LAS CONTRIBUCIONE$ OUE HAN OBTEl'JIDO EL PREMIO HERMANO SALVADOR GCINLALt:Z EN EL AREA DE CIENCIAS EXACTAS EN LA ESCUELA DE CIENCIAS QUIMICAS#

Ma1garita Ozaeta:1 Eduardo Tovar,ª·b Jorge Garcra.ª Alejandra G<:lrc i1.:1 n

Thelma Marín del Allzal.3·b Verónica de León.a.ti Rodrigo Riv<is,b Ofella Collera b Francisco Collera,8 Ana Rocl1inº.

Julieta Tenorio1·' y Gabriel Cuevas ·.b

ªEscuela de Ciencia<- OL ímicas Universidad La Salle Benjamin Franklin 7 C P 061 O 1ipódromo Condesa Mextco, ).F. b111sllt ito rfo Q J1m1ca. Universidad Nacional Au onoma de Mex1c.o. C1r c,u110 oxtenor C wJad Jmvers1tano C.P J4510, Coyoacan. D.F

RESUMEN

Este trabajo es una revisión de las contribuciones que han obtenido la distinción Hermano. Salvador González en el área de Ciencias Exactas en la Escuela de Ciencias Químicas de la Universidad La Salle.

ABSTRACT

This work is an account of !he scientific contributions that received the Hno. Salvador González Award ín Exact Sc1ences at the School of Chemistry of La Salle University.

El prernío Hno.Salvador González tiene la finalidad de estimular a los estudiantes que desarrollan ínvestigación científica original en las diversas áreas del conocimiento que se cultivan en la Universidad La Salle.

El Hno. Salvador González Rodríguez. "Chavita", como afectuosamente le llamábamos sus alumnos.fue un extraordinario ser humano que iluminó nuestras vidas durante nuestra formación en la Escuela Preparatoria de la ULSA. en donde era el Director. Aún cuando no desarrolló investígaciones científicas, Chavita tenía la ext raor dinar ia habilidad de acercar a los estudiantes al conocímiento y a la cíencia,ya fuera con alguna de sus clases sobre el uníverso o el desarrollo de la vida en el planeta, como parte del curso de Geografía que ímpartía en el cuarto año de bachillerato o concertándonos reuniones con el, también extraordinario, Prof. don Juan Medina Lefort,en aquelentonces coordinador de la sección de la Toffe quien era poseedor del laboratorio de Biología más completo en su género en el país y que se encontraba en elprimer piso de ese edificio.

#Este trabajo está dedicado a la Escuela de

Ciencias Químicas en su 25 aniversario.

Rev C:e11fro 1111. {M&> 1 Vot .1Mim H (19981

Así Chavita y don Juan Medina encauzaron la vocación y la vida de muchos estudiantes hacia la investigación científica.

En la Escuela de Ciencias Químicas. el premio Hno. Salvador Gonzá lez se entrega en 2 categorías, en Ciencias Exactas y en Ciencias

Aplicadas. La primera vez que se entregó éste. fue en octubre de 1986. pocos meses después que se definíeron las características con que deberían contar los trabajos premiados,y fue a la ínvestígación titulada:"Estudio Químico de Salvia brevifloran realizada por Gabriel Cuevas bajo la asesoría de la Dra. Ofelía Collera Zúñiga y del Dr. Federico Ga rcía Jiménez en el Instituto de Quimica de la Universidad Nacional Autónoma de México (1).

A continuación se incluyen en forma resumida los trabajos que han merecido el reconocimiento Hno. Salvador González en elárea de las Ciencias Exactas, en la Escuela de Ciencias Químicas.

Además de los compuestos ubícuos en la familia de las labiadas ( Labiatae). lales como los ácidos ursólico y oleanólico, de Salvia breviflora se aislaron dos compuestos no descritos con anterioridad, el 18-hidroxi-2, 19-epoxibiciclo

nidorelalactona (1, Figura 1) y su derivado

277

,1....

l ){ =OH

2. R = Ot\t'

Figura 1 . Estructura de la 18-11idroxi-2 19-epoxibiciclonidorelalactona (1) y de su derivado acetoxilado en la posición 18 (2)

acetoxilado en la posición 18 (2). Estos compuestos son diterpenos pertenecientes al grupo deltrans-clerodano que presenta un puente etereo en el anillo A, formando un heterobiciclo.

La estruc tura de estos compuesto s se determinó mediante técnicas espectroscópicas y con la ayuda de algunas reacciones químicas. La estereoquimica relalíva de la brevifloralactona, como después se denominó al compuesto 1 cuando se publicó su estructura (2), se determinó mediante la técnica de difracción de rayos X, después de haberse obtenido monocristales adecuados.

