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Afinidad
TOMO LXVI • Nº 540 • MARZO - ABRIL 2009 • AFINAE 66 (540) 113-192 (2009) • ISSN 0001 - 9704
REVISTA DE QUÍMICA TEÓRICA Y APLICADA
SECCIONES
Legislación
116
Artículos Generales
118
Información General
184
Novedades Técnicas
185
Notícias de Empresas
187
Nº 540
ÍNDICE DE ANUNCIANTES
MONGAY, S.A. .................................................
110
BANCO SANTANDER ...................................... I.C.P.
Al dirigirse a nuestros anunciantes les rogamos citen AFINIDAD
AFINIDAD
EDITA
Asociación de Químicos e Ingenieros
del Instituto Químico de Sarrià
DIRECTOR
J. Árboles Muntades
DIRECTOR ADJUNTO
R. Queralt Teixidó, S.I.
CONSEJO DIRECTIVO
J.M. Castelló Mestanza
J. Árboles Muntadas
COMITÉ DE REDACCIÓN
A. Barrera Berro S.I.
A. Ginebreda Martí
J.L. Falcó Brenes
A. Planas Sauter
J.M. Ribó Arboledas
L. Victori Companys S.I.
REVISTA DE QUÍMICA TEÓRICA Y APLICADA
EDITADA POR
LA ASOCIACIÓN DE QUÍMICOS E INGENIEROS
DEL INSTITUTO QUÍMICO DE SARRIÀ
REDACCIÓN, ADMINISTRACIÓN
Y PUBLICIDAD
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08017 Barcelona
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del Instituto Químico de Sarriá, 1973
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TORMIQ, S.L.
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PRECIOS SUSCRIPCIÓN
ANUAL (2009)
España, Portugal, Países de LatinoAmérica y Filipinas: 37,50 €
Demás países: 83,20 $ U.S.A.
Número suelto (ordinario): 12,60 €
PERIODICIDAD
6 números año
SUMARIO
LEGISLACIÓN ESPAÑOLA Y COMUNITARIA, PUBLICADA EN EL B.O.E. Y
EN EL D.O.U.E. DE DICIEMBRE 2008 A FEBRERO 2009, por D.B. Sánchez
de Rojas.
116-117
Propuesta metodológica para la medición y seguimiento de los costes de la
calidad en el diseño de proyectos, por Luis Alonso Dzul Lópezab, Santos Gracia
Villarab, Margarita González Beníteza, Agueda García-Carrilloa y Federico Fernández Dieza.
118-125
Aplicación de un diseño central compuesto para la determinación de especies de arsénico orgánicas e inorgánicas en agua por cromatografía líquida
- generación de hidruros -espectrometría de absorción atómica, por Patricia
Silvia Blanes, Gabriel Alejando Hunzicker, Oscar Garro y María Cecilia Giménez.
126-133
Estudio del reconocimiento molecular de un portador movil neutro usado
como electrodo all solid state a nitrato, por María de los A. Arada Pérez, Mehrdad Yazdani-Pedram, Jorge Marín y Alejandro Speck Planche.
134-138
Evaluación de la señal generada en un calorímetro de conducción de calor en
la determinación de entalpias de inmersión para caracterización de sólidos
porosos, por Giovanny A. Rodríguez, Liliana Giraldo y Juan C. Moreno.
139-144
Síntesis, actividad biológica y patrones de fragmentación del espectro de masas de algunos nuevos derivados fundidos de ftalazina-1,4-diona, por H. K.
Ibrahim, I. M. El-Deen, A. H. Soliman y A. M. Imam.
145-151
Actividades anti-Alzheimer y anti-cox2 de nuevos derivados de síntesis de la
2,3’-bipiridina (I), por Fawzy A. Attabya, Azza M. Abdel-Fattaha, Labeeb M. Shaifa
y Mohamed M. Elsayedb.
152-160
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
113
Reacciones de 2-amino-3-ciano-4,5,6,7-tetrahidrobenzo[b]tiofeno y 6-amino1,4-dihidro-1,4-difenil-5-ciano-3-metilpirano[2,3-c]pirazol con arilidenmalononitrilos, esteres α,β-acetilénicos y cetonas, por Ahmed S. A. Youssef.
161-166
Síntesis, actividad antimicrobiana y espectros de masas de impacto electrónico de derivados de ftalazina-1,4-diona, por S.S.EL-Sakka, A.H. Soliman, y A.M.
Imam.
167-172
Síntesis inducida por microondas y caracterización de algunos derivados de
tiazolidinona que contienen el fragmento benzotriazol, Diwaker Sitha, Jitendra
Vardia y Suresh C. Ameta.
173-176
Síntesis, elucidación estructural y evaluación antimicrobiana de algunos nuevos derivados de triazolo[3,4-b]tiadiazol y triazolo[3,4-b]tiadiazina, por Abdullah G. Al-Sehemi.
177-183
Información General
Novedades Técnicas
Noticias de Empresas
184-185
185-187
187-189
SUMMARY
114
Spanish and EU Law published at B.O.E. and D.O.U.E. from December 2008 to February 2009, by D.B. Sánchez de Rojas.
116-117
Methodological proposal for measuring and tracking quality costs in design of
projects, by Luis Alonso Dzul Lópezab, Santos Gracia Villarab, Margarita González
Beníteza, Agueda García-Carrilloa and Federico Fernández Dieza.
118-125
Application of a central composite design to the determination of inorganic
and organic arsenic species in water by liquid chromatography–hydride generation–atomic absorption spectrometry, by Patricia Silvia Blanes, Gabriel Alejando Hunzicker, Oscar Garro and María Cecilia Giménez.
126-133
Study of the molecular recognition of A Neutral Carrier used as All-Solid -State Electrode to nitrate, by María de los A. Arada Pérez, Mehrdad Yazdani-Pedram,
Jorge Marín and Alejandro Speck Planche.
134-138
Evaluation of the signal generated in a heat conduction calorimeter in the
determination of the immersion entahalpy for the characterization of porous
solid, by Giovanny A. Rodríguez, Liliana Giraldo and Juan C. Moreno.
139-144
Synthesis, Biological activity and Mass Spectral Fragmentation Patterns of
some New Fused Phthalazine-1,4-dione Derivatives, by H. K. Ibrahim, I. M. ElDeen, A. H. Soliman and A. M. Imam.
145-151
Anti-Alzheimer and Anti-cox2 Activities of the Newly Synthesized 2,3’-Bipyridine Derivatives (I), by Fawzy A. Attabya, Azza M. Abdel-Fattaha, Labeeb M. Shaifa and Mohamed M. Elsayedb.
152-160
Reactions of 2-Amino-3-cyano-4,5,6,7-tetrahydrobenzo[b]thiophene and
6-Amino-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-5-cyano-3-methylpyrano[2,3-c]pyrazole
with Arylidenemalononitriles, α,β-Acetylenic Esters and Ketones, by Ahmed S.
A. Youssef.
161-166
Synthesis, antimicrobial activity and Electron Impact of Mass Spectra of
Phthalazine-1,4-dione Derivatives, by S.S.EL-Sakka, A.H. Soliman, and A.M.
Imam.
167-172
Microwave induced synthesis and characterization of some thiazolidinone derivatives bearing benzotriazole moeity, by Kirti Shrimali, Diwaker Sitha, Jitendra
Vardia and Suresh C. Ameta.
173-176
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Synthesis, Structure Elucidation and Antimicrobial Evaluation of some Novel
Triazolo[3,4-b]thiadiazole and Triazolo[3,4-b]thiadiazine Derivatives, by Abdullah G. Al-Sehemi.
177-183
General Information
News techniques
News Enterprises
184-185
185-187
187-189
SUMARI
Legislació Espanyola i Comunitària, publicada al B.O.E. i D.O.U.E.
de Desembre 2008a Febrer 2009, per D.B. Sánchez de Rojas.
116-117
Proposta metodològica per mesurar i fer el seguiment dels costos de la qualitat en el disseny de projectes, per Luis Alonso Dzul Lópezab, Santos Gracia Villarab, Margarita González Beníteza, Agueda García-Carrilloa i Federico Fernández
Dieza.
118-125
Aplicació del disseny compost central a la determinació d’espècies inorgàniques i orgàniques d’arsènic en aigua per cromatografia líquida–espectrometria d’absorció atòmica amb generació d’hidrurs, per Patricia Silvia Blanes,
Gabriel Alejando Hunzicker, Oscar Garro i María Cecilia Giménez.
126-133
Estudi del reconeixement molecular d’un portador mòbil neutre usat com
elèctrode all solid state a nitrat, per María de los A. Arada Pérez, Mehrdad Yazdani-Pedram, Jorge Marín i Alejandro Speck Planche.
134-138
Avaluació del senyal generat en un calorímetre de conducció de calor en la
determinació d’entalpies d’immersió per a la caracterització de sòlids porosos, per Giovanny A. Rodríguez, Liliana Giraldo i Juan C. Moreno.
139-144
Síntesi, activitat biològica i patrons de fragmentació de l’espectre de masses
d’alguns nous derivats fosos de ftalazina-1,4-diona, per H. K. Ibrahim, I. M. ElDeen, A. H. Soliman i A. M. Imam.
145-151
Activitats anti-Alzheimer i anti-cox2 de nous derivats de síntesi de la 2,3’-bipiridina (I), per Fawzy A. Attabya, Azza M. Abdel-Fattaha, Labeeb M. Shaifa i Mohamed M. Elsayedb.
152-160
Reaccions de 2-amino-3-ciano-4,5,6,7-tetrahidrobenzo[b]tiofè i 6-amino-1,4dihidro-1,4-difenil-5-ciano-3-metilpirano[2,3-c]pirazole amb arilidenmalononitrils, èsters α,β-acetilènics i cetones, per Ahmed S. A. Youssef.
161-166
Síntesi, activitat antimicrobiana i espectres de masses d’impacte electrònic
de derivats de ftalazina-1,4-diona, per S.S.EL-Sakka, A.H. Soliman i A.M. Imam.
167-172
Síntesi induïda per microones i caracterització d’alguns derivats de tiazolidinona que contenen el fragment benzotriazole, per Kirti Shrimali, Diwaker Sitha,
Jitendra Vardia i Suresh C. Ameta.
173-176
Síntesi, elucidació estructural i avaluació antimicrobiana d’alguns nous derivats de triazolo[3,4-b]tiadiazole i triazolo[3,4-b]tiadiazine, per Abdullah G. AlSehemi.
177-183
Informació General
Novetats Tècniques
Notícies d’Empreses
184-185
185-187
187-189
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
115
LEGISLACIÓN ESPAÑOLA Y COMUNITARIA,
PUBLICADA EN EL B.O.E. Y EN EL D.O.U.E.
DE DICIEMBRE 2008 A FEBRERO 2009
D.B. Sánchez de Rojas
Ingeniero Forestal
Spanish and EU Law published at B.O.E. and D.O.U.E. from December 2008 to February 2009
Legislació Espanyola i Comunitària, publicada al B.O.E. i D.O.U.E. de Desembre 2008a Febrer 2009
Alimentación animal
DOUE L‑34 de 04/02/09 p. 5‑7
REGLAMENTO (CE) Nº 101/2009 DE LA COMISIÓN de 3
de febrero de 2009 por el que se modifica el Reglamento
(CE) nº 1800/2004 en lo referente a las condiciones de autorización de Cycostat 66G como aditivo para piensos.
DOUE L‑34 de 04/02/09 p. 8‑10
REGLAMENTO (CE) Nº 102/2009 DE LA COMISIÓN de 3
de febrero de 2009 relativo a la autorización permanente
de un aditivo en la alimentación animal.
DOUE L‑ 40 de 11/02/09 p. 19‑25
DIRECTIVA 2009/8/CE DE LA COMISIÓN de 10 de febrero
de 2009 que modifica el anexo I de la Directiva 2002/32/CE
del Parlamento Europeo y del Consejo por lo que respecta
a los contenidos máximos de coccidiostáticos o histomonóstatos presentes, como resultado de una transferencia
inevitable, en los piensos a los que no están destinadas
dichas sustancias.
DOUE L‑54 de 26/02/09 p. 1‑130
REGLAMENTO (CE) n º 152/2009 DE LA COMISIÓN de
27 de enero de 2009 por el que se establecen los métodos de muestreo y análisis para el control oficial de los
piensos.
Alimentación humana
DOUE L‑6 de 10/01/09 p. 20‑63
DIRECTIVA 2008/128/CE DE LA COMISIÓN de 22 de diciembre de 2008 por la que se establecen criterios específicos de pureza en relación con los colorantes utilizados
en los productos alimenticios.
DOUE L‑16 de 21/01/09 p. 3‑5
REGLAMENTO (CE) Nº 41/2009 DE LA COMISIÓN de 20
de enero de 2009 sobre la composición y etiquetado de
productos alimenticios apropiados para personas con intolerancia al gluten.
116
DOUE L‑44 de 14/02/09 p. 62‑78
DIRECTIVA 2009/10/CE DE LA COMISIÓN de 13 de febrero de 2009 que modifica la Directiva 2008/84/CE, por
la que se establecen criterios específicos de pureza de los
aditivos alimentarios distintos de los colorantes y edulcorantes.
DOUE L‑55 de 27/02/09 p. 41‑43
DECISIÓN DE LA COMISIÓN de 26 de febrero de 2009
que modifica la Decisión 1999/217/CE por lo que se refiere
al repertorio de sustancias aromatizantes utilizadas en o
sobre los productos alimenticios [notificada con el número
C(2009) 1222] (2009/163/CE).
Autorización y comercialización de
biocidas
BOE nº 43 de 19/02/09 p. 17712‑14
Orden PRE/321/2009, de 13 de febrero, por la que se incluyen las sustancias activas clotianidina y etofenprox en
el anexo I del Real Decreto 1054/2002, de 11 de octubre,
por el que se regula el proceso de evaluación para el registro, autorización y comercialización de biocidas.
Comercio exterior
BOE nº 6 de 07/01/09 p. 1217‑1325
Real Decreto 2061/2008, de 12 de diciembre, por el que
se aprueba el Reglamento de control del comercio exterior
de material de defensa, de otro material y de productos y
tecnologías de doble uso.
Control de riesgos
DOUE L‑6 de 10/01/09 p. 64‑78
DECISIÓN DE LA COMISIÓN de 2 de diciembre de 2008
por la que se establece, conforme a lo dispuesto en la
Directiva 96/82/CE del Consejo relativa al control de los
riesgos inherentes a los accidentes graves en los que in-
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
tervengan sustancias peligrosas, el formulario de declaración de accidente grave. [notificada con el número C(2008)
7530] (2009/10/CE).
Etiquetado de sustancias
DOUE L‑11 de 16/01/09 p. 6‑82
DIRECTIVA 2009/2/CE DE LA COMISIÓN de 15 de enero
de 2009 por la que se adapta al progreso técnico, por trigesimoprimera vez, la Directiva 67/548/CEE del Consejo
relativa a la aproximación de las disposiciones legales, reglamentarias y administrativas en materia de clasificación,
embalaje y etiquetado de las sustancias peligrosas.
Impuestos especiales
DOUE L‑9 de 14/01/09 p.12‑30
DIRECTIVA 2008/118/CE DEL CONSEJO de 16 de diciembre de 2008 relativa al régimen general de los impuestos
especiales, y por la que se deroga la Directiva 92/12/CEE.
DOUE L‑ 46 de 17/02/09 p. 3‑5
REGLAMENTO (CE) No 134/2009 DE LA COMISIÓN de 16
de febrero de 2009 por el que se modifica el Reglamento
(CE) no 1907/2006 del Parlamento Europeo y del Consejo
relativo al registro, la evaluación, la autorización y la restricción de las sustancias y preparados químicos (REACH)
en cuanto a su anexo XI.
Sustancias permitidas para la fabricación de materiales y objetos plásticos
BOE nº 41 de 17/02/09 p. 16869‑75
Real Decreto 103/2009, de 6 de febrero, por el que se modifica el Real Decreto 866/2008, de 23 de mayo, por el
que se aprueba la lista de sustancias permitidas para la
fabricación de materiales y objetos plásticos destinados a
entrar en contacto con los alimentos y se regulan determinadas condiciones de ensayo.
Normas UNE
BOE nº 13 de 15/01/09 p. 4978‑88
Resolución de 12 de diciembre de 2008, de la Dirección
General de Industria, por la que se publica la relación de
normas UNE aprobadas por AENOR durante el mes de
noviembre de 2008.
Productos cosméticos
DOUE L‑36 de 05/02/09 p. 15‑17
DIRECTIVA 2009/6/CE DE LA COMISIÓN de 4 de febrero
de 2009 por la que se modifica la Directiva 76/768/CEE
del Consejo, relativa a los productos cosméticos, a fin de
adaptar sus anexos II y III al progreso técnico.
BOE nº 43 de 19/02/08 p. 17715‑18
Orden SCO/322/2009, de 13 de febrero, por la que se modifican los anexos II y III del Real Decreto 1599/1997, de
17 de octubre, sobre productos cosméticos.
REACH
DOUE L‑36 de 05/02/09 p. 84
Corrección de errores del Reglamento (CE) nº 1907/2006
del Parlamento Europeo y del Consejo, de 18 de diciembre
de 2006, relativo al registro, la evaluación, la autorización
y la restricción de las sustancias y preparados químicos
(REACH), por el que se crea la Agencia Europea de Sustancias y Preparados Químicos, se modifica la Directiva
1999/45/CE y se derogan el Reglamento (CEE) nº 793/93
del Consejo y el Reglamento (CE) nº 1488/94 de la Comisión así como la Directiva 76/769/CEE del Consejo y las
Directivas 91/155/CEE, 93/67/CEE, 93/105/CE y 2000/21/
CE de la Comisión (Diario Oficial de la Unión Europea L
396 de 30 de diciembre de 2006. Versión corregida en el
DO L 136 de 29 de mayo de 2007).
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
117
Propuesta metodológica para la
medición y seguimiento de los costes de
la calidad en el diseño de proyectos
Luis Alonso Dzul Lópezab*, Santos Gracia Villarab, Margarita González
Beníteza, Agueda García-Carrilloa, Federico Fernández Dieza
a
Departament de Projectes d’Enginyeria, Universitat Politècnica de Catalunya, Av. Diagonal, 647, planta 10, C.P. 08028
Barcelona, España. b Fundación Universitaria Iberoamericana, Paseo García Faria, 29, CP 08005, Barcelona, España.
Methodological proposal for measuring and tracking quality costs in design of projects
Proposta metodològica per mesurar i fer el seguiment dels costos de la qualitat en el disseny de projectes
Recibido: 13 de junio de 2008; aceptado: 2 de octubre de 2008
Resumen
Los cimientos de la industria química son la inversión
en proyectos de desarrollo, investigación e innovación.
Es necesario el desarrollo de herramientas que permitan
gestionar la calidad en las fases de diseño de dichos proyectos. Los modelos planteados hasta el momento, para
dar seguimiento a los costes de la calidad en proyectos,
no toman en cuenta los costes de la calidad en los procesos de diseño. Este trabajo describe los componentes
metodológicos para el seguimiento y control de los costes
de la calidad en el diseño de proyectos (CCDP), basado
en la Metodología de Diseño de Proyectos de la Universidad Politécnica de Cataluña (MDP-UPC) y en el modelo
de costes de la calidad por procesos (PCM). La aplicación de un modelo de costes de la calidad en el diseño
de proyectos es una alternativa para gestionar la mejora
continua desde las fases iniciales, en un contexto donde
el número de publicaciones sobre este tema es limitado en
la industria química.
Palabras clave: Calidad, Costes de la Calidad, Procesos,
Diseño, Proyectos.
SUMMARY
The foundations of the chemical industry are the investment in development, investigation and innovation projects. It is considered necessary the development of research that would allow the quality management in the
processes design. The approaches developed and applied
in projects do not take into account the failures and quality management costs within the processes of design.
This paper describes the methodological components for
measuring and tracking quality costs in design of projects
(QCDP), based on the Process Cost Model (PCM) and on
the Projects Design Methodology of the Technical University of Catalonia (MDP-UPC). The application of a quality cost model in the project design it is an alternative to
manage continual improvement from the beginning of the
118
project in a context where the number of publications on
quality costs is limited in chemical industry.
Keywords: Quality, Quality costs, Processes, Design, Projects.
Resum
La indústria química es cimenta sobre la inversió en projectes de desenvolupament, d’investigació i d’innovació. És
necessari el desenvolupament d’eines que permetin gestionar la qualitat en les fases de disseny d’aquests projectes. Els models plantejats fins ara, per a donar seguiment
als costos de la qualitat en projectes, no tenen en compte
els costos de la qualitat en els processos de disseny. En
aquest treball es descriuen els components metodològics
per al seguiment i control dels costos de la qualitat en el
disseny de projectes (CCDP), basat en la Metodologia de
Disseny de projectes de la Universitat Politècnica de Catalunya (MDP-UPC) i en el model de costos de la qualitat
per processos (PCM). L’aplicació d’un model de costos de
la qualitat en el disseny de projectes és una alternativa per
gestionar la millora contínua des de les fases inicials, en un
context en el que el nombre de publicacions sobre aquest
tema és bastant limitat dins de la indústria química.
Paraules clau: Qualitat, Costos de la Qualitat, Processos,
Disseny, Projectes.
1. Introducción
El sector químico se encuentra a la cabeza de la industria española, contribuyendo al desarrollo de los sistemas
macro-económicos. Cataluña aglutina casi la mitad de la
actividad química española (46%) y, junto a Madrid, Valencia y Andalucía, generan tres cuartas partes de la producción nacional (FEIQUE, 2008a). El valor de la producción
*Tel: (+34) 93 4017167
e-mail: luis.alonso.dzul@upc.edu
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
del sector químico en España se elevó en 2006 a 38.110
millones de euros; su volumen de negocio se elevó en el
mismo año, a 46.885 millones de euros. Estas cifras sitúan
al sector como uno de los mayores creadores de riqueza,
generando el 10% del Producto Industrial Bruto Español
(FEIQUE, 2008a; FEIQUE, 2008b).
En España esta industria genera un importante volumen
de proyectos e inversiones; así, en 2005 el sector químico
destinó un 4,5% del valor de su producción a inversiones
productivas, esta inversión se situó en 1.600 millones de
euros; con esta cifra, el sector lidera la inversión española
en esta área, asumiendo el 25% de la inversión total de la
industria y empleando al 20% de los investigadores (FEIQUE, 2008a). El liderazgo en este tipo de proyectos de
inversión, supone una aportación fundamental tanto para
su sostenibilidad como para la contribución futura al bienestar social.
La industria química de la Unión Europea, se encuentra
en una posición superior, pero ha perdido el primer lugar
en el ranking (CEFIC, 2008a), superado por los países de
Asia (incluyendo China y Japón). De acuerdo al European
Chemical Industry Council (ECIC) existirá una inevitable
disminución en la producción de la industria química de la
Unión europea hacía el año 2015 (CEFIC, 2008b). Se considera que esta disminución relativa estará entre un 16%
a un 23%. Según el ECIC, el resultado dependerá de una
serie de factores principales que afecten la competitividad
en la industria.
Ante esto, la calidad ha llegado a ser una forma de ver
dicha competitividad, como medio para permitir que las
empresas permanezcan en el mercado. A pesar de que
existen diversos enfoques para la gestión de la calidad,
la norma ISO 9000 se considera el sistema de gestión de
la calidad más aceptado en diversas industrias alrededor
del mundo (Tang et al., 2005). Un conocimiento adecuado
y detallado de los costes de la calidad proporciona una
herramienta de vital importancia en un proceso de mejora continua y debería ser parte de cualquier programa
de gestión de calidad (Dzul et al., 2008a; Dzul y Gracia,
2008b; Gracia y Dzul, 2007a; Dzul y Gracia, 2007b).
De esta manera, se considera necesaria la medición y evaluación de dichos sistemas de calidad; el seguimiento y
control de los costes de la calidad se considera como la
principal herramienta para hacerlo (Juran y Gryna, 1996);
sobre todo para gestionar la mejora continua desde las
fases iníciales (diseño) en los proyectos de desarrollo, investigación e innovación. Generalmente, no existe un plan
definido de aseguramiento de la calidad en el diseño de
proyectos, así como no se cuenta con una metodología
que permita conducir de manera sistemática los procesos
de diseño del proyecto, sobre todo en la fase del diseño
básico (Ezeldin y Abu-Ghazala, 2007; Wang et al., 2007;
Chuang y Tsai, 2005). Este trabajo tiene como objetivo proponer una metodología, que permita el seguimiento y control de los Costes de la Calidad en el Diseño de Proyectos
(CCDP); en base a la Metodología de Diseño de Proyectos
de la Universidad Politécnica de Cataluña (MDP-UPC); con
un enfoque de procesos delimitado por el Modelo de Costes de la Calidad por Procesos (PCM).
La metodología se basó en un estudio del estado del arte
en el campo, identificando los problemas presentes en las
soluciones propuestas por otros autores y estableciendo
los requisitos de la investigación. La siguiente etapa se
centró en la propuesta de la gestión de los costes de la
calidad en el diseño de proyectos, una vez que se estable-
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
cieron las limitaciones existentes. Se realizó una revisión
exhaustiva de la MDP-UPC y del modelo PCM, para posteriormente, determinar los componentes de la propuesta
metodológica CCDP, en base a las conclusiones obtenidas con anterioridad.
2. Sistemas de costes de la calidad en
la industria química.
El coste de la calidad se define como el coste incurrido para
ayudar al empleado a que haga bien el trabajo todas las veces y los costes para determinar si la producción es aceptable, más cualquier costo en que incurre la empresa y el
cliente porque la producción o el diseño no cumplieron las
especificaciones o las expectativas del cliente. El modelo
tradicional PEF (prevención, evaluación y fallos) de costes
de la calidad, ha sido el modelo genérico más empleado en
sistemas desarrollados para controlar dichos costes (Schiffauerova, 2006). Los casos documentados sobre costes
de la calidad corresponden a ciertos sectores industriales
solamente (telecomunicaciones, tecnología de la informática, electrónica, software, servicios financieros, industria del
acero e incluso el sector aeroespacial) resaltando la falta de
datos sobre industrias importantes en la economía, tal es el
caso de la industria química (Dzul et al., 2008a).
3. Metodología de seguimiento y control de los Costes de la Calidad en el
Diseño de Proyectos.
3.1. Antecedentes de la metodología propuesta
García-Carrillo et al. (2006, 2007) describieron una metodología de enseñanza-aprendizaje cooperativa basada
en la resolución de problemas-proyectos con soporte de
entornos virtuales para el diseño de proyectos en titulaciones de ingeniería superior. Esta metodología se ha utilizado en diversos países, en la formación en proyectos de
profesionales, así como a nivel profesional (Gracia et al.,
2006). Dzul y Gracia (2008b) plantearon la necesidad de la
medir la calidad en el diseño del proyecto bajo un enfoque
metodológico, con el objetivo de proporcionar herramientas de gestión que permitan potenciar recursos; de igual
manera, analizaron los sistemas de gestión de costes de
la calidad desarrollados hasta ese momento; dicho trabajo
reveló que no existían estudios sobre aplicaciones metodológicas de costes de la calidad en el diseño de proyectos, ya que se hacía referencia a los procesos de diseño,
principalmente como causa o generadores de fallos solamente (Chuang y Tsai, 2005).
En este trabajo, se proponen las bases teóricas para conformar la metodología CCDP; la primera es el modelo de
costes de la calidad por procesos PCM como la mejor
alternativa para la industria, ya que este modelo está en
línea con los conceptos de mejora continua bajo un enfoque de procesos de la norma ISO 9000:2000, con el objetivo último de aproximarse al concepto TQM (Total Quality
Management).
El modelo PCM ha sido desarrollado por la British Standards Institution en su norma BS 6143 Parte 1 (BSI, 1992).
El modelo PCM, puede ser generado para cualquier proceso dentro de una organización y usado para identificar y controlar los costes de un proceso, en un aspecto
particular. Cada elemento de coste individual debe estar
119
identificado como un Coste de Conformidad (COC) o un
Coste de no Conformidad (CONC), así como la fuente de
los datos registrados. Basándose en las actividades identificadas, es necesario definir las entradas, salidas, controles y recursos apropiados para cada proceso (figura 1).
Los costes de la calidad serían la suma de los COC y los
CONC. El objetivo básico de este modelo es disponer de
una política de mejora continua de la calidad en los procesos clave de la organización, localizando las áreas de la
organización para las innovaciones.
Control
Entrada
Proceso
S alida
Recursos
Figura 1. Modelo de proceso básico del PCM.
El otro elemento propuesto para desarrollar la metodología CCDP, es la MDP-UPC, enfoque sistemático de diseño
básico de proyectos, sobre la cual se aplicará el modelo
PCM. El Departamento de Proyectos de Ingeniería de la
Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial (ETSEIB)
de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) ha desarrollado y aplicado la metodología MDP-UPC (García-Carrillo et al., 2006). El impulsor de esta metodología orientada a la docencia de proyectos fue Jaume Blasco quien,
a través de un esfuerzo conceptual, integró elementos de
diversas ciencias dentro de una exposición coherente con
la elaboración de proyectos (Blasco et al., 2002; García
et al., 2007). La metodología se basa en desarrollar 9 fases (ejercicios-procesos), estructuradas como una serie
de aspectos específicos, que deben ser resueltos por los
proyectistas que diseñan el proyecto. Las ocho primeras
fases corresponden a la resolución de determinados aspectos que permiten precisar el conflicto y plantear alternativas de solución compatibles con las restricciones;
la fase restante es una presentación visual de la solución
concreta que se propone (figura 2).
Una de las cualidades de esta metodología es que es adecuada al diseño de todo tipo de proyectos y aplicable a
casos concretos, combinando de forma innovadora una
base teórica con un trabajo colaborativo estructurado de
tal modo que permite asimilar los conceptos teóricos y
una plataforma de trabajo consistente en un entorno virtual que permite tanto el trabajo a distancia como guardar
registros de la fase creativa del proyecto (Gracia et al.,
2002). El entorno virtual se aporta mediante el programa
BSCW (Basic Support for Cooperative Working).
MDP-UPC
1. Del conflicto al problema técnico:Descripción del conflicto . F ormulación del problema. F ormulación del
problema técnico. C riterios para la evaluación de la solución.
2. Avance del sistema solución: Descripción del sistema solución a proyectar . R ed de sistemas reales en
que se integra el sistema solución . F actores externos relevantes para el proyecto. Las personas.
3. El servicio deseado y las condiciones de prestación
: R equisitos del sistema . C onstricciones y
restricciones del servicio . Análisis y determinación de los requisitos a cumplir con el proyecto .
4. El sistema solución que proporcionará el servicio:S elección de la tecnología a desarrollar en el
sistema solución . Descripción del servicio a ofrecer por el sistema solución . Descripción de la unidad fáctica
del sistema solución . Mecanismos para la toma de decisiones en el sistema .
5. Los roles de las personas en el sistema solución:Identificación de los roles de los operadores .
Descripción de los roles . R iesgos y peligros para los operadores. E specificaciones ergonómicas de los roles .
6. Calidad del servicio y peligrosidad del sistema:Los estados del sistema solución . Posibles fallos en las
funciones de la unidad fáctica . Peligrosidad que el sistema pueda representar para las personas.
7. Especificaciones técnicas para el diseño del sistema real
: Árbol de funciones de servicio y
tecnológicas . Las especificaciones técnicas . Medición de la obtención de los resultados . C ostos y plazos del
proyecto.
8. La propuesta del proyecto: Declaración de objetivos del proyecto. Las salidas que proporcionará la
solución. Descripción del proyecto. Organización del grupo que llevará a cabo el proyecto.
9. Presentación
Figura 2. Fases-procesos de la MDP-UPC
120
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
4.2. Metodología propuesta: CCDP.
Del conflicto al problema técnico
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1. Descripción del conflicto
La situación actual .
La situación ideal
Lugar.
Momento.
Personas que quedarían afectadas por la supresión del conflicto.
C onflicto resumido.
2. Formulación del problema
2.1 E nunciado del problema a resolver.
2.2 C ondiciones de una posible solución .
2.3 C onstricciones y restricciones a tener presentes en la resolución
y en la solución.
2.4 T ecnologías existentes de posible utilización .
3.1
3.2
3.3
3.4
3. Formulación del problema técnico
E nunciado del problema en lenguaje técnico.
Variables y parámetros relevantes del problema técnico.
Objetivo del proyecto, en función del problema técnico.
F inalidad del proyecto, en función del conflicto
4. Establecimiento de los criterios para la evaluación de la
solución
4.1 C riterios técnicos con los que se evaluará la solución al
problema técnico.
4.2 C riterios con los que se evaluará el éxito en la superación del
conflicto.
