Síntese de novos derivados amino-nitroquinoxalínicos ... · de Araújo, Keyla Amado, João Marcos, Adelson Dias, toda a galera do truco e tantos outros. À Marcela, Lilian, Rusceli,

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

INSTITUTO DE QUÍMICA

Jordan Kerven da Silva

Síntese de novos derivados amino-nitroquinoxalínicos visando possíveis

aplicações como cristais líquidos

NATAL. RN

2016




Monografia apresentada à Universidade Federal do Rio

Grande do Norte - UFRN como requisito para obtenção

de título de Bacharel em Química.

Orientador: Prof. Dr. Fabrício Gava Menezes

NATAL. RN

2016




Monografia apresentada à Universidade Federal do Rio

Grande do Norte - UFRN como requisito para obtenção

de título de Bacharel em Química.

Aprovado em:____/____/____

Banca examinadora:

____________________________________

Prof. Dr. Fabrício Gava Menezes

Orientador

____________________________________

Profa. Dra. Lívia Nunes Cavalcanti

____________________________________

Msc. Lilian Cavalcante da Silva

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN

Sistema de Bibliotecas - SISBI

Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial do Instituto de Química - IQ

Silva, Jordan Kerven da.


aplicações como cristais líquidos / Jordan Kerven da Silva. - Natal, 2016.

38f.: il.

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciências Exatas e

da Terra, Instituto de Química, Natal, 2016.

Orientador: Prof. Dr. Fabrício Gava Menezes.

Coorientador: Profa. Dra. Lívia Nunes Cavalcanti.

1. Cristais Líquidos - Monografia. 2. Mecânica dos fluidos - Monografia. 3.

Química - Monografia. I. Menezes, Fabrício Gava. II. Cavalcanti, Lívia Nunes.

III. Título.

RN/UF/BS-IQ CDU 532.783

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais pelo incentivo e apoio durante toda a graduação.

Aos meus irmãos pelo carinho e atenção.

Aos meus amigos Vinicius Marrafa, Felipe Gama, Guilherme Gama, Sílvio Fernandes, João

Freire, Gabriel Pichorim, Thatyane Confessor, Bruno César, Victor Liberalino, Eric

Cavalcanti, Giovani Tasso, Ester Rebouças, Emília Lima, Renata Avelino, Jessyka Kelly,

Marcus Lucena, Paulo Tovar, Metheus Falcão, Marcela Ohana, Rosângela Mayara, Nayara

de Araújo, Keyla Amado, João Marcos, Adelson Dias, toda a galera do truco e tantos outros.

À Marcela, Lilian, Rusceli, Erivaldo, Edson, Gizely, Fátima e Mayra pelos incontáveis

auxílios durante todo esse percurso.

Aos meus colegas de curso.

Ao professor Fabrício Gava Menezes por toda a atenção e paciência durante todo o trabalho.

À professora Lívia Nunes Cavalcanti por todas as dúvidas tiradas com calma e paciência.

À professora Renata Mendonça pelo espaço, auxílio e análises de RMN.

Ao professor Rodrigo por toda a colaboração.

E a todos que seguiram comigo durante esses anos.

Ao Instituto de Química pelos recursos.

Aos meus pais e irmãos que sempre me deram força.

"A minha mensagem é simples: mais do

que uma geração tecnicamente capaz, nós

necessitamos de uma geração capaz de

questionar a técnica. Uma juventude capaz

de repensar o país e o mundo. Mais do que

gente preparada para dar respostas,

necessitamos de capacidade para fazer

perguntas." Mia Couto

RESUMO

Cristais líquidos são materiais de grande interesse para as áreas tecnológicas, sua

característica de possuir um grau de ordenamento molecular entre a ordem orientacional e

posicional de longo alcance dos sólidos cristalinos, e a desordem de longo alcance dos

líquidos isotrópicos e gases os torna materiais com propriedades interessantes ao estudo não

só para aspectos básicos em química ou física mas também por suas aplicações, como por

exemplo, na fabricação de dispositivos eletro-ópticos e sensores de temperatura e pressão.

Dessa forma, neste trabalho iremos sintetizar compostos com características estruturais

conhecidas de cristais líquidos a partir do o composto 2,3-dicloro-6,7-dinitroquinoxalina

(DCDNQX) através de reações do tipo SNAr com nucleófilos de cadeia alongada no intuito de

obtenção de candidatos a cristais líquidos, os quais terão suas características de transição

estudadas, assim como suas propriedades foto-físicas avaliadas.

Palavras-chave: Cristais líquidos, característica, propriedades, sintetizar, DCDNQX.

ABSTRACT

Liquid crystals are materials of great interest to technological areas, their characteristic of

having a degree of molecular ordering between the long-range orientational and positional

order of crystalline solids, and the long-range disorder of isotropic liquids and gases makes

them materials with properties Interesting to the study not only for basic aspects in chemistry

or physics but also for their applications, for example in the manufacture of electro-optical

devices and temperature and pressure sensors. Thus, in this work we will synthesize

compounds with known structural characteristics of liquid crystals from the 2,3-dichloro-6,7-

dinitroquinoxaline compound (DCDNQX) through SNAr-type reactions with elongated chain

nucleophiles in order to obtain Candidates for liquid crystals, which will have their transition

characteristics studied, as well as their evaluated photo-physical properties.

Keywords: Liquid crystals, characteristic, properties, synthesize, DCDNQX.

LISTA DE FIGURAS

Figura 01 - Representações de três tipos principais de mesofases de cristais líquidos: a)

nemática; b) esmética; c) colunar.

Figura 02 - (a) Estrutura da quinoxalina; (b) Mapa de potencial eletrostático da quinoxalina.

Figura 03 - Exemplos de Cristais Líquidos com anéis quinoxalinícos em sua estrutura.

