Reacción de N,N'-bis(2-heteroaril) etilendiaminas con aldehídos, nuevas imidazolidinas

 

Humberto Cervantes Cuevas^a,*, Cirilo García Martínez^a, Jaime Escalante García^b

 

^a Universidad Autónoma Metropolitana, Área de Química, Av. San Pablo N° 180, Col. Reynosa Tamaulipas, México 02200, D.F. *Correspondencia al autor: Tel. 53189497, Fax 53189024, hcc@correo.azc.uam.mx.

^b Centro de Investigaciones Químicas, Universidad Autónoma del Estado de Morelos, Av. Universidad No. 1001, Col. Chamilpa, 62210, Cuernavaca, Mor.

 

Recibido Octubre 2012.
Aceptado Diciembre 2012.

 

RESUMEN

El estudio trata de la síntesis de las imidazolidinas trisustituidas 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 5a, 5b derivadas de N,N'-bis(2-piridinil)etilendiamina (1a) y/o N,N'-bis(2-pirimidinil)etilendiamina (1b) y cinco aldehidos de bajo peso fórmula. Además de las imidazolidinas trisubstituidas mencionadas arriba, la condensación de 1a y 1b con formaldehido dio los derivados de 1,3,6-oxadiazepano 3a y 6a respectivamente; por otro lado, la condensación con acetaldehído dio los derivados de N,N'-bis(2 ' -heteroaril)-2-(2"-hidroxipropil)imidazolidina 4a y 7a, respectivamente. La estructura de todos los compuestos se dedujo con base en los análisis de RMN, IR, masas de alta resolución y análisis elemental. La asignación propuesta para 4a se corroboró por difracción de rayos X.

Palabras clave: Imidazolidinas trisubstituidas, derivados de 1,3,6-oxadiazepano, desplazamientos químicos no-equivalentes.

 

ABSTRACT

The study deals with the synthesis of new trisubstituted imidazolidines 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 5a, 5b derived from N,N'-bis(pyridin-2-yl)ethylenediamine (1a) and/or N,N'-bis(pyrimidin-2-yl)ethylenediamine (1b) and five aldehydes of low molecular weight. In addition to above mentioned imidazolidines, the condensation of 1a and 1b with formaldehyde afforded 1,3,6-oxadiazepane derivatives 3a, 6a; while the condensation with acetaldehyde gave the corresponding N,N'-bis(heteroaryl)-2-(2"-hydroxypropil)imidazolidine 4a, 7a. The structure of all compounds was determined by NMR, IR, high resolution mass spectrometry and elemental analysis. The structure of 4a was corroborated by X-ray diffraction analysis.

Keywords: Trisubstituted imidazolidines, 1,3,6-oxadiazepane derivatives, none-quivalence of chemical shifts.

 

INTRODUCCIÓN

La reacción de N,N'-dialquil y N,N-diariletilendiaminas con aldehidos produce aminales cíclicos o imidazolidinas; las imidazolidinas pueden ser simétricas (Donia et al., 1949) o bien no-simétricas (Katritzky et al., 2009), dependiendo del tipo de sustituyentes de la etilendiamina. La síntesis clásica de imidazolidinas se realiza por condensación de aldehídos con N, N'-etilendiaminas disubstituidas y usando disolventes orgánicos, aunque se ha reportado un método que utiliza agua como disolvente (Jurcík et al., 1985). Las imidazolidinas se emplean en en la síntesis de sensores fluorescentes para la detección de iones tóxicos como Pb²+ y Hg²+ (Tolpygin et al., 2010), también como intermediarios en la preparación de etilendiaminas N,N',N"-trisubstituidas (Northrop et al., 1975) y como reductores orgánicos (Wuest et al., 1988; Xu et al., 2012)). Ciertas imidazolidinas se emplean contra la enfermedad de Chagas (Perillo et al., 2008) y contra la leishmaniasis (da Silva et al., 2110).