Figura 3. Diagrama de flujo del proceso del conflicto al problema técnico (fase 1) de la MDP-UPC.
Para desarrollar la metodología CCDP, es necesario identificar los procesos sobre los cuales se aplicará el modelo
PCM. En este caso, una vez identificadas cada una de las
9 fases de la metodología de diseño, deberán definirse sus
límites correctamente, de manera que todas las actividades claves sean incluidas. De esta manera, sería necesario
el diagrama de flujo de cada una de las fases de la MDPUPC, que facilitará la identificación de todas las actividades claves y propietarios del proceso dentro de los límites
del mismo. Debido a la extensión de la metodología, en
este artículo solamente se desarrollará la primera fase de
la MDP-UPC, del conflicto al problema técnico (figura 3).
Tomando en cuenta el diagrama de flujo del proceso, es
necesario definir las entradas, salidas, controles y recursos pertinentes para cada fase. Deben identificarse todas
las salidas de cada proceso, así como sus conexiones con
uno u otros procesos. Las entradas de un proceso también
deben ser identificadas, tales como los materiales, datos,
etc., así como los controles y recursos. Los resultados se
pueden plantear, tal como se muestra en la tabla 1.
De esta manera, a partir de los datos recopilados en la
tabla 1, se podría establecer gráficamente el modelo PCM
para esta fase, tal como se muestra en la figura 4. Otro
aspecto fundamental de la metodología CCDP propuesta,
es la determinación de los costes de la calidad para cada
fase de la MDP-UPC, una vez que el modelo PCM ha sido
aplicado. Todos los elementos de coste asociados a las
actividades claves de cada una de las 9 fases, pueden ser
identificados y establecidos como un COC o un CONC.
Los costes de la calidad serían la suma de los COC y los
CONC, tal como lo establece el modelo PCM; una aproximación hipotética para la fase 1 de la MDP-UPC, podría ser
realizada en un formato tal como se muestra en la tabla 2.
Una vez calculado el coste total de cada fase (COC+CONC)
de la MDP-UPC, se podría presentar un reporte de los costes de la calidad del diseño (tabla 3). La figura 5, es un grafico radial en el que se identifican las fases de la metodología
y la relación entre los COC, los CONC y el total. Esta información es más amplia que sólo afirmar que el CONC representa el 10% del coste total del diseño, como cantidad
absoluta, tal como se maneja en diversas publicaciones.
Nombre de la fase o proceso: Del conflicto al problema técnico (fase 1/MDP-UPC)
Identificación de entradas y proveedores
Entradas
Proveedores
Conflicto – problema.
Información recolectada
Cliente
Proyectista
Identificación de salidas y clientes
Salidas
Clientes
Finalidad del proyecto en función del conflicto.
Conflicto resumido.
Redacción del problema técnico.
Variables y parámetros relevantes del problema técnico.
Afectación a las personas por la supresión del conflicto.
Criterios para evaluar la solución al problema técnico y la superación del conflicto.
Alternativas tecnológicas propuestas.
Restricciones y constricciones planteadas.
Objetivo del proyecto en función del problema técnico.
Proyectista
Identificación de controles, recursos /fuente
Controles
Constricciones legales, sociales, comerciales – Gobierno.
Lineamientos y procedimientos estándar – Empresa/consultoría.
Restricciones – Cliente/Entorno.
Recursos y fuente
Proyectistas- Personal/Consultoría
Espacios de oficina para reuniones – Servicios de sitio/Consultoría.
Equipamiento (ordenadores con entorno BSCW) – Departamento informático-Consultoría.
Tabla 1. Entradas, salidas, controles y recursos para la fase 1 de la MDP-UPC
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
121
E mpres a -C ons ultoria
C liente-E ntorno
Gobierno
Cons tricciones legales ,
s ociales , comerciales
Lineamientos y
P rocedimientos
es tandar
R es tricciones
F inalidad del proyecto
en función del conflicto
C onflicto res umido
P lanteamiento del
problema técnico
C liente
E ntorno
V ariables y parámetros
relevantes del problema
técnico
C onflicto–P roblema
Información
proporcionada
F as e 1/MDP -UP C
Del conflicto al problema
técnico
Afectación a las pers onas
por la s upres ión conflicto
P royectis ta
C riterios para evaluar
la s olución al problema
técnico y la s uperación
del conflicto.
Alternativas tecnológicas
propues tas
R es tricciones y cons tricciones
planteadas
P royectis tas
E s pacios de oficina
P ers onal - C ons ultoria
E quipamiento
(Ordenadores ,
entorno B S C W )
S ervicios de s itio-C ons ultoria
Objetivo del proyecto
en función del
problema técnico
Departamento
informático-C ons ultoria
Figura 4. Modelo PCM del proceso del conflicto al problema técnico de la MDP-UPC.
Identificación de costes para actividades claves
Costes del proceso del conflicto al problema técnico(obtención
de la redacción del problema técnico)
Código
1.V1.1
1.V1.2
1.V1.3
1.V1.4
1.V1.5
1.V1.5
Actividad clave
Reuniones:
Reunión proyector-cliente-promotor
Ingeniero proyectista
Asistente proyectista
sub-total
Recopilación e investigación de información objetiva
Asistente proyectista
sub-total
Reunión equipo de proyectistas
Ingeniero proyectista A
Ingeniero proyectista B
Asistente proyectista
sub-total
Evaluación y prevención:
Evaluación de procesos
Ingeniero supervisor
sub-total
Capacitación-proyectista
Ingeniero proyectista
sub-total
Otros:
Equipamiento y servicios
Espacio de reunión
Equipo y material de referencia
sub-total
Total
t(d)= Tiempo en días, de utilización del concepto
tr(d)= Tiempo en días, de reutilización del concepto
Coste de conformidad
Coste de no conformidad
t(d)
€/d
T(€)
tr(d)
€/d
T(€)
1
1
80
50
80
50
130
1
80
80
80
3
50
150
150
1
50
50
50
2
2
2
80
80
50
160
160
160
480
1
1
80
50
80
50
130
0.5
80
40
40
2
80
160
160
3
3
20
15
60
45
105
1065
210
€/d= Coste por día
T(€) = Coste total
Tabla 2. Costes para actividades claves de la fase (basado en Dzul y Gracia, 2008b; Chuang y Tsai, 2005; Love et al., 2000; Love et al., 1999)
122
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Reporte de los COC y CONC del proceso de diseño por fase
Proceso: Diseño básico del Proyecto XXX (fases de la MDP-UPC/)
Propietario del proceso: Consultoría
Fecha: xx/yy/zz
Fases
COC (€)
COC /Total (%)
CONC €
CONC/Total (%)
Total (€)
Total (%)
Fase-1
1065
83.53
210
16.47
1275
13.17
Fase -2
580
85.29
100
14.71
680
7.02
Fase -3
925
90.24
100
9.76
1025
10.59
Fase -4
1120
91.80
100
8.20
1220
12.60
Fase -5
875
94.59
50
5.41
925
9.56
Fase -6
875
94.59
50
5.41
925
9.56
Fase -7
1535
89.50
180
10.50
1715
17.72
Fase -8
1340
88.16
180
11.84
1520
15.70
Fase -9
370
93.67
25
6.33
395
4.08
Total Diseño
8685
90.00
995
10.00
9680
100.00
Elaborado por: xxx
Firma:
Aprobado por: zzz
COC: Coste de conformidad
CONC: Coste de no conformidad
Tabla 3. Reporte del coste del proceso por fases (basado en Dzul y Gracia, 2008b; Chuang y Tsai, 2005; Love et al., 2000; Love et al., 1999)
De igual manera, a partir de la tabla 3, se podría elaborar
un gráfico que complementara la información recopilada,
relacionando el porcentaje de CONC en cada fase (figura
6); de esta manera, se podría observar la tendencia de los
CONC durante el proceso de diseño y poder tomar decisiones de mejora durante la realización, ya que en ocasiones, lo conveniente sería una disminución de los CONC,
buscando una pendiente horizontal de tendencia de los
mismos. Así como un excesivo COC puede sugerir la necesidad de un rediseño del proceso.
La organización debería adoptar un formato uniforme para
el reporte total de los costes del diseño; dicho reporte debería contener una lista completa de los elementos de los
COC y los CONC, especificando si se usan costes reales
o estimados y los medios de cálculo para cada elemento
de coste. Una aproximación hipotética de un reporte del
coste de las fases de la MDP-UPC, podría ser el que se
muestra en la tabla 4; debiendo contener una lista completa de los elementos de los COC y de los CONC. Es
Costes de la calidad de cada fase (COC+CONC)
Fase-1
€ 2, 000
Fase-9
Fase-2
€ 1, 500
necesario incluir en el reporte, el propietario del proceso o
responsable, de una particular actividad clave (Aoieong et
al., 2002; BSI, 1992).
Un programa de actividades de mejora de la calidad debería ser planificado, en base a la información contenida en
los reportes de costes de la calidad y establecer prioridades. El propietario del proceso debería considerar ciclos
iterativos de mejora, empleando personas determinadas
o equipos, para controlar los cambios de costes (BSI,
1992); es necesario que el propietario del proceso esté
involucrado en el equipo de mejora (Aoieong et al., 2002).
Considerando el balance inicial de los COC y CONC, se
pueden tomar decisiones sobre si el diseño del proceso o
la eliminación de rediseños, son las primeras prioridades.
Mediante la comparación con periodos previos, pueden
identificarse las áreas de mejora. Después de que se ha
implementado la mejora, el balance puede cambiar y llevarnos hacía otro aspecto; este proceso puede continuar,
al menos hasta que otras áreas del balance muestren más
posibilidad de mejoras y ganancias. La figura 7 presenta
un diagrama de flujo de la metodología CCDP propuesta,
la implementación del PCM en cada uno de los procesos
de diseño de la metodología MDP-UPC; en esa figura se
muestra las etapas a seguir en la implantación del modelo
de manera general, desde la etapa de diseño en el contexto general del proyecto.
€ 1, 000
Por centaj e de CONC/Total par a cada fase
€ 500
Fase-8
Fase-3
20%
15%
€0
10%
y = -0.0084x + 0.1405
5%
Fase-7
Fase-4
COC
CONC/ Total
Total
Figura 5. Costes de la calidad de cada fase (COC + CONC)
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Fase-9
Fase-8
Fase-7
Fase-6
Fase-5
Fase-4
Fase-3
Fase-5
CONC
Fase-2
Fase-6
Fase-1
0%
Linea de tendencia (CONC/ Total)
Figura 6. Porcentaje de CONC para fase,
mostrando su línea de tendencia
123
Reporte de coste del proceso de diseño
Proceso: Diseño básico del Proyecto XXX ( Fases de de la MDP-UPC)
Procesos de
conformidad
Propietario del proceso: Consultoría
Responsable
Procesos de no conformidad
Coste
R
E
€
R
Coste
E
Fecha: xx/yy/zz
Responsable
€
Reuniones
- Ingeniero
proyectista
- Asistente
proyectista
*
7875
Consultaría
Reuniones
- Retrasos
- Errores debidos a información incorrecta.
- Cambios iniciados por el cliente
- Corrección de fallos del diseñador.
*
785
Consultaría
Evaluación y
prevención.
- Ingeniero
supervisor
- Capacitador
*
860
Consultaría
Evaluación y prevención.
- Errores y retrasos por
re-evaluaciones
-
*
250
Consultaría
Otros
- Equipo y material
de referencia.
- Espacios de
reunión
*
1815
Consultaría
Otros
- Retrasos por equipo no funcional
-
*
110
Consultaría
Total del coste de no conformidad del proceso
1145
Total del coste de conformidad del proceso
10555
Elaborado por: xxx
Firma:
Aprobado por: zzz
R=Real
E=Estimado
Tabla 4. Reporte del coste del proceso (basado en Dzul y Gracia, 2008b; Chuang y Tsai, 2005; Love et al., 2000; Love et al., 1999)
5. Conclusiones
Existe interés profesional y académico en el desarrollo de
sistemas de costes de la calidad, pudiéndose encontrar
información teórica y práctica. De igual manera, se pueden encontrar datos publicados sobre el empleo de modelos de costes de la calidad, destacando la poca información en relación a la industria química. Generalmente,
los sistemas de costes de la calidad desarrollados para
proyectos, se aplican a partir de la fase de ejecución del
proyecto; el diseño se considera solamente como una
causa de fallo. Actualmente, se puede destacar la falta de
un enfoque sistemático en los procesos del diseño, que
permita conducirlos de manera eficiente, sobre todo en la
fase del diseño básico. De esta manera, este trabajo destaca la necesidad de una herramienta que permita medir la
calidad en los procesos de diseño y por lo tanto, gestionar
la mejora continua.
Es decir, la aplicación de un modelo de costes de la calidad en el diseño de proyectos, constituye un buen método
para su identificación y medición, permitiendo tomar de
decisiones para reducirlos. Los proyectos que aportan so-
Propuesta metodología para la medición y seguimiento de los Costes de la Calidad en el Diseño de Proyectos (CCDP).
Diseño
Aplicación de la metodologia C C DPC
Identificación de entradas
, salidas, recursos
y controles de las fases-procesos
Identificación de actividades clave de los
procesos o fases
Identificación de los Costos de
Conformidad(COC) y/o Costes de No
Conformidad(CONC) para las actividades
de las fases:
- S elección de periodos de recopilación de
datos
- R ecopilación de datos de costes (C OC y
C ONC)
Identificación de áreas para mejora,
mediante el control de los costes de la
calidad
E mpres a-C ons ultoria
G obierno , E ntorno
R es tric ciones y cons tric ciones
legales , s oc iales, ambientales ,
ecológic as , comerciales
P royec tis ta
E ntradas
P royec tis tas
Elaboración de reportes de los costes de la
calidad
Entrega y puesta en
marcha
Ejecución
P ers onal C ons ultoria
Lineamientos y
proc edimientos es tandar
F as e X /MD P-U P C
S alidas
P royec tis ta
E quipamiento
(Ordenadores , E s pacios de ofic ina
entorno B S C W )
D epartamento
informático-C ons ultoria
S ervicios de s itioC ons ultoria
Iniciación de procesos de mejora
Figura 7. Diagrama de flujo de la propuesta metodología para la medición y seguimiento de los costes de la calidad en el diseño de proyectos (CCDP).
124
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
luciones a la industria química, tienen por lo general, una
estructura por procesos, que los convierten en fácilmente
sintetizables y por lo tanto, la aplicación de la metodología CCDP en la fase de diseño básico es previsiblemente
sencilla, aumentado la posibilidad de disminuir tiempos y
costes.
Con este trabajo, se busca establecer referencias en el
tratamiento de los costes de la calidad en el diseño de
proyectos, bajo un enfoque sistemático y analítico. Un
sistema de medición de costes de la calidad no puede
resolver por sí mismo los problemas de calidad u optimizar
el sistema de gestión de calidad. De esta manera, un sistema de control de los mismos debería ir acompañado de un
proceso de mejora eficaz que reduzca los errores que se
están cometiendo tanto en las áreas administrativas como
en las de producción.
10.
11.
12.
13.
Agradecimientos
Este trabajo se ha realizado con el apoyo del Departament
d’Innovació, Universitats i Empresa de la Generalitat de
Catalunya y el Fondo Europeo para el Desarrollo, como
parte de una beca para la formación de investigadores
otorgada a uno de los autores (L. Dzul).
14.
15.
Referencias
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125
Application of a central composite design
to the determination of inorganic and
organic arsenic species in water by liquid
chromatography–hydride generation–
atomic absorption spectrometry
Patricia Silvia Blanes, Gabriel Alejando Hunzicker, Oscar Garro, María Cecilia Giménez*
Departamento de Química Analítica General, Facultad de Agroindustrias, Universidad Nacional del
Nordeste, Comandante Fernández 755 - (3700) Presidencia Roque Sáenz Peña, Chaco, Argentina.
Aplicación de un diseño central compuesto para la determinación de especies
de arsénico orgánicas e inorgánicas en agua por cromatografía líquida generación de hidruros -espectrometría de absorción atómica
Aplicació del disseny compost central a la determinació d’espècies inorgàniques i orgàniques d’arsènic
en aigua per cromatografia líquida–espectrometria d’absorció atòmica amb generació d’hidrurs
Recibido: 23 de marzo de 2008; revisado: 10 de diciembre de 2008; aceptado: 26 de enero de 2009
RESUMEN
Un sistema acoplado en línea de cromatografía líquida de
alta resolución – generación de hidruros y espectrometría
de absorción atómica fue empleado para la determinación de [As (III)], [As (V)], ácido monometilarsenioso (MMA)
and ácido dimetilarsénico (DMA) en muestras de agua. Se
consideraron cuatro variables para un diseño central compuesto 24 + * que se utilizó en la optimización de las condiciones analíticas necesarias para desarrollar el método de
especiación de arsénico. Las variables investigadas fueron
(A) velocidad de flujo de fase móvil, (B) concentración de
HCl, (C) concentración de KI, (D) concentración de NaBH4.
Los factores individuales (A) y (B) fueron los efectos más
significativos, siendo las condiciones óptimas para todos
los factores A=1.2 mL min–1, B=2.8 mol L–1, C=1.7% w/v,
and D=1.4% w/v. La repetitividad, estabilidad, curva de
calibración, límites de detección y cuantificación fueron
establecidos. El método fue aplicado a diferentes tipos de
aguas, se obtuvieron buenas recuperaciones de las muestras adicionadas (92 – 109%) para todos los analitos.
Palabras claves: Especiación de arsénico, diseño central compuesto, cromatografía líquida de alta resolución, generación de hidruros. Espectrometría de absorción atómica, análisis de agua.
Abstract
An on-line high performance liquid chromatography - hydride generation atomic absorption spectrometry coupled
system (HPLC–HG–AAS) has been used for the determination of [As (III)], [As (V)], monomethylarsonic acid (MMA)
and dimethylarsinic acid (DMA) in water samples. Four
variables were taken into account and a central composite
126
design 24+* was used in the optimization of analytical conditions for the arsenic speciation method. The variables
investigated were (A) mobile phase flow rate, (B) HCl concentration, (C) KI concentration, (D) NaBH4 concentration.
Individual factors (A) and (B) were the most significant effects, and the optimum conditions for all factors were A =
1.2 mL min–1, B = 2.8 mol L–1, C = 1.7 % w/v, and D = 1.4 %
w/v. The repeatability, stability, calibration curve and limit
of detection were established. The method was applied to
different kinds of waters; good recoveries of added spikes
(92 – 109 %) were obtained for all analytes.
Keywords: Arsenic speciation; central composite design;
high performance liquid chromatography; hydride generation; atomic absorption spectrometry; water analysis.
RESUM
S’empra un sistema acoblat de cromatografia líquida
d’alta eficàcia – espectrometria d’absorció atòmica amb
generació d’hidrurs (HPLC–HGAAS) per a la determinació
de [As(III)], [As(V)], àcid monometilarsònic (MMA) i àcid dimetilarsínic (DMA) en mostres d’aigua. Es consideren quatre variables i s’utilitza un disseny compost central 24+* en
la optimització de les condicions analítiques del mètode
d’especiació d’arsènic. Les variables investigades són:
(A) el cabal del flux de la fase mòbil, (B) la concentració
de HCl, (C) la concentració de KI, i (D) la concentració de
NaBH4. Els factors individuals (A) i (B) són els que produeixen efectes més significatius, essent les condicions
òptimes per a tots els factors: A=1,2 mL min–1, B=2,8 mol
L–1, C=1,7% p/v, i D=1,4% p/v. S’estableix la repetibilitat,
E-mail: cgimenez@fai.unne.edu.ar
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
l’estabilitat, la corba de calibratge i el límit de detecció.
El mètode s’aplica a diferents tipus d’aigües; s’obtenen
bones recuperacions de les sembres afegides (92 – 109%)
per a tots els analits.
Mots clau: especiació d’arsènic, disseny compost central,
cromatografia líquida d’alta eficàcia, generació d’hidrurs, espectrometria d’absorció atòmica, anàlisi d’aigües.
Introduction
The concentration of total dissolved arsenic in natural water depends on the geological and geochemical composition of natural drainage areas1. Many geothermal waters
and some lakes present relatively high levels of the element2, 3. Arsenic distribution is also affected by anthropogenic activities, such as mining and smelting operations,
coal-fired combustion, and use of agricultural herbicides,
pesticides, and medicinal and cosmetic products4.
Chronic ingestion of high levels of arsenic (several hundreds µg L–1) in drinking water has been associated with
an increased risk of developing skin, bladder, kidneys and
lung cancer as well as having other non-cancerous effects5-7. Arsenic has been classified as Group 1 carcinogen
in human beings.8, 9
It is well known that the toxicity of arsenic is highly dependent on its chemical form. In fact, As (III) is more toxic than
As (V) and methylated compounds that contain trivalent
arsenic are more cytotoxic and genotoxic than arsenite.
Pentavalent arsenicals are significantly less cytotoxic than
their trivalent analog.8, 10-12
Speciation of arsenic in environmental systems continues
to be an important preoccupation, mainly because the toxicity and bioavailability of this element is species dependent. The most abundant arsenic species in groundwater
are the inorganic species As (III) and As (V).1 Through biological activity, the inorganic arsenic present in the water
may be partly detoxified and transformed into the organoarsenic compounds monomethylarsonic acid and dimethylarsinic acid.8
In natural water, the concentrations of these two methylated species are found at ultra-trace levels, and in many
cases are undetectable.13, 14 Therefore, the determination
of total arsenic content in a sample does not reflect the
level of hazard of the element actually present; speciation
studies are of critical importance because they provide a
better view of the risk associated with exposure to arsenic
in the environment.
Low levels of arsenic species in the environment required
the use of highly sensitive techniques of analysis. Numerous analytical methods for the speciation of arsenic have
been reported, all are based on hyphenated techniques that
provide good resolution in separation and powerful detection limits1. The vast majority of arsenic studies use HPLC
coupled to the element selective detectors such as inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS)15-19,
hydride generation atomic absorption (HG-AAS)19-27, or
atomic fluorescence spectrometry (HG-AFS).24,28 The combination of high performance liquid chromatography4,13,23,27
and hydride generation atomic absorption spectrometry is
one of the most common techniques used for the speciation of these four arsenic species in environmental samples for their simplicity, sensitivity, precision, speed and
low cost.1,19,22-24,29,30
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
The optimization of the different parameters commonly
studied is carried out considering each one of the factors
separately using a “one-factor-at-a-time” technique. This
approach unfortunately does not pin-point the region of optimum response, since it fails to reveal any interactions that
may occur among the factors during the process of separation. An improved scheme is to consider a matrix of all combinations of the operating variables as it would have the advantage of thoroughly exploring the experimental surface.
Unfortunately, such an approach would require a large number of experimental measurements. As it is already known,
experimental design is the most powerful way to make efficient experiments as we get the information we need with
the minimum effort. The response surface method (RSM)
is superior as it is able to simultaneously consider several
factors at different levels, and may reveal corresponding interactions among these factors; all these using a smaller
number of experimental observations.
The central composite design31 was used in the optimization of analytical conditions for the arsenic speciation
method. The use of a method such as central composite
design (CCD) can reduce the number of experiments or
provide much more information about the effect of the different variables. The RSM was adopted to locate the cooptimum levels of the four factors: mobile phase flow rate,
HCl concentration, pre-reducing agent concentration (KI)
and reducing agent concentration (NaBH4). Experimental
data were then processed by using a multiple regression
analysis in order to calculate the mathematical model that
represents the relationship between factors and responses
and to determine the best experimental conditions for arsenic speciation method in waters samples.
Material and Methods
Reagents
Deionized distilled water (DDW) was used for the preparation of reagents and standards solutions. All chemicals,
including standards and solutions, were of pro-analysis
quality or better.
The stock standard solutions of As III (1000 µg mL–1) were
prepared by dilution in water of a Fixanal (Riedel–de Haën,
Seelze, Germany). Stock solutions of arsenate, MMA and
DMA (1000 µg mL–1) were prepared by dissolving appropriate amounts of Na2HAsO4.7H2O (Sigma, Australia) of
CH3AsO3Na2.6H2O (Chem Service, West Chester, PA, USA)
and (CH3)2AsO(OH) (Fluka Chemie, Buch, Switzerland) in
water, respectively.
Calibration curves were obtained by adding 0.000, 0.025,
0.050, 0.100, 0.250, 0.500 and 1.000 µg mL-1 of each arsenic species to the water sample.
Sodium borohydride (Merck, Darmstadt, Germany) was
prepared daily by dissolving NaBH4 powder in 0.5% w/v
NaOH (Merck, Darmstadt, Germany), and filtered with
Whatman Nº 42 paper. A pre-reducing solution for hydride generation KI (Merck, Darmstadt, Germany) was employed. To acidify HCl (Merck, Darmstadt, Germany) was
used. The concentrations ranges of reagents tested are
summarized in table 1.
The buffered mobile phase was prepared by mixing aqueous
solution of NaH2PO4.H2O (J.T.Baker, Phillipsburg, NJ, USA)
with an appropriate volume of aqueous solution of Na2HPO4
(Merck, Darmstadt, Germany). The resulting solutions (10 to
127
25 mmol L–1, pH 4 to 8) was filtered through a Millipore 0.45
µm membrane filter and degassed before use.
All glassware was soaked in 30% v/v HNO3 for 24 h, and
then rinsed three times with deionized water before being
used.
Instrumentation
High performance liquid chromatography with hydride
generation atomic spectrometry detection (HPLC-HGAAS) system is show in figure 1.
HPLC system
The HPLC separation system consisted of a Gilson Model
307 pump (Gilson, Inc., Middleton, USA), vacuum degasser system (Model DG-4400, Phenomenex, Torrance, CA,
USA) and a Rheodyne Model 7125 six-port sample injector valve (Cotati, California, USA) fitted to a 200 µL loop
(Cotati, CA, USA). Separation of the four arsenic species
was carried out on an anion-exchange column Nucleosil
SB 100 A (250 mm x 4.6 mm stainless steel, 10 µm particle diameter) from Phenomenex (Torrance, CA, USA). A
pre-column containing the same stationary phase was attached to the analytical column.
HG system
Gaseous arsenic hydride generation was obtained by continuous pumping of sample solution, acid solution and reducing agent through a reaction coil and into a gas-liquid
separator. The gas-liquid separator employed was made
of borosilicate glass tube (height 70 mm, i.d. 14 mm, o.d.
16 mm). All solutions were pumped using a Gilson Model
Minipuls 3 (Villiers Le Bel, France) peristaltic pump and Tygon tubing “red/red” (0.8 mm i.d., flow rate of 1.5 mL min-1
for all reagents). The mixing reaction coil (PTFE tubin 3 mm
d.i., 75 cm length) was inserted between the mixing point
and the gas-liquid separator in order to increase the contact time. The released hydrides were supported by the
carrier gas flow (Argon, flow rate of 100 mL min –1) to the
atomization cell (Varian, Inc. Palo Alto, CA, USA), heated
by an acetylene-air flame (around 900º C) for the determination by atomic absorption spectrometry.
AAS detection
A Model 4200 (Metrolab, Monterrey, N.L. México) atomic
absorption spectrometer equipped with microcomputer,
background correction incorporated and arsenic hollow–
cathode lamp (Photron Pty. Lda, Victoria, Australia) operated at 8 mA, was used. A spectral bandwidth of 1.5 nm
was selected to isolate the 193.7 nm wavelength. The
spectrometer signal was acquired by an analogue-to-digital converter, using the chromatographic software RIACPROCESAR V 2.0 (U.N.L., Santa Fe, Argentina).
Experimental design
The CCD for this study consisted of a 24 = 16 (i.e. four
factors) full factorial design augmented by 2 × 4 = 8 axial
Fig. 1: Schematic diagram of high performance liquid chromatography with hydride generation atomic
spectrometry detection (HPLC-HG-AAS) system.
points at (±α, 0, 0, … 0), (0, 0, ±α, ..., 0). (0, …, 0, 0, ±α)
and 7 center points at (0, 0, 0…0), where α is the distance
of the axial point to the center. Random error (standard
deviation) can be estimate from the seven center points.
The choice of α establishes the rotability of a central point
composite design. Since the distance from the axial point
to the center point is given by α= 2 n/4 (for 4 factors n = 4, α
= 2) α is usually set at 2.0 for a four-factor design.31, 32
Therefore, a total of 31 (16 full factorial tests + 8 axial
points +7 center points) batch run tests were performed.
The parameter levels were codified in order to set the 31
runs and are presented in table 2.
In this CCD, the influence on the response of the four parameters, buffer flow rate (X1), HCl concentration (X2), KI
concentration (X3) and NaBH4 concentration (X4), was investigated. Each variable assumed five levels in coded levels (-α, -1, 0, 1,α), and α = 2.00 was chosen with sevenfold
repetition of the center point. Table 1 provides the detail
of how each parameter was established for the present
study. Model parameters were estimated using a secondorder model of the form:
Eq. (1)
In Eq. (1): E(Y) is the expected value of the response variable, β0, βi, βij are the model parameters, Xi and Xj are the
coded factors being studied, and k is the number of factors being studied. E(Y) represents the response related to
the concentration in the empirical model.
Data Analysis
An analysis of the residual from the model was calculated
in order to determine the adequacy of the least-squares fit.
Both the normal probability of the residuals as well as the
residuals versus predicted values of the response variable
were used to assess the least-squares fit. An analysis of
variance (ANOVA) test was used in order to identify the
effect of individual factors and their second order interactions.33 The analysis of variance approach was used to
partition the total sum of squares into a portion due to regression and a portion due to error.
Table 1: Quantitative values of the coded parameter levels
Coded factor
Parameter
-2
0.8
0
1.1
1
1.4
2
Mobile phase flow rate (mL min–1)
X2 (B)
HCl concentration (mol L–1)
0.3
1.2
2.1
3.0
3.9
X3 (C)
KI concentration (% w/v)
0.1
0.9
1.7
2.5
3.3
X4 (D)
NaBH4 concentration (% w/v)
0.2
0.8
1.4
2.0
2.6
128
0.5
-1
X1 (A)
1.7
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Table 2: Parameters levels of central composite design (coded value)
Run order
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Mobile phase
HCl
KI
NaBH4
flow rate
concentration
concentration
concentration
1
1
0
1
-1
0
0
-1
-1
-2
0
0
0
0
-1
-1
0
-1
1
0
1
0
-1
-1
0
-1
1
1
2
0
1
-1
-1
0
1
1
0
2
1
0
0
0
0
0
0
-1
-1
0
1
-1
0
-1
0
-1
-1
-2
1
1
1
0
0
1
1
-1
0
1
-1
0
0
1
-2
0
0
0
2
0
-1
1
0
1
1
0
-1
0
-1
1
0
-1
-1
1
0
0
-1
-1
1
0
-1
1
0
0
-1
0
0
2
0
0
0
1
1
0
1
1
0
-1
-2
-1
-1
0
-1
1
1
0
0
-1
Software for experimental design, statistical analysis,
and optimization
Computer program STATGRAPHICS 5.1 (Statistical Graphic Corporation. Manugistics Inc., Rockville, USA) was used
in the statistical analysis of the data and the development
of the regression equations in the central composite design. A generalized algebraic modeling system was used
to optimize the second-order statistical empirical models.
A 5 % significant level is used for the statistical model.
The efficiency of arsenic hydride generation from arsenic species was evaluated using reaction coil of different
lengths (25, 50, 75 and 100 cm). The analytical signal was
markedly affected by the coil length. Results show that
a reaction coil of 75 cm is necessary to obtain complete
volatilization of arsenic species.
Reagents and standard flow rate varied in the ranges 0.50
– 2.5 mL min-1. The best result was obtained at flow rate
of 1.5 mL min-1.
Results and discussion
Anionic chromatographic separation conditions
Aside from resolution and retention times, which are strictly
dependent on the chromatographic separation characteristics, peck height or integrated peak area signals may undergo variations related to the reaction kinetics and the phase
separator design. Due to different pKa values of arsenicals,
several retention times are expected, depending upon the
pH of the medium. In water, As (V) and the methylated species are partially ionized, while As (III) is mainly in neutral
form.4 To optimize the chromatographic As (III), MMA, DMA
and As (V) separation in the isocratic mode, the used of a
phosphate buffer in a pH range from 4 to 8, and phosphate
concentration from 10 to 25 mmol L–1 was studied.13, 15, 23, 26,
27, 38
Buffer salts based on phosphoric acid are convenient,
since phosphoric acid is a three-protic acid resulting in a
good buffer capacity over a wide pH range.22
Better peak separation was achieved by working at a lower phosphate concentration than the optimum proposed
for the column, but since As (V) has the longest retention
time, significant peak broadening was obtained.27 To buffer concentrations major than the chosen one (17 mmol L-1
pH 7) the opposite effect happens, the times of retention
for As (V) and for both organic decreased, provoking an
overlapping of chromatographic peaks.