Figura 04 - Isolamento de intermediários de Meisenheimer nas reações de éteres pícricos com

alcóxidos. Inserto: estrutura cristalográfica de um complexo de Meisenheimer.

Figura 05 - (a) reação de 2-cloropiridina com metóxido de sódio; (b) reação de um derivado

purínico clorado com butilamina.

Figura 06 - Reação do 1,2-dicloro-4,5-dinitrobenzeno (DCDNB) com pirrolidina.

Figura 07 - Reações de DCDNQX com aminas alifáticas pirolidina e n-butilamina. Inserto:

ilustração Ortep do produto 2,3-dipirrolidino-6,7-dinitroquinoxalina.

Figura 08 - Estruturas químicas das moléculas-alvo 1-4 propostas no presente trabalho.

Figura 09 - Síntese do QXDO

Figura 10 - Síntese do DNQX a partir do QXDO

Figura 11 - Síntese do DCDNQX a partir do DNQX

Figura 12 - Síntese do composto 1 a partir do DCDNQX




Figura 16 - Proposta mecanística para formação do composto QXDO

Figura 17 - Proposta mecanística para a nitração do composto QXDO nas posições 6 e 7.

Figura 18 - Proposta mecanística para a formação do bloco de construção DCDNQX a partir

do DNQX.

Figura 19 - Espectro de RMN 1H (DMSO-D6, 400 MHz) do produto 1.

Figura 20 - Espectro de RMN 13

C (DMSO-D6, 100 MHz) do composto 1.

Figura 21 - Espectro de RMN 1H (DMSO-D6, 400 MHz) do composto 2.





Figura 25 - Espectros UV-Vis dos compostos 1-4, em clorofórmio, com concentração de

1,25x10-5

mol.L-1

.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 12

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................................... 13

2.1 CRISTAIS LÍQUIDOS ..................................................................................................... 13

2.2 QUINOXALINAS ............................................................................................................ 14

2.3 SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA AROMÁTICA EM SISTEMAS AROMÁTICOS E

HETEROAROMÁTICOS ........................................................................................................ 15

3 JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS .................................................................................... 18

3.1 OBJETIVOS GERAIS........................................................................................................20

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................ 20

4 PARTE EXPERIMENTAL............................................................................................... 20

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................... 25

6 CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................. 35

7 REFERÊNCIAS ................................................................................................................ 36

12

1 INTRODUÇÃO

A química orgânica está presente no nosso dia-a-dia de forma marcante, desde os

produtos naturais, passando por medicamentos, conservantes de alimentos, corantes,

polímeros de revestimento e até modernos materiais para aplicações de âmbito tecnológico.

Dentro deste contexto, é perceptível a necessidade de novas formas de produção de

compostos orgânicos, ou seja, o desenvolvimento de metodologias sintéticas, que, em

especial, devam ser mais eficazes (com melhores rendimentos em menores tempos) e limpas

(com menos danos ambientais).

A química dos compostos heterocíclicos nitrogenados é uma das áreas de maior

destaque da química orgânica, e esta afirmação começa a ser justificada pelo fato de que o

metabolismo e demais transformações bioquímicas em organismos vivos são baseadas em

moléculas naturais biologicamente relevantes, tais como enzimas, coenzimas, ácidos

nucleicos, entre outras, as quais contem unidades heterocíclicas nitrogenadas (WALSH,

2015). Por outro lado, heterociclos sintéticos, assim como seus complexos de coordenação

com íons metálicos, são conhecidos por possuírem propriedades físicas e químicas bastante

interessantes, tendo, por isso, atraído extensiva atenção na busca por novos compostos com

potenciais atividades biológicas para os mais variados fins, assim como de interesses

industriais, tais como corantes, e interesses tecnológicos, incluindo diodos orgânicos

emissores de luz (OLED) e cristais líquidos.

Dentre as inúmeras unidades heterocíclicas conhecidas, os derivados de quinoxalina

compõem uma classe com grande destaque em diversas áreas, incluindo compostos

biologicamente ativos para diferentes fins, notadamente aqueles possuindo atividade

anticâncer (PEREIRA et al, 2014),e como materiais luminescentes para aplicações de âmbito

tecnológico (ACHELLE et al, 2013).

Atualmente, o Instituto de Química da UFRN vem desenvolvendo pesquisas centradas

na síntese e aplicações de uma série de compostos heterocíclicos, com destaque para os

derivados quinoxalínicos. No intuito de dar continuidade a estas pesquisas, o presente

trabalho tem como objetivo a obtenção de novos corantes derivados do heterociclo

quinoxalina que possam vir a possuir propriedades de cristais líquidos. A metodologia do

trabalho é baseada nas reações do bloco de construção 2,3-dicloro-6,7-dinitroquinoxalina

(DCDNQX) com aminas alifáticas e aromáticas via reações de substituição nucleofílica

aromática. Os compostos obtidos foram caracterizados por espectroscopia UV-Vis, IV, RMN

1H e RMN

13C.

13

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 CRISTAIS LÍQUIDOS

Cristais líquidos são materiais que apresentam um ordenamento da matéria

compreendido entre o líquido e sólido, sendo o chamado estado líquido cristalino (ou

mesomórfico), características de materiais possuindo simultaneamente propriedades físicas

características dos líquidos e dos sólidos, tais como fluidez e organização, respectivamente

(MERLO, 2001). Em geral, as moléculas que constituem os cristais líquidos são, em sua

maioria, formadas por uma parte rígida, anisométrica, com caráter predominantemente

aromático, à qual se liga, geralmente, uma parte com caráter predominantemente alifático. A

caracterização das mesofases formadas pelos cristais líquidos pode ser verificada de diferentes

formas, sendo a microscopia de luz polarizada o método classicamente mais empregado

(MERLO, 2001), A referida técnica é bastante simples, possibilitando uma avaliação das

texturas mostradas pelas mesofases em função do aquecimento. Por outro lado, em muitos

casos, é necessária a utilização de técnicas mais apuradas, tais como difração de raios-X da

mesofase, testes de miscibilidade, etc.