En el presente trabajo se describe la preparación de N,N'-bis (2-piridinil)etilendiamina (1a) y N,N'-bis (2-pirimidinil)etilendiamina (1b), a partir de etilendiamina con 2-bromopiridina y 2-cloropirimidina, respectivamente. Dichas síntesis se efectuaron sin utilizar disolventes, diferente al proceso publicado por Kurvatov y colaboradores para la síntesis de 1a (Kurbatov et al., 2007). Se describe además, la condensación de 1a con formaldehído, acetaldehído, propionaldehído, butiraldehído e isobutiraldehído. Aunque en todos los casos se obtuvieron las imidazolidinas esperadas 2a-2e (véase Tabla 1), se encontró que la reacción por separado de 1a y 1b con formaldehido, da un segundo producto caracterizado como N,N'-bis(2'-piridinil)-1,3,6-oxadiazepano (3a) y N,N'-bis(2'-pirirnidinil) -1,3,6-oxadiazepano (6a), respectivamente. Por otro lado, la reacción de 1a y 1b con acetaldehído, da también un segundo producto caracterizado como N,N'-bis(2'-piridinil)-2-(2"-hidroxipropil) imidazolidina (4a) y N,N'-bis(2'-pirirnidmil)-2-(2"-hidroxipropil)imidazolidina (7a), respectivamente. A excepción de 1a y 1b, todos los compuestos cuyas estructuras se muestran en la Tabla 1, son nuevos.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Los reactivos y disolventes empleados en este estudio son productos comerciales. La mayoría de los reactivos se emplearon sin previa purificación; en cambio, los disolventes se redestilaron antes de usarse. El avance de las reacciones se siguió por cromatografía en capa delgada (ccd) utilizando láminas de Alufolien^® (mezclas de hexano-acetato de etilo como eluyente, y visualizando con luz UV de onda corta). Los productos obtenidos se separaron y purificaron por recristalización y/o cromatografía en columna empacada con silica gel 60 (partícula 0.040-0.063 mm). Los puntos de fusión se determinaron en un aparato Fisher-Johns y no están corregidos. Los espectros RMN se determinaron en solución de CDCl₃ usando un equipo BRUKER Avance de 300 MHz para ¹H y 75 MHz para ¹³C. Los desplazamientos químicos se reportan en unidades δ (ppm) relativos a la señal del TMS y las constantes de acoplamiento (J), en Hz. Las asignaciones marcadas con asterisco indican la no equivalencia de desplazamientos. Los espectros de masas se determinaron en un equipo MStation JMS-700 JEOL y los de IR, en un equipo BRUKER FT-IR ALPHA. El análisis elemental se realizó en un analizador Elementar vario EL III y el de rayos X, en un difractómetro APEX-Bruker.

 

SÍNTESIS

JV,Ar-bis(2-piridmil)etilendiamina (1a).
Una mezcla de 2-bromopiridina (6.64g, 42.0 mmol), etilendiamina (1.6g, 26.6 mmol) e hidróxido de litio (1.05g, 43.7 mmol), sin disolvente y con agitación, se calentó a 140 °C por 6.0 h. Al sólido que quedó en el matraz de reacción se le agregaron 150 ml de agua fría con fuerte agitación hasta que se dispersó completamente. La suspensión obtenida se filtró y el sólido se lavó con agua fría, luego se secó en una cámara de vacío para obtener 2.85 g de un sólido amarillento (63%). El punto de fusión (134.5-135.5 °C) y los datos espectroscópicos de este material concordaron con los reportados para el producto deseado 1a. (Lit. Kurbatov et al., 2007).

N,N'-bis (2-pirimidinil)etilendiamina (1b). Con las siguientes cantidades de reactivos y el procedimiento descrito arriba para 1a, se preparó la diamina 1b: 2-cloropirimidina (1.14g, 10.0 mmol), hidróxido de litio (0.24g, 10.0 mmol) y etilendiamina (0.450g, 7.5 mmol). La mezcla se calentó a 90 °C por 2.0 h. Se aislaron 0.747g (69%) de solido amarillento, pf 194.0-195.0 °C, cuyos datos espectroscópicos concordaron para el producto 1b.

N,N'-bis (2'-piridinil)imidazolidina (2a) y N,N'-bis(2'-piridinil)-1,3,6-oxadiazepano (3a). Método A. En un matraz esférico con barra de agitación y trampa de Dean-Stark se pusieron 1a (0.53g, 2.5mmol) disuelto en 75 ml de benceno, SiO₂ malla 30-70 (0.3g) y paraformaldehído (0.37g, 12.5 mmol). La mezcla se agitó y se calentó a reflujo por 1.5h, hasta la desaparición de 1a (ccd), luego se enfrió a 25 °C y se filtró. El filtrado se concentró en el rotavapor y se obtuvo 0.565g como sólido blanco, el cual se secó en una cámara de vacío. El muestreo por ccd y el análisis por RMN del sólido blanco, mostró la presencia de dos componentes en proporción de 69% y 31%. La separación de los componentes de esta mezcla se realizó por cromatografía en columna dando 0.180g del más polar y 0.112g del menos polar. Con base en los espectros de RMN y de masas de alta resolución, los productos de la reacción se caracterizaron como 2a y 3a respectivamente.