In figure 2 it can be shown how, in a short time (13.30 minutes) with a good resolution, As (III), DMA, MMA and As (V)
were resolved on anion-exchange column, with phosphate
Optimization of hydride generation system
When a continuous hydride generator based on NaBH4
reaction was employed on-line with a post column derivatization reactor, several operational variables may be affecting the observed AAS response. Factors considered
for the optimization of hydride generation process were
the acid, pre-reducing and reducing agent concentrations.
In this case, each interval tested was chosen from those
described in the bibliography: HCl concentration (1.2 – 3
mol L–1)4, 23, 25, 27, 34, NaBH4 concentration (0.8 – 2 % w/v in
0.5 % w/v NaOH)4, 23, 27, 34 and KI concentration (0.9 – 2.5
% w/v).35, 36 The sample tested for each parameter was
evaluated for each arsenic species and it was formulated
as follows: 0.5 µg mL–1 As (III) + 0.5 µg mL–1 As (V) + 1 µg
mL–1 MMA + 1 µg mL–1 DMA.
In the first experiments other parameters were evaluated.
The carrier gas flow rate (Ar) was assessed within the
range 60 - 130 mL min-1. It was found that at a higher flow
rate the hydride residence time in the atomizer was low,
resulted in signal instability. Nevertheless, when the flow
rate was too low the residence time increased.24 The best
result was obtained at 100 mL min–1 argon flow rate.37 The
atomization temperature was one of the main factors in the
determination of arsenic by HG. Optimum atomization was
obtained above 900º C.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
129
Fig. 2: Typical chromatogram obtained from the
HPLC–HG–AAS analysis of a standard solution containing 1: As (III) 0.05 µg mL–1; 2: DMA 1 µg mL–1;
3: MMA 1 µg mL–1; 4: As (V) 0.05 µg mL–1.
Fig. 3: Standardized Pareto chart for peak area generated for CCD. Each of the estimated effects appear in decreasing order of magnitude were A: mobile phase flow rate, B: HCl concentration, C: KI
concentration and D: NaBH4 concentration.
buffer pH 7.00 and 17 mmol L–1 concentration. These results remarked the right selection of the run parameter.
exert an important impact on separation of inorganic and
organic arsenic species. The positive coefficients for the
four parameters indicate that optimal conditions of separation results from the highest buffer flow rate (A), the highest
acid concentration (B), the highest pre-reducing concentration (C), and the highest reducing agent concentration
(D). The empirical model also shows interactions between
AD, BD and CD. The model also revealed a significant interaction between the mobile phase flow rate and NaBH4
concentration.
The Pareto chart (Fig. 3), show that the most important
effects are the effects of the individual factors of (A) mobile phase flow rate and (B) HCl concentration (p level <
0.05). When the speed flow of mobile phase is too high,
it leads to the overlapping of the chromatographic peaks.
Optimization of arsenic speciation: central composite
design
An analysis of variance (ANOVA) test was used in order to
identify the effect of individual factors and their secondorder interactions. The ANOVA partitions the variability in
response into separate pieces for each of the effects. Table
3 shows the ANOVA test results, were the statistical significance of each effect is given by comparing the mean square
against an estimate of the experimental error. In this case,
9 effects have p-values less than 0.05, indicating that they
are significantly different from zero at the 95 % confidence
level.
The lack of fit test is performed by comparing the variability
of the current model residuals to the variability between observations at replicate settings of factors. Since the p-value
for lack-of-fit in the ANOVA test is 0.08, greater than 0.05,
the model appears to be adequate for the observed data at
the 95 % confidence level.
The R-square statistic indicates that the model as fitted
explains 72 % of the variability in the response. The adjusted R-squared statistic, which is more suitable for comparing models with different numbers of independent variables, is 60 %. The standard error of the estimate shows
the standard deviation of the residuals to be 1.2E 07. The
mean absolute error of 1.3E 07 is the average value of the
residuals. The models were statistically validated using the
residual test. The Durbin-Watson statistic tests the residuals to determine if there is any significant correlation based
on the order in which they occur in data file. Since the
Durbin-Watson value is 2.4, major than 1.4, there is probably not any serious autocorrelation in the residuals.
Data from the 31-batch run were analyzed using the Statgraphics 5.1 software, and the following equation of the
fitted model was obtained:
Peak area = -119265.0 + 148412.0 A + 72691.1 B + 19590.0
C + 45272.3 D – 95285.1 A2 + 63069.8 AD – 9371.49 B2 –
14103.4 BD – 13390.3 C2 + 18526.4 CD – 41616.8 D2
Eq. (2)
Eq. (2) shows that the additive combination (+, +, +, +) of
the four factors: mobile phase flow rate (A), HCl concentration (B), KI concentration (C), and NaBH4 concentration (D)
130
Fig. 4: (a) Normal probability plot of residuals for optimization of separation of four arsenic species. (b) Residuals
plot for optimization of separation of arsenic species.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Table 3: Analysis of variance for peak areas in the optimization of speciation of As (III), MMA, DMA and As (V)
species
Source
F-Ratio
p-Value
A
11.07
0.0159
B
25.08
0.0024
AA
14.70
0.0086
AD
14.41
0.0090
BB
11.52
0.0146
BD
6.49
0.0437
CC
14.68
0.0086
CD
8.84
0.0248
DD
44.86
0.0005
Lack-of-fit
3.10
0.0850
Fig. 5: Surface response plot of the empirical model for optimization of separation of inorganic and organic arsenic species.
However, low speed flows of buffer lead to the widening
of the peaks decreasing the quality of the resolution of the
chromatograms.
The acid concentration had a great influence on the efficiency of hydride generation and therefore on the sensitivity of the analytical method.4, 21, 25, 34 The analytical signal
for four arsenic species showed an increase in peak area
when the HCl concentration is increased.
The most significant effects of the interactions of second
order are AD (mobile phase flow rate and NaBH4 concentration), BD (HCl and NaBH4 concentrations) and CD (KI
and NaBH4 concentrations). In all of them, the concentration of NaBH4 plays a determinant role for the complete
reduction of different forms of arsenic.
The NaBH4 concentration is an important parameter for
arsine generation because this is formed in the presence
of hydrogen generated by NaBH4 in an acidic medium.
Results show that the absorbance, and consequently the
peak area, increases with increase in NaBH4 and HCl concentrations for both inorganic and organic arsenic forms
determination. This can be understood considering the
higher NaBH4 concentration, the higher amount of H2 generated, and consequently the analytical signal increases.34
However, this effect there is not unlimited, because higher
concentrations produce foam which results in signal fluctuations.
Fig. 4 a exhibit the normal probability plot for the empirical model for the peak area obtained. The data shows a
straight line in the plot of the residuals, which represents a
normal distribution and thus supports the adequacy of the
least-squares fit. The residual plot (Fig. 4b) which show
equal scatter of the residual data above and below the x–
axis indicates that the variance was independent of the
values of the dependent variable change, again supporting
the adequacy of the least–squares fit.
Fig. 5 shows the estimated response as a function of two
more significative individual factors, mobile phase flow
rate and HCl concentration. The height of the surface represents the value of peak area. The other factors are held
constant. In this figure the data provided a suitable fit for
a first-order regression model, indicating the direction in
which the optimum should be sought.
The optimum operating parameters estimated for the determination of inorganic and organic arsenic species in water by liquid chromatography–hydride generation–atomic
absorption spectrometry is given in table 4.
Analytical characteristics of the method
Table 5 shows the analytical performance of the presented methods. Using the optimized parameters, calibration
curves were carried out by varying the amount of each
arsenic species (0.025 to 1.00 µg mL–1) injected on the
column and measuring the peak area obtained, and were
found linear between 0.025 – 1.00 µg mL–1 for As (III) and
between 0.050 – 1.00 µg mL–1 for As (V), MMA and DMA.
Higher calibrate concentrations were generally not required
for water analyses, and consequently were not tested.
The limits of detection (LODs) were calculated by dividing three times the standard deviation of the absorbance
area of ten independent reagent blank readings at the
time of retention of each arsenical species by the slope of
the standard additions curve. The LODs values obtained
[0.012 µg mL–1 for As (III), 0.024 µg mL–1 for As (V), 0.042
µg mL–1 for MMA and 0.015 µg mL–1 for DMA] are similar or
comparable to some of the reported values of HPLC–HG–
AAS methods.13, 15, 24, 27, 39, 40
The precision of the methods, expressed as the relative
standard deviation (% R.S.D.), was calculated from a standard solution containing the four As compounds, each one
at two different concentrations (0.05 µg mL–1 and 0.10 µg
Table 4: Optimum operating parameters estimated generated for CCD for the determination of As (III), MMA, DMA and As
(V) in water by HPLC-HG-AAS
Factor
Units
Low
High
Optimum
mL min–1
0.5
1.7
1.2
HCl concentration (B)
mol L–1
0.3
3.9
2.8
KI concentration (C)
% w/v
0.1
3.3
1.7
NaBH4 concentration (D)
% w/v
0.2
2.6
1.4
Mobile phase flow rate (A)
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
131
Table 5: Analytical characteristics and calibration parameters for analytical performance of HPLC–HG–AAS for arsenic
speciation.
Parameter
As (III)
DMA
MMA
As (V)
Lineal calibration range (µg mL–1)
0.025 – 1
0.050 – 1
0.050 – 1
0.050 ­– 1
Correlation coefficient (r2)
0.9976
0.9988
0.9986
0.9992
Linear regression equation
y=0.2405.c
y=0.2101.c
y=0.114.c
y=0.1902.c
LOD (n = 10, µg mL–1)a
0.012
0.024
0.042
0.015
R.S.D. (%) (n =10, Ci = 100 µg L–1)b
3.0
2.9
4.7
4.0
R.S.D. (%) (n =10, Ci = 50 µg L–1)b
4.1
7.9
4.2
2.2
a
Detection Limit = 3 σb/m (σb= standard deviation blank, m = slope).
b
Relative Standard Deviation (%) = (σ/Ci).100 (σ = standard deviation of concentration, Ci = average concentration).
mL–1) and evaluated in terms of repeatability. Repeatability
values, established from peak area measurements of ten
replicates of each species performed the same day. The
precision was good for all the species considered, ranging
between 2.2 % for As (V) and 7.9 % for DMA.
Analyses of spiked water samples
Because a certified reference material for the studied species was not available to us, speciation of arsenic in real
water samples was evaluated through a standard addition
procedure. To perform these experiments we selected
water samples collected in low contaminated locations,
to assure a possible arsenic content well below the detection limits of the proposed technique. A water sample
of drinking quality was also spiked. The composition of
those samples, such as common metals and anions, was
determined by a standard procedure and it show in table
6. Samples were spiked with a standard mixture of the
analyses giving an added concentration of As 0.05 µg mL–1
each. Recoveries that appear in table 7 were calculated
by comparison with a pure water standard of the same
Table 6: pH and composition of spiked water
samplesª
Drinking
water
pH
Saline groundwater
Fresh groundwater
7.9
7.5
7.3
SRD
130.0
3450.5
1060.3
Ca 2+
24.0
131.7
52.6
Mg 2+
11.3
207.8
19.7
CO32-
n.d b
n.d
n.d
HCO3-
30.0
379.6
384.8
Cl -
87.2
904.2
312.7
NO3-
n.d
n.d
n.d
SO4-
29.0
272.2
208.6
a
b
Concentrations in µg mL–1.
Not detected
concentration. The four species could be detected in all
the water samples with good recoveries, between 92 %
and 109 %, demonstrating the reliability of the proposed
methods.27
The chromatogram run time of drinking water and fresh
groundwater was 13.30 minutes, it was similar or comparable to some of the reported values.15.38 Times of the
retention of MMA, DMA, and As (V) are lightly higher for
the samples of saline ground water analyzed, possibly
due to the increment of the saline concentration of those
samples.
The results from the validation showed that the proposed
methodology is lineal, precise and accurate within the
range of study for each species. This fact, would allow to
quantify simultaneously As (III), MMAs, DMAs and As (V) in
natural water samples.
Conclusion
The application of a CCD design allowed optimize the
HPLC-HG-AAS method for the determination of the toxicologically relevant arsenic species As (III), As (V), MMA
and DMA in water samples. Four factors (i.e. mobile phase
flow rate, HCl concentration, pre-reducing agent concentration and reducing agent concentration) were investigated in this study. The central composite design (CCD) was
used in order to determine the co–optimum level of the
factors, as well as to provide an insight into the interactions amongst these factors. Empirical models obtained
through second order regression provided the optimal
speciation conditions. Results showed that the most important effects were given by the individual factors: the
mobile phase flow rate and the HCl concentration. The
most significant effects from the interactions of second
order were the mobile phase flow rate and the NaBH4 concentration, the HCl and NaBH4 concentrations and the KI
and NaBH4 concentrations. In all of them the concentra-
Table 7: Recovery and retention time of a standard mixture of the arsenic species (As 0.05 µg mL –1 each) added to water
samples.
Recovery (%)b
Sample
Retention time (min)
As (III)
MMA
DMA
As (V)
As (III)
MMA
DMA
As (V)
Deionizer water
101
100
99
99
3.5
5.5
6.9
12.1
Drinking water
95
95
96
103
4.0
6.0
7.3
13.2
Fresh ground water
109
101
103
97
4.0
5.9
7.3
13.2
Saline ground water
97
100
92
109
4.0
6.2
7.6
14.0
a
ª Average of three replicates.
b
Calculate from peak heights.
132
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
tion of NaBH4 played a determinant role for the complete
reduction of the different forms of arsenic.
The proposed method was demonstrated to be suitable
for the detection and quantification of the four arsenic species in different water samples, showing good resolution
with elution times shorter than similar methods generally
proposed for arsenic speciation. In Argentina, the official
regulations imposed by the Código Alimentario Argentino41 (CAA: Food Argentinean Code) from the year 2007
indicates that the recommended maximum level of total
arsenic in tap water should be 0.01 µg mL–1. As a consequence, future research will be done in order to lower the
LODs values found in the present work which were higher
than the newly recommended value.
Acknowledgements
This work was performed as part of Secretaría General
de Ciencia y Técnica, UNNE (Project 17/E037). Financial
support was provided by Agencia Nacional de Promoción
Científica y Tecnológica Project PICT 13-05328.
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133
Estudio del reconocimiento molecular de
un portador movil neutro usado como
electrodo all solid state a nitrato
María de los A. Arada Pérez1*, Mehrdad Yazdani-Pedram 2, Jorge Marín1, Alejandro Speck Planche1
1
Departamento de Química. Universidad de Oriente. Cuba. Patricio Lumumba S/N. 90500. Santiago de Cuba.
2
Laboratorio de Polímeros. Universidad Chile. Santiago de Chile.
Study of the molecular recognition of A Neutral Carrier used as All-Solid -State Electrode to nitrate
Estudi del reconeixement molecular d’un portador mòbil neutre
usat com elèctrode all solid state a nitrat
Recibido: 25 de julio de 2008; revisado: 19 de enero de 2009; aceptado: 21 de enero de 2009
Resumen
En este trabajo se valora un ESI de membrana liquida
plastificada con la 1-furoil-3,3-dietiltiourea como portador móvil neutro, el tributilfosfato como plastificante y cloruro de polivinilo como matriz sobre un soporte conductor
sensible a plomo y nitrato (a este ultimo una vez agotado
el tiempo de vida del ESI a plomo).Para el mismo portador
se manifiesta dos mecanismos de respuesta muy eficaces. El ESI a Pb2+ presenta una respuesta lineal en el rango
de concentración de 10-6 –10-3 mol/dm3, con pendiente de
29,6 mV/déc, el tiempo de respuesta obtenido fue de 20
seg. Para el ESI a NO3- la pendiente fue sobrenernstiana de
-63.14 mV/déc y un tiempo de respuesta de 20 seg.
Se presentan los parámetros de calibración, así como las
Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) de las membranas del ESI sensible al catión plomo (II) y vistas de éstas
cuando pierde su sensibilidad a este ion y comienzan a
responder a su segundo primario por un segundo mecanismo de respuesta. El ESI a Pb2+ es usado por más de 1
mes. Los resultados del cálculo teórico justifican los mecanismos de respuesta a ambos iones.
Palabras clave: Electrodo selectivo a nitrato, electrodo
selectivo a plomo, 1-furoil-3,3-dietiltiourea.
Abstract
In this work an ESI is valued of the plasticized liquid
membranes with 1-furoyl 3,3 diethylthiourea as ionophore (neutral portadore), tributyl phosphate as plasticizer and poly(vinyl chloride) as matrix on a sensitive
conductive support to lead and nitrate (to this I finish
once out the time gives life of the gives the ESI to lead)
.By the same payee is manifested two mechanisms he
gives very effective answer. The ESI Pb2+ present e linear response in the concentration range of the 10-6
–10-3 mol/dm3, with slopes of 29.6 mV/decade, response time obtained was less than 20 seconds. By NO3- of
the overNersnts slopes of de -63.14 mV/decade and
response time 20 seconds.
134
Their parameters are presented calibration, as well as the
electron microscopy gives Sweeping of the membranes he
gives the sensitive ESI to the cation lead (II) and seen he
gives this when it loses its sensibility to this ion and he/
she begins to respond to its primary second for a second
mechanism of the gives answer. The lead (II)’s ISE is useful
for more than one month. The results of the calculate theoretical they justify the answer mechanisms to both ion.
Keywords: Ion selective electrode (ISE), Lead (II) selective electrode, NO3- selective electrode, 1-furoil-3,3-diethylthiourea.
Resum
En aquest treball, es valora un ESI de membrana líquida
plastificada emprant 1-furoïl-3,3-dietiltiourea com a portador mòbil neutre, el tributilfosfat com a plastificant i el
clorur de polivinil com a matriu sobre un suport conductor
sensible a plom i nitrat (a aquest darrer, una vegada esgotat el temps de vida del ESI a plom). Per al mateix portador,
es manifesten dos mecanismes de resposta molt eficaços.
El ESI a Pb2+ presenta una resposta lineal en el rang de
concentració de 10-6 -10-3 mol/dm3, amb pendent de 29,6
mV/dèc, i un temps de resposta de 20 segons. Per al ESI a
NO3-, la pendent, de -63,14 mV/dèc, és sobrenernstiana,
amb un temps de resposta de 20 segons.
Es presenten els paràmetres de calibratge, així com la Microscopía Electrònica d’Escombratge (MEB) de les membranes del ESI sensible al catió plom(II) i vistes d’aquestes
quan perden la seva sensibilitat a aquest ió i comencen
a respondre al seu segon primari d’acord amb un segon
mecanisme de resposta. El ESI a Pb2+ s’ha emprat al llarg
de més d’un mes. Els resultats del càlcul teòric justifiquen
els mecanismes de resposta a ambdós ions.
Mots clau: Elèctrode selectiu a nitrat, elèctrode selectiu a
plom, 1-furoïl-3,3-dietiltiourea.
*cuba.may@cnt.uo.edu.cu, mayarada@yahoo.com
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Introducción
Los ESIs basados en membranas líquidas de portador
móvil neutro, forman parte de los sensores potenciométricos de estado sólido. La inclusión de un portador en
la membrana líquida es lo que permite el reconocimiento
químico, por diferentes mecanismos, uno de estos es el
de formación de complejos. Como ionóforos o portadores,
responsables del reconocimiento químico en ESI al catión
plomo (II), se han utilizados compuestos de estructuras
muy variadas que proceden de diversas familias (1-5 ) (éteres
corona y un gran número de derivados del ácido acíclico);
sin embargo las tioureas han sido poco empleadas.
Los ESIs a plomo revisten gran importancia desde el punto de vista ambiental, por los altos riesgos a la salud a
causa del plomo contenido en sus suministros de agua
potable. La Organización Mundial de la Salud ha propuesto recientemente reducir su directriz de 50 µg/l a 10 µg/l
para este ion.
Otra fuente importante de contaminación a los que los
humanos estamos expuestos son los nitratos. Los niveles
de nitrato en el organismo ocasiona serias afectaciones,
llegando a ser causa de muerte en seres humanos menores de seis meses de vida (la enfermedad del bebe azul),
provocando la enfermedad conocida como la metahemoglobinemia. Provoca cáncer, malformaciones congénitas,
afecta el sistema nervioso central, etc.
Entre los portadores que permiten detectar niveles de
concentración de este ion están las sales cuaternarias de
amonio (6-10) (respondiendo por intercambio ionico) y los
complejos de la ortofenantrolina entre otros (respondiendo
por formación de complejos).
En este trabajo se tiene un mismo portador la 1-furoil-3,3dietiltiourea , que responde en determinados tiempos de
vida a dos iones diferentes por dos mecanismos de respuestas diferentes: formación de complejos e intercambio iónico.
Se utilizó un equipo de Microscopía Electrónica de Barrido, TESLA Modelo SB-343A, con una magnificación máxima de 300.000.
Se utilizó como disolvente mediador o plastificante el Tributilfosfato (TBP) Fluka, por ser este disolvente el único en
que fue soluble el ionóforo. Como disolvente para homogenizar la membrana se empleó tetrahidrofurano (THF) de
calidad puro para análisis, Merck.
La construcción del electrodo, se realizó según la técnica
reportada por Lima y Machado en 1986 (6).
3. Resultados y Discusión
Las características de respuesta de los ESIs se evaluaron
empleando el método de las adiciones, recomendado por
la IUPA, los resultados se muestran en la tabla 1.
El sensor potenciométrico responde según lo esperado
por Nernst para un anión monovalente: (Pendiente (S=
29.6 mV/déc)), con buenos ordenes de sus Límite Práctico
de Detección (LPD) y Límite Inferior de Respuesta Lineal
(LIRL) (5.66 x 10-7 y 2.02 x 10-6 mol/dm3 ) respectivamente,
como se refleja en la curva de calibración obtenida (Figura
2(a) ; Figura 2 (b), es la curva de calibración cuando la
membrana selectiva responde a plomo por formación de
complejos Ref 11).
La composición de la membrana líquida en por ciento en
peso es la siguiente: PVC 33 %, Plastificante 61 % y el
ionóforo 6% .
El portador móvil neutro empleado como ionóforo es la
1-furoil, 3,3- dietiltiourea (figura 1).
Experimental
Todos los reactivos químicos empleados fueron puros
para análisis de la marca Aldrich, fueron pesados en balanza analítica Sartorios modelo BP 61S con sensibilidad
de 0.1 mg. La síntesis de ionóforo se realizó en el laboratorio orgánico del IMRE. UH. Cuba. El agua bidestilada se
obtuvo en el Aquatron modelo A4D. La resistencia eléctrica del contacto epoxi: grafito se midió con un multímetro
digital YFE modelo YF-2100. El potencial se midió con un
microprocesador pH /ion Meter pMX 3000 digital, con una
precisión de 0,1mV. Las determinaciones se efectuaron en
una celda abierta bajo agitación constante, y a una temperatura de 20,0 ± 0,5 ºC. Se utilizó un electrodo de Ag/
AgCl como referencia (HANNA HI 5311) de doble unión
líquida, saturado con AgCl; el compartimiento externo utiliza una solución de K2SO4 0,1 mol/dm3, para la respuesta
a nitrato, en el caso de la respuesta a plomo se obtuvo
con un electrodo de referencia es Ag/AgCl de doble unión
líquida de la marca RUSELL modelo (90-00-29) saturado
con AgCl; el compartimiento externo utiliza una disolución
de K2SO4 0.1 mol/dm3.
Figura 1: Portador móvil neutro empleado como ionoforo: 1-furoil, 3,3- dietiltiourea. Estructura optimizada.
La composición de la celda electroquímica es la siguiente:
Ag/AgCl |KCl0.1 mol/dm3|K2SO40.1 mol/dm3||disolución de
trabajo||membrana PVC |soporte conductor| Cu(s)
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
135
Tabla 1: Parámetros de calibración de los
ESI sensibles a plomo y nitrato.
ESIs
Plomo(II)
REF(11)
Nitrato
S mV/déc
29.6
-63.14
LPD mol/dm3
2.15 x 10-6
5.66 x 10-7
LIRL mol/dm3
9.43 x 10-6
2.02 x 10-6
Tiempo de
respuesta
20 seg
20 seg
donde:
Límite Práctico de Detección (LPD): El LPD representa el
nivel inferior de concentración posible de determinar con
el ESI, y se obtiene extrapolando las dos zonas lineales
de la curva de calibración: la zona nernstiana (concentraciones altas) y la zona de comportamiento no nernstiana
(concentraciones bajas).
Límite Inferior de Respuesta Lineal (LIRL): El LIRL es un
parámetro característico de cada ESI y como su nombre
lo indica, representa el valor mínimo de la actividad del ion
primario a partir del cual la respuesta del electrodo cumple
la ley de Nernst. Este parámetro se determina gráficamente a partir de la curva de calibración de los electrodos.
Pendiente (S mV/déc): Representa la sensibilidad del
electrodo.
Tiempo de respuesta: Tiempo que tarde el electrodo en
dar una respuesta estable, una vez puesto en contacto
con la solución a medir.
Figura 2 (a): Curva de calibración representativa del ESI respondiendo a nitrato
La presencia de varios heteroátomos de diferente dureza
en la tiourea empleada como ionóforo, establece una competencia en el proceso de reconocimiento por formación
de complejo. Los átomos de O y N del ionóforo según
la teoría de Pearson, constituyen centros menos blandos,
mientras que el átomo de S es un centro blando, ya que
posee una elevada polaridad y baja electronegatividad, lo
que pudiera facilitar la formación de complejo por esta posición en la membrana líquida del ESI.
En el caso del plomo, resulta factible la formación de enlaces sp3 con los pares de electrones de libres que tienen
los átomos de S, O de la tiourea empleada como ionóforo
en cuestión, no el nitrógeno porque el par de electrones
está deslocalizado entre las nubes electrónica pi de los
dobles enlaces C=O y C=S como puede observarse en la
figura 3; por otro lado, asumiendo que el plomo se asocia
principalmente al azufre no podría asociarse al nitrógeno,
porque el complejo sería muy inestable.
Tabla2: Orden de enlace mayores y Distancias de enlaces °A
Figura 2 (b): Curva de calibración representativa del ESI respondiendo a plomo Ref 11
El plomo; según la Toería de Pearson es un ácido blandointermedio, ya que es un metal de gran radio, bajo estado
de oxidación y con sus electrones externos fácilmente excitables.
136
Átomos
Orden de enlace
O11-C14
1.0766
C12-C14
1.5975
C12-C13
1.1957
C13-C15
1.6916
C15-O11
1.0831
C14-C10
1.0558
C10-N8
1.2757
N8-C7
1.4488
C7-S6
1.9671
N5-C2
1.9508
C10-O9
1.0256
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
(a)
(b)
Figura 4: Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) de
las membranas del ESI, activado en PbNO3- (12 ).
a- respondiendo a plomo.
b- respondiendo a nitrato
Los Orden de enlace mayores y Distancias de enlaces
°A (Tabla 2), es resultado del cálculo teórico realizado a
la tiourea empleada como ionóforo (figura 1), los átomos
ahí aparecen enumerados, estos valores son los que me
permite saber que no hay puente de hidrogeno, de ahí la
hipótesis de que el mecanismo de respuesta a nitrato sea
por intercambio de carga, teniendo en cuenta el carácter
básico del ion nitrato y el posible carácter ácido que da
el protón asociado al nitrógeno de esta tiourea empleada
como ionoforo a pesar de no formar puente de hidrogeno;
además me corroboran los dobles enlaces C=O y C=S que
están presentes en la tiourea empleada como ionóforo.
En la respuesta del ESI a plomo, prima el siguiente mecanismo de formación de complejo.
F3DET (m) + Me2+ (ac) D [(F3DET) Me]2+(m)
(1)
Figura 3: Homos obtenidos en el estudio teórico realizado
a la 1-furoil-3,3-dietiltiourea, empleada como ionóforo.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Cuando este ESI pierde sus sitios activos a plomo, ya sea
por saturación de los mismos, por envenenamiento de la
membrana o exudación de algunos de sus componentes
de la membrana líquida a la fase acuosa, responde a nitrato.
137
¿Por qué responde a nitrato? En este caso consideramos
la hipótesis de que el mecanismo sea por intercambio de
carga, teniendo en cuenta el carácter básico del ion nitrato
y el posible carácter ácido que da el protón asociado al
nitrógeno de esta tiourea empleada como ionóforo a pesar de no formar puente de hidrogeno, lo cual lo justifica
el cálculo teórico realizado a la tiourea empleada como
ionóforo.
La hipótesis planteada sobre la respuesta del electrodo al
ion nitrato, queda corroborada experimentalmente al ser
la pendiente obtenida al calibrar el electrodo para nitrato
negativa (figura 2 (a)).
En la Figura 4 se muestran las imágenes de membranas
del ESI de plomo (II) en diferentes etapas de funcionamiento.
En la a, aparecen “cráteres” de diferentes tamaños, también se observan cúmulos blancos que pudieran ser atribuibles al complejo que se forma entre el metal y el ionóforo.
En b, también se aprecian “cráteres” pero de mayor tamaño que los de la imagen a; se detectan además otros
más pequeños, uniformemente distribuidos en toda la superficie. El relieve es diferente al de la imagen anterior y
semejante al de una superficie ondeada u ondulada.
El cambio morfológico que se aprecia en la superficie puede ser debido a:
la reacción química que se produce entre el plomo y la
tiourea empleada como ionóforo.
la pérdida por exudación de alguno de los componentes
de la membrana, aspecto este que también se reporta en
la literatura8-11 y que conlleva a la pérdida de respuesta
del sensor.
Después de los cambios morfológicos que sufre la membrana líquida selectiva mostrada en la figura 4 b, es que el
ESI experimenta respuesta a nitrato (Figura 2(a)), cuando
ya no hay sitios activos disponibles a forma complejos.
Referencias
1.
Mustafa Suylak, Latif Elci, Yulcin Akkaya and mehmet
Dogan. Anal. Lett. 35 (3), 487-459. 2002
2. Tamás Vigass, Robert E. Gyurcsanyi, Ernö Pretsch.
Electroanalysis 15, No 15-16, 1270-1275. 2003.
3. Marta Casado, Sylvia Daunert, Mauel Valiente. Electroanalysis. Vol 13, ISSUE 1,54-60.2001.
4. Xinhao Yang, Naresh Kumar, D. Brynn Hibbert, Peter W. Alexander. Electroanalysis. Vol 10., ISUUE 12,
827-831. 1998.
5. Yu Liu. Bang-Tun Zhao, heng-Yi zhang, Hong-Fang
Ju, Lang-Xing Chen, xi-Wens- He. Helv. Chim. Acta.
Vol 84, ISUUE 7, 1969-1975. 2001.
6. M. de los A. Arada Pérez., L. Pérez Marín, J, Calvo
quintana, M. Yazdani-Pedram. Sens. Act. B Chemical, vol 89-3, pág 262-268. 2003.
7. María de los A. Arada Pérez, Isel Cortes Nodarse,
Mehrdad Yazdani-Pedram. J. Chil. Chem. Soc. 49(1),
31-34.2004.
8. M. de los A. Arada Pérez. Afinidad. Vol LXI, No 509,
pág 59-64.2004.
9. María de los Ángeles Arada Pérez, Leonel Pérez Marín, Josefina Calvo Quintana, Julian Alonso Chamarro
y Juan E. Tacoronte Morales. Rev. Mex. Ing. Quim.,
Vol 1, 23-28,2002.
10. M. de los A. Arada Pérez, Mehrdad Yazdani-Pedram,
Adrián Cascaret Carmenati y Armando Ferrer. Rev.
Cub. Quim.. Vol XV, No 2 Pág 89-94.2003.
11. A. R. Lazo Fraga, M. de los A. Arada Pérez; M. Bustamante Sánchez; E. Otázo Sánchez; O. Estevez*,A.
Álvarez Torres. Rev. Cub. Quim. Vol XV, No 2, 60-66,
2003.
12. A. R. Lazo, M. de los A. Arada Pérez, M. Bustamante, E.Otazo, O.Estevez, M.Yazdani-Pedram. ISBN
959-207-093-8 Evento de Fac. 2003 Biotec. M. Amb.
(29).
Conclusiones
Es factible el uso de la tiourea estudiada como ionóforo
a ESIs tanto a plomo como a nitrato, presentando parámetros de calibración según lo estimado por Nernst, con
amplios intervalos de respuesta lineal.
Atendiendo a los mecanismos de respuesta de la membrana líquida, se mantiene la hipótesis de que el ESI para
nitrato presente mayor tiempo de vida que el mismo sensor cuando responde a plomo, siempre que la membrana
no presente exudación o envenenamiento.
Agradecimiento
Queremos ofrecerle nuestro más sincero agradecimiento
a Osvaldo Estévez del IMRE. UH por la síntesis y caracterización del ionóforo.