De modo geral, todas as mesofases podem ser agrupadas em três grandes categorias:

nemáticas, esméticas e colunares (Figura 1). Pode-se dizer que nas fases nemáticas a

distribuição das moléculas é aleatória, não existindo qualquer ordem posicional a longa

distância; nas fases esméticas, as moléculas dispõem-se em camadas (ou lamelas) sobrepostas,

de igual espessura (uni- ou bi-molecular), estabelecendo assim uma periodicidade espacial

segundo a normal das camadas; as fases colunares exibem estrutura organizada constituídas

pelo empilhamento de “discos moleculares”.

Figura 1 - Representações de três tipos principais de mesofases de cristais líquidos: a) nemática; b)

esmética; c) colunar.

Fonte: Autor, 2016

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Estado_l%C3%ADquido_cristalino&action=edit&redlink=1

14

Os cristais líquidos são materiais com propriedades fascinantes, que provocam grande

impacto tecnológico. Suas aplicações crescem com resultados espetaculares, sendo utilizados

em displays de televisores, tablets e laptops, por exemplo (CRISTIANO, 2014). O

funcionamento dos cristais líquidos em dispositivos eletrônicos tem origem base o fato de que

ao se aplicar uma corrente elétrica sobre esses cristais faz com que eles se destorçam em

vários graus, dependendo da intensidade da tensão que é aplicada sobre ele, ou seja, estes

materiais reagem à passagem da corrente elétrica controlando, dessa forma, a passagem da

luz.

2.2 QUINOXALINAS

Uma classe de heterociclos aromáticos que vem se destacando em função de seus

aspectos teóricos, atividades biológicas e aplicações sintéticas são as quinoxalinas (LIMA,

2015). Estes heterociclos possuem sua unidade básica estruturalmente originada da fusão de

um anel benzênico e uma pirazina, conforme apresentado na Figura 2a. A unidade

quinoxalínica apresenta seu sistema cíclico com uma polarização permanente devido à

presença dos dois átomos de nitrogênio, como visualizado através do seu mapa de potencial

eletrostático (Figura 2b). Similarmente à piridina, os carbonos vizinhos aos átomos de

nitrogênio (C2 e C3) do anel quinoxalínico são deficientes em elétrons, ou seja, são sítios

eletrofílicos, favorecendo reações de substituição nucleofílica aromática nestas posições.

Figura 2 - (a) Estrutura da quinoxalina; (b) Mapa de potencial eletrostático da quinoxalina.

Fonte: Adaptado de Lima (2015)

(a)

(b)

15

Fonte: Achelle, 2013

Figura 3 - Exemplos de Cristais Líquidos com anéis quinoxalinícos em sua estrutura.

2.3 SUBSTITUIÇÃO NUCLEOFÍLICA AROMÁTICA EM SISTEMAS

AROMÁTICOS E HETEROAROMÁTICOS

Reações de substituição nucleofílica aromática em halobenzenos ocorrem apenas sob

condições bastante severas (BRUICE, 2006). Por exemplo, a formação de fenol a partir da

reação de clorobenzeno com o ânion hidróxido ocorre apenas sob condições de alta

temperatura e pressão.Todavia, excluem-se desta assertiva os seguintes casos: i) substratos

ativados por substituintes retiradores de elétrons; ii) reações envolvendo bases fortes e iii)

mecanismo radicalar operante (PROCTOR et al., 1982; MARCH, 1992; CAREY, 2000;

MENZES, 2007).

Certamente, os principais substratos estudados em reações de substituição nucleofílica

aromática são os halonitrobenzenos (HNB), uma vez que nestas moléculas existe a presença

simultânea de um grupo ativador (nitro) e um grupo de saída em potencial (halogênio ou

nitro), que quando adequadamente orientados (relação orto e/ou para), podem gerar espécies

intermediárias não aromáticas, mas estáveis, no curso da reação (MARCH 1992; CAREY,

2000). De fato, estas espécies intermediárias são conhecidas há mais de um século, quando o

cientista Jacob Meisenheimer, em 1902, isolou um sólido em comum das reações entre 1-

etoxi-2,4,6-trinitrobenzeno com metóxido de potássio e 1-metoxi-2,4,6-trinitrobenzeno com

etóxido de potássio previamente à formação dos produtos das reações (Figura 4). Esse sólido

16

foi caracterizado como um intermediário reacional conhecido como Complexo-σ ou

Complexo de Meisenheimer. Adicionalmente, intermediários de Meisenheimer também

tiveram suas estruturas caracterizadas por cristalografia de raios-X, tal como o aduto da

reação de1-metoxi-2,4,6-trinitrobenzeno com o ânion metóxido apresentado no inserto da

Figura 4, o qual se nota que as distâncias entre o carbono ipso e os carbonos orto são típicas

de carbonos hibridizados sp3, ou seja, dando suporte à formação de um intermediário não

aromático. (TERRIER, 2013).

Figura 4 - Isolamento de intermediários de Meisenheimer nas reações de éteres pícricos com alcóxidos.

Inserto: estrutura cristalográfica de um complexo de Meisenheimer.

Fonte: Adaptado de Terrier (2013)

Alguns livros de química orgânica tratam sobre as reações de substituição nucleofílica

aromática em heterociclos nitrogenados dotados de grupos de saída em potencial, tais como 2-

cloropiridina, onde a reação deste substrato com metóxido de sódio, por exemplo, leva à

formação do anisol correspondente como descrito na Figura 5a (CAREY, 2000). À medida

em que o heterociclo passa a ser ainda mais rico em heteroátomos, as reações passam a

ocorrer em condições ainda mais suaves, tais como verificado na Figura 5b para a reação de

um nucleosídeo purínico com butilamina (TERRIER, 2013).