Compuesto 2a, sólido blanco, más polar en ccd, pf 89-91°C; ¹H RMN δ: 8.2(ddd, 4.9, 1.8, 0.8Hz, 2H, H₁₀), 7.51(ddd, 8.4, 7.3 , 1.8Hz, 2H, H₈), 6.65(ddd, 7.0, 4.9, 0.8Hz, 2H, H₉), 6.49(d, 8.4Hz, 2H, H₇), 4.96(s, 2H, H₂), 3.83(s, 4H, H_4,5); ¹³C RMN δ: 156.12(C₆), 148.17(C₁₀), 137.32 (C₈),112.98(C₉), 106.81(C₈), 63.16(C₂), 45.06(C_4,5); MS (EI), m/z 226.118 M⁺ (calculado para C₁₃H₁₄N₄ 226.277).

Compuesto 3a, sólido blanco, menos polar en ccd, pf 150-152 °C; ¹H RMN δ: 8.22(ddd, 4.9, 1.9, 0.8Hz, 2H, H₁₂), 7.52(ddd, 8.6, 7.2, 2.0Hz, 2H, H₁₀), 6.8(dt, 8.5, 0.8Hz, 2H, H₉), 6.71(ddd, 7.1, 4.9, 0.8Hz, 2H, H₁₁), 4.89(s, 4H, H_2,7), 3.97(s, 4H, H_4,5); ¹³C RMN δ: 156.81(C₈), 148.04(C₁₂), 137.84(C₁₀), 114.29(C₁₁), 107.50(C₉), 76.29(C_2,7), 47.42(C_4,5); MS(EI), m/z 256.132 M⁺ (calculado para C₁₄H₁₆N₄O 256.303).

N,N'-bis(2'-pirimidinil)imidazolidina (5a) y N,N'-bis(2'-pirimidinil)-1,3,6-oxadiazepano (6a). Con el procedimiento descrito arriba como Método A, se hizo reaccionar 1b (0.216g, 1.0 mmol) con las siguientes cantidades de reactivo: 25 ml de benceno, 0.12g de SiO₂ de 70-230 mallas y 0.225g (7.5 mmol) de paraformaldehido. La mezcla se calentó a reflujo de benceno durante 6 h, luego se filtró y se concentró a sequedad. De esta manera se obtuvo un sólido blanco en 0.210g, el cual se analizó por ¹H RMN y se encontró que estaba constituido por dos productos en proporción 57% y 43%. Estos productos se separaron por cromatografía en columna dando 0.073g del más polar y 0.056g del menos polar y se caracterizaron como 5a y 6a.

Compuesto 5a, sólido blanco, más polar en ccd, pf 123-124 °C; ¹H RMN δ: 8.37(d, 4.8Hz, 4H, H₇), 6.60(t, 4.8Hz, 2H, H₈), 5.18(s, 2H, H₂), 3.98(s, 4H, H_4,5); ¹³C, RMN δ: 159.40 (C₆), 157.83(C₇), 110.52(C₈), 62. 21(C₂), 44.59(C_4,5).

Compuesto 6a, sólido blanco, menos polar en ccd, pf 138-139 °C; ¹H RMN δ: 8.40(d, 4.8 Hz, 4H, H₉), 6.64(t, 4.8,Hz, 2H, H₁₀), 5.25(s, 4H, H_2,7), 4.04(s, 4H, H_4,5 ); ¹³C RMN δ: 161.06(C₈), 158.02(C₉), 111.67(C₁₀, 75.87(C_2,7), 46.92(C_4,5).

N,N'-bis(2'-piridinil)-2-metilimidazolidina (2b) y N,N'-bis(2'-piridinil)-2-(2"-hidroxipropil)imidazolidina (4a).
En el equipo mencionado en el Método A, se mezclaron 0.428g (2.0 mmol) de 1a con resina Amberlist 15 (0.1g), tamiz molecular 3Å C5 Å (2.0g), benceno (80 ml) y acetaldehído (0.9 ml, 16.0mmol). La mezcla se calentó a reflujo por 7.5 h, se enfrió a 25 °C y se filtró través de celita. Después de evaporar el disolvente, se obtuvieron 0.546g de un sólido café, cuyo muestreo por ccd y análisis por RMN mostró dos componentes en proporción 44% y 56%. El sólido café se trituró dos veces con mezcla fría de hexano/ acetato de etilo (65:35 en volumen); el material insoluble que se separó por filtración (0.318g), se caracterizó como 4a y el material soluble, purificado por cromatografía en columna dio lugar a 0.186g de un líquido denso que se caracterizó como 2b.