138
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Evaluación de la señal generada en un
calorímetro de conducción de calor en la
determinación de entalpias de inmersión
para caracterización de sólidos porosos
Giovanny A. Rodríguez1, Liliana Giraldo1, Juan C. Moreno2*
1
Departamento de Química. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional de Colombia.
2
Departamento de Química. Facultad de Ciencias. Universidad de los Andes.
Evaluation of the signal generated in a heat conduction calorimeter in the determination
of the immersion entahalpy for the characterization of porous solid.
Avaluació del senyal generat en un calorímetre de conducció de calor en la
determinació d’entalpies d’immersió per a la caracterització de sòlids porosos
Recibido: 14 de octubre de 2008; aceptado: 3 de diciembre de 2008
RESUMEN
Se describe el estudio de la señal de potencial eléctrico generada en un calorímetro de conducción de calor
cuando son disipados trabajos eléctricos en un rango
entre 1,5 y 60,0 J. Se analiza la dispersión de los datos en la evaluación de las áreas bajo la curva en este
rango por medio de un estudio sistemático que evidencia la influencia del número de puntos experimentales
utilizados en la determinación. Se confirma el efecto
del aislamiento del calorímetro en la señal. Se presenta
un método alterno para el análisis de los picos obtenidos en un calorímetro de conducción, en el que se
descomponen las señales y se ajustan a funciones tipo
Gaussiano que permiten obtener correlaciones lineales
de 0,985 entre la sumatoria del área bajo la curva de
cada componente y el trabajo eléctrico disipado.
Palabras clave: Calorimetría de conducción de calor,
Calorímetro isotérmico, Entalpía de inmersión, Deconvolución.
ABSTRACT
The study describes the potential of electric signal,
generated in a heat conduction calorimeter when
dissipated an electrical work in a range between 1.5
and 60.0 J. It analyzes the dispersion of data in the
evaluation of the areas under the curve in this range
through a systematic study that shows the influence
of the number of points used in the experimental determination. The effect of isolation is confirmed of the
calorimeter in the signal. We present an alternative method for analyzing the peaks obtained in a conduction
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
calorimeter, which decompose signals and conform
to type Gaussian functions that allow linear correlations between the sum of 0.985 area under the curve of each component and electrical work dissipated.
Keywords: Heat conduction calorimetry, isothermal
calorimeter, Immersion enthalpy, Deconvolution.
RESUM
Es descriu l’estudi del senyal de potencial elèctric generat en un calorímetre de conducció de calor quan
són dissipats treballs elèctrics en un marge d’entre 1,5
i 60,0 J. S’analitza la dispersió de les dades en l’avaluació de les àrees sota la corba en aquest marge mitjançant un estudi sistemàtic que evidencia la influència
del número de punts experimentals utilitzats en la determinació. Es confirma l’efecte de l’aïllament del calorímetre en el senyal. Es presenta un mètode alternatiu per a l’anàlisi dels pics obtinguts en un calorímetre
de conducció, en el que es descomponen els senyals
i s’ajusten a funcions de tipus Gaussià que permeten
obtenir correlacions lineals de 0,985 entre el sumatori
de l’àrea sota la corba de cada component i el treball
elèctric dissipat.
Mots clau: Calorimetria de conducció de calor, Calorímetre isotèrmic, Entalpia d’immersió, Deconvolució.
* Departamento de Química. Facultad de Ciencias.
Universidad de los Andes.
Correo electrónico jumoreno@uniandes.edu.co
139
INTRODUCCIÓN
La calorimetría es una técnica de carácter termodinámico que permite conocer la cantidad de calor que se
involucra en determinado proceso, y que está relacionado con el contenido energético del sistema bajo estudio [1]. En la actualidad, y debido a la manera como
se generan los efectos térmicos y a la diversidad de
sistemas que se estudian, existe una gran variedad de
equipos calorimétricos dentro de los que se destacan
los adiabáticos, los isoperibólicos y los isotérmicos [2].
En éstos últimos, dentro de los cuales se ubican los calorímetros de conducción de calor, el tipo de calorímetro utilizado en este trabajo, la celda y los alrededores
mantienen una temperatura constante y todo el calor
producto de los diferentes procesos que ocurren en la
celda, se transfiere hacia los alrededores y los efectos
térmicos producidos son registrados por sensores dispuestos de una manera adecuada [3,4].
En un calorímetro isotérmico, la celda se conecta con
los alrededores por medio de una resistencia térmica
RT que permite establecer la relación entre el flujo de
calor dQ/dt con la diferencia de temperatura [5].
Esta diferencia de temperatura en la resistencia térmica se define como:
(1)
Donde TC es la temperatura en la celda, y TA es la temperatura de los alrededores.
En estado estacionario se presenta la relación:
(2)
La cual, al integrar se presenta como:
(3)
Que permite la determinación del calor generado en el
proceso si se conoce la diferencia de temperatura en
función del tiempo y un factor de calibración relacionado con la resistencia térmica que se determina experimentalmente [5].
Un calorímetro de conducción de calor utiliza como
sensores módulos termoeléctricos o termopilas, que
son dispuestos entre la celda calorimétrica y el depósito de calor, y que generan una señal eléctrica en voltios.
De su variación con respecto al tiempo es posible determinar el calor absorbido o liberado en el proceso:
(4)
Donde ε es el factor de calibración que se relaciona
con la resistencia térmica RT, y Vt es el potencial eléctrico de salida de las termopilas [5].
Por su parte, en la técnica de calorimetría de inmersión, se miden los efectos térmicos resultantes de sumergir un sólido en un solvente generalmente de tipo
no-polar con el que generalmente el sólido no presenta
interacciones químicas [6]. Así, la calorimetría de inmersión, se usa para conocer, según las condiciones
termodinámicas del sistema, el calor resultante de la
140
interacción del sólido y un líquido, y por tanto, la entalpía de inmersión del proceso de contacto que se
establece para una cantidad específica del sólido que
se estudia [7].
La determinación de entalpías de inmersión de sólidos
en diferentes líquidos ha permitido la determinación de
áreas superficiales y de distribución de tamaño de poros, que a su vez complementan la información obtenida por otras técnicas de caracterización; sin embargo,
estas entalpías de inmersión son características de un
sistema y de unas condiciones experimentales específicas y sus valores suelen ser pequeños, del orden de
Julios por gramo del sólido, de tal forma que se requiere de una instrumentación calorimétrica con la suficiente sensibilidad para evaluar los efectos térmicos que
se generan cuando los componentes del sistema se
ponen en contacto [8,9], así como también de un adecuado tratamiento de la señal eléctrica generada en el
instrumento, cuando se pretenden evaluar diferencias
texturales y/o químicas muy pequeñas entre los sólidos bajo estudio.
De esta manera, en un termograma típico obtenido en
un calorímetro de conducción de calor, tanto los diferentes procesos ocurridos dentro de la celda calorimétrica, como la cantidad de trabajo eléctrico disipado
en la experiencia, generan picos de potencial; la cantidad de trabajo eléctrico permite calcular el factor de
calibración ε, por medio de la relación entre el trabajo
eléctrico conocido disipado en la celda, y el área bajo
la curva de su pico correspondiente; por su parte, el
calor que se genera en la celda se calcula por medio
producto del área bajo la curva del pico de reacción y
el factor ε.
Ahora bien, cuando se desarrollan estos cálculos, se
obtiene una incertidumbre experimental por la forma
en que se eligen los puntos para integrar cada pico,
sobre todo cuando por condiciones de asilamiento de
la celda [10-12], la línea base de equilibrio presenta
pendientes negativas o positivas; así, en este trabajo
se presenta la evaluación de la señal eléctrica generada en un calorímetro de conducción de calor, cuando
se disipan en la celda calorimétrica trabajos eléctricos
en un rango entre 1.5 y 60.0 J, se desarrolla un estudio
sistemático del cálculo del área bajo la curva tanto para
diferente número de puntos experimentales incluidos
en el cálculo, como para los puntos escogidos por el
experimentador en cada uno de los picos, y se plantea
una metodología para el establecimiento de estos calores y entalpías de inmersión, ampliamente usados en
la caracterización de sólidos porosos.
METODOLOGÍA
Unidad Calorimétrica de conducción de Calor
El estudio se desarrolló en una unidad calorimétrica descrita anteriormente [13], que consta de un depósito de
calor en forma cilíndrica de aluminio, de 90,0 mm de diámetro y de 100 mm de altura, con un orificio central de
44,6 mm de diámetro y 80,0 mm de altura, en donde se
ubica la celda calorimétrica en acero inoxidable, con una
capacidad de aproximadamente 40,0 mL, Figura 1.
En la misma matriz, se disponen cuatro orificios rectangulares, en donde se ubican los cuatro sensores
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
La importancia de las termopilas como sensores térmicos radica en que permiten la evaluación de pequeñas
cantidades de calor, dada su alta sensibilidad y esto
mismo hace que la unidad calorimétrica sea sensible
a la temperatura de los alrededores; por esta razón se
busca evaluar el efecto que tienen dichos alrededores en la generación de distintas cantidades de calor
dentro de la ceda, cuando ésta no se encuentra en un
termostato y con un aislamiento entre la celda y los
alrededores con una resistencia térmica moderada, lo
que tiene un efecto en la señal de salida de las termopilas [12]. En la Figura 2, se presenta un registro calorimétrico de alrededor de 25.000 segundos, aproximadamente 8 horas, en el que se pueden observar cuatro
estados estacionarios térmicos, y que corresponden a
cuatro pendientes de línea base diferentes, debidas
a temperaturas ambientales distintas; la primera, positiva hasta los 500 s que representa la respuesta del
equipo ante la temperatura del ambiente en horas de la
mañana, la segunda entre 500 - 930 s, que es la señal
generada cuando la experiencia calorimétrica se desarrolla en el medio día, y dos pendientes negativas,
entre 930 – 1260 s, y 1260 - 2050 s respectivamente,
que muestran el efecto del enfriamiento del ambiente
en la tarde.
Uno de los métodos recomendados en la literatura [2]
para la cuantificación del calor generado en un proceso, es la evaluación del área bajo la curva de potencial termométrico de salida del equipo en función del
tiempo, tal evaluación en la que se deben tomar unos
puntos experimentales limites, puede ser compleja
cuando, como en el caso que se ilustra en este trabajo,
los picos debidos a los efectos térmicos se encuentran
en líneas de pendiente debidas a estados estacionarios del sistema. El experimentador debe escoger los
puntos inicial y final del pico y calcular la integral, en
ocasiones esto lleva a dispersiones en la determinación de la cantidad de calor, no por las características
instrumentales si no por la evaluación matemática. La
observación de picos que corresponden a diferentes
cantidades de energía, permiten conocer y calcular la
dispersión en la determinación del calor y generar una
metodología estándar para el cálculo adecuado del
área bajo la curva.
Con ayuda de la Figura 2, y de los valores reportados
en la Tabla 1, se observa que la unidad calorimétrica no
presenta respuesta para los trabajos eléctricos de los
picos 1, 2, 7 y 18, y por lo tanto la celda calorimétrica,
en las condiciones de aislamiento descritas, no es sensible para la evaluación de calores inferiores a 3,0 J.
Figura 1. Representación esquemática de la celda utilizada en el estudio.
térmicos tipo termopilas TELUREX CORP conectadas
en serie; estos sensores son cajas de 30 x 30 x 3 mm
y están compuestas por una aleación cuaternaria bismuto, teluro, selenio y antimonio, que proporcionan al
material un dopado y una orientación policristalina con
propiedades termoeléctricas anisotrópicas [14].
Las calibraciones eléctricas se efectuaron por el paso
de potenciales eléctricos entre 1,0 y 6,0 V a través de
un resistor con una resistencia nominal de 100 Ω. La
fuente de corriente es una fuente de poder de alta precisión Hewlett Packard 6114A. Se usaron dos multímetros EXTECH Multitec 320 para medir la corriente y el
voltaje, y un multímetro de precisión EXTECH Multitec
Multimaster 570 True RMS, sensibilidad 0,1 µV, conectado a un computador por una interfase RS232 para la
captura de datos.
En el estudio, se depositaron 30,0 mL de agua en la
celda calorimétrica, se registró el potencial de salida
de las termopilas cada 1,0 s durante una experiencia
de aproximadamente 8 horas, y se disiparon trabajos
eléctricos entre 1,0 y 60,0 J después que el equipo alcanzara el equilibrio térmico.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Tabla 1 se presentan los valores correspondientes
a cada trabajo eléctrico disipado en la celda y que corresponden a los 30 picos presentes en el termograma
de la Figura 2.
0.380
0.330
3
Potencial/mV
0.280
4
5
6
7 8 9 10
11 12 1314
15
2
1
0.230
16
5 17
18
0.180
19
20
21 22
23 24
25 26
0.130
27
28
29
0.080
30
0.030
0
500
1000
1500
2000
Tiempo/s
Figura 2. Termograma obtenido en la experiencia calorimétrica
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
141
Area bajo la curva
Pico
Poten-
Inten-
W
Expe-
cial
sidad
elect.
rimen-
/V
/Ma
/T
tador
/mVs-1
1
18
7
2
8
19
20
9
3
4
21
10
30
5
29
6
11
23
12
24
14
13
15
26
27
16
28
17
1,00
1,01
1,02
1,50
1,52
1,54
2,02
2,13
2,19
2,20
2,52
2,53
2,54
2,61
3,02
3,03
3,04
3,53
3,55
4,03
4,54
4,05
5,04
5,04
5,54
5,55
6,05
6,06
24,70
27,60
28,00
41,40
41,40
42,20
55,20
58,40
60,00
60,00
68,90
69,10
69,40
71,40
82,90
83,10
83,40
96,60
97,10
110,40
142,20
110,70
137,80
137,90
151,60
151,80
165,60
165,80
1,48
1,67
1,71
3,73
3,76
3,89
6,66
7,47
7,88
7,93
10,40
10,48
10,59
11,18
15,09
15,14
15,25
20,36
20,70
26,67
38,55
40,76
41,71
41,72
50,48
50,63
60,16
60,18
0,516
0,323
0,299
0,439
0,493
0,506
0,334
0,538
0,228
0,538
0,317
0,661
0,613
0,522
0,665
0,550
0,824
0,926
0,835
0,800
0,859
1,058
1,037
1,142
25
30
35
40
45
50
Ptos
Ptos
Ptos
Ptos
Ptos
Ptos
/mVs-1
/mVs-1
/mVs-1
/mVs-1
/mVs-1
/mVs-1
0,392
0,248
0,282
0,429
0,394
0,417
0,288
0,469
0,191
0,436
0,257
0,518
0,396
0,404
0,565
0,447
0,695
0,822
0,791
0,621
0,695
0,878
0,880
0,986
0,414
0,249
0,246
0,466
0,429
0,422
0,325
0,513
0,213
0,494
0,287
0,557
0,503
0,463
0,603
0,477
0,771
0,883
0,828
0,705
0,788
0,955
0,937
1,080
0,247
0,442
0,457
0,481
0,320
0,513
0,248
0,495
0,325
0,579
0,522
0,435
0,615
0,522
0,841
0,902
0,891
0,740
0,871
1,006
1,011
1,107
0,316
0,523
0,228
0,521
0,275
0,567
0,576
0,511
0,638
0,512
0,813
0,924
0,925
0,727
0,885
1,004
1,038
1,127
0,939
0,715
0,873
1,023
1,006
1,173
0,910
0,759
0,905
1,041
1,037
1,132
Area
%
pro-
Des-
medio
viación
0,403
0,249
0,258
0,445
0,427
0,440
0,312
0,504
0,220
0,486
0,286
0,555
0,499
0,453
0,605
0,489
0,780
0,883
0,881
0,711
0,836
0,984
0,985
1,101
1,591
0,071
2,021
1,904
3,132
3,576
1,650
2,407
2,388
3,599
2,877
2,626
7,564
4,567
3,068
3,419
6,339
4,383
5,847
4,800
7,988
5,969
6,320
6,406
Tabla 1.Valores reportados en el cálculo de área bajo la curva en cada trabajo disipado
Figura 3. Relación establecida entre el área calculada por el experimentador y el área promedio en función del trabajo
142
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
En los picos 8 y 19, el área bajo la curva estimada tanto
por el experimentador, como el área promedio de la estimación con 25 y 30 puntos experimentales presenta
diferencias significativas para un trabajo eléctrico de
aproximadamente 3,8 J, por lo que una evaluación en
éstas genera una incertidumbre superior al 7%.
En los picos 3, 4, 9 y 20, en los que el trabajo eléctrico
disipado se encuentra en un rango entre 3,0 y 5,0 J, se
observa una relación lineal entre el área calculada por
el experimentador y el trabajo disipado, sin embargo,
cuando se evalúa el área bajo la curva por el número de
puntos, esta tendencia no se mantiene, y en el pico 9
se observa un comportamiento particular puesto que el
área calculada a 25, 30 y 35 puntos, es superior frente
a los picos 3 y 4 donde el trabajo disipado fue mayor.
Este comportamiento inusual se debe al efecto del medio ambiente en la señal termoeléctrica, pues es justamente en este momento donde termina la pendiente
positiva del estado estacionario; sin embargo, es interesante que los valores del área promedio en todos los
casos es inferior con respecto a los valores reportados
por el experimentador, y los porcentajes de desviación
se encuentran entre 2-3%.
En las Figuras 3.a y 3.b se presenta la relación establecida entre el área calculada por el experimentador y el
área promedio en función del trabajo eléctrico.
En las Figuras, se observa una mayor dispersión cuando se analiza el área bajo la curva estimada por el experimentador, en especial cuando los trabajos eléctricos disipados son inferiores a 25,0 J, lo que constituye
una medida de la incertidumbre en la señal obtenida en
este rango de trabajo, sin embargo cuando se analiza
el comportamiento de los datos calculados por puntos,
se observa un aumento en el coeficiente de correlación
de 0,834 a 0,869, que disminuye la incertidumbre pese
a que los porcentajes de desviación en toda la gráfica
se encuentran cercanos al 5 %.
Llama la atención que cuando se analizan únicamente
las áreas bajo la curva de los picos que tienen pendiente negativa en su línea base, que se presentan en el
recuadro, y que corresponden a los picos con número
mayor a 12, la dispersión en los datos disminuye y el
coeficiente de correlación de la función entre el área y
el trabajo eléctrico aumenta a 0,915 y 0,918 respectivamente, hecho que confirma que las condiciones de
trabajo para la celda descrita, afecta la evaluación de
los calores cuando la línea base tiene una pendiente
positiva, y por lo tanto, en nuestra experiencia calorimétrica, los calores calculados hasta los 750 s, tiene
una incertidumbre mayor.
Sin embargo, los datos experimentales en las dos gráficas presentan mayor ajuste a la línea de tendencia
cuando el rango de trabajo eléctrico del estudio es
superior a 30,0 J, por lo que para las condiciones de
trabajo establecidas para la celda, que incluyen el aislamiento moderado de la unidad y los trabajos eléctricos pequeños, se puede mencionar que presentan
una señal eléctrica adecuada, y el tratamiento de los
datos experimentales en la determinación de calores
de reacción o inmersión en este rango genera resultados con desviaciones menores a 3%. De acuerdo con
los resultados presentados en la gráfica, resulta conveniente calcular esas áreas bajo la curva por medio del
promedio de los puntos experimentales, puesto que la
escogencia arbitraria de los puntos del experimentador, genera una mayor incertidumbre en el cálculo.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Ahora bien, teniendo en cuenta que la señal obtenida
en un calorímetro de conducción de calor, genera picos
de potencial eléctrico en el que la señal llega nuevamente a la línea de equilibrio térmico, se puede realizar
un tratamiento matemático en el que se ajuste el pico
obtenido en la experiencia calorimétrica, con una función de un pico simétrico, como puede ser una campana de Gauss.
De esta manera, se desarrolló un tratamiento con
los picos 12, 15, 16, 17 y 29, ya que estos picos se
encuentran en todo el rango de trabajos eléctricos
descritos en este estudio. Para este tratamiento se
utilizó la herramienta Peak Fit del programa Origin®
7.5 de Microcal™ Software Inc, en el que inicialmente se realizó un suavizado de la señal para eliminar el
ruido instrumental, y posteriormente se hizo la substracción de la línea base, para el ajuste a la curva
gaussiana.
En la Figura 4, se presenta el pico experimental y la
descomposición del mismo en líneas continuas, y el
ajuste generado por el programa en líneas punteadas,
se observa que la señal eléctrica puede ser dividida
principalmente en tres componentes, que pueden
llegar a ser relacionados con la respuesta instrumental debida al intercambio de calor entre la resistencia
eléctrica, el líquido depositado en la celda, las paredes metálicas de la misma, y el bloque metálico existente entre la celda y el sensor de medida, respectivamente.
Así, teniendo en cuenta que el ajuste de la sumatoria
de los componentes generada por el programa, corresponde a los datos experimentales, la suma del área
bajo curva de cada componente puede ser tomada
como el parámetro necesario en el cálculo del factor
de calibración ε, así como de calores de inmersión en
esta celda.
De esta manera, por medio de la relación entre el área
calculada por medio de la deconvolución del pico experimental y el trabajo eléctrico disipado, que se presentan en la Figura 5, se encuentra una relación lineal,
con un coeficiente de correlación de 0.958, que es
superior a los descritos anteriormente, y que permite
mencionar que la metodología presentada por descomposición de la señal, no solo puede constituir un
Figura 4. Descomposición de la señal de un
pico en la experiencia calorimétrica
143
BIBLIOGRAPHY
Figura 5. Relación obtenida entre el área por deconvolución y el trabajo eléctrico
método efectivo en la determinación de calores y entalpías de inmersión, sino que además puede brindar
información termodinámica importante en el proceso
de adsorción desarrollado si se logran establecer las
asignaciones correspondientes a cada componente en
la señal calorimétrica.
CONCLUSIONES
Se observa la influencia en el aislamiento de la unidad
calorimétrica y como la temperatura de los alrededores
incide en la evaluación del calor de un proceso.
Se establece la importancia del control de temperatura
en los alrededores de la celda calorimétrica.
Se desarrolla un estudio de la señal generada en un
calorímetro de conducción de calor, cuando se disipan
diferentes trabajos eléctricos. El trabajo eléctrico mínimo que puede generar respuesta eléctrica en la unidad
calorimétrica descrita es de 3,0 J aunque, la evaluación
de áreas bajo la curva genera porcentajes de desviación hasta del 5% cuando se evalúan trabajos eléctricos hasta de 20,0 J.
Teniendo en cuenta el número de puntos en la evaluación de áreas bajo la curva, se establece que se logra
una dispersión menor de los puntos experimentales
cuando se toma el promedio de diferente numero de
puntos experimentales, obteniéndose coeficientes de
correlación de 0,918 en la relación área promedio y
trabajo disipado.
Se propone una metodología en la que partir de la
descomposición de la señal experimental, se obtiene
el área total del pico por medio de la sumatoria de sus
componentes, encontrándose relaciones lineales con
coeficientes de correlación de 0,958 cuando son comparados en función del trabajo eléctrico disipado en la
celda.
1. Moreno J.C.; Giraldo L. Instrumentación calorimétrica aplicada a la determinación de entalpías de
inmersión de sólidos porosos. En: Sólidos porosos: Preparación y aplicaciones. Bogotá: Universidad de los Andes. 2007. pp.
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Colloids and surfaces A, 2001, 187, 151-165
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determinations: design, calibration and applications. Thermochimica Acta, 1996, 290, 1-12.
10. Wadso, I. y R.N. Goldberg. Standards in isothermal
microcalorimetry. Pure Appl. Chem., 2001, 73(10),
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11. Wadso, L., A.L. Smith, H. Shirazi, S.R. Mulligan y
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the Output Electric Signal in a Heat Conduction
Calorimetric Unit. Instr. Sci & Tech., 2005, 33(2),
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13. Garcia, V., Giraldo, L., Moreno, J.C. Construcción
de un Calorímetro para la determinación de entalpías de inmersión. Información tecnológica. 2007,
18(3), 59-10.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al Convenio Marco entre la
Universidad de los Andes y la Universidad Nacional
de Colombia y al Acta de Acuerdo entre los Departamentos de Química de las dos Universidades. Un agradecimiento especial expresa el Prof. Moreno para con
la Universidad de Los Andes por el otorgamiento del
STAI (Semestre de Trabajo Académico individual) bajo
el cuál realizo parte de ésta investigación.
144
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Synthesis, Biological activity and Mass
Spectral Fragmentation Patterns of some New
Fused Phthalazine-1,4-dione Derivatives
H. K. Ibrahim*, I. M. El-Deen1, A. H. Soliman and A. M. Imam
Chemistry Department ,Faculty of Science, Suez Canal University, Port-Said, Egypt
Chemistry Department, Faculty of Science, Suez Canal University, Ismailia, Egypt
1
Síntesis, actividad biológica y patrones de fragmentación del espectro de masas
de algunos nuevos derivados fundidos de ftalazina-1,4-diona
Síntesi, activitat biològica i patrons de fragmentació de l’espectre de
masses d’alguns nous derivats fosos de ftalazina-1,4-diona
Recibido: 18 de septiembre de 2008; aceptado: 22 de octubre de 2008
Resumen
Se prepara 1,2,4-triazino[1,2-b]ftalazina-6,11-diona (3) y
1,2,4- triazino[1,2-b]ftalazina-5,10-diona (4) por reacción
de 2-aminotiocarbonilftalazina-1,4-diona con cloropropionato de etilo y cloroacetato de etilo. La acetilación de 4
con Ac2O da el correspondiente derivado monoacetilado
(5), mientras que la acetilación de 4 con Ac2O en presencia de AcONa da el correspondiente derivado diacetilado
(6). El tratamiento de 4 con bromo en AcOH y aldehídos
aromáticos rinde las correspondientes 1,2,4-triazino[1,2b]ftalazina-5,10-dionas 3-substituidas (7 y 8). Se registran
los espectros de masas de impacto electrónico de las dos
series citadas de compuestos, y se discuten sus patrones
de fragmentación.
Palabras clave: Síntesis, espectro de masas, derivados
de ftalazinadiona
Summary
1,2,4-Triazino[1,2-b]phthalazine-6,11-dione (3) and 1,2,4triazino[1,2-b]phthalazine-5,10-dione (4) were prepared
via the reaction of 2-aminothiocarbonylphthalazine-1,4dione with ethyl chloropropionate and ethyl chloroacetate.
Acetylation of 4 with Ac2O gave the corresponding monoacetyl derivative (5), while the acetylation of 4 with Ac2O in
the presence of AcONa gave the corresponding diacetyl
derivative (6). Treatment of 4 with bromine in AcOH and
aromatic aldehydes afforded the corresponding 3-substi-
tuted-1,2,4-triazino[1,2-b]phthalazine-5,10-diones (7 and
8). The electron impact mass spectra of both of the above
series of compounds have also been recorded and their
fragmentation pattern is discussed.
Key words: Synthesis, mass Spectra, phthalazindione Derivatives
Resum
Es prepara 1,2,4-triazina[1,2-b]ftalazina-6,11-diona (3) i
1,2,4- triazina[1,2-b]ftalazina-5,10-diona (4) per reacció
de 2-aminotiocarbonilftalazina-1,4-diona amb cloropropionat d’etil i cloroacetat d’etil. L’acetilació de 4 amb Ac2O
dóna el corresponent derivat monoacetilat (5), mentre que
l’acetilació de 4 amb Ac2O en presència d’AcONa dóna
el corresponent derivat diacetilat (6). El tractament de 4
amb brom en AcOH i aldehids aromàtics rendeix les corresponents
1,2,4-triazina[1,2-b]ftalazina-5,10-diones
3-substituïdes (7 i 8). Es registren els espectres de masses
d’impacte electrònic de les dues sèries esmentades de
compostos, i es discuteixen els seus patrons de fragmentació.
Mots clau: Síntesi, espectre de masses, derivats de ftalazinadiona
*E-mail: hkhibrahim@gawab.com
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
145
Introduction
dihydro-1,2,4-triazino[1,2-b]phthalazine-5,10-dione
(5),
while the acetylation of compound 4 with acetic anhydride
in the presence of fused sodium acetate under reflux led to
the formation of 2,3-diacetyl-1-thioxo-4-oxo-2,3-dihydro1,2,4-triazino[1,2-b]phthalazine-5,10-dione (6, Scheme 1).
Various substituted nitrogen heterocycles have recently
received significant importance because of their diverse
pharmacological properties. These included analgesic, antiasthmatic diuretic, antihypertensive, anticholinergic, and
antiinflammatory properties.1-5
In the course of recent investigation involving phthalic anhydride and thiosemicarbazide, it was found that 2-aminothiocarbonyl-phthalazine-1,4-dione (2) is converted into
fused phthalzine-1,4-dione derivatives (3 and 4) by the
action of ethyl chloro-propionate and ethyl chloroacetate
under reflux. The fact that only limited information is available on the mass spectra of 2-aminothiocarbonyl-phthalazine-1,4-dione (2), along with the preparation of a novel
fused phthalazine-1,4-dione, has prompted us to report
their synthesis and study their electron impact (EI) mass
spectral fragmentation.
Bromination8 of 1-thioxo-4-oxo-2,3-dihydro-1,2,4-triazino[1, 2-b]phthalazine-5,10-dione 4 with one mole from the
bromine in glacial acetic acid at room temperature gave
the corresponding 3-bromo-4-oxo-1-thioxo-2,3-dihydro1,2,4-triazino[1,2-b]-phthalazine -5,10-dione (7). Condensation of compound 4 with aromatic aldehydes (such as
2-hydroxybenzaldehyde and 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde) in the presence of piperidine under fusion led
to the formation of 4-oxo-3-arylidene-1-thioxo-1,2,4triazino[1,2-b]phthalazine-5,10-dione (8a, b; Scheme 1).
Mass Spectrometry
All the spectra showed characteristic common fragmentation pathways9-12 with intense molecular ion peaks in most
cases. Table 1 list the m/z (relative abundance, %) values
should be principal fragments of some synthesized compounds, while fig. 1, 2, 3, 4, 5 and 6 illustrate, the mass
spectra of compounds 2, 3, 4, 6, 7 and 8b, respectively.
Results and Discussion
Chemistry
Condensation6 of phthalic anhydride (1) with thiosemicarbazide in methanol under reflux, yielded the corresponding
2-aminothiocarbonyl-phthalazine-1,4-dione (2, Scheme l).
The reaction of compound 2 with ethyl chloropropionate
and ethyl chloracetate in the presence of fused sodium
acetate in methanol under reflux led to the formation of
5-oxo-1-thioxo-2,3,4-trihydro-1,2,4-triazapino[1,2-b]phthalazine-6,11-dione (3) and 4-oxo-1-thioxo-2,3-dihydro-1,2, 4-triazino[1,2-b]-phthalazine-5,10-dione (4,
Scheme 1), respectively.
Acetylation7 of compound 4 with acetic ahydride under reflux gave the corresponding 2-acetyl-1-thioxo-4-oxo-2,3-
NH 2NHCSNH
ClCH 2CH 2COOEt
NH
2
N
CH 3OH
O
2
O
O
O
O
O
Compounds 2 and 3
The mass spectra of the compounds 2 (fig. 1) and 3 (fig. 2)
showed intense molecular ion peaks at m/z 221 and m/z
275, consistent with the molecular formula C9H7N3O2S and
C12H9N3O3S, respectively. The molecular ion of compound
2 and 3 fragmented further and involved two pathways
as illustrated in Scheme 2. the molecular ion of m/z 221
fragmented via the pathway A to give peak at m/z 161 by
losing CSNH2 group. The ion of m/z 161 underwent fragmentation produce ion of m/z 147, corresponding to the
molecular ion of phthalamide by losing nitrogen atom. This
NH 2
N
N
CH 3OH
S
O
NH
O
3
S
ClCH 2COOEt
CH 3OH / AcONa
O
O
O
CH-Ar
N
N
O
NH
O
ArCHO
N
pip. / CH 3OH
N
O
S
O
Ac 2O
N
NH
N
S
O
4
8
a, Ar = 2-HO-C 6H 4b, Ar = 5-Br,2-OH-C 6H 3-
Br 2 / AcOH
O
O
N
O
7
N
S
O
5
O
O
O
N
NH
CH 3
N
S
CH 3
Ac 2O / AcONa
Br
N
O
N
O
S
CH 3
O
6
Scheme 1
146
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
.+
O
O
N
N
O
NH
O
S
NH
A
M - CSNH
O
O
m/z 161 (4.10%)
NH 2
S
m/z 221 (14.80%)
M-N
2
O
NH
NH
M - C=NH
S
A
M-N
OH
+
NH
O
O
NH
M - OH
.+
O
O
N
m/z 148 (15.90%)
M - NH
+
M - CH 2CO, NCS
O
O
S
m/z 261 (100%)
4
N+
N
OH
m/z 161 (7.50%)
M - NCO
m/z 119 (1.30%)
M - CO
M-O
.+
N
m/z 103 (4.80%)
M - CO
M - CN
+
m/z 103 (5.90%)
m/z 76 (38.10%)
+
m/z 76 (82.10%)
m/z 77 (18.30%)
M - C 2H 2
+
+
M - CN
M - C 2H 2
.+
M - C 2H 2
+
m/z 50 (21.50%)
m/z 51 (4.00%)
M - C 2H 2
+
m/z 77 (6.66%)
m/z 51 (16.70%)
m/z 50 (60.40%)
Scheme 2. Main fragmentation pathway of compounds 2 and 3
Scheme 3. Main fragmentation pathway of compounds 4, 5, 6
fragmentation led to ion of m/z 132, 104, 76 and m/z 50,
respectively. Accordingly, the same molecular ion of m/z
221 fragmented via the pathway B by a cleavage hydrogen isothiocyanate group to give peak at m/z 162, corresponding to the molecular ion of phthalazine-1,4-dione,
which lost nitrogen atom to give peak at m/z 148. It further
underwent loss of OH, CO, CN and C2H2 to give peaks at
m/z 131, 103, 77 and m/z 51, respectively.