Este trabajo se publicó un año después y apareció citado en el Oictionary of Organic Comp ounds desde 1989 (3) entre otras citas que ha obtenido.

La segunda vez que se otorgó este premio fue en 1993. en el marco de las primerasjornadas de

investigación organizada por el centro de investigación de la ULSA (CIULSA), en esta ocasión a Eduardo Tovar Velasco por la investigación titulada: Efectos electrónicos que d?.inan la reactividad de quinonas sustituidas (4) d1ng1da por el Dr. Gabr iel Cuevas.

Este trabajo trata sobre el estudio del efecto que tienen los sustituyentes en la posición 6 de la perezona respecto a la reactividad que presenta este compuesto (ver Figura 2).Así, el grupo metoxi o el protón mismo hacen que la quinona genere compuestos con esqueleto de cedre no (llamados pipitzoles), mientras que la presencia del grupo OH o PhCH2-NH genera productos derivados del d1hidrobenzofurano, también llamados perez1nonas. Este trabajo constituía un avance importante respecto a dos proyectos que le antecedieron y que permitieron a Nelly Maria Güemez Perera (5) y a Resana Aizpuru Garza (6) obtener el título de Químico Farmacéutico Biólogo.

11

Figura 2. Productos de cicloadición de aductos de la perezona.

278 Rev Centro lnv (Méx) Vol 3 Num 11 (1998)

La perezona es una quinona sesquiterpénica que fue aislada por primera vez por don Leopoldo Río de la Loza en 1852 (7) denomínándosele ácido pipitzahoico. pues a la Perez1acuemavacana suele denominársele raíz de pipitzahuac en la medicina tradicional mexicana. El mismo Leopoldo Río de la Loza describió que el calentamiento del ácido pipitzahoico genera un producto incoloro al calentársele hasta su punto de fusión. La reacción que lleva a los pipitzoles suele denominársele cicloadición (5+2], mientras que la que genera la perezinona es una cicloadición [3+2], aun cuando desde el punto de vista formal,y considerando los elec trones de tipo n involucrados en la transformac ión, ambas corresponde n a cicloadiciones [4rcs+ 2ns) (8).

La perezona es un sustrato ideal para estudiar los efectos electrónicos involucrados en estas

transforma ciones, pues contiene el grupo etileno en la misma molécula, de tal forma que la reacción de cicloadición se acelera por ser intramolecular y compite con ventaja contra la reacción de polimerización, que es el producto principal con otros sustratos y etileno. Así se sintetizaron varios derivados de la perezona y se estudiaron espectroscópicamente.

Se encontró una correlación lineal importante entre el corrimiento químico de los carbonos y la constante o de Hammett, que es un índice fisicoquímico del efecto donador o atractor de electrones de los sustituyentes lo que demuestra la elevada deslocalización electrónica en estas moléculas (Figura 3). Este efecto se puede explicar mediante la participación de un híbrido de resonancia como los mostrados en el Figura 4.

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Figura 3. Correlac1on del cornrn1ento de RMN de , C contra a

de Hammett en los denvados de t1ofenol de la perezona.

Rs11. Centro lnv. (Méx) V<J/ 3 Nú1n. 11 (1998) 279

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Figura 4 Hibndos de r<::sonanc1a que contribuyen a la estabilización de los derivados de la perezona y a sus propiedades espectroscop1cas .

R = gnipo atractor de elec trones.

F1gurn i:. Eíectr ie los sJbstit.iyentes ?n el carbono 7 de lo-:; ad•;ctcs dF> ¡:-er<=>zona .

Sorprendentemente el metilo C7 sufre un resonancia paramagnética electrónica no se efecto importante, pues los atractores fuertes encontró evidencia alguna de estos intermediarios ocasionan el corrimiento de los protones del metilo reactivos.

a campo alto. Este efecto solo se puede deber a

hiperconjugación (Figura 5), que se define corno la rehibridación por superposición (o translape) de un orbital molecular lle no con un orbital molecular vacío ocasionando el abatimiento de la

En este trabajo se concluyó que los sustituyentes capaces de estabilizar el catión indicado en el Figura 4, mediante donación electrónica conducen la reacción hacia la formación

energía molecular. de perezinonas y los que no son capaces de

estabilizarlos generan pipitzoles.

Erróneamente se había especulado que los derivados de la perezona podrían ser birradicales libres, sin embargo, mediante estudios de

Este trabajo se ha extendido hasta constituirse en la tesis que para obtener el grado de maestría

2 80 Re '. Gf111tr<' l11V (Mél Vol 3 N• ; m 1 1 ( 1991;1)

en Ciencias Químicas, con la especia lidad en química orgánica ha sustentado Eduardo Tovar y en donde se ha complementado el trabajo experimental con cálculos de estructura electrónica que han aclarado el problema (9).