Compuesto 2b, liquido denso; ¹H RMN δ: 8.19(ddd, 5.0, 1.9, 0.8Hz, 2H, H₁₀), 7.49(ddd, 8.5, 7.1 , 1.9 Hz, 2H, H₈), 6. 62(ddd, 7.0, 5.0, 0.8Hz , 2H, H₉), 6.50(d, 8.5 Hz, 2H, H₇), 5.90 (q, 5.4Hz, 1H, H₂), 3.92 (m, 2H, H_4,5), 3.75(m, 2H, H_4,5), 1.47(d, 5.4 Hz, 3H, H₁₁); ¹³C RMN δ: 155.33(C₆), 147.96(C₁₀), 137.36 (C₈), 112. 51(C₉), 107.11(C₇), 68.48(C₂), 43.78 (C_4,2), 16.81(C₁₁); MS(EI), m/z 240.137 M⁺ (calculado para C₁₄H₁₆ N₄ m/z 240.304); v_máx (neto) 2974(ArH), 1590, 1433, 765.

Compuesto 4a, sólido café claro, pf 116-117 °C; ¹H RMN δ: 8.17(dd, 4.9, 1.4Hz, 1H, H₅*), 8.11(dd, 4.9, 1.4 Hz, 1H, H₁₃*), 7.54(ddd, 8.3, 7.2, 1.7Hz , 1H, H₃*), 7.49(ddd, 8.2, 7.2, 1.7Hz, 1H, H₁₁*), 6.64(m, 2H, H_4,12), 6.59(d, 8.5Hz, 1H, H₂*), 6.52(d, 8.5Hz,1H, H₁₀*), 6.17 (dd, 10.0, 2.7 Hz, 1H, H₈), 6.59(s, OH), 4.21(m, 1H, H₆*), 3.80(m, 1H, H₁₅), 3.67 (m, 3H, H₆'*, H₇*,H₇'* ), 2.02(ddd, 13.5, 11.0, 2.7Hz, 1H, H₁₄), 1.60(ddd, 13.5, 10.2, 2.0Hz,1H, H₁₄), 1.17(d, 6.3 Hz, 3H, H₁₆); ¹³C RMN δ: 157.20, 155.12(C₁*, C₉*), 148.08, 147.26(C₅*, C₁₃*), 138.10, 137.33(C₃*, C₁₁*), 113.18, 112.85(C₄*, C₁₂*), 107. 71, 106.43(C₂*, C₁₀*), 70.10 (C₈), 63.02(C₁₅ ), 45.62(C₁₄), 42.95(C₆*), 42.42(C₇*), 22.43(C₁₆); MS(EI), m/z 284.164 M⁺ (Calculado para C₁₆H₂₀N₄O 284.356; v_máx(neto) 3224(OH), 2966(Ar-H), 1593, 1453, 767.

 

N,N'-bis (2'-piridinil)-2-(2"-acetoxipro-pil)imidazolidina (4b). La acetilación de 4a se efectuó de la siguiente manera: A un matraz con barra de agitación y trampa de CaCl₂ se adicionó anhídrido acético (0.54g, 5.25 mmol), piridina (2.5ml) y 4a (0.142g, 0.5mmol). La mezcla se dejó agitando a 25 °C por 15h, y se vertió en 25ml de solución salina fría. La extracción de los componentes orgánicos con AcOEt(2x 15ml), seguida de la evaporación del disolvente, dio el producto 4b como líquido denso en 0.053g (81.5%).

Compuesto 4b, líquido denso; ¹H RMN δ: 8.17(ddd, 5.0, 1.8, 0.8Hz, 1H, H₅*), 8. 14(ddd, 5.0, 1.9, 0.8Hz , 1H, H₁₃*), 7.48(m, 2H, H₃,₁₁), 6.61(m, 2H , H_4,12), 6.52(d, 8.5Hz, 1H, H₂*) , 6.47(d, 8.5 Hz,1H, H₁₀*), 6.13(t, 4.5Hz, 1H, H₈), 5.05(m, 1H, H₁₅),3.90(m, 2H, H₆*), 3.79(m , 1H, H₇* ), 3.70 (m, 1H, H7'*), 2.39(ddd, 14.6, 9.0, 4.0Hz, 1H, H₁₄), 2.12 (ddd, 14.6, 5.0, 3.2Hz,1H, H₁₄), 1.87(s, 3H, H₁₈), 1.21 (d, 6.2Hz, 3H, H₁₆); ¹³C RMN δ: 170.62(C₁₇), 155.87, 155.65 (C₁*, C₉*), 147.89(C₅, C₁₃), 137.36 ,137.23( C₃*, C₁₁*), 112.73 (C₄, C₁₂), 106.89, 106.71(C₂*, C₁₀*), 69.56 (C₈), 68.15(C₁₅), 44.66, 44.55 (C₆*, C₇*), 37.77 (C₁₄), 21.20(C₁₈), 20.90 (C₁₆); Análisis calculado C 66.23%; H 6.79%; N 17.16%; encontrado C 64.99%, H 6.64%; N 17.36 %; v_máx(neto) 2975(ArH), 1728 (C=O), 1588, 1434, 766.