Compound 3
From the study of mass spectra of the compound 3, had
fragmented to give ion of m/z 221, corresponding to the
molecular ion of compound 2 by losing carbon monoxide
and acetylene molecule. The ion of m/z 221 underwent
cleavage via pathway A and B in the same fragmentation
processes which was observed for compound 2.
Subequently, the molecular ion of m/z 261 fragmented
via the pathway B by a cleavage of methylene carbonyl
and isothiocyanate groups (CH2CO, NCS) to give the peak
at m/z 161, which lost thiocyanate (NCO) to give peak at
m/z 119. It further underwent loss of oxygen atom, cyano
group and acetylene molecule to give peaks at m/z 103, 77
and m/z 51, respectively.
The molecular ion peak of compound 5 was observed at m/z
303, corresponding to the molecular formula C13H9N3O4S.
The loss of methylene carbonyl molecule from the molecular
ion peak at m/z 303 gave a base peak at m/z 261 (molecular
ion of compound 4). The molecular ion peak of diacetl derivative (6) was observed at m/z 345, corresponding to the
molecular formula C15H11N3O5S. The loss of methylene carbonyl molecule from the molecular ion peak at 345 gave a
fragment ion of m/z 303, corresponding to the molecular ion
of compound 5.
The fragment ion at m/z 303 underwent fragmentation to
produce a stable peak at m/z 261, corresponding to the molecular ion of compound 4 by losing methylene carbonyl molecule. The stable ion of m/z 261 which has further broken via
similar way of compound 4 (Scheme 3).
Compounds 7 and 8
The mass spectra of compound 7 (Fig. 5) showed an intense molecular ion peak at 339, corresponding to the
molecular formula C11H6N3BrO3S. The M+2 was observed
Compounds 4, 5 and 6
The mass spectra of compounds 4 (Fig. 3), and 6 (Fig. 4)
are fully consistent with the assigned structures. In most
cases, intense molecular ion peak were observed. Thus,
compound 4 showed an intense molecular ion peak at 261,
corresponding to the molecular formula C11H7N3O3S. The
molecular ion of compound 4 (m/z 261) fragmented via the
pathway A to give peak at m/z 188. further it underwent
loss of two group from isocyanate (NCO) and carbon monoxide molecule to give stable peak at m/z 76.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
.+
N
OH
N
m/z 104 (100%)
B
NH
m/z 104 (26.60%)
.+
O
O
O
M - CO
.+
S
.+
O
m/z 131 (5.40%)
CH 3
.+
M - 2 NCO
O
M - CO
M - CH 2CO
O
N
m/z 303 (21.90%)
5
O
m/z 188 (33.40%)
N
m/z 132 (18.00%)
O
O
N
.+
N
O
N
N
M - C 2H 3NS
O
N
O
O
m/z 162 (90.30%)
.+
m/z 147 (8.10%)
S
M - CH 2CO
CH 3
m/z 345 (3.70%)
6
O
B
N
2
O
.+
O
N+
CH
N
O
.+
CH 3
N
M - CO, CH
NH
O
N
m/z 275(20.01%)
3
O
O
147
.+
O
.+
HO
O
N
A
The compounds were tested at 100 µg /mL concentration
and the activity was determined by measuring the zone of
inhibition (Table 2) .
All compounds showed activity against bacteria , while compounds No. 3 and 7 did not exhibit any activity against Staphylococcus Auraes and Streptococcus Penumonia . Also , All
compounds were active against Fungi, except compounds
No. 7 and 8b were non active against Aspergillus Nigaer.
B
N
NH
Br
O
S
m/z 443 (6.20%)
O
HO
O
+
N
.+
N
NH
Br
O
S
m/z 146 (8.70%)
m/z 297 (100%)
M-N
M-N
.+
O
.+
HO
O
O
NH
m/z 132 (4.50%)
S
M - CO
Br
m/z 283 (17.00%)
.+
M - CO, NCS
O
OH
H
m/z 104 (32.80%)
+
M - CO
.+
Br
Experimental
NMR spectra were recorded on a General Electric QE300
instrument and chemical shifts were given with respect to
TMS. IR spectra were recorded on a perkin-Elmer 1420
spectrometer and a Biorad FTS7(KBr). Mass spectra were
recorded on GC/MS with CI (chemical ionization) and a
Hewlett-Packard MS-Engine Thermospray and ionization
by electron impact to 70 eV. The accelerating voltage was
6KV, the the temperature of the ion source was ≅ 200°C
and the emission current ≅ 100 mA.
Microanalyses were conducted using an elemental analyzer 1106. Melting points were determined on MEL.TEMPII
melting point apparatus and uncorrected.
m/z 197 (14.60%)
M - C 2H 2
m/z 76 (28.80%)
M - C 2H 2
.+
Br
OH
M - CO
+
m/z 143 (10.80%)
+
Br
m/z 171 (7.00%)
m/z 50 (31.10%)
Scheme 4. Main fragmentation pathway of compounds 8b
along with the molecular ion peak due to the presence of
isotopes bromine atom in the compound. The formation
of a stable ion m/z 260 could be explained due to loss
of bromine atom from the molecular ion peak (M-Br). The
possible fragmentation pathway of compound 7 was summarized in table 1.
The molecular ion peak of compound 8a and 8b was observed at m/z 365 and m/z 443 (Fig. 6), corresponding to
the molecular formula C18H11N3­O4S and C18H10N3BrO4S.
From study the mass spectra of the compounds 8a, 8b, it
was found that the molecular ion for all these compounds
fragmented further into involved to pathways as illustrated
in Table 1 and Scheme 4.
The molecular ion of compound 8b (m/z 443) fragmented
via the pathway A to give peak at m/z 146, corresponding to the molecular ion radical cation of phthalamide. It
further underwent loss of nitrogen atom, carbon monoxide
and acetylene to give peaks at m/z 132, 104, 76 and m/z
50, respectively.
Accordingly , the same molecular ion of m/z 443 fragmented
via the pathway B by a cleavage phthalamide radical cation
molecule to give the stable fragment ion at m/z 297. The stable fragment ion at m/z 297 underwent fragmentation to produce peaks at m/z 283, 197, 171, 143 and m/z 63 by losing
nitrogen atom, carbon monoxide, isothiocyanate, acetylene,
carbon monoxide and hydrogen bromide, respectively .
Biological activity
Some synthesized compounds were assayed against Gram
positive bacteria (such as Bacillus Subtilis, Streptococcus
Penumonia and Staphylococcus Aureus), Gram negative
bacteria (such as Escherishia Coli and Pesudomonas Sp.)
and Fungi (namely, Aspergillus Nigaer and Penicillium Sp.)
following agar-diffusion technique.13,14
148
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Table 1: EI Mass spectra (70 eV) of compounds 2-8, m/z creative intensity, %)
Pathway A
Comp
2
[C9H7N3O2S]+
221(3.90)
Other ions
-M
m/z
-M
m/z
CSNH2
[C8H5N2O2]+
161(34.80)
[C8H5NO2]+
147(4.10)
[C8H4O2]+
132(8.30)
[C7H4O]+
104(89.60)
[C6H4]+
76(100)
[C4H2]+
50(90.50)
CSNH
[C8H5N2O2]+
162(32.00)
[C8H5N2O2]+
148(3.70)
[C8H5NO]+
131(10.10)
[C7H5N]+
103(79.20)
[C6H5]+
77(28.80)
[C4H3]+
51(17.00)
222(M+1, 1.30), 220(4.50),
203(1.40),163(4.50), 149
(1.30), 146(1.40), 133(3.20)
, 130(3.10), 118(1.20),
117(1.10), 105(15.70),
102(3.40), 92(2.70),
91(19.30), 90(18.40), 78
(2.50), 75(87.0), 74
(31.30), 73(26.60), 63
(7.30), 62(7.20), 61(8.80), 60(50.20), 59(59.10),
58(15.30), 52(9.30)
[C9H7N3O2S]+
221(14.80)
[C8H5N2O2]+
161(4.10)
[C8H5NO2]+
147(8.10)
[C1H4O2]+
132(18.00)
[C9H4O]+
104(100)
[C6H4]+
76(82.10)
[C4H2]+
50(60.40)
CO, C2H2
[C9H7N3O2S]+
221(14.80)
[C8H6N2O2]+
162(90.30)
[C8H6NO2]+
148(15.90)
[C8H5NO]+
131(5.40)
[C7H5N]+
103(4.80)
[C6H5]+
77(18.30)
[C4H3]+
51(16.70)
276(M++), 2.10), 204(7.90)
, 187(2.40), 163(11.50),
133(6.70), 108(3.30), 105
(17.00), 102(3.70), 93
(2.10), 92(2.50), 91(31.10)
, 90(4.70), 78(3.50), 75
(17.80), 74(15.20), 73
(4.20), 62(4.60), 61(8.50), 60(41.80),
59(11.50), 52(8.60).
[C9H4N2O3]+
188(13.80)
[C7H4O]+
104(89.90)
[C6H4]+
76(100)
[C4H2]+
50(79.80)
CH2CO,
NCS
NCO
[C8H5N2O2]+
161(7.30)
[C7H5NO]+
119(11.90)
[C7H5N]+
103(17.00)
[C6H5]+
77(14.70)
[C4H3]+
51(9.60)
230(7.80), 149(9.60),
148(16.50), 120(1.80),
119(7.30), 116(6.40),
105(12.80), 102(6.90),
90(7.30), 75(31.20),
74(40.80), 73(14.70),
64(15.60), 64(4.60),
63(7.30), 61(5.50), 59
(16.50), 53(12.40), 52
(13.80).
[C11H7N3O3S]+
261(100%)
[C8H5N2O2]
161(57.40)
[C7H5NO]
119(13.20)
[C7H5N]+
103(13.20)
[C6H5]+
77(4.30)
[C4H3]
51(6.40)
304(2.30), 262(5.20),
260(58.20), 149(57.40),
147(23.40), 132(34.00),
131(46.80), 130(8.50),
113 (23.40), 112(36.20),
111(44.70), 86(10.60),
84(14.90), 66(12.80),
57(17.00).
[C13H9N3O4S]-+
303(21.90)
[C11H7H3O3S]-+
261(100%)
[C8H5N2O2]-+
161(7.50)
[C7H5NO]-+
119(1.30)
[C7H5N]-+
103(5.90)
[8H5]+
77(6.60)
[C4H3]+
51(4.00)
346(M++`, 25.80),
304(7.40), 302(1.40),
262(12.60), 260(4.00)
217(5.10), 215(5.90),
184(5.60), 187(3.10),
160(1.50), 148(10.60),
146(6.00), 131(1.60),
130(10.60), 118(1.70),
118(1.70), 117(3.80),
105(11.50), 102(4.30),
90(14.40), 75(8.30),
64(5.10), 63(4.10),
59(1.50), 52(1.50).
[C11H5N3O3S]+
259(10.10)
[C9H5N2O2S]+
205(16.80)
[C8H5N2O2]+
161(17.40)
[C8H5NO2]-+
147(24.10)
341(M++2, 13.60),
278(5.20), 261(40.0),
230(13.00), 214(14.8),
187(8.70), 183(13.30),
173(11.30), 162(11.30),
159(2.90), 149(9.90),
148(7.80), 146(4.60),
136(2.60), 134(3.50),
133(3.20), 123(6.70),
122(9.00), 116(7.00),
111(5.20), 98(4.60),
82(29.30), 81(20.40),
80(22.3), 79(23.20)
[C10H7N2O2S]+
219(100)
[C10H7NO2S]-+
205(12.30)
[C8H7O]+
119(49.30)
[C6H5O]+
93(23.50)
[C6H5]+
77(48.00)
[C4H3]+
51(36.70)
366(M++1, 1.30),
364(9.20), 218(52.1),
218(43.20), 188(8.20),
187(1.90), 161(2.30),
160(6.90), 148(12.30),
147(5.20), 133(3.50),
131(2.90), 120(21.20),
118(17.20), 45(28.10),
92(14.50), 91(28.10),
78(44.30), 66(16.70),
65(45.70), 64(29.90),
63(48.40), 54(25.8),
58(25.80), 53(15.90)
[C10H6N2BrO2S]+
297(100)
[C10H6NBrO2S]-+
283(17.00)
[C8H6BrO]+
197(14.60)
[C6H4BrO]+
171(7.00)
[C5H4Br]+
143(10.80)
[C5H3]+
63(33.30)
445(5.20), 328(11.20),
327(1.70), 326(11.40),
315(26.10), 313(25.40),
312(11.70), 310(15.50)
299(11.70), 298(83.90),
296(86.90), 295(98.30),
285(11.60), 284(7.40),
282(9.10), 216(18.80),
214(15.30), 199(22.40),
198(11.40), 189(4.90),
188(23.50), 187(11.70),
173(6.60), 148(15.50),
147(5.90), 145(8.70),
119(13.60), 117(20.60),
105(23.90), 103(13.10),
93(12.30), 91(11.20), 77(15.70),
75(15.70), 69(20.80), 64(10.40),
62(14.00), 59(10.20),
55(13.30), 53(40.70),
51(29.40).
N
NH
CO
CO
C2H2
3
[C12H9N3O3S]+
275(20.01)
CO, C2H2
CSNH2
N
NH
CO
CO
C2H2
4
Pathway B
M+
[C11H7N3O3S]+
261(42.70)
C2H3NS
2NCO
CO
C2H2
N
OH
CO
CN
C2H2
S=C=NH
N
OH
CO
CN
C2H2
O
CN
C2H2
5
[C13H9N3O4S]+
303(6.23)
CH2CO
C2H3NS
2NCO
CO
C2H2
[C11H7N3O3S]+
261(100%)
[C9H4N2O3]
188(2.30)
[C7H4O]+
104(19.10)
[C6H4]-+
76(17.20)
[C4H2]+
50(19.10)
CH2CO
CH2CO,
NCS
NCO
O
CN
C2H2
6
[C15H11N3O5S]-+
345(3.70)
CH2CO
CH2CO
C2H3NS
2NCO
CO
C2H2
7
[C11H6N3BrO3S]+
339(11.9)
-Br
CH=NH
CS
CO
[C13H9N3O4S]-+
303(21.90)
[C11H7H3O3S]-+
261(100)
[C9H4N2O3]-+
1188(33.40)
[C7H4O]-+
104(26.60)
[8H4]-+
76(38.10)
[C4H2]-+
50(21.50)
[C11H6N3O3S]+
260(100)
[C9H4N2O3]+
188(44.10)
[C8H4N2O2]+
60(8.10)
CH2CO
CH2CO
CH2CO,
NCS
NCO
O
CN
C2H2
-HBr
CO, CN
CS
N
8a
[C18H11N3O4S]-+
365(2.30)
C10H7N2O2S
N
CO
CO
C2H2
[C8H4NO2]+
146(18.76)
[C8H4O2]+
132(6.80)
[C7H4O]-+
104(31.20)
[C6H4]-+
76(12.0)
[C4H2]-+
50(14.50)
C8H4NO2
N
CO, NCS
C2H2
O
C2H2
8b
[C18H10N3BrO4S]+
443(6.20)
[C8H4NO2]+
146(5.70)
[C8H4O2]-+
132(4.50)
[C7H4O]-+
104(32.80)
[C6H4]-+
76(28.80)
[C4H2]-+
50(31.10)
C8H4NO2­­­
N
CO, NCS
C2H2
CO
HBr
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
149
Table 2 Antimicrobial activity of some prepared compounds 2-8
( - ) No Clearing Zone
(++) Medium Clearing Zone
( + ) Small Clearing Zone
(+++) Large Clearing Zone
Antimicrobial activity
Comp
No.
2
3
4
7
8b
Antifungal Activity
Gram Negative Bacteria
Penicillium
Sp.
Aspergillus
Nigaer
Pesudomonas Sp.
E.Coli
Staphylococcus
Aureas
Streptococcus
Penumonia
Bacillus
Subtilis
+
++
+
++
++
+++
+
+
-
++
+
++
+++
+
+++
+++
++
+
+++
+
++
++
+
+++
+
+
+
+++
+++
++
+++
+
2-Aminothiocarbonyl-phthalazine-1,4-dione (2)
A mixture of 1 (0.01 mol) and thiosemicarbazide (0.01 mol)
in methanol (50 mL) was heated under reflux for 2 h, then
colled. The solid obtained was filtered off, washed with
methanol, dried and purified by acetic acid to give 2 as
colourless crystals, yield 87%, m.p. 185°C. IR spectrum
(KBr): 3336, 3191 (NH2), 3264 (NH), 1685(C=O), 1622, 1585
(C=C), 1393 (C=S) cm-1. 1H NMR spectrum (DMSO-d6)
δ: 3.92(s, 2H, NH2), 7.36-8.06(m, 4H, ArH), 10.35 (s, 1H,
NH). 13C-NMR (DMSO-d6) δ: 183.27(C=S), 167.87(C=O),
136.72, 132.30, 129.64, 128.65, 128.09(C aryl).
Anal.Calcd for C9H7N3O2S: C, 48.87; H, 3.17; N, 19.00; S,
14.48. Found: C, 48.63; H, 3.09; N, 18.86, S,14.24.
5-Oxo-1-thioxo-2,3,4-trihydro-1,2,4-triazapino[1,2-b]
phthalazine -6,11-dione (3).
4-Oxo-1-thioxo-2,3-dihydro-1,2,4-triazino[1,2-b]-phthalazine-5, 10-dione (4).
A mixture of 2 (0.01 mol), ethyl chloropropionate and ethyl
chloroacetate (0.01 mol) in methanol (50 mL) in presence of
fused sodium acetate (0.03 mol) was heated under reflux
for 4h, then cooled and poured into water. The resulting
solid was filtered off, washed with water, dried and purified
by recrystallization from a suitable solvent to give 3 and 4.
Compound 3 was obtained as colourless crystals, yield
53%, m.p. 200°C. IR spectrum (KBr): 3282(NH), 1728,
1685 (C=O), 1623, 1596, 1533 (C = C), 1389 (C = S) cm1 1
. H NMR spectrum (DMSO-d6) δ: 3.32-3.51(br.m, 4H,
NHCH2CH2CO), 7.23-8.12(m, 4H, ArH), 10.35(s, 1H, NH).
13
C-NMR spectrum (DMSO-d6) δ: 182.33(C=S), 167.86,
165.23(C=O), 136.86, 132.32, 129.68, 128.77, 128.12 (Caryl), 38.6, 40.26 (2XCH2). Anal. Calcd for C12H9N3O3S: C,
52.36; H, 3.27; N, 15.27; S, 11.64. Found: C, 52.07; H,
3.11; N, 15.09; S, 11.36.
Compound 4 was obtained as colourless crystals, yield
67%, m.p. 270°C. IR spectrum (KBr): 3213 (NH), 1720,
1695 (C=O), 1614, 1582 (C=C), 1392 (C=S) cm-1. 1H NMR
spectrum (DMSO-d6) δ: 4.20(s, 2H, NHCH2CO), 7.237.89(m, 4H, ArH), 10.35(s, 1H, NH). 13C-NMR Spectrum
(DMSO-d6) δ: 184.30(C=S), 167.31, 163.70(C=O), 136.62,
132.35, 129.59, 128.71, 128.12(C-aryl), 52.10 (NCH2CO).
Anal. Calcd for C11H7N3O3S: C, 50.57; H, 2.68; N, 16.09; S,
12.26. Found: C, 50.45; H, 2.49; N, 15.83; S, 12.01.
150
Gram Positive Bacteria
2-Acetyl-4-oxo-1-thioxo-2,3-dihydro-1,2,4-triazino[1,2-b]
phthalazine-5,10-dione (5)
A solution of 4 (0.01 mol) in acetic anhydride (25 mL) was
heated under reflux for 2 h, then cooled and poured onto
ice-water. The resulting solid was filtered off, washed with
water, dried and purified by recrystillazation form ethanol
to give 5 as colourless, yield 51%, m.p. 150°C. IR spectrum (KBr): 1720, 1689 (CO), 1610, 1505, 1583 (C=C), 1398
(C=S) cm-1. 1H NMR. Spectrum (DMSO-d6) δ: 2.60(s, 3H,
COCH3), 4.01(s, 2H, NCH2CO), 7.31-7.92 (m, 4H, ArH).
13
C-NMR spectrum (DMSO-d6) δ: 182.81(C=S), 167.32,
165.20(C=O), 135.92, 134.61, 129.21, 127.63, 124.58(Canyl), 53.20(NCH2CO), 26.32(CH3CO). Anal. Calcd for
C13H9N3O4S: C, 51.48; H, 2.97; N, 13.86; S, 10.56. Found :
C, 51.27; H, 2.71; N, 13.63; S, 10.33.
2,3-Diacetyl- 4 -oxo- 1 -thioxo-2,3-dihydro-1,2,4triazino[1,2-b]- phthalazine-5,10-dione (6)
A mixture of 4 (0.01 mol) and fused sodium acetate (0.02
mol) in acetic anhydride (25 mL) was heated under reflux
for 3 h, then cooled and poured into ice-diluted hydrochloric acid, the resulting product was filtered off, washed with
water, dried and purified by recrystallizaiton with ethanol
to give 6 as colourless, yield 62%, m.p. 160 °C. IR spectrum (KBr): 1718-1705 (br. CO), 1689 (C=O), 1612, 1585
(C=C), 1399 (C=S) cm-1. 1H NMR spectrum (DMSO-d6),
δ: 2.30(s, 3H, COCH3), 2.55(s, 3H, COCH3) 7.01(s, 1H,
NCH(CO)2), 7.42-8.01(m, 4H, ArH), 13C-NMR (DMSO-d6),
δ: 187.20(C=S), 167.30, 165.28, 163.38(C=O), 135.92,
134.69, 133.10, 129.13, 127.65, 123.54(C-aryl), 26.48
(CH3), 20.22 (CH3). Anal- Calcd. For C15H11N3O5S: C, 52.17;
H, 3.19; N, 12.17, S, 9.27. Found : C, 51.93; H, 3.02; N,
11.97; S, 9.01.
3- Bromo - 4- oxo - 1- thioxo - 2, 3-dihydro -1, 2, 4- triazino
[1, 2-b] phthalazine -5, 10 - dione (7)
A solution of 4 (0.01 mol) in glacial acetic acid (30 mL). was
added to a solution of bromine (0.01 mol) in glacial acetic
acid (10 mL) with stirring at room temperature for 2h, the
solid obtained was filtered off, washed with water, dried
and purified by recrystallization with ethanol to give 7 as
pale yellow crystals, yield 64%, m.p. 290°C. IR spectrum
(KBr): 3218 (NH), 1738-1705 (br. C=O), 1612, 1582 (C=C),
1397 (C=S) cm-1. 1H NMR spectrum (DMSO-d6), δ: 6.5 (s,
1H, COCHBr), 7.41-8.01(m, 4H, ArH), 10.42 (s, 1H, NH).
13
C-NMR spectrum (DMSO-d6), δ: 183.20(C=S), 167.20,
163.62(C=O), 139.20, 134.78, 131.31, 129.97, 123.38(C-
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
aryl), 53.20(-CHBr). Anal-Calcd for C11H6N3BrO3S : C,
38.93; H, 1.77; N, 12.39; Br, 23.30; S, 9.44. Found : C,
38.67; H, 1.52; N, 12.12; Br, 23.03; S, 9.29.
3-Arylidene - 4- oxo - 1- thioxo - 1, 2, 4- triazino [1, 2-b]
phthal-azine-5,10-dione (8)
A mixture of 4 (0.01 mol), aromatic aldehydes (namely
2-hydroxybenzaldehyde and 5-bromo-2-hydroxylbenzaldehyde, 0.01 mol) and piperidine (1 mL) was fused on a
hot plate at 120-125°C.
The reaction mixture was cooled and acidified with dilute
hydrochloric acid (2 N). The crude product was filtered off,
washed with water, dried and purified by recrystallization
with ethanol to give 8.
3-(2-Hydroxy)benzaldehyde-4-oxo-1-thioxo-1, 2, 4-triazino[1, 2-b]phthalazine-5,10-dione (8a) as yellow crystals,
yield 71%, m.p. 285°C. IR spectrum (KBr): 3192 (NH),
3350-2653 (br.OH), 1719-1695(br. C=O), 1605, 1566 (C=C),
1401 (C=S), 1200, 1115 (C-O) cm-1. 1H NMR(DMSO-d6),
δ: 7.01-8.12(m, 9H, ArH and olefinic proton), 10.32(s, 1H,
NH), 11.43(s, 1H, OH). Anal. Calcd for C18H11N3O4S: C,
59.18; H, 3.01; N, 11.51; S, 8.77. Found: C, 59.02; H, 2.84;
N, 11.37; S, 8.49.
BIBLIOGRAPHY
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
3-(5-Bromo-2-hyaroxy)-benzaladehyde-4-oxo-1-thioxo-1,
2, 4- triazino[1,2-b]phthalazine-5,10-dione (8b) as pale yellow crystals, yield 73%, m.p. 230 °C. IR spectrum (KBr):
3352-2741 (br. OH), 3209 (NH), 1723-1698 (br. C-O), 1617,
1585 (C = C), 1413 (C = S), 1179, 1114 (C – O) cm-1. 1HNMR spectrum (DMSO-d6), δ: 6.98-8.01(m, 8H, ArH and
olefinic proton), 10.36(s, 1H, NH), 11.42(s, 1H, OH). Anal.
Calcd for C18H10N3BrO4S: C, 48.76; H, 2.26; N, 9.48; Br,
17.83; S, 7.22. Found : C, 48.50; H, 2.07; N, 9.22; Br,
17.61; S, 7.01.
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151
Anti-Alzheimer and Anti-cox2 Activities of the
Newly Synthesized 2,3’-Bipyridine Derivatives (I)
Fawzy A. Attabya*, Azza M. Abdel-Fattaha, Labeeb M. Shaifa and Mohamed M. Elsayedb
Chemistry Department, Faculty of Science, Cairo University, Giza 12613, Egypt
b
Research Units, Hi-Care Pharmaceutical Co., Cairo, Egypt
a
Actividades anti-Alzheimer y anti-cox2 de nuevos derivados de síntesis de la 2,3’-bipiridina (I)
Activitats anti-Alzheimer i anti-cox2 de nous derivats de síntesi de la 2,3’-bipiridina (I)
Recibido: 11 de octubre de 2008; aceptado: 19 de noviembre de 2008
Resumen
Se hacen reaccionar las 3-aril-1-piridin-3-ilprop-2-en-1onas 1a,b con 2-cianoetanotioamida (2), rindiendo los
correspondientes 4-aril-6-tioxo-1,6-dihidro-2,3’-bipiridina5-carbonitrilos 6a,b. En el presente estudio, se investiga la
potencialidad sintética de los compuestos 6a,b mediante
sus reacciones con diversos compuestos que contienen
hidrógenos activos 8a-g, con el propósito de sintetizar las
4-aril-6-piridin-3-iltieno[2,3-b]piridin-3-aminas 10a-n vía
los 6-(alquiltio)-4-aril-2,3’-bipiridina-5-carbonitrilos 9a-n.
Se elucidan las estructuras de todos los nuevos compuestos heterocíclicos sintetizados mediante los datos de los
espectros de IR, 1H NMR y masas, así como de los análisis
elementales. Se investigan las actividades anti-Alzheimer
y anti-cox2 de todos los nuevos compuestos heterocíclicos sintetizados.
Palabras clave: 2-Cianoetanotioamida, 3-aril-1-piridin3-ilprop-2-en-1-onas, 6-tioxo-1,6-dihidro-2,3’-bipiridina5-carbonitrilo,
6-piridin-3-iltien[2,3-b]piridin-3-aminas,
6-(alquiltio)-4-aril-2,3’-bipiridina-5-carbonitrilos.
Summary
3-Aryl-1-pyridin-3-ylprop-2-en-1-ones 1a,b reacted with
2-cyanoethanethioamide (2) to afford the corresponding
4-aryl-6-thioxo-1,6-dihydro-2,3’-bipyridine-5-carbonitriles
6a,b. The synthetic potentiality of compounds 6a,b was
investigated in the present study via their reactions with
several active-hydrogen containing compounds 8a-g aiming to synthesize 4-aryl-6-pyridin-3-ylthieno[2,3-b]pyridin3-amines 10a-n via 6-(alkylthio)-4-aryl-2,3’-bipyridine-5carbonitriles 9a-n. The structures of all newly synthesized
heterocyclic compounds were elucidated by considering
the data of IR, 1H NMR, mass spectra as well as that of elemental analyses. Anti-Alzheimer and anti-cox2 activities
for all newly synthesized heterocyclic compounds were
investigated.
Key words: 2-Cyanoethanethioamide, 3-aryl-1-pyridin-3ylprop-2-en-1-ones, 6-thioxo-1,6-dihydro-2,3’-bipyridine-
152
5-carbonitrile, 6-pyridin-3-ylthieno[2,3-b]pyridin-3-amines,
6-(alkylthio)-4-aryl-2,3’-bipyridine-5-carbonitriles.
Resum
Es fa reaccionar les 3-aril-1-piridin-3-ilprop-2-en-1-ones
1a,b amb 2-cianoetantioamida (2), rendint els corresponents 4-aril-6-tioxo-1,6-dihidro-2,3’-bipiridin-5-carbonitrils
6a,b. En el present estudi, s’investiga la potencialitat sintètica dels compostos 6a,b mitjançant les seves reaccions
amb diversos compostos que contenen hidrògens actius
8a-g, amb el propòsit de sintetitzar les 4-aril-6-piridin3-iltien[2,3-b]piridin-3-amines 10a-n via els 6-(alquiltio)4-aril-2,3’-bipiridina-5-carbonitrils 9a-n. S’eluciden les
estructures de tots els nous compostos heterocíclics sintetitzats mitjançant les dades dels espectres d’IR, 1H NMR
i masses, així com dels anàlisis elementals. S’investiguen
les activitats anti-Alzheimer i anti-cox2 de tots els nous
compostos heterocíclics sintetitzats.
Mots clau: 2-Cianoetantioamida, 3-aril-1-piridin-3-ilprop2-en-1-ones, 6-tioxo-1,6-dihidro-2,3’-bipiridina-5-carbonitril, 6-piridin-3-iltieno[2,3-b]piridin-3-amines, 6-(alquiltio)4-aril-2,3’-bipiridina-5-carbonitrils.
INTRODUCTION
In conjunction to our previous recent work1-19 and aiming
to investigate and evaluate the biological activities of the
newly synthesized heterocyclic compounds we interested
here to use 3-Aryl-1-pyridin-3-ylprop-2-en-1-ones as key
compounds to synthesize 2,3’-bipyridine-5-carbonitriles
required for several chemical transformations as well as
our medicinal chemistry programs.
*Corresponding to Prof. Dr. Fawzy A. Attaby,
Fattaby@hotmail.com
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
RESULTS AND DISCUSSION
3-Phenyl-1-pyridin-3-ylprop-2-en-1-one20 (1a) reacted
with 2-cyanoethane-thioamide (2) in absolute ethanol
containing a catalytic amount of piperidine under reflux to afford a reaction product. Such reaction product formed via a Michael addition of -CH2- in 2 on
-CH=CH- of 1a to give the non-isolable products 3a,
4a, 5a followed by cyclisation via dehydration and
dehydrogenation to give 6a. The IR (cm-1) of this reaction product showed the bands of NH (3169.7) and CN
(2220) groups. Its mass spectrum gave m/z = 289.3 (100
%) which corresponding to the molecular weight of the
molecular formula C17H11N3S of the assigned structure
as well as m/z = 256 (12.5 %) which corresponding to
(M+ - SH) (cf. Scheme 1 and Exp. Part).