17

Figura 5 - (a) reação de 2-cloropiridina com metóxido de sódio; (b) reação de um derivado purínico

clorado com butilamina.

Fonte: adaptado de Carey (2000) e Terrier (2013)

Um derivado que tem se mostrado de grande relevância em reações de substituição

nucleofílica aromática é o 2,3-dicloroquinoxalina (DCQX). Esse substrato tem sido a base de

diversos trabalhos de pesquisa realizados no IQ-UFRN através dos quais estão sendo obtidos

derivados de aminoalcoóis, aminoácidos, amidas, hidrazinas, entre outros nucleófilos, para

aplicações em áreas de âmbito biológico, ambiental e tecnológico.

Um aspecto de suma importância para as reações de substituição nucleofílica em

carbono saturado é o efeito do grupo de saída. Em HNB, tanto o halogênio quanto o nitro

podem atuar como grupo de saída. De fato, o nitro é um dos melhores grupos de saída para

reações de susbtratos aromáticos com espécies nucleofílicas, e isso, por si só, já caracteriza a

grande diferenças destas reações para as substituições em carbono saturado (MARCH, 1992).

A literatura traz alguns exemplos interessantes de substratos ativados para reações via

mecanismo SNAr, tal como relatado por MENEZES e colaboradores (2007) Um exemplo que

ilustra uma competição entre dois grupos de saída bastante comuns em SNAr diz respeito às

reações de 1,2-dicloro-4,5-dinitrobenzeno (DCDNB) com aminas (Figura 6), nas quais o

nitro é substituído preferencialmente ao cloro, de forma muito rápida e efetiva (MENEZES,

2007). De fato, o efeito o grupo de saída não está associado apenas à estabilização da espécie

intermediária, mas sim ao aumento da eletrofilicidade do carbono ipso (MARCH, 1992).

EtOH, refluxo(a)

(b)

18

Figura 6 - Reação do 1,2-dicloro-4,5-dinitrobenzeno (DCDNB) com pirrolidina.

Fonte: Adaptado de Menezes (2007)

Apesar do nitro, quando adequadamente ativado, ser verificado um grupo de saída

melhor que o cloro (MARCH, 1992), há situações onde isso não ocorre. Um destes casos foi

relatado por da Silva e colaboradores (2016) na síntese de corantes derivados de 2-amino-3-

cloro- e 2,3-diamino-6,7-dinitroquinoxalinas a partir das reações de DCDNQX com aminas

alifáticas (Figura 7). Nestes casos, há a preferências de substituição de ambos os cloros

previamente à substituição do nitro tanto por pirrolidina quanto por n-butialmina, sendo,

inclusive, o produto dissubsitutído por pirrolidina caracterizado por cristalografia de raios-X

(inserto da Figura 7). Destacadamente, estas reações acontecem de forma bastante rápida e

com rendimentos altos, o que faz com que o DCDNQX seja um substrato de relevância

acentuada para obtenção de derivados quinoxalínicos polifuncionalizados.

Figura 7 - Reações de DCDNQX com aminas alifáticas pirolidina e n-butilamina. Inserto: ilustração Ortep

do produto 2,3-dipirrolidino-6,7-dinitroquinoxalina.

Fonte: Silva (2016)

3 JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS

19

Como apresentado anteriormente, os cristais líquidos são materiais fascinantes tanto

em termos de propriedades quanto em aplicações, destacadamente em função do emprego em

dispositivos eletrônicos modernos. Dessa forma, toda a pesquisa em torno desses materiais se

mostra de alto valor científico, desde os princípios básicos envolvendo o desenvolvimento de

metodologias de síntese até as aplicações atuais e que ainda estão por vir.

O presente trabalho visa a síntese de moléculas derivadas do heterociclo candidatas a

possuírem propriedades líquido-cristalinas. A base metodológica para as sínteses consiste em

reações de substituição nucleofílica aromática envolvendo o bloco de construção DCDNQX e

nucleófilos dotados de cadeia hidrocarbônica alongada, tais como n-octilamina e 4-(n-

deciloxi)anilina. São almejados tantos derivados 2-amino-3-cloro quando 2,3-diamino

substituídos, uma vez que os diferentes graus de substituição dos nucleófilos de diferentes

naturezas podem acarretar em comportamentos líquido-cristalinos distintos. Nestes

compostos, os núcleos rígidos condutores serão baseados no sistema amino-nitroquinoxalina

para os produtos frutos de aminas alifáticas e anilino-nitroquinoxalinas para os derivados de

reações com as referidas anilinas. Tais núcleos garantem coloração intensa e altas absorções

de luz, especialmente na região do UV-Vis. Já as cadeias flexíveis e isolantes serão baseadas

em cadeias hidrocarbônicas alongadas lineares. A Figura 8 apresenta as moléculas-alvo

almejadas para o presente trabalho: 2(n-octilamino)-3-cloro-6,7-dinitroquinoxalina (1), 2,3-

di(n-octilamino)-6,7-dinitroquinoxalina (2), 2(4-deciloxianilino)-3-cloroquinoxalina (3) e 2,3-

di(4-deciloxianilino)-6,7-dinitroquinoxalina (4).

Figura 8 - Estruturas químicas das moléculas-alvo 1-4 propostas no presente trabalho.

Fonte: Autor, 2016.

20

3.1 OBJETIVOS GERAIS

O objetivo principal do presente projeto consiste na síntese e caracterização espectroscópica

dos derivados quinoxalínicos 1-4 a partir das reações de substituição nucleofílica

heteroaromática envolvendo o bloco de construção DCDNQX com as espécies nucleoíflicas

n-octilamina e 4-deciloxianilina.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Para que este objetivo seja alcançado, são propostas as seguintes metas:

● Síntese do substrato de partida, o 2,3-dicloro-6,7-dinitroquinoxalina (DCDNQX)

● Obter os produtos das reações de DCDNQX com octilamina e p-decaciloxianilina

● Caracterizar os produtos formados por Ponto de Fusão e espectroscopia de RMN (1H e

13C).

