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

Isolation and characterization of acyl-thiosemicarbazides as intermediates in mesoionic compounds synthesis

mesoionic compounds; infra-red study; acyl-thiosemicarbazides

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 substituídas^1-3. 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-aminida^6-9.

Considerando nosso interesse no estudo de compostos mesoiônicos, devido principalmente ao elevado potencial de atividade biológica^10-14, 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 formadas^15,16 (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 (n_S-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 estiramento^17,18 C-N_exocíclico 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 literatura^{16, 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 - 8^25-27 (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 literatura^{26, 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 reportada^7,9.

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 fenila^16,21,30.31 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 0^oC. 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 356^oC (lit.⁵ 325 ^oC); I.V. (KBr, cm^-1): 3230, 3155 (N-H); 1655, 1640 (NC=O); 1590,1535, 1489 (C-C_Ar); 1365 (NC=S).

1,4-difenil-1-(4-metoxibenzoil)-tiossemicarbazida (3b) - Cristais amarelo-pálido com 35% de rendimento, ponto de fusão 186^oC; I.V. (KBr, cm^-1): 3205 (N-H); 3010 (C-H_Ar); 2990, 2950 (CH₃); 1671 (NC=O); 1601,1505, 1490 (C-C_Ar); 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 358^oC e rendimento de 68%; I. V. (KBr, cm^-1) : 3280, 3150 (N-H); 3080, 3050 (C-H_Ar); 1730 (C-N_exocíclico); 1600, 1540, 1515, 1495 (C-C_Ar); 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 238^oC e rendimento de 57%; I. V. (KBr, cm^-1): 3270, 3180 (N-H); 2939, 2841 (CH₃); 1698 (C-N_exocíclico); 1600, 1541, 1500 (C-C_Ar); 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 138-139^oC e rendimento de 67%; I. V. (KBr, cm^-1): 3285, 3160 (N-H); 3028 (C-H_Ar); 1710 (C-N_exocíclico); 1603, 1569 (C-C_Ar); 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 280^oC; I. V. (KBr, cm^-1) : 3190 (N-H); 3060, 3015 (C-H_Ar); 2760 (S-H); 1600, 1570,1540, 1510, 1495 (C-C_Ar); 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 268^oC; I.V. (KBr, cm^-1): 3045 (C-H_Ar); 2980, 2945 (CH₃); 2780 (S-H); 1600, 1560, 1540, 1490 (C-C_Ar); 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 320^oC; 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).

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  07 Maio 2001
• Data do Fascículo
  Out 1998

Histórico

• Aceito
  30 Jan 1998
• Recebido
  05 Maio 1997