In a similar manner, 3-(4-methoxyphenyl)-1-pyridin-3ylprop-2-en-1-one (1b) reacted with 2-cyanoethanethioamide (2) under the same above-mentioned experimental
conditions to give the finally isolated 6b via the non-isolable intermediates 3b, 4b and 5b. Chemical structure
of 6b elucidated by considering the data of IR, 1H NMR,
mass spectra as well as that of elemental analyses (cf.
Exp. Part). A further confirmation of 6a,b arose from their
synthesis through other pathway via the reaction of each
of 1a,b and malononitrile (7) in a dispersed sulfur, morpholine and ethanol under reflux 2 hours21. It important to refer
here that 6a,b obtained by the two pathways are identical
in all physical and chemical properties (cf. Exp. Part and
Scheme 1).
The synthetic potentiality of each of 6a,b investigated
through electrophilic substitution reactions using several electrophilc C-species. Thus, it has been found that
1a reacted with ethyl chloroacetate (8a) in stirred methanolic sodium methoxide at room temperature for 15
minutes to give a reaction product. The IR (cm-1) of this
reaction product showed the bands of CN (2220.1) and
CO (1734.6) of the newly introduced COOEt group. Its
1
H NMR (δ ppm) spectrum revealed the signals of –SCH2,
-COOCH2CH3, -COOCH2CH3 protons and this
confirm the good nucleophilicity of S in 6a that facilitate
the electrophilic attack of 8a to afford 9a in very pure state
and in a good yield. Furthermore, 9a structure elucidated
through its cyclisation in ethanolic sodium ethoxide under
reflux for 30 minutes to give a reaction product whose IR
spectrum showed no bands of CN group and instead the
bands of the newly formed NH2 group detected. Also, the
1
H NMR spectrum of this reaction product revealed no signals of –SCH2- protons while that of NH2 detected. Considering the data of both IR and 1H NMR we concluded
that both –SCH2- and CN functional groups in 9a involved
in the cyclisation step to give the finally isolated 10a. A
further confirmation of 10a structure obtained through its
preparation authentically via the reaction of 6a with 8a in
ethanolic sodium ethoxide under reflux for 2 hours (cf.
Exp. Part). Similarly, 6a reacted with each of 8c, e, g in
stirred methanolic sodium methoxide at room temperature
to give the corresponding 2-alkylthio derivatives 9c, e, g
whose structures elucidated by considering the data of IR
and elemental analyses (cf. Exp. Part). Also, 9c, e cyclized
in ethanolic sodium ethoxide under reflux for 30 minutes
and gave the corresponding thieno[2,3-b]pyridine derivatives 10c, e respectively which obtained also via refluxing
of 6a with each of 8c, e in ethanolic sodium ethoxide for
2 hours. Unexpectedly, 9g didn’t undergoes cyclisation reaction under varieties of experimental condition to give the
corresponding thieno[2,3-b]pyridine derivative 10g.
In contrast to the behavior of 6a towards each of 8a, c,
e, g it has been found that 6a reacted with each 8b, d,
f either in stirred methanolic sodium methoxide at room
temperature or under reflux in ethanolic sodium ethoxide
to give the corresponding thieno[2,3-b]pyridine derivatives
10b, d, f respectively whose structures elucidated by considering the data of IR, 1H NMR, mass spectra as well as
that of elemental analyses (cf. Exp. Part and Scheme 2).
It important to report here that all trials aimed to isolate
compounds 9b, d, f failed under varieties of experimental
conditions. The structure of 10d confirmed further via its
preparation through another road by reaction of 6a with
or 3-chloropentan-2,4-dione (8d’) in methanolic sodium
methoxide either under stirring at room temperature or reflux for 2 hours. The reaction seemed to be proceeded via
the intermediates I and II through removal of acetic acid
molecule to give 2-acetyl-3-amino-4-phenyl-6-(3-pyridyl)
thieno[2,3-b]pyridine (10d) (cf. equation 1).
1. 278, 30748 (2003).
Scheme 1
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
In continuation to our effort for investigation the electrophilic substitution reaction along the SH group in each of
6a,b, compound 6b take as a key structure for that goal.
Thus, it has been found that 6b reacted with each of 8a,
b, c, e, f, g in stirred methanolic sodium methoxide for 15
minutes to afford the corresponding 2-alkylthio derivatives
9h, i, j, l, m, n. The structures of these reaction products
elucidated by considering the data of their elemental analyses, IR, 1H NMR (cf. Exp. Part). A further elucidation for
these structures arose from their cyclisation in methanolic
sodium methoxide under reflux for 30 minutes to give the
corresponding thieno[2,3-b]pyridine derivatives 10h, i, j, l,
153
m, n respectively. An authentic sample of each of 10h, i,
j, l, m, n obtained via reflux mixture of 6b and each of 8a,
b, c, e, f, g in ethanolic sodium ethoxide for 2 hours. In
contrast to this behavior 6b reacted with 1-chloroacetone
(8d) or 3-chloropentan-2,4-dione (8d’) either in methanolic
sodium methoxide at room temperature for 15 minutes under stirring or under reflux for 2 hours in ethanolic sodium
ethoxide to give directly the corresponding thieno[2,3-b]
pyridine derivative 10k (cf. Figure 1). The structure of 10n
confirmed further via its preparation authentically through
the hydrolysis of 10h in ethanolic 10% KOH under reflux
(cf. Exp. Part).
Equation 1
Biological Evaluation
Anti-Alzheimer activity
For compounds 2 and 1a,b their relative potency individually is high enough while after their reactions to afford the
corresponding bipyridine-5-carbonitriles 6a,b their relative
potency decreased. Such compounds 6a,b reacted with
several reagents to give compounds 9a, c, e, g, h, I, j, l, m,
n which cyclized to give the corresponding thieno[2,3-b]
pyridines 10a-n.
For series 9 the substituted pyridine derivatives have potent activities where the compounds arranged according
to descending order of activity 9g, 9e, 9a, 9c, 9i, 9l, 9m,
9j, 9n, 9h, 6b, 6a (See Figure 1).
Its worth to mention that as the activity increases both
the pharmacokinetics and pharmacodynamics properties
greatly improved to be directed towards a good bioavailability drug profiles (See Figures 2, 3).
For series 10 where the pyridine is fused to another thiophene all the tested compounds showed moderate potent
activities and the activity in descending order is 10f, 10l,
10b, 10i, 10k, 10j, 10n, 10m, 10h, 10d, 10c, 10a (see figures 4 and 5).
Generally the fusion of the thiophene ring onto the pyridine
derivatives of compounds 9 result in compound 10 that of
less activity than compounds 9 except that in the cases
of 10h, i, l.
Structural Activity Relationship of anti-Alzheimer activity
Generally for compounds 9 we note that the phenyl moiety
provides the highest Anti-Alzheimer activity from phenylp-methoxy. Thus, we can conclude that the p-methoxy
group has no effect. The order of activity of relative poten-
154
cy for S-substition in all compounds 9 with phenyl moiety
is: acid > ketone > ester > amide.
i.e. -S-CH2COOH > -S-CH2COAr > -S-CH2COOEt > -SCH2CONH2
Anti-COX-2 activity
For series 9 the substituted pyridine derivatives have potent activities where the compounds arranged according
to descending order of activity 9h, 9n, 9e, 9i, 9m, 9a, (9c,
6b), 9j, (9l, 9g) (See figure 6).
For series 10 where the pyridine is fused to another thiophene all the tested compounds showed more potent activities and the activity in descending order is 10n, 10f, 10l,
(10k & 10i), (10j & 10b), 10h, 10m. Generally the fusion of
the thiophene ring onto the pyridine derivatives of compounds 9 result in compounds 10 that of higher activity
than compounds 9 (See figure 7).
Structural Activity Relationship for anti-COX2
Generally for compounds 9 the p-methoxyphenyl moiety
provides the highest activity. The attaching of either a
-COOEt or -COOH function to the SCH2 provides the highest activity while the attaching of either -CN or COC6H4-pCl functions provide moderate activity. On the other hand,
compounds 10 the p-methoxyphenyl moiety provides
the highest activity. The attaching of either a -COOEt or
-COOH function to the SCH2 provides the highest activity
while the attaching of either -CN or -COC6H4-p-Cl functions provide moderate activity.
Acute toxicity of both compounds 9 and 10 illustrated by
figures 8 and 9:
Y
Ar
9
z
Ar
10
COOEt
C6H5
a
COOEt
C6H5
a
CONH2
C6H5
c
CN
C6H5
b
COPh
C6H5
e
CONH2
C6H5
c
COOH
C6H5
g
COMe
C6H5
d
COOEt
C6H4-4-OCH3
h
COPh
C6H5
e
CN
C6H4-4-OCH3
i
COPh-p-Cl
C6H5
f
CONH2
C6H4-4-OCH3
j
COOEt
C6H4-4-OCH3
h
COPh
C6H4-4-OCH3
l
CN
C6H4-4-OCH3
i
COPh-p-Cl
C6H4-4-OCH3
m
CONH2
C6H4-4-OCH3
j
COOH
C6H4-4-OCH3
n
COMe
C6H4-4-OCH3
k
COPh
C6H4-4-OCH3
l
COPh-p-Cl
C6H4-4-OCH3
m
COOH
C6H4-4-OCH3
n
R
Y
X
8
H
COOEt
Cl
a
H
CN
Cl
b
H
CONH2
Cl
c
H
COMe
Cl
d
COMe
COMe
Cl
d’
H
COPh
Br
e
H
COPh-p-Cl
Br
f
H
COOH
Cl
g
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
The in vivo pharmacokinatic of series 9
A nti-alzehimer A ctivity relative to F lurbiprofen
C ompounds
Figure 1
9n
9l
9m
9j
9i
9h
Anti-alzehimer Activity relative to Flurbiprofen
n
10
10
l
10
m
k
10
j
10
i
10
h
10
f
10
d
10
c
10
b
10
a
10
6b
6a
n
flu
flu
rb
rb
ip
9n
9l
9m
9j
9i
9h
9g
9e
9c
9a
6b
1b
6a
1a
fe
n
40
20
70
60
50
40
30
20
10
0
ro
fe
80
60
Flurbiprofen
Relative potency to
100
ip
ro
B rain Drug C onc after 4 days { mic roM}
Figure 2
T he in vivo pharmacodynamic of series 9
%alteration in Abet42
9g
Compounds
P las ma Drug C onc after 4 days { mic roM}
R elative potency to Flurbi.profen
0
9e
9c
9a
6b
1b
6a
1a
fe
ro
flu
flu
rb
rb
ip
9n
9l
9m
9j
9i
9h
9g
9e
9c
9a
6b
1b
6a
1a
fe
n
ro
n
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Drug Conc
80
70
60
50
40
30
20
10
0
ip
Relative potency to Flurbiprofen
Scheme 2
C ompounds
% alteration in Plasma A bet42
Compounds
% alteration B rain A beta level2
Relative potency to F lurbi.profen
Figure 3
Figure 4
%alteration in Abet42
The in vivo pharmacodynamic of series 10
100
80
60
% alteration in P lasma Abet42
B rain Durg Conc after 4 days {microM}
m
% alteration B rain Abeta level2
Figure 5
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
10
n
10
l
10
10
j
10
k
10
i
10
h
10
f
10
d
10
c
10
b
10
a
6b
ro
ip
flu
rb
10
10
m
k
10
l
10
10
j
10
i
h
10
10
f
d
10
c
10
b
10
a
10
6b
6a
n
Compounds
Compounds
P lasma Durg Conc after 4 days {microM}
6a
fe
0
n
40
20
n
fe
ro
rb
ip
flu
Drug Conc
The in vivo pharmacokinatic of series 10
700
600
500
400
300
200
100
0
155
E ffect on COX-2
Acute Toxicity of series 9
C ompounds
LD50 mg/kg
Figure 8
EXPERIMENTAL
All melting points were uncorrected. I.R. (KBr discs) spectra were recorded on a Shimadzu FTIR-8201PC Spectrophotometer. 1H-NMR spectra were recorded on a Varian
Mercury 300 MHz., and a Varian Gemini 200 MHz. spectrometers using TMS as an internal standard and CDCl3,
DMSO-d6, and (CD3)2CO as solvents. Chemical shifts were
expressed as δ (ppm) units. Mass spectra were recorded
on Shimadzu GCMS-QP1000EX using an inlet type at 70
eV. The Micro analytical Center of Cairo University performed the microanalyses.
Synthesis of 6a,b (General method):
Method A
A solution of each of 2 (2.6g; 2.6 mmole) and each of 1a,b
(5.43g and 5.8g; 2.6 mmole) in absolute ethanol (30 mL)
containing a catalytic amount of piperidine (0.4 mL) heated
under reflux for 5 hours. The reaction mixture then evaporated, cooled, triturated with ethanol. The products so
formed collected by filtration, washed with cold ethanol,
and then crystallized from the proper solvent to give the
corresponding 6a,b, respectively.
Method B:
A mixture of dispersed sulfur (0.67 g; 1.9 mmole) and morpholine (1.7mL; 1.9 mmole) in 50 mL of ethanol refluxed
for 20 minutes. Add malononitrile (7) (1.3g; 1.9 mmole)
and 1a,b (3.97g and 4.54g; 1.9 mmole) and the mixture refluxed for 2 hours. The mixture cooled to ~ 20 °C, and 10%
HCl added to reach pH 5-6. The precipitates so formed
filtered off and washed with water and cooled ethanol then
crystallized from dioxane to give the corresponding 6a,b
respectively.
4-Phenyl-6-thioxo-1,6-dihydro-2,3’-bipyridine-5-carbonitrile (6a): As orange crystals, yielded by 71%, m.p.
240ºC, IR (ν cm-1): 3169.7 (NH), 3053 (aromatic-CH) and
156
Compounds
LD50 mg/kg
Figure 9
2220 (CN); MS: 289.3 (M+, 100% which corresponding to
the molecular weight of the molecular formula C17H11N3S
of the assigned structure), 287 (M+-2H, 84%); 256 (M+SH, 12.5%); 1H NMR (DMSO-D6) (δppm): 7.225-7.822(m,
5H, Ph, protons), 8.195-9.012 (m, 5H, pyridine H,s) and
14.10 (s, br, 1H, SH); Anal. for C17H11N3S (289) Calcd./
Found (%): C(70.56/70.60), H(3.83/3.90), N(14.52/14.58),
S(11.08/11.16%).
4-(4-Methoxyphenyl)-6-thioxo-1,6-dihydro-2,3’-bipyridine-5-carbonitrile (6b): as orange crystals, yielded by
76%, m.p. 272 ºC; IR (ν cm−1): 3174 (NH), 3020 (aromatic-CH) and 2216 (CN); MS: 319 (M+, 100% which corresponding to the molecular weight of the molecular formula
C18H13N3OS of the assigned structure), 318 (M+-H, 30.6%),
287 (M+-S, 4.6%); 1H NMR (DMSO-D6) (δppm): 3.855 (s,
3H, OCH3), 7.117-7.841(m, 4H, Ar), 8.174-9.221 (m, 5H,
pyridine H,s) and 14.2 (s, br, 1H, SH); Anal, for C18H13N3OS
(319) Calcd./Found(%): C(67.69/67.72), H(4.10/4.14),
N(13.16/13.19), and S (10.04/10.11%).
Synthesis of 9a, c, e, g, h, i, j, l, m, n: (General Procedure): A solution of each of 6a,b (0.29g and 0.32g 1mmole)
and ethyl chloroacetate (8a), chloroacetonitrile (8b), 2-Chloroacetamide (8c), 1-Chloroacetone (8d), 3-chloropentane2,4-dione (8d’), 2-bromo-1-phenyl-ethanone (8e), 2-bromo-1-p-chlorophenylethanone (8f), Chloroacetic acid (8g),
(0.122g, 0.076g, 0.093g, 0.092g, 0.134g, 0.198g, 0.233g
and 0.094g 1 mmole) in sodium methoxide (prepared from
0.14 g of sodium and methanol 25 mL) was stirring at room
temperature for 15 minutes. The formed precipitate was
collected by filtration, washed with water and crystallized
from the proper solvent to give 9a, c, e, g, h, i, j, l, m, n
respectively.
Ethyl
[(5-cyano-4-phenyl-2,3’-bipyridin-6-yl)thio]acetate (9a): as a pale yellow crystals (87%), m.p = 196 °C; IR
υ(cm-1): 3066.2 (C-H, aromatic), 2220.1 (CN), 1734.6 (ester
CO); 1H NMR (DMSO-D6) (δppm): 1.166
(t, 3H, CH2CH3),
2.498 (s, 2H, SCH2), 4.300(q, 2H, CH2CH3), 7.565-7.796(m,
5H, phenyl H,s), 8.070-9.402(m, sH, pyridine H,s); Anal.,
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
10
n
n
10
l
10
j
10
h
10
d
10
10
6b
6a
flu
rb
i
pr
of
en
LD50 mg/kg
9n
9m
9l
9j
9i
9h
9g
9e
9c
9a
6b
1b
6a
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
b
Acute Toxicity of series 10
flu
rb
1a
10
m
Figure 7
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
of
en
10
l
E ffect on COX-2
Figure 6
ip
r
10
k
compounds
Compounds
LD50 mg/kg
10
j
10
i
10
h
flu
rb
ip
ro
9n
9m
9l
9j
9i
9h
9g
9e
9c
9a
6b
flu
rb
ip
ro
f
0
10
f
0,04
0,02
0,006
0,005
0,004
0,003
0,002
0,001
0
10
b
IC 50 microM
0,1
0,08
0,06
fe
n
A nti- C OX -2 activity of series 10
en
IC 50 microM
A nti- C OX -2 a ctivity of s eries 9
for C21H17N3O2S (375), Calcd./Found (%): C(67.18/67.23),
H(4.56/4.61), N(11.19/11.23), S(8.54/8.61%).
2-[(5-Cyano-4-phenyl-2,3’-bipyridin-6-yl)thio]acetamide (9c): as a pale yellow crystals (84%), m.p = 265 °C;
IR υ(cm-1): 3432.3, 3128.1 (NH2), 2215.3 (CN), 1684.4
(CO amide); Anal., for C19H14N4OS (346), Calcd./Found
(%): C(65.88/65.90%), H(4.07/4.11%), N(16.17/16.22%),
S(9.26/9.30%).
6-[(2-Oxo-2-phenylethyl)thio]-4-phenyl-2,3’-bipyridine-5-carbonitrile (9e): as orange crystals (91%); m.p =
210 °C; IR υ(cm-1): 3058.5 (C-H, aromatic), 2213.3 (CN),
1690.6 (CO); Anal. for C25H17N3OS (407), Calcd./Found(%):
C(73.69/73.72), H(4.21/4.26), N(10.31/10.40), S(7.87/7.90%).
[(5-cyano-4-phenyl-2,3’-bipyridin-6-yl)thio]acetic acid
(9g): as orange crystals (80%); m.p = 300 °C; IR υ(cm-1):
2927.5-3387 acid (OH), 3062.5 (CH, aromatic), 2214.5
(CN); Anal. for C19H13N3O2S (347), Calcd./Found (%):
C(65.69/65.73), H(3.77/3.85), N(12.10/1219), S(9.23/9.30).
Ethyl{[5-cyano-4-(4-methoxyphenyl)-2,3’-bipyridin-6yl]thio}acetate (9h): as pale yellow crystals (80%); m.p =
182°C; IR υ(cm-1): 3045 (C-H aromatic), 2214.6 (CN), 1736
(ester CO). 1H NMR (DMSO-D6) (δppm): 2.501 (s, 2H,
-SCH2-), 3.183-3.187 (overlapped, 3H, -CH2CH3), 3.865
(s, 3H, OCH3), 4.285 (overlapped q, 2H, -CH2CH3), 7.792
(m, 4H, Ar-H,s), 8.033-9.395 (m, 5H, pyridine); Anal. for
C22H19N3O3S (405), Calcd./Found (%): C(65.17/65.21),
H(4.72/4.80), N(10.36/10.43), S(7.91/8.00).
6-[(cyanomethyl)thio]-4-(4-methoxyphenyl)-2,3’-bipyridine-5-carbonitrile (9i): as yellow crystals (84%); m.p = 1857 °C; IR υ(cm-1): 3051.4 (C-H aromatic), 2214.9 (CN); Anal.
for C20H14N4OS (358) Calcd./Found (%): C(67.02/67.10),
H(3.94/4.03), N(15.63/15.70), S(8.95/9.06).
2-{[5-cyano-4-(4-methoxyphenyl)-2,3’-bipyridin-6yl]thio}acetamide (9j) : as yellow crystals (84%); m.p =
212 °C; IR υ(cm-1): 3391.7, 3204.4 (NH2), 3079 (C-H aromatic), 2216.9 (CN), 1666.7 (CO); Anal. for C20H16N4O2S
(376) Calcd./Found (%): C(63.81/63.90), H(4.28/4.33),
N(14.88/14.95), S(8.52/8.61).
6-[(2-oxo-2-phenylethyl)thio]-4-(4-methoxyphenyl)2,3’-bipyridine-5-carbonitrile (9l): as orange crystals
(91%); m.p = 182 °C; IR υ(cm-1): 3046.3 (C-H aromatic),
2213.2 (CN); Anal. for C26H19N3O2S (437), Calcd./Found (%):
C(71.38/71.42), H(4.38/4.44), N(9.60/9.64), S(7.33/7.41).
6 - { [ 2 - ( 4 - c h l o ro p h e n y l ) - 2 - o x o e t h y l ] t h i o } - 4 - ( 4 methoxyphenyl)-2,3’-bipyrid- ine-5-carbonitrile (9m): as
yellow crystals (89%); m.p = 225 °C; IR υ(cm-1): 3064 (C-H aromatic), 2206.6 (CN), 1697.4 (CO); Anal. for C26H18ClN3O2S
(471), Calcd./Found (%): C(66.17/66.22), H(3.84/3.90),
Cl(7.51/7.60), N(8.90/9.00), S(6.79/6.85).
{[5-cyano-4-(4-methoxyphenyl)-2,3’-bipyridin-6-yl]
thio}acetic acid (9n): as orange crystals (80%); map = 278
°
C; IR υ(cm-1): 3336.2-3529.4 (acidic OH), 3040.8 (C-H
aromatic), 2209.8 (CN), 1653 (CO); 1H NMR (DMSO-D6)
(δppm): 2.499 (s, 2H, -SCH2-), 3.855 (s, 3H, OCH3), 7.1167.830 (m, 4H, Ar H,s), 8.169-9.217(m, 5H, pyridine H,s) and
14.3 (s, br., 1H, COOH); Anal. for C20H15N3O3S (377) Calcd./
Found (%): C(63.65/63.70), H(4.01/4.10), N(11.13/11.20),
S(8.50/8.58).
The synthesis of 10a-n:
Method A:
A solution of each of 9a, c, e, g, h, i, j, l, m, n (0.38g, 0.35g,
0.41g, 0.35g, 0.41g, 0.36g, 0.38g, 0.44g, 0.47g, and 0.38g
1mmole) in sodium ethoxide solution (prepared from 0.10
g of sodium and 25 mL ethanol) heated under reflux for 30
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
minutes. The solid that formed after cooling, collected by
filtration, washed with water and ethanol then crystallized
from the proper solvent to afford 10a-n respectively.
Method B:
A solution of each of 6a,b (0.29g and 0.32g 1mmole) and
ethyl-chloroacetate (8a), chloroacetonitrile (8b), 2-chloroacetamide (8c), 1-chloro-acetone (8d), 3-chloropentane2,4-dione (8d’), 2-bromo-1-phenylethanone (8e), 2-bromo1-(4-chlorophenyl)ethanone (8f) and chloroacetic acid (8g)
(0.122g, 0.076g, 0.093g, 0.092g, 0.134g, 0.198g, 0.233g and
0.094g 1 mmole) in sodium methoxide (prepared from 0.10g
of sodium and 25 mL ethanol) heated under reflux for 2 hours.
The solid products so formed after cooling, collected by filtration, washed with water and ethanol and dried then crystallized from the proper solvent to afford 10a-n respectively.
Ethyl
3-amino-4-phenyl-6-pyridin-3-ylthieno[2,3-b]
pyridine-2-carboxylate (10a): as yellow crystals crystallized from ethanol (90%); m.p = 180°C; IR υ(cm-1): 3478.5,
3333.3 (NH2), 3057 (C-H aromatic), 1666.9 (CO); 1H NMR
(DMSO-D6) (δppm): 1.052 (t, 3H, CH2CH3), 3.443 (q, 2H,
CH2CH3), 6.469 (s, br. 2H, NH2), 7.483-7.897 (m, 5H, phenyl H,s) and 8.572-9.388 (m, 5H, pyridine H,s); Anal, for
C21H17N3O2S (375), Calcd./Found (%): C(67.18/67.23),
H(4.56/4.61), N(11.19/11.23), S (8.54/8.60).
3-Amino-4-phenyl-6-pyridin-3-ylthieno[2,3-b]pyridine2-carbonitrile (10b): as yellow crystals crystallized from
ethanol (85%); m.p = 274°C; IR υ(cm-1): 3448.6, 3298.2,
3180.7 (NH2), 3052.7(C-H aromatic), 2183.7 (CN); MS (m/z):
328 ( M+, 100% which corresponding to the molecular weight
of the molecular formula C19H12N4S of the assigned structure), 254 (M+-Pyridyl, 17%), 166 (Pyridine-CN, CN-C=C-NH2,
5.3%), 140 (Pyridine, CN-C=C-NH2, 7.0%), 100 (Pyridine-CN,
5.3%) and 66 (CN-C=C-NH2, 10.5%); Anal. for C19H12N4S
(328), Calcd./Found (%): C(69.49/69.52), H(3.68/3.72),
N(17.06/17.12), S(9.76/9.82).
3-Amino-4-phenyl-6-pyridin-3-ylthieno[2,3-b]pyridine2-carboxamide (10c): as orange crystals crystallized from
dioxane (80%); m.p = 225°C; IR υ(cm-1): 3475.7, 3433.1,
3300.1, 3119.6 (NH2 and amidic NH2), 1645.7
(amidic
CO); MS (m/z): 346 (M+, 100% which corresponding the
molecular weight of the molecular formula C19H14N4OS of
the assigned structure), 330 (M+-NH2, 7.5%), 329 (M+-NH2H, 50.7%), 328 (M+-NH2-2H, 11.0%), 300 (M+-CONH22H, 84.9%), 256 (M+-PhCN-NH2, 35.6%), 228 (M+-PhCN-CONH2, 26.0%); Anal. for C19H14N4OS (346), Calcd./
Found (%): C(65.88/65.94), H(4.07/4.11), N(16.17/16.21),
S(9.26/9.31%).
1-(3-Amino-4-phenyl-6-pyridin-3-ylthieno[2,3-b]pyridin-2-yl)ethanone (10d): as orange crystals crystallized
from acetic acid (83%); m.p = 183 °C; IR υ(cm-1): 3485.8,
3310.9 (NH2), 3054.2 (C-H aromatic), 1620.1 (CO); MS
(m/z): 345 (M+, 100% which corresponding to the molecular weight of the molecular formula C20H15N3OS of the assigned structure), 344 (M+-H, 43.4%), 330 (M+-CH3, 56.2%),
302 (M+-COCH3, 36.9%);1H NMR (DMSO-D6) (δppm): 2.398
(s, 3H, COCH3), 6.50 (s, br., 2H, NH2) 7.489-7.921 (m, 5H,
phenyl H,s) and 8.579-9.396 (m, 5H, pyridine H,s); Anal.
for C20H15N3OS (345), Calcd./Found (%): C(69.54/69.62),
H(4.38/4.42), N(12.17/12.22), S(9.28/9.30).
(3-Amino-4-phenyl-6-pyridin-3-ylthieno[2,3-b]pyridin-2-yl)(phenyl)-methanone (10e): as orange crystals
crystallized from dioxane (79%); m.p = 210°C; IR υ(cm-1):
3469.5, 3382.3, 3305.3 (NH2), 3057 (C-H aromatic), 1678.7
(CO); MS (m/z): 407 (M+, 84.3% which corresponding to
the molecular weight of the molecular formula C25H17N3OS
157
of the assigned structure), 406 (M+-H, 100%), 302 (M+COPh, 28.2%), 105 (PhCO, 68.8%); Anal. for C25H17N3OS
(407), Calcd./Found (%): C(73.69/73.75), H(4.21/428),
N(10.31/10.38), S(7.87/7.94).
(3-amino-4-phenyl-6-pyridin-3-ylthieno[2,3-b]pyridin-2yl)(4-chlorophenyl)- ethanone (10f): as yellow crystals
crystallized from dioxane (86%); m.p = 226 °C; IR υ(cm1
): 3461.1, 3284.2 (NH2), 3053.5 (C-H aromatic), 1685.8
(CO); MS (m/z): 442 (M+, 60.6% which corresponding to
the molecular weight of the molecular formula C25H16ClN3OS of the assigned structure), 443 (M+1, 29.9%), 440
(M+-2H, 100%), 301 (M+-COC6H4-p-Cl, 10.3%); Anal. for
C25H16ClN3OS (441.5), Calcd./Found (%): C(67.94/67.99),
H(3.65/3.71), Cl(8.02/8.11), N(9.51/9.59), S(7.26/7.33).
Ethyl
3-amino-4-(4-methoxyphenyl)-6-pyridin-3ylthieno[2,3-b]pyrid-ine-2-carboxylate (10h): as yellow
crystals crystallized from ethanol (88%); m.p = 219 °C;
IR υ(cm-1): 3497.6, 3379.6 (NH2), 3062.1 (C-H aromatic),
1665.1 (CO); MS (m/z): 405 (M+, 100% which corresponding to the molecular weight of the molecular formula
C22H19N3O3S of the assigned structure), 358 (M+-C2H5,
-H, 66.4%), 332 (M+-COOEt, 4.3%), 330 (M+-COOEt,
-2H, 27.6%), 139 (-COC6H4Cl 31%);1H NMR (DMSO-D6)
(δppm): 1.284 (t, 3H, CH2CH3), 3.868 (s, 3H, OCH3), 4.274
(q, 2H, CH2CH3), 5.908 (s, br. 2H, NH2), 7.141-7.484 (m,
4H, Ar H,s) and 8.532-9.359 (m, 5H, pyridine H,s); Anal.
for C22H19N3O3S (405) Calcd./Found (%): C(65.17/65.22),
H(4.72/4.80), N(10.36/10.41), S(7.91/7.99).
3-Amino-4-(4-methoxyphenyl)-6-pyridin-3ylthieno[2,3-b]pyridine-2-carbonitrile (10i): as orange
crystals crystallized from Dioxane (90%); m.p = 210 °C; IR
υ(cm-1): 3460.8, 3382.3, 3296.7 (NH2), 3065.1 (C-H aromatic), 2188.1 (CN); MS (m/z): 358 (M+, 100% which corresponding to the molecular weight of the molecular formula
C20H14N4OS of the assigned structure), 357 (M+-H, 34.6%),
327 (M+-OCH3, 17.4%), 316 (M+-CN-NH2, 5.3%), 313 (M+NH2,-CN,-3H 19%); Anal. for C20H14N4OS (358), Calcd./
Found (%): C(67.02/6711), H(3.94/4.00), N(15.63/15.70),
S(8.95/9.02).
3-Amino-4-(4-methoxyphenyl)-6-pyridin-3ylthieno[2,3-b]pyridine-2-carboxamide (10j): as yellow
crystals crystallized from acetic acid (81%); m.p = 268 °C;
IR υ(cm-1): 3467, 3289 (NH2), 3407, 3126 (NH2), 1656 (CO),;
MS (m/z): 376 (M+, 100% which corresponding to the molecular weight of the molecular formula C20H16N4O2S of the
assigned structure), 360 (M+-NH2, 12%), 358 (M+-NH2, -2H,
80.8%), 332 (M+-CONH2, 5.2%), 330 (M+-CONH2, -2H,
44.3%); Anal. for C20H16N4O2S (376), Calcd./Found (%):
C(63.81/63.90), H(4.28/4.33), N(14.88/1494), S(8.52/8.60).
1-[3-Amino-4-(4-methoxyphenyl)-6-pyridin-3ylthieno[2,3-b]pyridin-2-yl]ethanone (10k): as yellow
crystals crystallized from acetic acid (86%); m.p = 233-6 °C;
IR υ(cm-1): 3445, 3288.2 (NH2), 3033.4 (C-H aromatic), 1620
(CO); MS (m/z): 375 (M+, 100% which corresponding to the
molecular weight of the molecular formula C21H17N3O2S of
the assigned structure), 374 (M+-H, 61.7%), 360 (M+-CH3
40.5%), 332 (M+-COCH3 18.8%); Anal. for C21H17N3O2S
(375), Calcd./Found (%): C(67.18/67.22), H(4.56/4.62),
N(11.19/11.23), S(8.54/8.62).