● Investigar as propriedades fotoquímicas dos compostos por meio de espectroscopia UV-

Vis.

4 PARTE EXPERIMENTAL

4.1 REAGENTES E OUTROS MATERIAIS

Os reagentes n-octilamina, p-decaciloxianilina, o-fenilenodiamina, ácido oxálico, ácido

clorídrico 37%, ácido sulfúrico 96%, ácido nítrico 65%, cloreto de tionila foram obtidos de

fontes comerciais (Sigma-Aldrich, Merch, Nuclear, Vetec, TCI) e utilizados sem purificação

prévia. Os solventes de uso rotineiro em laboratório ( acetonitrila, álcool isopropílico,

clorofórmio, diclorometano, hexano, metanol e N,N-dimetilformamida (DMF) foram

adquiridos de fontes comerciais (Sigma-Aldrich, Merck, Synth, Dinâmica), e foram utilizados

sem purificação prévia. As placas de CCD são da Silicycle (Ultrapure SILICA GELS, 250µm,

F-254).

4.2 EQUIPAMENTOS

21

As medidas das temperaturas de fusão dos compostos sintetizados foram realizadas no

laboratório de ensino de orgânica, instituto de química da UFRN, no aparelho MQAPF-301.

Os espectros de RMN de 1H e RMN

13C foram adquiridos em equipamentos Bruker modelo

Avande DPX-500 e DPX-300, ambos instalados no Centro Nordestino de Aplicação e Uso da

Ressonância da Universidade Federal do Ceará (CENAUREMN - UFC). Os espectros de IV

foram obtidos de um equipamento Perkin Elmer modelo 283. As análises de UV-Vis foram

realizadas em um equipamento Thermo modelo Evolution 60s.

4.3 SÍNTESES

O substrato de partida, DCDNQX, foi obtido através de um metodologia sintética em três

etapas já bem estabelecida no Laboratório de Síntese de Heterociclos e Metodologias

Aplicadas (LSHMA).

4.3.1 Quinoxalina-2,3(1H,4H)-diona (QXDO)

Obtido como apresentado na Figura 9: Em um balão de fundo redondo de 100 mL, foi

adicionado o-fenilenodiamina (5 g; 46,3 mmol) e ácido oxálico dihidratado (5,83 g; 46,3

mmol, 1 equiv.), em seguida a esta mistura foram adicionados, 75 mL de ácido clorídrico (6

M). A reação foi mantida em agitação sob refluxo por 5 h. Após este tempo, a reação foi

resfriada em banho de gelo e o precipitado formado filtrado e lavado sucessivas vezes com

água destilada gelada. O produto puro foi elucidado por CCD (CHCl3:MeOH, 5:1) ao

compará-lo com o padrão anteriormente sintetizado no LSHMA. Sólido cinza brilhoso.

Rendimento: 6,82 g (82%). Rf = 0,2.

Figura 9 - Síntese do QXDO

Fonte: Autor, 2016

4.3.2 6,7-dinitroquinoxalina-2,3(1H,4H)-diona (DNQX)

Obtido como apresentado na Figura 10: Em um balão de fundo redondo foi adicionado

QXDO (45 g, 0,28 mol) e ácido sulfúrico 96% (160 mL). A solução foi mantida sob agitação

22

até total homogeneização, e então resfriada em banho de gelo e sal. Em seguida, ácido nítrico

65% (30 mL) foi adicionado, gota a gota com um funil de adição, por um período de 5

minutos. Ao término da adição, o sistema foi mantido sob agitação por 6 horas à temperatura

ambiente. Após esse tempo, o meio reacional foi vertido em gelo picado, resultando na

formação de um precipitado, que foi filtrado a vácuo, lavado com água e depois com etanol

gelado e secado para fornecer o produto puro conforme comparação por CCD

(CHCl3:MeOH, 5:1) com o padrão anteriormente sintetizado no LSHMA. Sólido amarelo.

Rendimento: 63 g (80%). Rf = 0,5.

Figura 10 - Síntese do DNQX a partir do QXDO

Fonte: Autor, 2016

4.3.3 2,3-dicloro-6,7-dinitroquinoxalina (DCDNQX)

Obtido como apresentado na Figura 11: Em um balão de fundo redondo com 3 bocas, foi

adicionado DNQX (10 g; 26,6 mmol) e CH2Cl2:DMF 5:1 v/v (80 mL). A esta suspensão,

cloreto de tionila (30 mL, 0,3 mol, 10 equiv.) foi gotejado por meio de um funil de adição. O

sistema foi então mantido sob refluxo por 6 horas. Após esse tempo, o excesso de cloreto de

tionila foi evaporado e 200 mL de água foram adicionados ao resíduo. O sólido resultante foi

filtrado, lavado com água, e tratado com uma solução aquosa de carbonado de potássio para

fornecer o produto puro comparado no CCD com o DNQX (eluente: CHCl3:MeOH / (10:1) ),

depois de filtrado e lavado com água. Sólido amarelo.

Rendimento: 8,8 g (88%). Ponto de fusão = 212 ºC.

Figura 11 - Síntese do DCDNQX a partir do DNQX

Fonte: Autor, 2016.

4.3.4 2(n-Octilamino)-3-cloro-6,7-dinitroquinoxalina (1)

23

Obtido conforme apresentado na Figura 12: Em um balão de fundo redondo, foi adicionado

DCDNQX (0,1 g, 0,35 mmol), e uma mistura de solventes com CH3CN (2mL mL) e CHCl3(1

mL). A esta solução, foi adicionado uma solução de octilamina (692 µL de uma solução 1 M

em CH3CN), um equivalente. A solução resultante foi mantida sob agitação à temperatura

ambiente, por 20 minutos. Após este tempo, o meio reacional foi rotoevaporado, ao resíduo

foram adicionados água destilada e clorofórmio, foram adicionados a mistura reacional 346

µL de uma solução 1 M de ácido clorídrico e feita uma separação líquido-líquido em um funil

de separação, a fase orgânica foi rotoevaporada e recristalizada em EtOH.