En 1995 el premio fue obtenido por Rodrigo García Núñez (10) con el trabajo "Síntesis de derivados del pirro!" bajo la dirección del M. en C. Fernándo León Cedeño.

Muchos productos naturales fundamentales como la clorofila, la hemoglobina. numerosas

coenzimas, etc., incorporan funciones pirrólicas en sus moléculas. Los objetivos de este trabajo fueron la síntesis de pirroles sustituidos en posícíón 1 con grupos benzocorona y el desarrollo de la metodología para lograr la síntesis de pirroles disustiluidos en la posición 1con grupos alquilo o arilo en la posición 3 con un éter benzocorona.

La síntesis de pirroles sustituidos en posición 1 se llevó a cabo haciendo uso de la modificación de Clauson-Kass a la reacción de Paal-Knorr. La materia prima para esta reacción fue el 2,5- dimetoxitetrahídrofurano con la anilina que incluye la función de éter corona (Figura 6).

9 1

Figura 6 S111tesls d& pírroles sustituidos con el grupo benzocornna

n

(

1

A A

Figura 7. Síntesis ele pirroles 1,3-disustituidos con la función benzocorona.

281

,l..*,A.,

En cuanto a los pirroles 1,3-disustituidos, se propuso una nueva ruta sintética a través de la alquilac1ón de rntrilos. En esta, se parte de un aldehí do arnmático que incluye las funciones oxigenadas protegidas como éteres metílicos en la posición apropiada, que posteriormente se liberarán y permitirán construir el fragmento de éter corona (Figura 7). Esto permitió además optimizar la sintesis de los nitrilos involucrados corno intermedirarios, que son compuestos valiosos en síntesis orgánica.

En 1996 el premio correspondió a Marco Antonio Vera lturribarría, con la dirección del Dr. Gabriel Cuevas quien presentó el trabajo "Aplicación de la Teoría de Resonancia Natural al estudio del efecto anomérico ." El estudio de las densidades electrónicas de éteres tiometil-X ­ metílico [CH3S-CH2-XJ (en donde X = CI, SMe, PMe2, +PMe3, P(O)Me2. P{S)Me2 a nivel

8ecke3LYP/6-31G(d,p)//(BP+ NLSCF} /DZVP2

mediante la Teoría de Resonancia Natural (NRT) permite establecer que la preferencia por la conformación gauche de los grupos CI. SMe, PMe2. +PMe3. es de origen estereoelect rónico originada en una interacción ns o"c-x {en el lenguaje de Cteplak),mientras que para los grupos P{O)Me2. P(S)Me2 este tipo de interacción no es importante, pues las contribuciones dominantes son aquellas originadas en el heteroátomo unido al fósforo por deslocalización en los antienlaces cr*c.p. En la Tabla 1 se muestran, a manera de ejemplo. las formas resonantes y sus contribuciones a la estabilidad de los confórmeros gauche y anti del cloromet1ltiom etilmetano (3). Como se puede observar, estos resultados permiten explicar las diferencias geométricas y energéticas presentes en estos compuestos . dominadas por la participación de la interacción estereoelectrónica ns -t cr*c-Cf

Tabla 1 Energia Conformac1onal Relativa (kcal/mol). Formas Resonantes y sus contribuciones en el compuesto 3

3-g

Erel = O.O

109.65° Hb

H c J\x . / .

[ H\.8i6 Á

He-J.::s l.836Y A

Hd 1.8301 A

3 - (I

Erc1 = 3.43

282 Rev . C eotro IM (Méxl Vol 3 Núm 11 (1995}

En 1997, durante las V Jornadas de Investigación se asignó el premio a Alejandra García Sauceda con la investigación. "Estudio de

la reacción de adición de 2-litio-1.3-ditiano a benzonitrilos", que forma parte de su tesis de licenciatura asesorada por el Dr. Gabriel Cuevas, un trabajo en donde se muestra la importancia de vincular los resultados experimentales con los resultados generados por cálculos teóricos (11).

La rea cción de 2-litio- 1,3-ditiano con benzonitrilos no ha sido estudiada apropiadamente por lo que elobjetivo de este trabajo fue determinar el mecanismo y estudiar la posibilidad de efectuar reacciones sucesivas que permitan obtener aminas

a sustituidas. El producto de alquilación 4,(Figura

8), seguida de la adición de yoduro de metilo, permite la preparación de benzoil-metil-tiocetales en un solo paso. Se ha propuesto que en esta reacción sólo se produce una adición nucleofílica debido a la formación de una metalo enamina 4.