(3-Amino-4-(4-methoxyphenyl)-6-pyridin-3ylthieno[2,3-b]pyridin-2-yl)(phenyl)methanone (10l): as
orange crystals crystallized from Dioxane (72%); m.p = 206
°
C; IR υ(cm-1): 3481.4, 3301.7 (NH2), 3045.7 (C-H aromatic), 1656.2 (CO); MS (m/z): 437 (M+, 100% which corresponding to the molecular weight of the molecular formula
C26H19N3O2S of the assigned structure), 436 (M+-H, 93%),
158
105 (COPh, 20.9%); Anal. for C26H19N3O2S (437), Calcd./
Found (%): C(71.38//71.42), H(4.38/4.42), N(9.60/9.68),
S(7.33/7.42).
(3-Amino-4-(4-methoxyphenyl)-6-pyridin-3ylthieno[2,3-b]pyridin-2-yl)-(4-chlorophenyl)methanone (10m): as orange crystals crystallized from Dioxane
(90%); m.p = 205 °C; IR υ(cm-1): 3479.6, 3306.8 (NH2),
3040.3 (C-H aromatic), 1654 (CO); MS (m/z): 471 (M+,
100% which corresponding to the molecular weight of the
molecular formula C26H18ClN3O2S of the assigned structure), 473 (M+2, 37.0%), 472 (M+1, 50.3%), 470 (M+-H,
99.2%), 469 (M+-2H, 11.7%), 139 (-COC6H4Cl, 31%); Anal.
for C26H18ClN3O2S (471), Calcd./Found (%): C(66.17/66.22),
H(3.84/3.90), Cl(7.51/7.60), N(8.90/8.98), S(6.79/6.82).
3-Amino-4-(4-methoxyphenyl)-6-pyridin-3ylthieno[2,3-b]pyridine-2-carboxylic acid(10n) as orange
crystals crystallized from acetic acid (71%), m.p = 320 °C;
IR υ(cm-1): 3467.1 (NH2), 3230-3467 (acid OH); MS (m/z):
332 (M+-COOH, 64.5%), 316 (M+-COOH-NH2, 43.5%),
303 (M+-pyridyl, 9.7%), 289 (M+-CO2-CS, 64.5%);1H NMR
(DMSO-D6) (δppm): 3.854 (s, 3H, OCH3), 5.572 (s, br. 2H,
NH2), 7.101-7.686 (m, 4H, Ar H,s), 8.503-9325 (m, 5H, pyridine H,s) and 14.3 (s, br., 1H, COOH); Anal. for C20H15N3O3S
(377), Calcd./Found (%): C(63.65/63.71), H(4.01/4.11),
N(11.13/11.19), S(8.50/8.59).
Materials and methods
1. Aβ42 and Aβ40 assay
Aβ42 and Aβ40 were measured in the culture medium of
H4 cells, a human neuroglioma cell line expressing the
double Swedish mutation (K595N/M596L) of human APP
(APPsw). Cells were seeded onto 24-well plates (2×105
cell well−1) and allowed to grow to confluence for 24h, in
5% CO2/95% air in a humidified atmosphere. Increasing
concentrations (from 3 to 300–400 µM) of the compounds
were added to the cells overnight in a final volume of 0.5
ml. R-flurbiprofen was used as positive control (3–1000
µM). DMSO (1%) was used as negative control. At the end
of the incubation, 100 µl of supernatants were removed
and treated with a biotinylated mouse monoclonal antibody (4G8, Signet Laboratories Inc., Dedham, MA, USA),
specifically recognizing the 17–24 amino acid region of
Aβ and two rabbit polyclonal antibodies (C-term 42 and
C-term 40, BioSource International, Camarillo, CA, USA),
specifically recognizing the C-terminus of Aβ42 and Aβ40,
respectively. Antigen-antibodies complexes were recognized by TAG-donkey anti-rabbit IgG (Jackson Immuno
Research Laboratories, Soham, UK). Streptavidin coated
magnetic beads captured the complexes and the signals
were read by an electrochemiluminescence instrument (Origen M8 Analyzer, BioVeris Corporation, Gaithersburg, MD,
USA). The cytotoxicity potential of test compounds was
assessed in the same cells of the Aβ assay (H4) with the
3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazol-ium
bromide (MTT) assay. MTT is a soluble pale yellow salt that is
reduced by mitochondrial succinate dehydrogenase to form
an insoluble dark blue formazan product to which the cell
membrane is impermeable. The ability of cells to reduce MTT
provides an indication of mitochondria integrity and activity and it may be interpreted as a measure of viability and/
or cell number. After medium removal for of Aβ 42 and Aβ
40 determination, cells were incubated for 3 h with 500µl
culture medium containing 0.5 mg ml−1 MTT, at 37 ºC, 5%
CO2 and saturated humidity. After removal of the medium,
500µl of 100% DMSO were added to each well. The amount
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
of formed formazan was determined reading the samples
at 570 nm (background 630 nm) using a microplater reader
(model 450, Bio-Rad, Hercules, CA, USA).
2. COX-1 and COX-2 assay
The inhibition of the cyclooxygenase activity was estimated measuring PGE2 production from arachidonic acid
according o a modified version of the method22. Recombinant human prostaglandin H2 synthase-1 (PGHS-1) and -2
(PGHS-2) were expressed in transfected Spodoptera frugiperda (Sf-9) cells (Invitrogen, San Diego,CA, USA). The
microsomal fractions were prepared from the transfected
cells and used to assay the enzymatic activities. Briefly, the
enzymes (2g) reconstituted in a buffer (100mMTris–HCl,
pH 8.0) containing 2mM phenol, were preincubated with
vehicle (DMSO) or test compounds in DMSO (1%DMSO
in the final assay) for 20 min at 22ºC. The reaction mixture
was completed with 1M hematin. The reaction was initiated adding arachidonic acid (4 and 2 µ for COX-1 and
COX-2, respectively) and the mixture was incubated for
5 min at 22ºC for COX-1 assay, or for 10 min at 25ºC for
COX-2 assay. For control measurements, arachidonic acid
was omitted from the reaction mixture. The reactions were
stopped by the sequential addition of 1M HCl and 1M TrisHCl (pH 8.0), followed by cooling to 4ºC. The amount of
PGE2 present in the reaction mixture was quantified using
an enzyme-immunoassay.
3. Studies in Tg2576 transgenic mice
Young male and female transgenic mice (Tg2576) expressing the human APP gene with the Swedish double mutation (K670N/M671L) under the transcriptional control of
the hamster prion protein promoter23 were used for the in
vivo studies. Male animals were housed singly in individual
cages while female animals were placed in groups of 3–5
animals per cage. The experiments were performed in accordance with EEC Guidelines (86/609/ECC) for the use of
laboratory animals.
3.1. Study 1
Groups of mole mice 4-5 months, each group composed
of twenty-one male mice of 4–5 months of age were given
by oral gavage vehicle (Kool-Aid 7.5 ml kg−1) or a suspension of each individual compound (100 or 300 mg kg−1
day−1 in Kool-Aid) once daily for 5 days. This vehicle was
selected to replicate that reported with flurbiprofen in similar studies.24-26 On day 5, mice were given a final dose of
100 or 300 mg kg−1 or vehicle and sacrificed 3 h later, as
described below.
3.2 Study 2
Groups of female mice of 5-7 months of age, each group
composed seventeen female mice of 5–7 months of age
were given by oral gavage vehicle (Kool-Aid 7.5 ml kg−1) or
a suspension of individual compound (100 or 300 mg kg−1
day−1 in Kool-Aid) once daily for 4 days. On Day 4, mice
were given a final dose of 100 or 300 mg kg−1 or vehicle
and sacrificed 3 h later, as described below.
3.3 Study 3
Groups of male and female mice of 4–5 months, each
group composed of thirty-three male and female mice
of 4–5 months were given vehicle or tested compounds
or R-flurbiprofen-supplemented chow adlibitum for 4
weeks. There were 11 animals in each treatment group.
R-Flurbiprofen (Sigma, St. Louis, MO, USA) and the tested
compounds were formulated into standard, color-coded,
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
rodent diet by Charles River (Calco, Italy) at a final drug
concentration of 375 ppm. The concentration of the drugs
in the diet was the same as that used for flurbiprofen in
previous studies.27-29
Body weight and food consumption were monitored every
3–4 days.
4. Plasma and brain Aβ measurements
Twenty-four hours before starting treatment, one blood
sample was collected by means of retro-bulbar puncture
for measurement of baseline plasma, Aβ40 and Aβ42 concentrations. On the last day of treatment, mice were sacrificed by decapitation. Blood samples were collected in
EDTA-coated tubes and centrifuged at 800 rpm for 20 min.
to separate plasma. Plasma samples were divided into
two aliquots of approximately 100µl each and stored at
−80 ºC until Aβ and drug assay. The brains were quickly
removed and placed on an ice-cold plate. Cortex and hippocampus were dissected and immediately frozen on dry
ice and stored at −80ºC for Aβ assay. The remaining brain
was immediately frozen on dry ice and stored at −80ºC
for drug level measurements. Plasma was diluted 1:4 for
Aβ42 and 1:20 for Aβ40. For measurement of Aβ, brain
tissue samples were homogenized in 70% formic acid at
1:10 (w/v). Homogenates were agitated at 4ºC for 3 h and
then centrifuged at 15,000×g for 25 min at 4ºC. The supernatants were collected and neutralized with 1M Tris, pH 11
at 1:20 (w/v) dilution with 3 × protease inhibitor mixtures
(Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany). Levels of
Aβ40 and Aβ42 in plasma and in brain homogenate supernatants were measured with commercial ELISA kits (The
Genetics Company, Zurich, Switzerland). The micro-titre
plates were coated with capturing purified monoclonal antibodies specifically recognizing the Cterminus of human
Aβ40 (clone G2-10, reactive to amino acid residues 31–40,
isotype IgG2b, kappa) or Aβ42 (clone G2-13, reactive to
amino acid residues 33–42, isotype IgG1, kappa). As detection antibody, a monoclonal biotin conjugated antibody
recognizing the N-terminus of human Aβ (clone W0-2, reactive to amino acid residues 4–10, isotype IgG2a, kappa)
was used. The assay was linear in the range 25–500 pg
ml−1 and the detection limit was 25 pgml−1.
5. Plasma and brain drug measurements
Drugs levels in plasma and in brain samples were measured by liquid chromatography as previously described.30
Briefly, samples were prepared by adding 300µl acetonitrile
and 40µl phosphoric acid 40% to 100µl plasma or brain
homogenate and placing the mixture in a vortex for 5 s.
Plasma and brain samples were then centrifuged at 14,000
rpm for 5 min and the supernatants (15 and 50 µl, respectively) were injected into the HPLC system. Equipment
systems with fluorescence (Waters 474, Waters, Guyancourt, France) or mass spectrometry (API 2000, Applied
Biosystems, Foster City, CA, USA) detectors were used.
The chromatographic conditions were adapted to each
compound to obtain good peak separation and detection sensitivity. A mixture of ammonium formate (20 mM)
buffer–acetonitrile–methanol was used as mobile phase
for the fluorescence detector. For drugs the assay was linear in the range 20–4000 ng g−1 in the brain and 5–1000
ng ml−1 in plasma with limits of quantitation of 20 ng g−1
in the brain and 5 ng ml−1 in plasma. For drugs, he assay
was linear between 400 and 20,000 ng g−1 in the brain and
100–8500 ng ml−1 in plasma with limits of quantitation of
400 ng g−1 in the brain and 100 ng ml−1 in plasma.
159
BIBLIOGRAPHY
1.
2.
3.
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Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Reactions of 2-Amino-3-cyano-4,5,6,7tetrahydrobenzo[b]thiophene and
6-Amino-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-5cyano-3-methylpyrano[2,3-c]pyrazole
with Arylidenemalononitriles, α,βAcetylenic Esters and Ketones
Ahmed S. A. Youssef
Chemistry Department, Faculty of Science, Ain Shams University, Abbassia, P.O. 11566, Cairo, Egypt.
Reacciones de 2-amino-3-ciano-4,5,6,7-tetrahidrobenzo[b]tiofeno y 6-amino-1,4-dihidro-1,4-difenil5-ciano-3-metilpirano[2,3-c]pirazol con arilidenmalononitrilos, esteres α,β-acetilénicos y cetonas
Reaccions de 2-amino-3-ciano-4,5,6,7-tetrahidrobenzo[b]tiofè i 6-amino-1,4-dihidro-1,4-difenil5-ciano-3-metilpirano[2,3-c]pirazole amb arilidenmalononitrils, èsters α,β-acetilènics i cetones
Recibido: 28 de octubre de 2008; aceptado: 4 de diciembre de 2008
Resumen
La reacción del 2-amino-3-ciano-4,5,6,7-tetrahidrobenzo[b]
tiofeno (1a) con los arilidenmalononitrilos 2a-c da los derivados de benzotieno[2,3-d]pirimidina 3a-c como mezclas
de los isómeros E y Z, así como los isómeros Z-3c y E-3c
en el caso de 2c. Un tratamiento similar del 6-amino-1,4dihidro-1,4-difenil-5-ciano-3-metilpirano[2,3-c]pirazol (4)
con 2b,d rinde los derivados de pirazolopiranopirimidina
5a,b como los estereoisómeros Z y E. El tratamiento de
4 con los esteres acetilénicos y cetonas 6a-d proporciona los derivados de pirano[2,3-c]pirazol Z-(7a-d). Al hacer reaccionar 1a con 6c-e se obtienen los derivados de
aroilmetilenbenzamidobenzo[b]tiofeno 8a-c. Se confirman
las estructuras de todos los productos mediante datos espectroscópicos y microanálisis.
Palabras clave: Derivados de 4,5,6,7-tetrahidrobenzo[b]
tiofeno, derivados de pirano[2,3-c]pirazol, arilidenmalononitrilos, derivados de benzotieno[2,3-d]pirimidina, derivados de etenilaminopirano[2,3-c]pirazol, derivados de
aroilmetilenbenzamidobenzo[b]tiofeno.
Summary
Reactions of 2-amino-3-cyano-4,5,6,7-tetrahydrobenzo[b]
thiophene (1a) with arylidenemalononitriles 2a-c gave the
benzothieno[2,3-d]pyrimidine derivatives 3a-c as E,Zmixtures as well as Z-3c and E-3c isomers in case of 2c.
Similar treatment of 6-amino-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-5cyano-3-methylpyrano[2,3-c]pyrazole (4) with 2b,d yielded
the pyrazolopyranopyrimidine derivatives 5a,b as Z- and
E- steroisomers. Treatment of 4 with acetylenic esters and
ketones 6a-d afforded the ethenylaminopyrano[2,3-c]pyra-
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
zole derivatives Z-(7a-d). Reacting 1a with 6c-e gave the
aroylmethylenebenzamidobenzo[b]thiophene derivatives 8ac. Structures of all products are evidenced by microanalytical
and spectral data.
Key words: 4,5,6,7-Tetrahydrobenzo[b]thiophene derivatives, pyrano[2,3-c]pyrazole derivatives, arylidenemalononitriles, benzothieno[2,3-d]pyrimidine derivatives, ethenylaminopyrano[2,3-c]pyrazole
derivatives,
aroylmethylenebenzamidobenzo[b]thiophene derivatives.
Resum
La reacció del 2-amino-3-ciano-4,5,6,7-tetrahidrobenzo[b]
tiofè (1a) amb els arilidenmalononitrils 2a-c dóna els derivats de benzotieno[2,3-d]pirimidina 3a-c com a barreges dels isòmers E i Z, així com els isòmers Z-3c i E-3c
en el cas de 2c. Un tractament similar del 6-amino-1,4dihidro-1,4-difenil-5-ciano-3-metilpirano[2,3-c]pirazole
(4) amb 2b,d rendeix els derivats de pirazolepiranopirimidina 5a,b com els estereoisòmers Z i E. El tractament
de 4 amb els èsters acetilènics i cetones 6a-d proporciona els derivats de pirano[2,3-c]pirazole Z-(7a-d).
En fer reaccionar 1a amb 6c-e s’obtenen els derivats
d’aroïilmetilenbenzamidobenzo[b]tiofè 8a-c. Es confirmen
les estructures de tots els productes mitjançant dades espectroscòpiques i microanàlisi.
Mots clau: Derivats de 4,5,6,7-tetrahidrobenzo[b]tiofè, derivats de pirano[2,3-c]pirazole, arilidenmalononitrils, derivats de benzotieno[2,3-d]pirimidina, de-
*E-mail: ahmedy84@hotmail.com
161
rivats
d’etenilaminopirano[2,3-c]pirazole,
d’aroïlmetilenbenzamidobenzo[b]tiofè.
derivats
Introduction
It has been reported(1) that the reaction of 2-amino-3-cyano-4, 5,6,7-tetrahydrobenzo [b] thiophene with methyl
β-methoxyacrylate gave benzothienopyridine derivative.
In continuation of our previous studies(2) on 2-amino-3cyano-4, 5,6,7-tetrahydrobenzo[b]thiophene and 6-amino-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-5-cyano-3-methylpyrano
[2,3-c] pyrazole; the present work deals with their reactions with arylidene malononitriles, α , β-acetylenic ester
and ketones . The reported biological activities (3-6) on the
thienopyrimidines and the pyranopyrimidines prompted
the author to study their reactions on the hope of getting
new compounds of anticipated biological activities.
Treatment of 2-amino-3-cyano-4,5,6,7-tetrahydrobenzo
[b] thiophene (1a) with arylidene malononitrile derivatives
2a-c in refluxing n-butanol afforded the benzo thieno [2,3d] pyrimidine derivatives 3a –c as E,Z –mixtures as well
as Z-3 and E-3 isomers in case of 2c . Similar treatment
of 6-amino-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-5-cyano-3-methyl
pyrano [2,3-c] pyrazole (4) with 2b,d gave the pyrazolopyrano pyrimidine derivatives 5a,b as Z-(minor) and E-(major)
stereoisomers , respectively.
The structures of compounds 3 and 5 are substantiated
from their microanalytical and spectral data. Their infared
162
spectra show absorptions characteristic for NH and CN
groups. Moreover, the 1H-NMR specta are in accord with
the proposed structures. Analysis of the observed signals
inferred that each compound of E, Z-3a-c exists as a mixture of E- and Z-steroisomers in ratio of 2:3. Existence of
the two stereoisomers has been evidenced from the location of two signals consistent with olefinic proton for
compounds 3a,c or methyl protons for compound 3b. The
higher ratio of Z-isomers as compared with the E-counterparts could be attributed to the existence of aryl moiety in the less hindered side. Configurational assignments
to Z-3, E-3, Z-5 and E-5 are based on the assumption
that the olefinic or methyl protons of the E-configurated
isomers are more deshielded by the aryl group as well as
the hetero ring as compared with the Z-counterparts. The
EI-MS spectra of compounds 3 and 5 didn’t show the
molecular ion peaks probably due to their ease decomposition in the ionization chamber, but they showed some of
abundant peaks.
The formation of compounds 3 and 5 can be explained
as shown in scheme 1. A nucleophilic attack of the amino group of compound 1a or 4 at one of the two cyano
groups(7) of compounds 2 gave A. Cyclization with the ring
cyano group gave 3 and 5. (Scheme 1)
Treatment of 3a-c with refluxing acetic anhydride on the
hope of getting their N-acetyl derivatives was unsuccessful. However, 2-acetylamino -3-cyano benzo [b] thiophene
1b was the only isolated product in each case.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Scheme 1
The structure of 1b is substantiated spectroscopically and
chemically. The infrared and 1H-NMR spectra are devoid
of any absorptions or signals correlated with aryl groups.
The structure is rigidly confirmed by comparison with an
authentic sample(8) prepared by refluxing 1a with acetic
anhydride.
A rationalization for the conversion of compounds 3a-c
into 1b is presented in scheme2. Protonation by a trace
amount of acetic acid present in acetic anhydride at N1
ring nitrogen followed by ring cleavage gave the arylidene
malononitrile derivatives 2a-c and 1a. Acylation of 1a with
acetic anhydride gave 1b. The suggested mechanism was
supported by detection of the arylidene malononitrile derivatives 2a-c by TLC in the reaction mixtures. (Scheme 2)
Reactions of 6-amino-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-5-cyano3-methylpyrano [2,3-c] pyrazole (4) with acetylenic esters
and ketones 6a-d in refluxing ethanol in presence of a
catalytic amount of triethylamine as a base , gave ethenylamino pyrano [2,3-c] Pyrazole derivatives Z-(7a-d).
(Scheme 3)
However, the treatment of 2–amino -3-cyano – 4,5,6,7-tetrahydro benzo [b] thiophene (1a) with acetylenic ketones
6c-e in refluxing n-butanol in presence of piperidine as
a base, yielded the aroylmethylene benzamido benzo [b]
thiophene derivatives Z-8a-c as keto-enol tautomeric mixtures in ratios of 3:2. (Scheme 4)
Structures of compounds 7 and 8 are substantiated from
their microanalytical and spectral data. Their infrared
spectra exhibit absorptions corresponding to NH, CN and
C=O groups. The 1H-NMR spectra of 7, 8 are in accord
with the proposed structures. The Z-configuration has
been assigned to 7 and 8 is based on the higher δ value
observed for the olefinic proton, as it is more deshielded
by the oxo group in case of 7a as well as the aryl groups in
case of compounds of 7b-d and 8 as compared with the
E-counterpart.
The lower absorption value of CO group is a good evidence
for existence of 7 and 8 as their chelated forms shown. In
chloroform solution the 1H-NMR spectra of compounds 8
show two broad singlet signals for NH and OH protons.
This is in consistence with their existence as amino-imino
dynamic equilibrium in a ratio of 3:2. The down field values of NH and OH protons are in harmony with their existence as their chelated forms shown. The higher ratios of
the amino- tautomers as compared with the imino ones is
due to their thermodynamic stabilities. Further support for
the assigned structures of compounds 7 and 8 is gained
from their mass spectra. Compounds 7a,c and 8a-c reveal the molecular ion peaks beside some of abundant
peaks. However, the molecular ion peaks are missed in
case of compounds 7b,d but they show some of important
peaks.
Conclusion
It is inferred that reactions of amino, cyano benzothiophene and amino, cyano pyranopyrazole derivatives with
arylidene malono- nitriles proceed through attack of amino
group at one of the two cyano groups and not at the β-
Scheme 2
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
163
Scheme 3
Scheme 4
carbon of the α,β-unsaturated system(7,13). On the other
hand their reactions with acetylenic esters and ketons
proceed through attack at the β- carbon of the acetylenic
system(14-16) and not at the carbonyl function.
Experimental
Melting points were measured on an electrothermal melting point apparatus. Elemental analyses were carried out at
the Microanalytical Unit, Cairo University. Infrared spectra
were measured on a unicam SP1200 spectrometer using
KBr Wafer technique. 1H-NMR spectra were measured on
a varian Gemini 200 MHZ instrument with chemical shifts
(δ) expressed in ppm down field from Me4Si. Mass spectra were recorded on a shimadzu GC-MS-QP 1000 EX instrument operating at 70 ev. Column chromatography and
TLC were runned on silica Gel Voeim, activity
/ 30 mm
according to Brockmann & Schodder and TLC aluminium
sheets silica Gel 60 F254 (Merck).
2-Amino-3-Cyano-4, 5,6,7-tetrahydrobenzo [b] thiophene(8)
(1a), 6-amino-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-5-cyano-3-methylpyrano [2,3-c] pyrazole(9) (4) , arylidene malononitriles(10)
2 , acetylenic esters (11) and ketones (12) 6 were prepared
according to literature methods .
Reactions of 1a with Arylidene malononitriles 2a-c
A mixture of 1a (3 mmole) and each of arylidene molononitriles 2a-c (3 mmole) in n-butanol (20 ml) is refluxed for 20
hrs. The reaction mixture is concentrated and left to stand
at room temperature overnight to give a solid. Crystallization from proper solvents gives the title compounds E, Z(3a-c). The n-butanol mother liquor in case of reaction 1a
with 2c was evaporated and chromatographed over silica
gel. Successive elution with Petroleum ether (b.p.60-80)
/ ether (9:1 V/V) afforded E-3c, and then with petroleum
ether (b.p. 60-80 /ether) (1:1 v/v) gave Z-3c.
164
E,Z-3-(4-N,N-Dimethylaminophenyl)-2-(4-amino5,6,7,8-tetrahydro- benzo[b] thieno [2,3-d] pyrimidin-2-y1) propenonitrile (E,Z-3a) , 0.7 g (62% yield)
, m.p. 120-122˚C (light petroleum b.p 40-60˚C). IR:
3447,3329,3207 (NH), 3060 (aryl-H), 2933,2911,2838
(alkyl-H), 2196 (C≡N),1620(C=N) , 1588 , 1522 (C=C) ,
854,765 (δ2-H) cm-1; 1H-NMR (CDCL3) δ: 1.77 (m,4H, 2CH2)
, 2.49 (m,4H, 2CH2),3.08(s, 6H, NMe2 for E-isomer) , 3.14
(s, 6H, NMe2 for Z-isomer) , 4.59 (broad s, NH2 exchangeable), 6.77 (dd, 2H, ArH, Jo-=7.88 Hz , Jm- =2.54 Hz), 7.48
(s, 1H, CH=, for Z- isomer), 7.81 (dd, 2H, ArH, Jo-= 7.26 Hz,
Jm-= 2.64 Hz),8.26(s, 1H, CH=, for E-isomer); MS m/z(%):
375 (M+.,missed),197 (M+. of 2a ,3) , 180 (M+.+ 2 of 1a ,3) ,
178 (M+. of 1a , 41) , 177 (15) , 150 (base) . Anal. Calcd for
C21H21N5S: C, 67.17; H, 5.64; N, 18.65. Found: C, 66.95; H,
5.89; N, 18.86 %.
E,Z-3- (2,5-Dimethoxyphenyl)-2- (4-amino-5,6,7,8-tetrahydrobenzo [b] thieno [2,3-d] pyrimidin-2-yl)-but-2enonitrile (E,Z-3b), 0.8 g (65% yield), m.p. 158-160 Co
(light petroleum b.p. 80-100). IR: 3446, 3329, 3207 (NH),
3030 (aryl-H), 2933, 2911, 2837 (alkyl-H), 2196 (C≡N), 1620
(C=N), 1521 (C=C) cm-1; 1HNMR (CDCL3) δ: 1.74 (m, 4H, 2
CH2), 2.42 (m, 4H, 2 CH2), 2.56 (s, 3H, CH3, for Z- isomer),
2.58 (s, 3H, CH3, for E- isomer), 3.77, 3.82 (two singlets,
6H, 2 OCH3), 4.65 (broad s, NH2 exchageable), 6.73- 7.72
(m, 3H, ArH). Anal. Calcd for C22H22N4O2S: C, 65.00; H,
5.46; N, 13.78. Found: C, 64.79; H, 5.53; N, 13.85 %.
E,Z-3-(4-Chlorophenyl) -2- (4-amino-5,6,7,8-tetrahydrobenzo [b] thieno [2,3-d] pyrimidin-2-yl) propenonitrile
(E,Z-3c), 0.55 g (50 % yield), m.p. 123-125 Co (dilute ethanol). IR: 3440, 3332, 3208 (NH), 3035 (aryl-H), 2929, 2863
(alkyl-H), 2220 (C≡N), 1656 (C=N), 1595, 1560 (C=C), 824
(δ2-H) cm-1; 1HNMR (CDCL3) δ: 1.87 (m, 4H, 2 CH2), 2.71
(m, 4H, 2 CH2), 4.73 (broad s, NH2 exchangeable). For Zisomer: δ 7.44 (dd, 2H, ArH, Jo-= 8.6 Hz, Jm-=1.6 Hz), 7.73
(s, 1H, CH=), 7.86 (dd, 2H, ArH, Jo-= 8.6 Hz, Jm-= 1.86 Hz),
For E- isomer δ: 7.52 (dd, 2H, ArH, Jo-= 8.6 Hz, Jm-=1.8 Hz),
7.88 (dd, 2H, ArH, Jo-= 8.4 Hz, Jm-=1.9 Hz), 8.38 (s, 1H,
CH=); MS m/z (%): 366 (M+., missed), 302 (28), 300 (base),
272 (77), 190 (M+.+2 of 2c, 25), 188 (M+. of 2c, 75), 153 (M+.
of 2c-CL, base), 134 (15), 126 (25), 102 (12), 101 (10), 100
(17), 89 (40), 80 (30), 77 (13), 63 (26), 62 (27), 51 (24), 50
(55). Anal. Calcd for C19H15CLN4S: C, 62.20; H, 4.12; N,
15.27. Found; C, 62,32; H, 4.27; N, 14.99 %.
Z-3-(4Chlorophenyl)-2-(4-amino-5,6,7,8tetrahydrobenzo [b] thieno [2,3-d] pyrimidin-2-yl)
propenonitrile (Z-3c), 0.25 g (23 % yield), m.p. 108-110
Co (light petroleum b.p. 40-60). IR: 3446, 3329, 3207 (NH),
3033 (aryl-H), 2934, 2911, 2837 (alkyl-H), 2196 (C≡N), 1621
(C=N), 1558, 1521 (C=C), 826 (δ2-H) cm-1; 1HNMR (CDCI3) δ:
1.79 (m, 4H, 2 CH2), 2.49 (m, 4H, 2 CH2), 4.62 (broad s,
NH2 exchangeable), 7.52 (dd, 2H, ArH, Jo-= 8.64 Hz, Jm-=
1.96 Hz), 7.74 (s, 1H, CH=), 7.86 (dd, 2H, ArH, Jo-= 8.6 Hz,
Jm-= 1.9 Hz); MS m/z (%): 366 (M+., missed), 190 (M+.+2 of
2c, 28), 188 (M+. of 2c, 76), 180 (M+.+2 of 1a, 2), 178 (M+.
of 1a, 38) 177 (14), 163 (11), 161 (32) 154 (12), 152 (base),
151 (11), 150 (97), 137 (25), 126 (21), 100 (12), 99 (14), 76
(23), 75 (24), 74 (13), 63 (18), 62 (16), 51 (24), 50 (32). Anal.
Calcd for C19H15CIN4S: C, 62.20; H, 4.12; N, 15.27. Found:
C, 61.88; H, 3.92; N, 15.48 %.
E-3-(4-Chlorophenyl)-2-(4-amino-5,6,7,8,-tetrahydrobenzo [b] thieno [2,3-d] pyrimidin-2-yl) propenonitrile
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
(E-3c), 0.18 g (16 % yield), m.p. 140-142 Co (dilute ethanol). IR: 3439, 3342, 3215 (NH), 3093 (aryl-H), 2939,2921,
2863 (alkyl-H), 2220 (C≡N), 1641 (C=N), 1595, 1560 (C=C),
819 (δ2-H) cm-1; 1HNMR (CDCL3) δ: 1.87 (m, 4H, 2 CH2),
2.69 (m, 4H, 2 CH2), 4.75 (broad s, NH2 exchangeable),
7.44 (dd, 2H, ArH, Jo-= 8.6 Hz, Jm-=1.85 Hz), 7.88 (dd, 2H,
ArH, Jo-= 8.6 Hz, Jm-=1.92 Hz), 8.38 (s, 1H, CH=); MS m/z
(%): 366 (M+., missed), 302 (31), 301 (24), 300 (base), 299
(21), 274 (25), 273 (16),272 (78), 271 (11), 89 (38), 77 (15),
76 (10), 75 (13), 63 (25), 58 (11), 51 (15). Anal. Calcd for
C19H15CLN4S: C, 62.20; H, 4.12; N, 15.27. Found: C, 62.48;
H, 4.31; N, 15.42 %.
Reactions of 4 with Arylidine malononitriles 2b,d
A mixture of 4 (3 mmole) and each of arylidene malononitriles 2b,d (3 mmole) in n-butanol (20 ml) is refluxed for
20 hrs. The reaction mixture is concentrated and chromatographed over silica gel. In case of reaction 4 with 2b;
successive elution with petroleum ether (b.p. 60-80 / ether)
(4: 1 v/v) gave E-5a, then with petroleum ether (b.p. 60-80 /
ether) (2:3 v/v) afforded Z-5a. However, in case of reaction
4 with 2d; elution with petroleum ether (b.p. 60-80 / ether)
(9:1 v/v) yielded E-5b, then with petroleum ether (b.p. 6080 / ether) (1:1 v/v) gave Z-5b.