DCDNQX (eluente: Diclorometano:Metanol / (10:1) ) por diferença de Rf. Sólido amarelo.

Rendimento: 0,074g (56%).


Fonte: Autor, 2016.

4.3.5 2,3-Di(n-octilamino)-6,7-dinitroquinoxalina (2)

Obtido conforme apresentado na Figura 13: Em um balão de fundo redondo, foi adicionado

DCDNQX (0,1 g, 0,35 mmol), e uma mistura de solventes com CH3CN (2mL mL) e CHCl3(1

mL). A esta solução, foi adicionado uma solução de octilamina (692 µL de uma solução 2 M

em CH3CN), dois equivalentes. A solução resultante foi mantida sob agitação à temperatura

ambiente, por 20 minutos. Após este tempo, o meio reacional foi rotoevaporado, ao resíduo

foram adicionados água destilada e clorofórmio, foram adicionados a mistura reacional 346

µL de uma solução 1 M de ácido clorídrico e feita uma separação líquido-líquido em um funil

de separação, a fase orgânica foi rotoevaporada e recristalizada em EtOH.

DCDNQX (eluente: Diclorometano:Metanol / (10:1) ) por diferença de Rf. Sólido vermelho

tijolo.



Fonte: Autor, 2016.

24

4.3.6 2(4-Deciloxianilino)-3-cloro-6,7-dinitroquinoxalina (3)

Obtido conforme apresentado na Figura 14: Em um balão de fundo redondo, foi

adicionado DCDNQX (0,1 g, 0,35 mmol), e i-PrOH (3,5 mL), essa solução foi posta em

banho de gelo por 30 minutos para ambientação de temperatura. A esta solução, foi

adicionado uma solução decaciloxianilina (692 µL de uma solução 1 M em CH3CN), um

equivalente, com um funil de adição, após a adição o banho de gelo foi tirado. A solução

resultante foi mantida sob agitação à temperatura ambiente, por 60 minutos.

DCDNQX (eluente: Hexano:Clorofórmio:Metanol / (5:5:1) ) por diferença de Rf. Sólido

vermelho tijolo.



Fonte: Autor, 2016.

4.3.7 2,3-Di(4-deciloxianilino)-6,7-dinitroquinoxalina (4)

Obtido conforme apresentado na Figura 15: Em um balão de fundo redondo, foi

adicionado DCDNQX (0,1 g, 0,35 mmol), e acetonitrila (3,5 mL), essa solução foi mantida

sob agitação até completa dissolução do reagente. A esta solução, foi adicionado uma solução

de deciloxianilina (692 µL de uma solução 2 M em CH3CN), dois equivalente, com um funil

de adição, após a adição a mistura foi agitada por 50 minutos. O produto isolado foi filtrado a

vácuo e lavado com água.

DCDNQX (eluente: Hexano:Clorofórmio:Metanol / (5:5:1) ) por diferença de Rf. Sólido

laranja.

25



Fonte: Autor, 2016.

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 Síntese do material de partida (DCDNQX)

Inicialmente foi realizada a síntese do QXDO a partir do ácido oxálico e o-

fenilenodiamina, em meio ácido obtendo-se assim um rendimento de 82% compatível com o

presente na literatura (SILVA, 2016). O mecanismo proposto para esta reação é apresentado

na Figura 16, e envolve duas reações de substituição nucleofílica sequenciais a partir

envolvendo 1,2-diaminobenzeno e ácido oxálico sob catálise ácida. Inicialmente, o ácido

oxálico é protonado de forma a ficar apto para receber o ataque nucleofílica de 1,2-

diaminobenzeno gerando um intermediário tetraédrico, que é então, após um prototropismo,

desidratado para gerar a mono-amida correspondente. Uma nova substituição nucleofílica,

agora intramolecular culmina no final do processo.

26

Figura 16 – Proposta mecanística para formação do composto QXDO

Fonte, Autor, 2016.

Na segunda etapa de reações o QXDO foi nitrado utilizando as condições padrões de

nitração de aromáticos, sendo essas uma mistura de ácido nítrico e sulfúrico. o produto de di-

nitração, DNQX, foi obtido em 80% de rendimento, semelhante aos dados da literatura

(SILVA, 2016). O mecanismo desta reação é uma clássica reação de substituição eletrofílica

aromática de amida por ação do íon nitrônio gerado a partir da combinação de ácido nítrico e

ácido sulfúrico (Figura 17), semelhante à formação de 4-nitroacetanilida a partir da

acetanilida (CAREY, 2000; MARCH, 2005; BRUICE, 2006). O grupo amida do QXDO ativa

o anel benzênico para o ataque ao eletródilo, o nitrônio, culminando na espécie intermediária

não aromática comumente conhecida como cátion arila. A decomposição do intermediário via

desprotonação e regeneração da aromaticidade culmina no composto aromático 6-nitro-1,4-

diidroquinoxalina-2,3-diona, que sofre uma segunda nitração para dar origem ao DNQX.

27

Figura 17 – Proposta mecanística para a nitração do composto QXDO nas posições 6 e 7.

Fonte: Autor, 2016.

