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Química Nova

Print version ISSN 0100-4042

Quím. Nova vol.21 no.5 São Paulo Sept./Oct. 1998

http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40421998000500007 

ARTIGO

Isolamento e caracterização de acil-tiossemicarbazidas como intermediários na síntese de compostos mesoiônicos


M. A. M. Maciel, A. Echevarria e V. M. Rumjanek
Departamento de Química - Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro - 23851-970 - Seropédica - RJ

Recebido em 5/5/97; aceito em 30/1/98


 

 

Isolation and characterization of acyl-thiosemicarbazides as intermediates in mesoionic compounds synthesis. 1,3,4-thiadiazolium-2-aminides and their isomers 1,3,4-triazolium-2-thiolates have been synthesized via anhydroacylation reactions. This work presents a study by infrared monitoring of the reaction between substituted aroyl acid chlorides and 1,4-diphenylthiosemcarbazide. The intermediates and products were isolated, purified and charaterized by IR and 13C NMR spectroscopy. The increasing or decreasing in intensity of characteristic stretching bands indicated the rate dependence on the electronic nature of substituents. The results also demonstrate that 1,3,4-triazolium-2-thiolates are obtained in anhydrous conditions whereas presence of water leads to a mixture of the isomers.

Keywords: mesoionic compounds; infra-red study; acyl-thiosemicarbazides.

 

 

INTRODUÇÃO

Compostos heterocíclicos mesoiônicos da série dos 1,3,4-tiadiazólio-2-aminidas e seus isômeros 1,3,4-triazólio-2-tiolatos têm sido sintetizados a partir das reações de acilação anidra de tiossemicarbazidas substituídas1-3. O estudo dessas reações levou, desde 1957, a controvérsias quanto aos produtos obtidos,4,5 sendo recentemente comprovado por estudos de RMN de 1H, 13C, 15N e difração de Raios-X que, dependendo das condições reacionais podem ser obtidos diretamente da acilação anidra derivados do sistema 1,3,4-tiadiazólio-2-aminida6-9.

Considerando nosso interesse no estudo de compostos mesoiônicos, devido principalmente ao elevado potencial de atividade biológica10-14, investigamos as reações entre cloretos de ácido aromáticos (1) e a 1,4-difeniltiossemicarbazida (2) com o objetivo de contribuir na elucidação do provável mecanismo para a obtenção de compostos mesoiônicos do sistema 1,3,4-triazólio-2-tiolato (Esquema 1).  

Portanto, para comprovar a validade dessa proposta, foi realizado o isolamento, através de acompanhamento do processo de síntese via espectroscopia na região do infra-vermelho, e caracterização dos intermediários acil-tiossemicarbazidas (3).

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

As reações estudadas envolveram os cloretos de para-X-benzoíla, onde X = H, OCH3 e NO2 e a 1,4-difeniltiossemicarbazida, levando à formação das acil-tiossemicarbazidas 3a, 3b e 3c, respectivamente.

O acompanhamento das reações de formação das acil-tiossemicarbazidas foi realizado através do monitoramento do consumo dos cloretos de ácido, utilizando-se a espectroscopia na região do infra-vermelho. No momento da adição dos reagentes, tempo zero, tomou-se uma alíquota da mistura reacional e, da mesma forma, em tempos convenientes, outras alíquotas foram sendo retiradas para o acompanhamento da reação em cela de NaCl. O desaparecimento das bandas de absorção correspondentes aos estiramentos do grupo C=O características dos cloretos de ácido, na faixa de 1760 - 1780 cm-1, foi acompanhado, paralelamente ao surgimento da banda de absorção relativa ao estiramento N-C=O e o deslocamento da relativa ao N-C=S, nas faixas de 1640 - 1725 e 1351 - 1365 cm-1, respectivamente, atribuídas às acil-tiossemicarbazidas formadas15,16 (Tabela 1).

 

 

A velocidade de desaparecimento dos cloretos de aroíla foi dependente da natureza de seus substituintes, de acordo com o esperado. No caso do cloreto de p-nitro-benzoíla (1c), ocorreu um aumento da eletrofilia do carbono carbonílico frente à 1,4-difeniltiossemicarbazida (2) observando-se seu consumo máximo em 1 hora e 30 minutos a temperatura ambiente, tendo 1,4-dioxano como solvente e na presença de piridina, sendo que após esse tempo o intermediário formado sofreu heterociclização fornecendo o produto 4c. O cloreto de benzoíla (1a) foi totalmente consumido em 3 horas e o cloreto de p-metóxi-benzoíla (1b), por apresentar um grupo doador de elétrons e portanto diminuidor da eletrofilicidade do carbono carbonílico, levou 5 horas para ser totalmente consumido, nas mesmas condições de reação. Assim, a reatividade relativa dos cloretos de ácido foi 1c > 1a > 1b.