El producto de alquilación observado se produce en la posición 2 del 1,3-ditiano, lo que implica la transferencia del protón de C2 al nitrógeno imidico como paso previo a la alquilación.

El intermediario 5 (Figura 8) es poco estable, asi como el producto de su protonación, pues puede sufrir hidrólisis con extrema facilidad, sin embargo, el trabajo meticuloso permitió

caracterizar el producto de protonación por Resonancia Magnética Nuclear (RMN) y por Difracción de Rayos X. Su hidrólisis posterior en medio ácido permitió aislar el producto 6, en donde R es un átomo de hidrógeno, demostrándose asi que 5 es elintermediario en esta transformación, por lo que el mecanismo anteriormente propuesto debe ser modificado. Los cálculos teóricos a nivel Becke3LYP/6-31G(d,p) mostraron que 4 es 2.88 kcal/mol más estable que la imina propuesta. Los derivados de 6, que muestran efecto anomérico tanto en estado sólido como en solución, fueron estudiados por RMN de temperatura variable obteniéndose los parámetros termodinámicos del equilibrio conformacional.

También se efectuó el estudio de resonancia magnética nuclear de temperatura variable del 2- benzoíl-1,3-ditiano y del 2-p-metoxíbenzoíl-1 ,3- ditiano, que se muestra en el Figura 9. Como se puede apreciar , a temperaturas ambiente y superiores , existe un equilibrio rápido entre el confórmero axial y el ecuatorial, por lo que se observa el espectro promedio y señales bien definidas. Conforme se baja la temperatura el espectro se hace menos definido, siendo crítico a 213K, cuando se está en la temperatura de

coalescencía. Al bajar la temperatura a 183K se puede observar un conjunto de señales para el confórmero axial y otro para el confórmero ecuatorial, siendo el confórmero axial el más

(l (l

s s 1. n-BuLo/T:x u·

p N L'+

(4) Ph N.H

(S)

s s H 30+

H 6 Mel pXNH R = Me, H

Ph (ó) O

Figura 8 Alquilacion suscesíva de 1,3-ditiano en una sola secuencia de adición.

Ret. Ce11tro l11v . (Me x) Vol.3 N(lm . 11 (199 ¡) 283

,/"--,_ _,..OMe

,, 1'"·H -

Figura 9 Esludio de RMN tJe temperatura voriable del 2-p-metoxJbenzoil-1.3-dltiano.

284

abundante, lo que es expresión de la participación dominante del efecto anomérico en este equilibrio y que es de naturaleza entálpica.

Como se ha podido constatar en esta revisión, los trabajos premiados en esta área han sido asignados a contribuciones novedosas que han permitido a los estudiantes involucrados en ellas a acercarse a la investigación científica. Confiamos en que en el futuro seguiremos contando con la participa ción entusiasta y

comprometida de nuestros estudiantes.

REFERENCIAS

1. Cuevas, G . Estudio Químico de Salvia breviffora. Tesis. Universidad La Salle. México,

D.F. 1986.

2. Cuevas. G.; Collera, O.; García, F.; Toscano, A.;Cárdenas. J. Pytochemistry, 1987,26. 2019.

3. Buckingham . J . Oictionary of Organíc Compounds, Slh Ed. 7, 1989, p.69.

4 . Tovar, E. Efectos electrónicos que domínan la reactívidad de las quinonas sustituidas. Tesis. Universidad La Salle. México, D.F. 1994.

5. Güemez , N. Estudio de reacciones de transposícíón en quin onas sustituidas. Tesis. Universidad La Salle. México, D.F. 1992.

6. Aizpuru, R. Estudio dela reactividad dealgunos ani/idos de la 2-( 1,5-.dimetil-4 -hexeníl)-3- hidroxi -5 -metil-1, 4- benzoqu inona. Tesis . Universidad La Salle. México, D.F 1994.

7. Río de la Loza, L. Disertación presentada a la Academia de Medicina, 1852, México.cf. Joseph-Nattham, P. Rev. Soc. Quim. Méx. 1974, 18, 226.

8. Woodward, R.B.; Hoffman,R. The Conservation of Orbital Symmetry. Academic Press, New York, 1970.

9. Tovar, E. Estudio de las reacciones de cicloadición [3+ 2) y [5+ 2) entre p­ benzoquinonas subst ituidas y etilenos sustituidos. Tesis. Facultad de Química. Universidad Nacional Autónoma de México. México, D.F. 1998. ·