A ultima etapa é a de formação do DCDNQX envolve a cloração do produto formado

anteriormente com o cloreto de tionila, conforme representado na Figura 18. Inicialmente, o

tautômero hidroxiquinoxalínico do DNQX reage com o cloreto de tionila via substituição

nucleofílica para gerar um derivado contendo um grupo de saída ainda mais suscetível a

substituição nucleofílica, que se decompõe por meio de uma substituição nucleofílica

heteroaromática, liberando HCl e SO2 como subproduto da reação. O produto desta reação é o

4-cloro-1-hidroquinoxalina-2-ona, que sofre uma cloração semelhante à anterior para gerar o

DCDNQX. Nesta reação foi verificada a formação de um subproduto, provavelmente o

produto de hidrólise do DCDNQX, o qual foi extraído por meio de tratamento com solução

aquosa de carbonato de potássio.

Figura 18 – Proposta mecanística para a formação do bloco de construção DCDNQX a partir do DNQX.

Fonte: Autor, 2016.

28

5.2 Síntese dos derivados amino-nitroquinoxalínicos 1-5

5.2.1 Reações de DCDNQX com n-octilamina: síntese de 2(n-Octilamino)-3-cloro-6,7-

dinitroquinoxalina (1) e Síntese do 2,3-di(n-octilamino)-6,7-dinitroquinoxalina (2)

Inicialmente para a síntese do produto monossubstituído do DCDNQX com n-

octilamina, foi necessário realizar uma otimização do processo, especialmente com base nas

proporções dos reagentes visando melhor eficiência para a reação, assim como pela natureza

do solvente. Foram testados i-PrOH, DMF, acetonitrila e uma mistura de Acetonitrila e

Clorofórmio. Os reagentes não se mostraram solúveis em isopropanol e parcialmente solúveis

em acetonitrila, sendo então a melhor opção uma mistura de acetonitrila e clorofórmio 4:1

(v/v). As reações foram verificadas serem mais rápidas quando em DMF, porém as mesmas

apresentarem piores rendimentos após a etapa de purificação envolvendo extração com

acetato de etila.

Uma vez selecionado o melhor solvente para a reação foi feita uma variada a

quantidade de equivalentes da amina em relação ao substrato (1:1, 1:1,5, 1:2, 1:3, 1:3,5 e 1:4),

o qual resultou em apenas um dos produtos 1 ou 2, ou uma mistura de ambos dependendo da

condição. O consumo do DCDNQX foi acompanhado através de cromatografia de camada

delgada. Percebeu-se a formação de uma mistura dos dois produtos, 1 e 2, independente da

equivalência de amina caso a mesma fosse adicionada toda de uma vez. Dessa forma, surgiu a

necessidade de se fazer adições sucessivas da amina, de 0,2 em 0,2 equivalente, onde após a

adição completa de dois equivalentes, tinha-se a formação de apenas um produto

(OCADNQX). Esse processo durou 30 minutos. O meio reacional foi então tratado com uma

solução aquosa de HCl (1 mol.L-1

) para remoção do excesso de amina, filtrado, recristalizado

em etanol e seco para fornecer o produto em sua forma pura com 56% de rendimento.

A caracterização do composto 1 foi realizada via análises dos espectros de 1H e RMN

13C, os quais estão apresentados nas Figuras 19 e 20, respectivamente. O espectro de RMN

1H

do produto 1 é caracterizado por dois sinais sobrepostos em aproximadamente 8,5 ppm, com

integração para dois hidrogênios, um hidrogênio aromático e outro amínico. O segundo

hidrogênio aromático é verificado em 8,15 ppm, na forma de um singleto. Ainda, são

verificados um multipleto em 3,5 ppm referente ao grupo metileno adjacente ao nitrogênio

amínico e um tripleto, em 0,8 ppm, referente à metila terminal. Os demais hidrogênios da

porção alquílica da molécula foram verificados na forma de multipletos em 3.4, 1,2 ppm, com

29

integrações para dois, dez e dois hidrogênios, respectivamente. O espectro de RMN 13

C para o

composto 1 foi condizente com a estrutura proposta, contendo oito sinais relativos aos

carbonos aromáticos (entre aproximadamente 121 e 151 ppm) e oito sinais relativos aos

hidrogênios alifáticos (entre 42 e 13 ppm).

Figura 19 - Espectro de RMN 1H (DMSO-D6, 500 MHz) do produto 1.

Fonte: Autor, 2016

30



Fonte: Autor, 2016.

Para obtenção do produto dissubstituído por n-octilamina, a melhor condição se

mostrou ser a reação de DCDNQX com quatro equivalentes da referida amina, com o produto

sendo formado em 20 minutos. A purificação se deu de forma similar à obtenção do produto

monossubstituído, sendo o composto 2 isolado em sua forma pura com 48% de rendimento, e

devidamente caracterizado por RMN 1H e RMN

13C (Figuras 21 e 22, respectivamente). O

espectro de RMN 1H do composto 2 apresenta sinais em aproximadamente 7,7 e 7,5 ppm,

ambos com integração para dois hidrogênios, sendo referentes aos hidrogênios aromáticos e

amínicos, respectivamente. Um fato interessante diz respeito aos valores mais baixos de

deslocamento químico observados para estes sinais quando comparados ao composto 1, o que

é coerente com um anel mais rico em elétrons por conta da presença de dois substituintes

amino. Os demais sinais do espectro seguem o mesmo padrão do produto monossubstituído,

sendo que as integrações são condizentes com uma dupla substituição por n-octilamina. A

dupla substituição pela referida amina foi confirmada através da análise do espectro de RMN

13C, onde são verificados apenas quatro sinais referentes a carbonos aromáticos, sendo que

esta diminuição em relação ao composto 1 se justifica pela simetria da molécula.

31


Fonte: Autor, 2016.



Fonte: Autor, 2016.

32

Tanto para obtenção do produto monossubstituído quando do dissubstituído foi

realizada uma tentativa de uso de carbonato de potássio com o intuito de diminuir a

quantidade de amina nas reações, todavia, essa abordagem se mostrou menos efetiva,

especialmente pela formação de produtos distintos.