A tabela 2, mostra o acompanhamento da reação de formação da acil-tiossemicarbazida p-nitro-substituída através de medidas de intensidade da banda característica do grupo -N-C=O em função do tempo.

 

 

A natureza dos grupos substituintes presentes nas acil-tiossemicarbazidas interfere na velocidade de reação de heterociclização para formação dos correspondentes compostos heterocíclicos 5, sendo que os produtos 5a, 5b e 5c foram completamente formados em 48, 96 e 24 horas, respectivamente. A formação dos heterocíclos 1,3,4-triazólio-2-tióis foi monitorada através do desaparecimento da absorção relativa ao estiramento do grupo N-C=S.

A adição de piridina ao meio de reação, na primeira etapa do Esquema 1, foi realizada com o intuito de evitar a heterociclização das acil-tiossemicarbazidas, uma vez que o HCl liberado catalisa a formação dos cloridratos mesoiônicos precursores da classe dos 1,3,4-triazólio-2-tiolatos.

No entanto, através do acompanhamento dessas reações por espectroscopia na região do infra-vermelho e posteriormente, com o isolamento e caracterização dos produtos obtidos, constatou-se que o HCl envolvido no equilíbrio com o sal piridínico provoca a ciclização parcial dos compostos intermediários, obtendo-se uma mistura dos compostos 4 e 5.

Verificou-se que para a reação envolvendo a formação da acil-tiossemicarbazida 3a, utilizando-se meio de reação anidro, após 20 minutos já eram observadas bandas de absorção referentes ao composto heterocíclico correspondente 5a (nS-H 2760 cm-1), sendo detectada sua completa ciclização após 5 horas de reação.

Quando a reação de formação da acil-tiossemicarbazida ocorreu em condições úmidas, a ciclização forneceu uma mistura dos isômeros heterocíclicos 4a e 5a, observada pelo acompanhamento das bandas em 1730 cm-1 relativa ao estiramento17,18 C-Nexocíclico do composto 4a e 2760 cm-1 para o composto 5a (S-H)18,19.

Quando a piridina está presente no meio de reação, o composto 5a é formado logo no início da reação a partir do rearranjo de 4a. No entanto, o rearranjo para formação de 5a é muito lento em condições úmidas, ocorrendo somente após 5 horas de reação.

As acil-tiossemicarbazidas são compostos já descritos na literatura16, 20-24, no entanto, não há estudos envolvendo dados de RMN de 13C. Assim, a tabela 3 mostra os deslocamentos químicos de RMN de 13C para os intermediários 3a -3c, utilizando-se como comparação os compostos 2, 6 - 825-27 (Esquema 2). Inicialmente foram assinalados os carbonos do composto 2 por comparação com 6 - 8. Os carbonos orto ( C2´, 6´ C2´´, 6´´) e para (C4´ C4´´) dos grupamentos fenila do composto 2 são protegidos mesomericamente, tendo seus deslocamentos químicos mais blindados. Comparando-se entre si os carbonos orto e para, observa-se desblindagem de d10,8 para C2´´, C6´´ e de d4,3 para C4´´ do grupo fenila ligado ao nitrogênio N4. Essas diferenças são atribuídas a uma diminuição do efeito de ressonância +R do N4, imposta pela presença do grupo C=S.

 

 

Os assinalamentos das acil-tiossemicarbazidas 3a - 3c foram realizados atribuindo-se inicialmente os carbonos dos grupos fenilas ligados aos nitrogênios N1 e N4, mantendo-se os valores próximos ao composto 2. Posteriormente, assinalaram-se os carbonos ipso ao grupo para-X-substituinte, X = H (3a), OCH3 (3b) e NO2 (3c) por comparação com os valores já conhecidos na literatura26, 28, 29. Aos carbonos C=S foram atribuídos os valores mais altos dos deslocamentos químicos. A comparação feita entre os deslocamentos químicos dos núcleos de carbono C=S e C=O do composto 3a mostrou diferença de d8,9 para C=S e d8,5 para 3b. Essa desblindagem dos núcleos de carbono C=S em relação aos C=O, está relacionada com a energia de transição n® p* observada, também, para cetonas lineares e cíclicas26.

A discussão dos assinalamentos dos carbonos pertencentes aos sistemas 1,3,4-tiadiazólio-2-aminida (4) e 1,3,4-triazólio-2-tiolato (5) foi recentemente reportada7,9.

 

CONCLUSÃO

O isolamento dos intermediários acil-tiossemicarbazidas (3), na reação de anidroacilação da 1,4-difeniltiossemicarbazida em meio básico, possibilitou contribuir significativamente para a elucidação do mecanismo de formação de compostos mesoiônicos da classe 1,3,4-triazólio-2-tiolatos (5), que nessas condições se apresentam como produtos do rearranjo de seus isomeros 1,3,4-tiadiazólio-2-aminidas (4).