N,N-bis(2'-pirimidinil)-2-metilimidazolidina (5b) y N,N'-bis(2'-pirimidinil)-2-(2"-hidroxipropil)imidazolidina (7a). En el equipo de vidrio mencionado en el Método A, se mezclaron 0.432g (2.0 mmol) de 1b con 80 ml de benceno, tamiz molecular 3Å C5 Å (2.0g), p-toluensulfonato de piridinio (0.12g) acetaldehído (0.95ml, 15.4mmol). La mezcla se calentó a reflujo por 2.5 h, se agitó con Na₂CO₃ (0.2g), enfrió a 25 °C y se filtró. Después de evaporar el disolvente, se obtuvieron 0.556g de material sólido constituido por dos componentes, los cuales se separaron por cromatografía en columna. De esta manera se obtuvieron 0.160g del componente menos polar, caracterizado como 5b, y 0.224g del más polar, caracterizado como 7a.

Compuesto 5b, solido blanco pf 158-159°C; ¹H RMNδ: 8.35(d, 4.8Hz, 4H, H₇), 6.55(t, 4.8Hz, 2H, H₈), 6.14(q, 5.5Hz, 1H, H₂), 4.11(m, 2H, H_4,5), 3.83(m, 2H, H_4',5'), 1.56(d, 5.5 Hz, 3H, ' H₉); ¹³C RMN δ: 158.97(C₆), 157.72(C₇), 110.12 (C₈), 68.42 (C₂), 43.42(C_4,5), 17.30 (C₉); Análisis calculado C 59.49 %; H 5.82%; N 34.68%; encontrado C 59. 92%; H 5.82 %; N 34.06%; v_máx( neto) 2023, 2977(ArH), 1577, 1578, 787.

Compuesto 7a, solido blanco pf 126-127°C; ¹H RMN δ: 8.36(d, 4.8Hz, 2H, H₃*_,5*), 8.35(d, 4.8Hz, 2H, H₁₁*_,13*), 6.62(t, 4.8Hz, 2H, H₄*), 6.57 (t, 4.8Hz, 2H, H₁₂*), 6.35(dd, 10.0, 3.1Hz, 1H, H₈), 4.38(m, 1H, H₆*), 4.14(m, 1H, H₇*), 3.86(m, 1H, H₁₅), 3.75(m, 2H, H_6',7'), 2.24 (ddd, 13.4, 11.0, 3.0Hz, 1H, H₁₄), 1.70 (ddd, 13.4, 10.0, 2.1Hz, 1H, H_14'), 1.21(d, 6.3Hz, 3H, H₁₆); ¹³C RMN δ: 160.05, 158.72( C₁*, C₉*), 157.85(C_3,5,11,13), 110.70, 110.43(C₁₄*,₁₂*), 69.87 (C₈), 63.37 (C₁₅), 43.84(C₆*), 43.19 (C₇*), 42.70(C₁₄ ), 22.39 (C₁₆); Análisis calculado C 58.73 %; H 6.33%; N 29.35%; encontrado C 58.76% , H 6.24%; N 29.03%; v_máx( neto) 3335 (OH), 3026(ArH), 1576, 1455, 817.

N,N'-bis(2'-pirimidinil)-2-(2"-acetoxipropil)imidazolidina (7b). La acetilación de 7a se realizó como se describe arriba para 4a. El producto deseado 7b se obtuvo con 88% de rendimiento.

