa temperatura.nonsiènotatalaformazionediunafasesolida.laprocedurachenonprevede l usodicatalizzatore(2a)èstatalasciatasottoagitazionepiùalungo.dopotresettimanesiè evidenziatalapresenzadinerodipirroloperlaformazionedipolipirroliconmeccanismo

25 25 probabilmentecationicoanzichéradicalico.questoèplausibileinquantolamiscelaèstata mantenutaalbuioecomunque,contieneuninibitoreradicalicocomeilbht.ilmeccanismo cationicorimanequindiilpiùprobabileacausadell aciditàdelpirrolo. CONCLUSIONI Nell introduzione è stata citata la risonanza magnetica nucleare in quanto prevista per la caratterizzazione dei prodotti di reazione. Non essendo pervenuti ad un intermedio da purificare,nonèstatapurtroppoutilizzata.inconclusionebenchéleprocedureutilizzatesiano quelle consigliate dalla letteratura specializzata si può considerare che la cinetica della reazione per un alogenuro come quello da noi usato è talmente lenta che diventa cineticamente favorita la formazione di altri prodotti tra cui i polipirroli. Per cercare di sopperireaquestadifficoltàmigliorandoleresedeiprodottieriducendoitempidireazionesi puòpensareall impiegodellemicroondeinassenzadisolvente 3.Unpossibileprotocollopuò essereilseguente: miscelareilpirroloconuneccessodel50%dell alogenuroalchilicoinpresenzadiuna quantitàcatalitica(1/10)diammonioquaternario adsorbirelamisceladeireagentisuna2co3/koh irradiareper1 10minutimediantefornoamicroonde Laformaelagrandezzadelrecipientedireazionesonofattoriimportantipercuipuòrisultare convenienteutilizzareuncontenitorechiusomoltopiùgrandediquellocheèilvolumedei reagenti.lastrategiaèquelladitenerelatemperaturadireazionealdisottodeipuntidi ebollizionediognireagenteimpiegato.lapotenzasuggeritaèdi300wpercirca50secondi. Diseguitosifornisceunesempiodirapportimolari3 pirrolo5mmoli alogenuro7,5mmoli catalizzatore0,5mmoli K2CO320mmoli KOH20mmoli BIBLIOGRAFIA 1.Direttiva88/388/CEEsugliaromidestinatiadessereimpiegatineiprodottialimentari 2.Cetto,B.,Ifunghidalverovol.1,Saturnia, Santagada,V.,Peptidiepeptidomimetici:progettazione,sintesiecaratterizzazione, applicazionidinuovestrategiesintetiche,chimicainatoriale,microonde.piccin, SalaffiD.,LusignaniS.,Sintesidiunaromacaratteristicodelfungoporcinosecco.Tesi sperimentaleperesamedistato.ed.bereninifidenzacorsochimici Gossauer,A.,DieChemiederPyrrole,Springer,Berlin, Balon,M.,Carmona,M.C.,Munoz,M.A.,Hidalgo,J.,Tetrahedron,1989,45,7501.