Comprovou-se também, através dos rendimentos obtidos para os compostos 3a-c, que esta reação não se apresenta como um bom método de síntese para acil-tiossemicarbazidas. Derivados do tipo 3, tem sido geralmente preparados pela reação entre acil-hidrazinas e isotiocianato de fenila16,21,30.31 e, têm apresentado ampla aplicação na formação de compostos mesoiônicos pertencentes aos sistemas 1,3,4-tiadiazólio-2-aminida (4) e 1,3,4-triazólio-2-tiolato (5).

 

PARTE EXPERIMENTAL

Os pontos de fusão foram determinados em aparelho tipo Kofler e não foram corrigidos. Os espectros de infra-vermelho foram registrados em filme usando cela de NaCl e em pastilhas de KBr em espectrofotômetro Perkin-Elmer modelo 1410. Os espectros de RMN de 13C foram obtidos em espectrômetro Bruker modelo AC-200 operando a 50.3 MHz, utilizando-se como solvente DMSO-d6. Para cromatografia em coluna usou-se silica gel-60, Kieseler da Merck.

Compostos 3 - Os cloretos de ácido aromáticos 1a-c (42 mmoles) em 1,4-dioxano (20 mL) foram adicionados, lentamente, sob agitação magnética a temperatura ambiente a uma suspensão de 1,4-difeniltiossemicarbazida 2 (41 mmoles) em 1,4-dioxano (20 mL). A seguir, adicionou-se piridina (42 mmoles). Após intervalos de tempo convenientes para cada reação (1 hora e 30 minutos 1a + 2; 3 horas 1b + 2 e 5 horas 1c + 2), em repouso, adicionou-se ao meio de reação CH2Cl2 (30 mL) e em seguida HCl concentrado (2 mL) a 0oC. A fase orgânica foi separada imediatamente e tratada com HCl 1N (10 mL); água (2 mL); solução de NaCl saturada (20 mL) e Na2SO4 anidro. Os cristais obtidos em cada reação foram cromatografados em coluna de silica gel usando CHCl3 como eluente.

1,4-difenil-1-benzoil-tiossemicarbazida (3a) - Cristais brancos com 38% de rendimento, ponto de fusão 356oC (lit.5 325 oC); I.V. (KBr, cm-1): 3230, 3155 (N-H); 1655, 1640 (NC=O); 1590,1535, 1489 (C-CAr); 1365 (NC=S).

1,4-difenil-1-(4-metoxibenzoil)-tiossemicarbazida (3b) - Cristais amarelo-pálido com 35% de rendimento, ponto de fusão 186oC; I.V. (KBr, cm-1): 3205 (N-H); 3010 (C-HAr); 2990, 2950 (CH3); 1671 (NC=O); 1601,1505, 1490 (C-CAr); 1340 (NC=S).

1,4-difenil-1-(4-nitro-benzoil)-tiossemicarbazida (3c) - A ciclização deste composto ocorre em maior escala e, portanto tornou-se difícil o seu isolamento. Os espectros de caracterização foram obtidos durante o acompanhamento da reação entre 1c e 2, através de I.V. e RMN de 13C. I.V. (filme em janela de NaCl, cm-1): 1725 (NC=O); 1351 (NC=S).

Compostos 4 - Os compostos 4a-c foram obtidos a partir das reações descritas para a obtenção de 3a-c em condições úmidas, sendo isolados por cromatografia em coluna da mistura com seus isomeros 5a-c. Os referidos compostos também foram obtidos a partir dos cloretos de ácido correspondentes (42 mmoles) em 1,4-dioxano (20 mL) seco, adicionados sob agitação, a suspensões de 1,4-difeniltiossemicarbazida e 1,4-dioxano (20 mL). As misturas de reação foram deixadas em repouso, em sistema fechado isento de umidade.

Cloreto de 4,5-difenil-1,3,4-tiadiazólio-2-fenilamina (4a) - Cristais amarelo-pálido com ponto de fusão 358oC e rendimento de 68%; I. V. (KBr, cm-1) : 3280, 3150 (N-H); 3080, 3050 (C-HAr); 1730 (C-Nexocíclico); 1600, 1540, 1515, 1495 (C-CAr); 1365, 1350 (C-S); 1310 (C-N); RMN de 13C (d): 164,2 (C-2); 160,7 (C-5); 138,0 (C-1'); 123,2 (C-2'); 129,9 (C-3'); 126,2 (C-4'); 137,7 (C-1''); 118,4 (C-2''); 129,6 (C-3''); 124,1 (C-4''); 133,2 (C-1'''); 130,2 (C-2'''); 129,3 (C-3'''); 131,5 (C-4''').