Compuesto 7b, solido blanco pf 125-126 °C; ¹H RMN δ: 8.36(d , 4.8Hz, 2H, H₃*_,5*), 8.34(d, 4.8Hz, 2H, H₁₁*,₁₃*), 6.58(t, 4.8Hz, 1H, H₄*), 6.57(t, 4.8Hz, 1H, H₁₂*), 6.34(t, 5.0Hz, 1H, H₈), 5.05(m,1H, H₁₅), 4.19(m, 2H, H₆*_,7*), 3.79 (m, 2H, H_6'*_,7'*), 2.45(ddd, 14.0, 9.0, 5.0 Hz,1H, H₁₄), 2.18(ddd, 14.0, 5.0, 3.7Hz,1H , H₁₄'), 1.88(s, 3H, H₁₈), 1.26(d, 6.0Hz, 3H, H₁₆); ¹³C RMN δ: 170.62(C₁₇), 159.23,159.19 (C₁*, C₉*), 157.73, 157.66 (C₃*_.5*, C₁₁*_,13*), 110.47, 110.43(C₄*, C₁₂*), 69.51(C₈), 68.23(C₁₅), 43.98, 43.85(C₆*, C₇*), 37.72(C₁₄), 21.24(C₁₈), 20.75 (C₁₆); Análisis calculado C 58.52 %; H 6.14%; N 25.59%; encontrado C 58.65%, H 6.04%; N 25.31%; v_máx(neto) 3326(OH), 3025 (ArH), 1728(C=O), 1577, 1456, 789.

 

Síntesis de imidazolididinas 2c, 2d y 2e.

Con el procedimiento de condensación descrito arriba para 1a con acetaldehído, se hizo reaccionar 1a con propionaldehído, butiraldehído e isobutiraldehído. El único producto obtenido en cada caso, se purificó por cromatografía en columna y se caracterizó como las imidazolidinas 2c, 2d y 2e, respectivamente.

N,N'-bis(2'-piridinil)-2-etilimidazolidina (2c). Se obtuvo en 76% de rendimiento en forma de sólido blanco, pf 85-87 °C; ¹H RMN δ: 8.18(dd, 5.0, 1.9Hz, 2H, H₁₀), 7.47(ddd, 8.4, 7.2, 1.8Hz, 2H, H₈), 6.60(dd, 7.2, 5.0Hz, 2H, H₉), 6.51(d, 8.5Hz, 2H, H₇) 5.91(t, 3.5Hz, 1H, H₂), 3.96 (m, 2H, H₄*), 3.78(m, 2H, H₅*), 2.12( m, 2H, H₁₁), 0.83(t, 7.4Hz, 3H, H₁₂); ¹³C RMN δ: 155.79(C₆), 147.10 (C₁₀), 137.15(C₈), 112.38(C₉), 106.92(C₇), 72.27 (C₂), 44.94 (C_4,5) 24.50(C₁₁), 7.89(C₁₂). MS(EI),m/z 254.16 M⁺ (Calculado para C₁₅H₁₈N₄ 254.33).

N,N'-bis(2'-piridinil)-2-propilimidazolidina (2d). Se obtuvo en 98% de rendimiento en forma de sólido blanco, pf 55-57 °C; ¹H RMN δ: 8.18(ddd, 5.0, 1.9, 0.8Hz, 2H, H₁₀), 7.47(ddd, 8.4, 7.1 , 1.9 Hz, 2H, H₈), 6.60(ddd, 7.1, 5.0, 0.7 Hz, 2H, H₉), 6.50 (d, 8.5Hz, 2H, H₇₎ 5.93 (t, 3.9Hz, 1H, H₂ ), 3.96(m, 2H, H₄*), 3.75 (m, 2H, H₅*), 2.02(m, 2H, H₁₁), 1.33 (m, 2H, H₁₂ ), 0.84(t, 7.4Hz, 3H, H₁₃); ¹³C RMN δ: 155.92(C₆), 148.10(C₁₀), 137.12(C₈), 112.39(C₉), 106.87 (C₇ ), 71.66 (C₂), 44.77(C_4,5), 34.39(C₁₁), 17.09C₁₂ ), 14.20(C₁₃ ); MS(EI), m/z 268.37 M⁺ (Calculado para C₁₆H₂₀N₄ 268.17).

N,N'-bis(2'-piridinil)-2-isopropilimida-zolidina (2e). Se obtuvo en 65% de rendimiento en forma de sólido blanco, pf 70-72°C; ¹H RMN δ: 8.15 (dd, 5.0, 1.9, Hz, 2H, H₁₀), 7.44(ddd, 8.2, 7.2, 1.9 Hz, 2H, H₈), 6.57(m, 4H, H_9,7 ), 6.06(d, 3.7Hz, 1H, H₂), 4.06(m, 2H, H₄*) , 3.73(m, 2H, H₅*), 2.49( m, 1H, H₁₁), 1.01 (d, 6H, H₁₂ ); ¹³C RMN δ: 156.99 (C₆), 147.79(C₁₀), 137.06(C₈), 112.49(C₉), 107.11(C₇), 75.45(C₂), 45.56(C_4,5), 33.98 (C₁₁), 118.50(C₁₂).