5.2.2 Reações de DCDNQX com 4-deciloxianilina: síntese de 2(4-deciloxianilino)-3-cloro-

6,7-dinitroquinoxalina (3) e 2,3-di(4-deciloxianilino)-6,7-dinitro-quinoxalina (4)

Para obtenção dos compostos 3 e 4, frutos das reações de DCDNQX com um e dois

equivalentes de 4-decaciloxianilina, respectivamente, foi empregada uma metodologia

desenvolvida pelo mestrando Edson de Lima Filho no Laboratório de Síntese de Heterociclos

Metodologias Aplicadas do IQ-UFRN. Inicialmente, o DCDNQX foi solubilizado em

acetonitrila e essa solução resfriada em banho de gelo. Em seguida, sob agitação, foi

adicionada uma solução de acetonitrila contendo um equivalente de 4-deciloxianilina através

de um funil de adição. Após o término da adição, o meio reacional foi mantido sob agitação

em temperatura ambiente por 60 minutos. O resultado da reação consistiu em uma mistura de

DCDNQX e do composto 3, sendo este último isolado após cromatografia em coluna

empacotada com sílica flash e eluída com uma mistura de hexano-clorofórmio-metanol 5:5:1

(v/v/v). O produto monossubstituído por 4-decaciloxianilina foi obtido com 48% de

rendimento e caracterizado por RMN 1H (Figura 23). No espectro, é verificado um sinal em

9,8 ppm, o qual foi atribuído ao hidrogênio amínico da molécula. Na região dos aromáticos

foram verificados dois singletos, em 8,6 e 8,3 ppm, referentes aos hidrogênios do anel

quinoxalínicos, além de dois dubletos, em 7,7 e 7,0 ppm, referentes aos hidrogênios do anel

benzênico oriundo do nucleófilo. A porção alifática da molécula foi caracterizada pela

presença de um tripleto em 3,95 ppm, com integração para dois hidrogênios, referente ao

grupo metilênico adjacente ao oxigênio. Outro tripleto, em 0,8 ppm, com integração para três

hidrogênios, foi atribuído à metila terminal da cadeia. Os demais sinais da cadeia decacílica

foram verificados na forma de multipletos entre 1,8 e 1,0 ppm, com integrações coerentes

com a estrutura proposta.

33


Fonte: Autor, 2016.

Para o produto 4, o DCDNQX foi solubilizado em acetonitrila, em seguida, sob agitação, foi

adicionada uma solução de acetonitrila contendo dois equivalentes de 4-deciloxianilina

através de um funil de adição. Após o término da adição, o meio reacional foi mantido sob

agitação em temperatura ambiente por 50 minutos. O resultado da reação consistiu em uma

mistura de DCDNQX e do composto 4, sendo este último isolado após cromatografia em

coluna empacotada com sílica flash e eluída com uma mistura de hexano-clorofórmio-metanol

5:5:1 (v/v/v). O produto monossubstituído por 4-decaciloxianilina foi obtido com 44% de

rendimento e caracterizado por RMN 1H (Figura 24). No espectro, é verificado um sinal em

9,59 ppm, o qual foi atribuído ao hidrogênio amínico da molécula. Na região dos aromáticos

foi verificado um singleto, em 8,0 ppm, referente aos hidrogênios do anel quinoxalínico,

além de dois dubletos, em 7,7 e 7,0 ppm, referentes aos hidrogênios do anel benzênico

oriundo do nucleófilo. A porção alifática da molécula foi caracterizada pela presença de um

tripleto em 3,99 ppm, com integração para dois hidrogênios, referente ao grupo metilênico

adjacente ao oxigênio. Outro tripleto, em 0,86 ppm, com integração para três hidrogênios, foi

atribuído à metila terminal da cadeia. Os demais sinais da cadeia decacílica foram verificados

na forma de multipletos entre 1,8 e 1,0 ppm, com integrações coerentes com a estrutura

proposta.

34


Fonte: Autor, 2016.

5.2.3 Análise de UV-Vis dos compostos 1-4

Todos os produtos oriundos das reações entre o DCDNQX e as aminas selecionadas

foram obtidos na forma de sólidos de coloração laranjada-avermelhada bastante intensa.

Diante, disso, foram obtidos os espectros UV-Vis dos compostos 1-4, em clorofórmio. Os

quatro compostos apresentaram absorção máxima em comprimentos de onda próximos (entre

350 e 400 nm). Isso era esperado visto que todos contêm o anel quinoxalínico em sua

estrutura substituído com grupos nitro, esse será o cromóforo base apresentando absorção

nessa região. Os compostos 3 e 4 apresentaram menor absorbância que os compostos 1 e 2,

isso pode ser atribuído a presença de grupos auxócromos (NH2, OH, Cl) que podem alterar as

absorções dos cromóforos causando um efeito hipocrômico.

35

Figura 25 - Espectros UV-Vis dos compostos 1-4, em clorofórmio, com concentração de 1,25x10-5

mol.L-1

.

Fonte: Autor, 2016.

6 CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS

No presente trabalho, foram obtidos quatro derivados inéditos do heterociclo

quinoxalina a partir das reações de DCDNQX com n-octilamina e 4-decaciloxianilina,

oriundos de monossubstituição e dissubsituição de cloro por ambas as espécies nucleofílicas.

Em geral, as metodologias apresentadas são bastante simples, e os produtos obtidos em

rendimentos moderados. Todos os produtos foram caracterizados pelas espectroscopias de

RMN e UV-Vis.

Os produtos obtidos satisfazem os requisitos para uma investigação de suas

propriedades líquidos-cristalinas, uma vez que são formados por um núcleo rígido aromático,

possuem substituintes contendo cadeias hidrocarbônicas alongadas e possuem ainda

anisotropia geométrica uma vez que um de seus eixos é maior que o outro. Atualmente, este

estudo está em andamento.

36

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