Cloreto de 4-fenil-5-(4-metoxifenil)-1,3,4-tiadiazólio-2-fenila mina (4b) - Cristais amarelo-pálido com ponto de fusão 238oC e rendimento de 57%; I. V. (KBr, cm-1): 3270, 3180 (N-H); 2939, 2841 (CH3); 1698 (C-Nexocíclico); 1600, 1541, 1500 (C-CAr); 1360 (C-S); 1305 (C-N); RMN de 13C (d): 164,1 (C-2); 162,9 (C-5); 55,8 (OCH3); 138,6 (C-1'); 123,8 (C-2'); 130,0 (C-3'); 126,1 (C-4'); 138,0 (C-1''); 118,2 (C-2''); 129,4 (C-3''); 126,1 (C-4''); 131,3 (C-1'''); 132,2 (C-2'''); 114,9 (C-3'''); 159,6 (C-4''').

Cloreto de 4-fenil-5-(4-nitrofenil)-1,3,4-tiadiazólio-2-fenila mina (4c) - Cristais amarelo-pálido com ponto de fusão 138-139oC e rendimento de 67%; I. V. (KBr, cm-1): 3285, 3160 (N-H); 3028 (C-HAr); 1710 (C-Nexocíclico); 1603, 1569 (C-CAr); 1365 (C-S); 1308 (C-N); RMN de 13C (d): 162,2 (C-2); 163,1 (C-5); 138,4 (C-1'); 123,8 (C-2'); 131,4 (C-3'); 126,0 (C-4'); 138,6 (C-1''); 117,9 (C-2''); 128,8 (C-3''); 125,4 (C-4''); 133,5 (C-1'''); 128,8 (C-2'''); 124,9 (C-3'''); 155,9 (C-4''').

Compostos 5 - Os compostos 5a-c foram obtidos diretamente das reações descritas para obtenção dos compostos 3a-c, onde a mistura reacional foi colocada em repouso, em freezer, por 48 h para a reação 1a + 2; 96 h para 1b + 2 e 24 h para 1c + 2. Os produtos, na forma de precipitados, foram separados por filtração e recristalizados em CHCl3/éter. Os compostos 5a e 5b foram obtidos também através do isolamento das acil-tiossemicarbazidas 3a e 3b, que ao serem colocadas em meio ácido forneceram os cloretos dos compostos mesoiônicos correspondentes.

Cloreto de 1,4,5-trifenil-1,3,4-triazólio-2-tiol (5a) - Cristais amarelo ouro com 87% de rendimento e ponto de fusão 280oC; I. V. (KBr, cm-1) : 3190 (N-H); 3060, 3015 (C-HAr); 2760 (S-H); 1600, 1570,1540, 1510, 1495 (C-CAr); 1320 (C-N); RMN de 13C (d): 169,8 (C-2); 148,2 (C-5); 136,0 (C-1'); 122,3 (C-2'); 129,3 (C-3'); 128,8 (C-4'); 134,3 (C-1''); 125,6 (C-2''); 129,8 (C-3''); 128,7 (C-4''); 131,1 (C-1'''); 130,4 (C-2'''); 128,5 (C-3''') e 131,5 (C-4''').

Cloreto de 1,4-difenil-5-(4-metoxifenil)-1,3,4-triazólio-2-tiol (5b) - Cristais amarelo pálido brilhante com rendimento de 84% e ponto de fusão 268oC; I.V. (KBr, cm-1): 3045 (C-HAr); 2980, 2945 (CH3); 2780 (S-H); 1600, 1560, 1540, 1490 (C-CAr); 1310 (C-N); RMN de 13C (d): 169,9 (C-2); 149,6 (C-5); 55,8 (OCH3); 135,9 (C-1'); 122,9 (C-2'); 129,3 (C-3'); 128,8 (C-4'); 133,8 (C-1''); 125,8 (C-2''); 129,3 (C-3''); 128,7 (C-4''); 132,2 (C-1'''); 131,7 (C-2'''); 114,8 (C-3''') e 161,5 (C-4''').

Cloreto de 1,4-difenil-5-(4-nitrofenil)-1,3,4-triazólio-2-tiol (5c) - Cristais vermelho-tijolo com 89% de rendimento e ponto de fusão 320oC; RMN de 13C (d): 170,4 (C-2); 146,9 (C-5); 135,7 (C-1'); 123,1 (C-2'); 129,7 (C-3'); 128,8 (C-4'); 134,1 (C-1''); 125,0 (C-2''); 129,7 (C-3''); 128,2 (C-4''); 131,3 (C-1'''); 129,0 (C-2'''); 124,3 (C-3''') e 149,0 (C-4''').

 

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à CAPES, CNPq e FAPERJ pelo auxílio financeiro e bolsas concedidas ( MAMM e AE).

 

REFERÊNCIAS

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