 

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

La condensación de 1a con formaldehido, acetaldehido, propionaldehido, butiraldehido e isobutiraldehido dio la imidazolidina esperada para cada caso: 2a, 2b, 2c, 2d y 2e respectivamente. Con la finalidad de encontrar las mejores condiciones experimentales para la obtención de imidazolidinas, primero se realizaron varios ensayos con la diamina 1a y formaldehido. En ciertas corridas se observó el efecto de la temperatura y del disolvente, en otras el efecto de la resina de intercambio iónico, de la silica y del tamiz molecular. Con base en los resultados resumidos en la Figura 1, se adoptaron las condiciones del inciso d) de dicha Figura, como método de condensación para el presente estudio. Las imidazolidinas obtenidas fueron estables a condiciones normales y se purificaron por cromatografia en columna, aunque la recristalización también resultó efectiva como método de purificación de los productos sólidos.

Las imidazolidinas incluidas en el presente estudio son compuestos nuevos. La fórmula propuesta para 2a, 2b, 2c y 2d se corroboró mediante espectroscopia de masas de alta resolución y la estructura correspondiente, incluida la de 2e, se dedujo con base en la los espectros de RMN de protón y de C-13. La simetria de la estructura de 2a, parece evidente en sus espectros de RMN. En el de protón, aparece una sola señal para los hidrógenos metilénicos de los carbonos 4 y 5, y una señal para los del carbono 2. Las señales de los hidrógenos de los anillos aromáticos, también aparentan conformar un solo sistema de acoplamiento de 4 hidrógenos. El espectro de RMN de C-13 de 2a, es consistente con los comentarios hechos arriba para el de RMN de protón.

La detección de un segundo producto, etiquetado como 3a, en la mezcla de reacción de 1a con formaldehido fue un hecho inesperado para nosotros pero no para el sistema reaccionante pues, al efectuar la reacción con la diamina 1b y formaldehido, se obtuvo el compuesto 6a (véase Tabla 1). El espectro de RMN de protón de 3a muestra dos señales simples en 4.89 y 3.97 ppm; la integración de cada una de estas señales corresponde a cuatro protones. En el espectro de RMN de protón de 6a, las señales simples aparecen en 5.25 y 4.04 ppm y cada señal integra para cuatro protones. La presencia de cuatro metilenos en la estructura de 3a y 6a, también se infiere en el espectro de RMN de C-13. En el espectro de 3a, dichas señales aparecen en 76.50 y 47.42 ppm mientras que en el de 6a aparecen en 75.87 y 46.92 ppm. Con base en las reglas generales del desplazamiento quimico, la señal de campo alto observada en los espectros de RMN de C-13, se asignó a los carbonos 4 y 5 del anillo de 1,3,6-oxadiazepano y la de campo bajo, a los carbonos 2 y 7 del mencionado anillo (En la Tabla 1 se da la numeración del anillo de 1,3,5-oxadiazepano, también conocido como hexahidro-1,3,6-oxadiazepina). Esta asignación concuerda con la reportada para el 3,6-ditosil-1,3,6-oxadiazepano (Krakowiak et al., 1984) y con la espectrometria de masas de alta resolución de 3a contenida en el presente documento. A 25 °C, los compuestos 3a y 6a se transforman lentamente en las imidazolidinas 2a y 5a, respectivamente; la transformación ocurre más rápido en solución que en estado sólido. Los reportes relacionados con la síntesis de 3,6-dinitro-1,3,6-oxadiazepano (Woodcock., 1949) y el 3,6-ditosil-1,3,6-oxadiazepano (Krakowiak et al., 1984), no aportan información relacionada con la estabilidad del anillo de siete miembros.

El aislamiento de 4a y 7a en la mezcla de reacción de 1a y 1b con acetaldehido, respectivamente, fue un hecho inesperado. Las 2(2'-hidroxipropil)imidazolidinas 4a y 7a parecen ser los productos formales de la condensación de las diaminas 1a y 1b con 3-hidroxibutanal. Aunque el acetaldehido se ha empleado en reacciones de condensación aldólica en presencia de aminas secundarias (véase por ejemplo Lizt et al., 2000; Barbas III et al., 2002), nadie ha mencionado que el grupo amino induzca la formación de 3-hidroxibutanal. Los intentos por determinar, por RMN de protón, la presencia de 3-hidroxibutanal en la mezcla de 1a y acetaldehido en CDCl₃ fueron infructuosos, por lo tanto sugerimos que 4a y 7a no provienen de la condensación directa de 1a y 1b con el aldol del acetaldehido. En la Figura 3 se propone un posible mecanismo para la formación de 4a. Inicialmente un átomo de nitrógeno de 1a se adicionaria al carbonilo del acetaldehido y se formaria el intermediario b que se deshidrataria al ion iminio c. Este ion se podria ciclar para formar 2b o se podria transformar en la enamina d. La adición de d al carbonilo de una segunda molécula de acetaldehido pasaria por el estado de transición e el cual formaría el intermediario f, cuya ciclación daria 4a.

La estructura de 4a y 7a se dedujo con base en los espectros de RMN de protón, de C-13 y de correlación heteronuclear ¹H/¹³C y se corroboró con el análisis por difracción de rayos X de 4a. La acetilación del grupo hidroxilo de 5a y 7a se efectuó fácilmente y con buen rendimiento a pesar de la corta distancia del enlace tipo puente de hidrógeno que se observa en la estructura de rayos X (véase Figura 2). La Tabla 2 muestra los desplazamientos químicos y las diferencias de desplazamiento químico (Δδ) observados en los espectros de RMN de ¹³C para el alcohol 4a y su acetato 4b. Obsérvese que la numeración de 4a de la Tabla 2, corresponde a la numeración de la estructura de rayos X mostrada en la Figura 2. Con los datos de la Tabla 2, se desea enfatizar la diferencia de desplazamientos químicos de los cinco pares de carbonos de los anillos heteroaromáticos y el par de carbonos del etileno del anillo de imidazolidina de 4a, comparados con los del acetato 4b. Las mayores Δδ observadas en el espectro de RMN de C-13 de 4a, se atribuyen de forma importante al enlace tipo puente de hidrógeno.

La distancia mínima de los carbonos C_1; C₉ C₆ y C₇ al centro asimétrico (C₁₅) en 4a, está a 4 enlaces. El fenómeno de no equivalencia en desplazamientos químicos en moléculas con partes simétricas se observa p. ej. en un di(dioctilfluorenil) antraceno (Brownstein et al., 2002) y en la (-)-escopolamina y la (-)-hiosciamina (Joseph-Nathan et al., 2010).

Determinación de la estructura cristalina de 4a. La estructura de rayos X de 4a, correspondió a un sistema monoclínico 4 2(1)/c, el cual contiene 4 unidades en la red cristalina. En la Figura 2 puede apreciarse que uno de los nitrógenos (N4) de las piridinas forma un puente de hidrógeno (d = 2.078 Å C5 Å ) intramolecular con el protón que se encuentra unido al oxígeno del alcohol, formando un sistema cíclico de 8 miembros, el cual es muy estable.

La Tabla 3 muestra los datos cristalográficos de 4a que se han depositado en el Cambridge Crystallographic Data Centre. El número de depósito es CCDC 911319.

 

CONCLUSIONES

Se desarrolló un método simple para preparar las diaminas 1a y 1b y mediante la condensación con aldehídos de cadena abierta y de bajo peso fórmula, se demostró su utilidad en la síntesis de nuevos derivados de imidazolidina. Se encontró que la reacción de 1a o 1b con formaldehído produce los derivados de 1,3,6-oxadiazepano 3a o 6a en rendimientos hasta de 31% . Por otro lado, la reacción de 1a o 1b con acetaldehído da los derivados de 2(2'-hidroxipropil)imidazolidinas 4a o 7a en buen rendimiento. Las estructuras de 4a y 7a contienen un centro asimétrico; sus espectros de RMN presentan no equivalencia en los desplazamientos químicos de los protones y carbonos de ambos anillos de piridina y los carbonos del etileno del anillo de imidazolidina. La acetilación de 4a dio 4b. El espectro de RMN de C-13 de 4b muestra desplazamientos equivalentes para dos de los cinco pares de carbonos y una notable disminución de Δδ en los otros 3 pares de carbonos de los dos anillos de piridina. La Δδ de los carbonos del etileno disminuye fuertemente, sugiriendo que hay una relación importante del efecto de puente de hidrógeno en los alcoholes 4a y 7a.

 

REFERENCIAS

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Nota

This paper is dedicated to Professor Pedro Joseph-Nathan in recognition of his 50 years of outstanding scientific trajectory.