E-3-(2,5-Dimethoxyphenyl)-2-(4-amino-5,8-dihydro5,8-diphenyl-6-methyl pyrazolo [3’,4’ : 2,3 ] pyrano
[2,3-d] pyrimidin-2-yl) but-2-enonitrile (E-5a), 0.6 g (36
% yield), m.p. 125-126 Co (light petroleum b.p. 40-60). IR:
3422, 3326, 3234 (NH), 3062 (aryl-H), 2925, 2847 (alkyl-H),
2212 (C≡N), 1661 (C=N), 1601, 1593 (C=C),756, 693 (δ5-H)
cm-1; 1HNMR (CDCL3) δ: 1.82 (s, 3H, CH3 pyrazolo), 2.29
(s, 3H, CH3), 3.78, 3.82 (two singlets, 6H, 2 OCH3), 4.85
(s, 1H, CH), 5.82 (broad s, NH2 exchangeable), 6.97-7.69
(m, 13H, ArH); MS m/z (%): 556 (M+., missed), 382 (11),
351 (12), 266 (14), 263 (18), 262 (MeC=N-N(Ph)COC=CHPh, 70), 261
(36), 186 (16), 185 (MeC=N-N(Ph)COC=CHPh-Ph, 87), 174 (32), 129
(17), 128 (36), 127 (12), 105 (18), 91 (61), 78 (10), 77 (base),
65 (12), 64 (18), 63 (15), 51 (58), 50 (14). Anal. Calcd for
C33H28N6O3: C, 71.21; H, 5.07; N, 15.09. Found: C, 70.98;
H, 5.26; N, 14.88 %.
Z-3-(2,5-Dimethoxyphenyl)-2-(4-amino-5,8-dihydro5,8-diphenyl-6-methyl pyrazolo[ 3’,4’ : 2,3 ] pyrano
[2,3-d] pyrimidin-2-yl) but-2-enonitrile (Z-5a), 0.5 g (30
% yield), m.p. 137-139 (ethanol). IR: 3404, 3330,3208
(NH), 3045 (aryl-H), 2931, 2839 (alkyl-H), 2216 (C≡N), 1642
(C=N), 1540 (C=C), 744, 673 (δ5-H) cm-1; 1HNMR (CDCL3)
δ: 1.61 (s, 3H, CH3 pyrazolo), 2.17 (s, 3H, CH3), 3.77, 3.82
(two singlets, 6H, 2 OCH3), 4.77 (s, 1H, CH), 5.85 (broad
s, NH2 exchangeable), 6.44-7.37 (m, 13H, ArH); MS m/z
(%): 556 (M+., missed), 448 (M+.-{ph+OCH3}, 78), 418 (29),
417 (40), 351 (44), 333 (57), 332 (93), 167 (14), 166 (21),
165 (41), 154 (23), 139 (45), 124 (33), 104 (24), 92 (31), 91
(base), 77 (52), 76 (14), 67 (20), 66 (26), 65 (31), 64 (17), 63
(13), 55 (49), 51 (71), 50 (18). Anal. Calcd for C33H28N6O3:
C, 71.21; H, 5.07; N, 15.09. Found: C, 71.35; H, 4.98; N,
15.29 %.
E-3-(4-Bromophenyl)-2-(4-amino-5,8-dihydro-5,8diphenyl-6-methyl pyrazolo [3’,4’: 2,3 ] pyrano [2,3-d]
pyrimidin-2-yl) but-2-enonitrile (E-5b), 0.65 g (38 %
yield), m.p. 218-220 Co (petroleum ether b.p. 80-100). IR:
3494, 3389 (NH), 3050 (aryl-H), 2920, 2852 (alkyl-H), 2207
(C≡N), 1608 (C=N), 1578, 1547 (C=C), 827 (δ2-H) 762, 693
(δ5-H) cm-1; 1HNMR (CDCL3) δ: 1.79 (s, 3H, CH3 pyrazolo),
2.30 (s, 3H, CH3), 4.79 (s, 1H, CH), 5.75 (broad s, NH2 exchangeable), 6.59-7.69 (m, 14H, ArH); MS m/z (%): 574
(M+., missed), 354 (M+.- NC-C=C(CH3)C6H4Br-p, 1), 352
(21), 351 (91), 350 (41), 349 (base), 348 (25), 168 (18), 140
(21), 77 (14), 76 (13), 75 (15), 51 (20). Anal. Calcd for C31H-
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
BrN6O: C, 64.70; H, 4.03; N, 14.60. Found: C, 64.85; H,
4.19; N, 14.49 %.
23
Z-3-(4-Bromophenyl)-2-(4-amino-5,8-dihydro-5,8-diphenyl-6-methyl pyrazolo [3’,4’ : 2,3 ] pyrano [2,3-d]
pyrimidin-2-yl) but- 2-enonitrile (Z-5b), 0.4 g (23 % yield)
m.p. 205-207 Co (ethanol). IR: 3395, 3307, 3207 (NH), 3076
(aryl-H), 2954, 2878, 2818 (alkyl-H), 2215 (C≡N), 1650,
1641 (C=N), 1606, 1542 (C=C), 832 (δ 2-H) cm-1; 1 HNMR
(CDCL3) δ: 1.74 (s, 3H, CH3 pyrazole), 2.17 (s, 3H, CH3),
4.72 (s, 1H, CH), 5.81 (broad s, NH2 exchangeable), 6.247.70 (m, 14H, ArH); MS m/z (%): 574 (M+., missed), 497
(M+.-Ph, 1.4), 479 (M+.-{Ph+18}, 2.7), 400 (M+.- {Ph+18+Br},
7.2), 374 (M+.-{Ph+18+Br+CN}, 2), 291 (1.5), 289 (1.5), 287
(15), 286 (base), 285 (19), 284 (96), 116 (13), 102 (11), 91
(18), 77 (22), 76 (13), 75 (12), 51 (26), 50 (12). Anal. Calcd
for C31H23BrN6O: C, 64.70; H, 4.03; N, 14.60. Found: C,
64.52; H, 3.98; N, 14.75 %.
Acetylation of 3a-c
Each of benzothienopyrimidine derivatives 3a-c (0.4 g) is
refluxed in acetic anhydride (15 ml) for 4 hrs. The reaction mixture is cooled and poured into ice cold water to
give 2-acetylamino-3-cyano-4,5,6,7-tetrahydrobenzo [ b ]
thiophene (1b), 0.15- 0.21 g (65-87 % yield), m.p. 208-210
Co (petroleum ether b.p. 60-80 / benzene) (Lit(8). m.p. 215216 Co). IR: 3266, 3219 (NH), 2992, 2926, 2840 (alkyl-H),
2209 (C≡N), 1688 (C=O), 1637, 1551 (C=C) cm-1; 1HNMR
(DMSO-d6) δ: 1.76 (m, 4H, 2CH2), 2.18 (s, 3H, CH3), 2.58
(m, 4H, 2CH2), 11.52 (broad s, NH exchangeable). This
substance is identical in all respects (m.p., mixed m.p. and
TLC) with an authentic sample prepared from reaction of
1a with acetic anhydride.
Reactions of 4 with Acetylenic Esters and Ketones
6a-d
Acetylenic esters 6a,b or ketones 6c,d (2 mmole) each of
them was added to a solution of 4 (2 mmole) in ethanol (20
ml) containing triethylamine (3 drops) and the mixture is
refluxed for 20 hrs. The reaction mixture is concentrated
and left to stand at room temperature overnight to give
a solid. Recrystalization from the proper solvent gave the
title compounds 7a-d.
Z-5-Cyano-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-3-methyl-6-(1,2dicarboethoxy ethenyl amino) pyrano [ 2,3-c] pyrazole
(Z-7a), 0.4 g (40 % yield), m.p. 100-102 Co (light petroleum b.p. 60-80 / benzene). IR: 3434 (broad NH), 2980,
2924, 2871 (alkyl-H), 2214 (C≡N), 1727 (C=O), 1631 (C=N),
1600, 1542 (C=C), 753, 692 (δ5H) cm-1; 1HNMR (DMSO-d6)
δ: 1.20 (m, 6H, 2CH2CH3), 2.08 (S, 3H, CH3), 4.22 (m, 4H,
2CH2CH3), 5.20 (s, 1H, CH), 6.57 (s, 1H, CH=), 7.26-7.43
(m, 10H, ArH), 8.60 (broad s, NH exchangeable); MS m/z
(%): 498 (M+., 1), 453 (M+.-OEt, 8), 425 (M+.-CO2Et,12) 408
(M+.-2OEt, 15), 352 (M+.-2CO2Et, 20), 328 (30), 262 (91),
185 (77), 174 (43), 128 (40), 119 (32), 93 (base), 91 (36),
77 (35). Anal. Calcd for C28H26N4O5: C, 67.46; H, 5.26; N,
11.24. Found: C, 67.29; H, 5.32; N, 11.35 %.
Z-5-Cyano-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-3-methyl-6-(1phenyl-2-carbomethoxyethenyl amino) pyrano [ 2,3c] pyrazole (Z-7b), 0.38 g (39 % yield), m.p. 145-148 Co
(petroleum ether b.p. 80-100). IR: 3340, 3280, 3180 (NH),
3050 (aryl-H), 2960, 2900, 2840 (alkyl-H), 2160 (C≡N), 1720
(C=O), 1650 (C=N), 1590, 1550 (C=C), 760, 690 (δ5H) cm-1;
1
HNMR (DMSO-d6) δ: 1.91 (s, 3H, CH3), 3.93 (s, 3H, OCH3),
4.59 (broad s, NH, exchangeable), 5.10 (s, 1H, CH), 6.48 (s,
1H, CH=), 7.05-7.81 (m, 15H, ArH); MS m/z (%): 488 (M+.,
missed), 460 (25), 459 (22), 458 (52), 457 (M+.-OCH3, 85),
265 (18), 264 (56), 263 (78), 261 (15), 197 (16), 195 (34),
185 (20), 138 (13), 137 (12), 136 (20), 131 (20), 129 (26),
128 (32), 127 (10), 116 (30), 115 (36), 105 (16), 103 (16), 102
165
(12), 101 (14), 89 (12), 77 (54), 75 (16), 64 (12), 59 (base),
51 (26). Anal. Calcd for C30H24N4O3: C, 73.76; H, 4.95; N,
11.47. Found: C, 73.51; H, 5.08; N, 11.69 %.
Z-5-Cyano-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-3-methyl-6-(4chlorobenzoyl- methylene benzamido) pyrano [ 2,3c] pyrazole (Z-7c), 0.5 g (43 % yield), m.p. 142-145 Co
(petroleum ether b.p. 80-100). IR: 3433 (broad NH), 3059
(aryl-H), 2971, 2921, 2857 (alkyl- H), 2205 (C≡N), 1658
(C= O), 1588 (C=N and/ or C=C), 830 (δ2H) cm-1; 1HNMR
(CDCL3) δ: 2.10 (s, 3H, CH3), 5.05 (broad s, NH exchangeable), 5.45 (s, 1H, CH), 6.45 (s, 1H, CH=), 7.19-7.85 (m,
19H, ArH); MS m/z (%): 570 (M+.+2, 0.2), 568 (M+., 0.5),
459 (M+.+2-C6H4CL-p, 0.9), 457 (M+.- C6H4CL-p, 1.5), 263
(22), 246 (13), 219 (52), 139 (COC6H4CL-P, 32), 119 (19), 91
(base), 77 (30). Anal. Calcd for C35H25CLN4O2: C, 73.87; H,
4.43; N, 9.84. Found: C, 73.95; H, 4.64; N, 9.72 %.
Z-5-Cyano-1,4-dihydro-1,4-diphenyl-3-methyl-6-(4methoxybenzoyl- methylene benzamido) pyrano [ 2,3c] pyrazole (Z-7d), 0.3 g (26 % yield), m.p. 158-160 Co
(petroleum ether b.p. 60-80 / benzene). IR: 3446, 3358,
3246 (NH), 3060 (aryl-H), 2934, 2839 (alkyl-H), 2214 (C≡N),
1645 (C=O), 1610 (C=N), 1574, 1515 (C=C), 832 (δ2H), 764,
696 (δ5H) cm-1; 1HNMR (CDCL3) δ: 1.56 (s, 3H, CH3), 3.87 (s,
3H, OCH3), 4.76 (broad s, NH exchangeable), 5.37 (s, 1H,
CH), 6.87 (s, 1H, CH=), 7.02 (dd, 2H, ArH, Jo-= 8.8 Hz, Jm-=
2.0 Hz), 7.36-7.61 (m, 15H, ArH), 7.55 (dd, 2H, ArH, Jo-=
8.8 Hz, Jm-= 2.4 Hz); MS m/z (%): 564 (M+., missed), 327
(M+.- C6H5C=CHCOC6H4OMe-p, 3), 326 (21), 325 (base),
324 (14), 310 (12), 255 (19). Anal. Calcd for C36H28N4O3:
C, 76.58; H, 4.99; N, 9.92. Found: C, 76.70; H, 4.66; N,
10.15 %.
Reactions of 2-amino-3-cyanobenzo [b] thiophene (1a)
with acetylenic ketones 6c-e
A mixture of 1a (3 mmole), each of 6c-e (3 mmole) and
few drops of piperidine was refluxed in n- butanol (15 ml)
for 20 hrs. The reaction mixture is concentrated and allowed to stand at room temperature overnight to give a
semisolid material. Trituration with methanol gave solid.
Recrystallization from ethanol afforded 0.1-0.2 g recovered unchanged 1a. On leaving the mother liquor at room
temperature overnight afforded solid. Recrystallization
from proper solvent gave 8a-c.
3-cyano-2-(4-chlorobenzoylmethylenebenzamido4,5,6,7-tetrahydro- benzo [b] thiophene (8a) as aminoimino tautomer, 0.4 g (32 % yield), m.p. 181-183 Co
(petroleum ether b.p. 80-100). IR: 3445 (broad NH, 3059
(aryl-H), 2940, 2837 (alkyl-H), 2205 (C≡N), 1645 (C=O),
1584, 1519 (C=N and / or C=C), 845 (δ2H), 779, 695 (δ5H)
cm-1; 1HNMR (CDCL3) δ: 1.75 (m, 4H, 2 CH2), 2.48 (m,
4H, 2 CH2), 4.76 (broad s, NH exchangeable for aminotautomer), 6.11 (s, 1H, CH=), 7.36-7.94 (m, 9H, ArH), 13.67
(broad s, OH exchangeable for imino- tautomer); MS m/z
(%): 420 (M+.+2, 10), 418 (M+., 22), 279 (M+.-COC6H4CL-p,
17), 141 (27), 139 (COC6H4CL-p, base), 138 (15), 111 (28),
77 (11). Anal. Calcd for C24H19CIN2OS: C, 68.81; H, 4.57; N,
6.69. Found: C, 68.65; H, 4.71; N, 6.52 %.
2.28 (broad s, 4H, 2CH2), 3.66 (s, 3H, OCH3), 4.49 (broad s,
NH exchangeable for amino-tautomer), 5.93 (s, 1H, CH=),
6.70-7.78 (m, 9H, ArH), 13.45 (broad s, OH exchangeable
for imino-tautomer); MS m/z (%): 416 (M+.+2, 8), 414 (M+.,
30), 415 (20), 135 (COC6H4OMe-p, base), 77 (15). Anal.
Calcd for C25H22N2O2S: C, 72.44; H, 5.35; N, 6.76. Found:
C, 72.61; H, 5.12; N, 6.92 %.
3-Cyano-2-(benzoylmethylenebenzamido)-4,5,6,7tetrahydrobenzo [b] thiophene (8c) as amino-imino
tautomer, 0.5 g (43 % yield), m.p. 201-203 Co (methanol / benzene). IR: 3448 (broad NH), 3062 (aryl-H), 2922,
2840 (alkyl-H), 2203 (C≡N), 1654 (C=O), 1611, 1591, 1569
(C=N and / or C=C), 769, 694 (δ5H) cm-1; 1HNMR (CDCL3)
δ: 1.61 (m, 4H, 2CH2), 2.27 (m, 4H, 2CH2), 4.58 (broad s,
NH exchangeable for amino-tautomer), 5.97 (s, 1H, CH=),
7.05-7.79 (m, 10H, ArH), 13.46 (broad s , OH exchangeable for imino-tautomer); MS m/z (%): 386 (M+.+2, 4), 385
(52), 384 (M+., 25), 383 (11), 356 (10), 282 (14), 281 (10), 280
(14), 279 (17), 105 (COC6H5, base), 77 (41). Anal. Calcd for
C24H20N2OS: C, 74.97; H, 5.24; N, 7.29. found:C, 74.62; H,
4.99; N, 7.46 %.
BIBLIOGRAPHY
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
3-Cyano-2-(4-methoxybenzoylmethylenebenzamido)4,5,6,7-tetra- hydrobenzo[b] thiophene (8b) as amino-imino tautomer, 0.3 g (24 % yield), m.p. 188-190 Co (methanol / benzene). IR: 3432, 3335, 3218 NH, 2937, 2903, 2837
(alkyl-H), 2196 (C≡N), 1620 (C=O), 1590, 1519 (C=N and /
or C=C) cm-1; 1HNMR (CDCL3) δ: 1.57 (broad s, 4H, 2CH2),
166
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Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Synthesis, antimicrobial activity and
Electron Impact of Mass Spectra of
Phthalazine-1,4-dione Derivatives
S.S.EL-Sakka*, A.H. Soliman, and A.M. Imam
Chemistry Department, Faculty of Science, Suez Canal University, Ismailia, Egypt
*
Chemistry Department, Faculty of Science, Suez Canal University, Suez, Egypt.
Síntesis, actividad antimicrobiana y espectros de masas de impacto
electrónico de derivados de ftalazina-1,4-diona
Síntesi, activitat antimicrobiana i espectres de masses d’impacte
electrònic de derivats de ftalazina-1,4-diona
Recibido: 13 de noviembre de 2008 ; aceptado: 12 de enero de 2009
Resumen
Resum
Las reacciones de la 3-aminotiocarbonilftalazina-1,4-diona
(2) con aldehídos aromáticos, cloruro de benzoílo, benzoína y ω-bromometilarilcetonas rinden las correspondientes
3-(amina substituida)tiocarbonilftalazina-1,4-dionas (3,
8 y 9) y 4-aril-1-tioxo-1,2,4-triazino[1,2-b]ftalazina-5,10dionas (7). La acilación de 3b con anhídrido acético da
el correspondiente derivado diacetilado (4). Se registran
también los espectros de masas de las dos series de compuestos anteriores y se discute su patrón de fragmentación.
Les reaccions de la 3-aminotiocarbonilftalazina-1,4-diona
(2) amb aldehids aromàtics, clorur de benzoïl, benzoina
i ω-bromometilarilcetones rendeixen les corresponents
3-(amina substituïda)tiocarbonilftalazina-1,4-diones (3, 8 i
9) i 4-aril-1-tioxo-1,2,4-triazina[1,2-b]ftalazina-5,10-diones
(7). L’acilació de 3b amb anhídrid acètic dóna el corresponent derivat diacetilat (4). Es registren també els espectres
de masses de les dues sèries de compostos anteriors i es
discuteix el seu patró de fragmentació.
Palabras clave: Ftalazinona, impacto electrónico, actividad antimicrobiana.
Abstract
Reactions of 3-aminothiocarbonylphthalazine-1,4-dione
(2) with aromatic aldehydes, benzoyl chloride, benzoin
and ω-bromomethylarylketones yielded the corresponding 3-(substituted amino)thiocarbonylphthalazine-1,4-diones (3, 8, and 9) and 4-aryl-1-thioxo-1,2,4-triazino[1,2b] phthalazine-5,10-diones (7). Acylation of 3b with acetic
anhydride gave the corresponding diacetyl derivative (4).
The electron impact mass spectra of both the above series of compounds have also been recorded and their
fragmentation pattern is discussed.
Key words: Phthalazinone, electron impact, antimicrobial activity.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Mots clau: Ftalazinona, impacte electrònic, activitat antimicrobiana.
Introduction
Phthalazinone derivatives constitute an important class
of hetero-cycles in medicinal chemistry because many
derivatives have been identified as molecules which may
interact with a broad range of biological targets1-4. In course of investigations, involving phthalic anhydride and thiosemicarbazide, it was found that 2-aminothiocarbonylphthalazine-1,4-dione (2) is converted into 2-substituted
aminothio-carbonyl-phthalazine-1,4-diones (3, 4, 8 and 9)
and substituted triazino- [1,2-b]-phthalazine-5,10-dione
(7) by the action of aromatic aldehydes, benzoyl chloride,
benzoin and ω-bromomethyl ketones under different conditions. The electron impact (EI) mass spectral fragmentation patterns of some synthesized phthalazinone derivatives are described.
167
Results and Discussions
The molecular ion of compound 2 (Scheme 2) underwent
fragmentation to produce peak at m/z 161 by losing
CSNH2 group.
Chemistry
2-Aminothiocarbonyl-phthalazine-1,4-dione (2) was prepared via the reaction of phthalic anhydride with thiosemicarbazide under reflux in methanol. Condensation5 of
compound 2 with aromatic aldehydes (such as 2-hydroxybenzaldehyde and 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde) under reflux in acetic acid gave the corresponding 2-[(arylethylidene)amino]thiocarbnyl-phthalazine-1,4-diones
(3a,b; Scheme 1).
Acylation6 of compound 3b with acetic anhydride under
reflux led to the formation of 2-[(2-acetoxy-5-bromophenylethylidene)amino]thiocarbon-yl-3-acetyl-Phthalazine1,4-dione (4).
Bromination7 of 2-(o-hydroxyphenylethylidene)aminothiocarbon-yl-phthalazine-1,4-dione 3a with one mole bromine in glacial acetic acid at room temperature, followed by
cyclization with removal hydrogen bromide led to the formation of 3-(o-hydroxyphenyl)-1-thioxo-1,2,4-triazolo[1,2b]-phthalzine-4,9-dione (5).
Treatment of 2-aminothiocarbonyl-phthalzine-1,4-dione 2
with ω-bromo-methylarylketones (such as 4-methylphenacyl bromide and 4-chloro-phenacyl bromide) in methanol
in presence of fused sodium acetate8 gave the corresponding 4-aryl-1-thioxo-1,2,4-triazino[1,2-b]-phthalazine-5,
10-diones (7a, b), which does not give the expected structure of 2-(5\-aryl-thiazol-2\-yl)-phthalazine-1,4-diones (6a,
b; Scheme 1).
2-(Benzoylamino)thiocarbonyl-3-benzoyl-phthalazine-1,4dione (8) was synthesized by a benzoylation of the 2-aminothiocarbonyl-phthalazine-1,4-dione 2 with two mole
from the benzoyl chloride under reflux in acetic acid.
Condensation of compound 2 with benzoin under reflux
in acetic acid formed the 2-[(1\-hydroxy-1\, 2\-diphenylethene-2\-yl)amino]- thiocarboyl-phthalzine-1,4-dione (9,
Scheme 1).
The loss of N=NH group from the ion with m/z 161 resulted
in an ion at m/z 132. The ion at m/z 132 underwent loss
of CO to give a stable peak at m/z 104. the base ion of
m/z 104 underwent loss of CO and C2H2 molecules to give
peaks at m/z 76 and m/z 50, respectively.
Also, the ion of m/z 221 underwent loss of S=C=NH group
to give peak at m/z 162, corresponding to phthalazine-1,4dione molecule. The loss of O2 and HCN molecule from the
ion with m/z 162 resulted in an ion at m/z 103. The ion at
m/z 103 underwent loss of CN and C2H2 to give peaks at
m/z 77 and m/z 51, respectively.
O
M - CSNH
O
N
N
N
O
N
CH
OCOCH
S
4
Br 2/AcOH
NH
Br
3
3
a, C 6H 4-OH-2
N
N
N
O
1
2
OH O
Ph-CH-C-Ph
O
HO
NH
S
N
Ph
8
O
NHCOPh
Scheme 1
168
Ar
N
S
.+
.+
N
O
m/z 103(12.50%)
m/z 104(100%)
M - CN
M - CO
.+
+
m/z 77(20.00%)
m/z 76(67.90%)
M - C 2H 2
.+
M - C 2H 2
+
m/z 51(15.70%)
m/z 50(52.30%)
Ar
N
Ph
N
N
O
O
O
Ph
M - HCN
M - CO
N
S
6
C 6H 5COCl
ACOH
AcOH
NH
9
O
S
O
O
NH 2
m/z 130(7.60%)
m/z 132(21.10%)
OH
N
MEOH/AcONa
N
.+
N
O
O
ArCOCH 2Br
NH
M-O2
.+
O
NH
2
OH
m/z 162(68.90%)
M - N=NH
5
O
H 2NNH-C-NH
O
N
O
S
ArCHO / AcOH
S
.+
OH
N
m/z 161(4.80%)
b, C 6H 3-OH(Br): 2,5
O
O
S
m/z 221 (13.70%)
Scheme 2. Mass Fragmentation pattern of compound 2
O
S
NH
NH 2
N
N=CHAr
O
M-C
NH
N+
O
O
Ac 2O
CH 3
N
O
Mass Spectrometry
As a part of structural investigation9-11, mass spectra of
five compounds 2, 3a, 3b, 4, 7a, 7b and 9 belonging to
this series were recorded and all the spectra showed characteristic common fragmentation pathways, as shown in
Schemes 2,
The mass spectrum of compound 2 (Figure 1) showed an
intense molecular ion peak at m/z 221, corresponding to
the molecular formula C9H7N3O2S.
O
S
NH
2
7
O
NH
S
a, Ar = C 6H 4-CH 3-P
b, Ar = C 6H 4-Cl-P
The mass spectra of compounds 3a,.b (Figure 2) are fully consistent with the assigned structures. In most cases,
intense molecular ion peaks were observed. Thus, compound 3a, b showed intense molecular ion peaks at m/z
325 and 403, consistent with the molecular formula C16HN O S and C16H10N3BrO3S, respectively.
11 3 3
The molecular ion of compounds 3a and 3b (Scheme 3)
underwent fragmentation with rearrangement to produce
peaks at m/z 195 and m/z 273, corresponding to the molecular ion of 5-substituted-2-hydroxy- benzaldehyde-thiosemicarbazone. It further underwent loss of NH3 and NCS
to give peaks at m/z 178, 256 and 120, 198, respectively.
The molecular ions of compounds 3a and 3b were also
found to undergo fragmentation to produce the ion of m/z
130. the ion of m/z 130 broke to give an ion at m/z 74
which lost two molecule from carbon monoxide.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
From the mass spectrum of compound 4 (Figure 3), it was
concluded that the molecular ion was at m/z 487. The ion
of m/z 487 underwent fragmentation with rearrangement
to produce peaks at m/z 357, corresponding to the molecular ion of 1-acetyl-4-(5-bromo-2- acetoxy)benzaldehyde-thiosemicarbazone.
N
A
R
NH
N
.+
S
CH=N-C-NHNH
S
B
R
M- C 8H 5NO 2
S
N
N
N
.+
NH
N
N
O
O
a, R= CH 3; m/z 290(89.40%)
b, R=Cl; m/z 310(60.90%)
m/z 147(59.20%)
R
a, R= CH 3; m/z 188(29.40%)
b, R=Cl; m/z 208(16.20%)
M- C 8H 5NO 2
+
.+
O
M- CN
M- NH
.+
O
+
CH=N-C=S
N
O
N
m/z 132(19.20%)
R
a, R= CH 3; m/z 143(34.50%)
b, R=Cl; m/z 163(24.40%)
R
a, R= CH 3; m/z 162(16.10%)
b, R=Cl; m/z 182(3.30%)
.+
O
M- CHS
M- N 2
C
M- CO
C
CN
+
.+
M- CO
R
R
a, R= CH 3; m/z 115(48.60%)
b, R=Cl; m/z 135(2.01%)
m/z 104(55.20%)
a, R= CH 3; m/z 117(27.80%)
b, R=Cl; m/z 137(8.50%)
b M- R
M- C 2
.+
m/z 76(100%)
CN
+
M- C 2H 2
.+
+
m/z 102(16.30%)
R
M- HCN
a, R= CH 3; m/z 91(67.80%)
b, R=Cl; m/z 111(14.40%)
m/z 50(57.60%)
+
Scheme 4. Mass fragmentation pattern of compound 7a and 7b
HO
a, R = H; m/z 325(11.20%)
b, R = Br; m/z 403(9.23%)
O
.+
2
R
O
a, R = H; m/z 195(100%)
b, R = Br; m/z 273(79.70%)
m/z 130(1.20%)
M - CO
3
CH=N-NCS
C
O
S
a, R= CH 3; m/z 335(100%)
b, R=Cl; m/z 355(88.30%)
m/z 75(36.50%)
N=CH
OH
M - NH
M- C 10H 8N 2S
NH
.+
O
O
R
N
M- CHS
O
It further underwent loss of two molecule from CH2CO
to give peaks at m/z 315 and m/z 273, respectively. The
fragment ion of m/z 273 further broke via pathway similar to fragmentation of m/z 273, which produced from the
fragmentation of compound 3b (Scheme 3). Base peaks
at m/z 195 and 76, found in the MS of compounds 3a and
4, corresponding to the 4-(2-hydroxy)-benzaldehyde-thiosemicarbazone and benzyne ions, while the base peak of
compound 3b at m/z 60.
The mass spectra of the triazino[1,2-b]-phthalazine-5,10diones 7a, b (Figure 4) showed intense molecular ion
peaks at m/z 335 and m/z 355, consistent with the molecular formula C18H13N3O2S and C17H10N3ClO2S, respectively. The M+2 of compound 7b was observed along with
the molecular ion peak due to the presence of isotopes
chlorine atom present in the compound. The molecular ion
of compound 7a and 7b fragmented further and involved
three pathways as illustrated in Scheme 4.
The molecular ion of m/z 335 and m/z 355 fragment via the
pathway A give peak at m/z 290 and m/z 310 by lossing
thioformyl group (CHS). The ions of m/z 290 and m/z 310
underwent fragmentation produce ions of m/z 143 and m/z
163 by losing phthalamide radical cation molecule. This
fragmentation led to ions of m/z 115, 135 and ions of m/z
91, 111 respectively. Accordingly, the same molecular ion
.+
O
.+
.+
OH
O
R
a, R = H; m/z 178(15.30%)
b, R = Br; m/z 256(11.30%)
m/z 102(100%)
M - CO
.+
M - NCS
.
CH=N +
OH
m/z 74(22.40%)
M-C2
R
.+
a, R = H; m/z 120(58.90%)
b, R = Br; m/z 198(32.00%)
M - HCN
m/z 50(36.50%)
OH
+
R
a, R = H; m/z 93(15.10%)
b, R = Br; m/z 171(29.03%)
Scheme 3. Mass fragmentation pattern of compounds 3a and 3b
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
of m/z 335 and m/z 355 fragmented via pathway B by a
cleavage phthalamide molecule to give the peak at m/z
188 and m/z 208 which lost cyano group to give the peak
at m/z 162 and m/z 182, respectively. It further underwent
loss of CHS and CH3 or Cl to give peaks at m/z 117, 137
and m/z 102, respectively.
Subsequently, the molecular ion of compound 7a and 7b
at m/z 335, m/z 355 fragmented via the pathway C by a
cleavage of 4-(P-substituted phenyl)-imidazolidin-2-thione
radical cation, to give peak at m/z 147, corresponding to
the molecular ion radical of phthalamide.
It further underwent loss of two molecule from carbon monoxide to give the base ion peak at m/z 76. The molecular
ion of compound 7a is the base peak, while the base peak
of compound 7b is m/z 76.
The mass spectrum of compound 9 (Figure 5) showed an
intense molecular ion peak at m/z 415, corresponding to
the molecular formula C23H17N3O3S. The molecular ion of
9 (Scheme 5) underwent fragmentation to produce a peak
at m/z 254 by losing phthalazine-1,4-dione cation radical.
The loss of H2O and NCS groups from the ion with m/z
254 resulted in an stable fragment ion at m/z 178. The ion
of m/z 178 underwent loss of phenyl group and C2 to give
peaks at m/z 101 and m/z 77, respectively. Also the ion of
m/z 415 underwent fragmentations to produce peak at m/z
161, corresponding to the molecular ion of phthalazine1,4-dione cation radical. It further loss of NCO, NH and CO
to give peaks at m/z 119, 104 and m/z 76, respectively.
169
Antimicrobial activity
Antibacterial activity was measured by the following agardiffusion technique12 all the newly synthesized compounds
were tested in vitro for against sever at strains of bacteria
such as Bacillus Subtilis, Straphylocouus Aureas, Streptococcus Pneumonia, Escherichia Coli and Pseudomonas.
All compounds showed 86 % 100 µg/ml concentration level. Also, antifungal activities activity against Aspergillus
Nigaer and Penicillium Sp. using agar-plate diffusion technique13 in DMF (75µL) has been screened. Most of the
compounds showed about 83 % inhibition at the concentration of 100 µg/ ml. The antimicrobial activity of synthesized compounds is listed in Table 1.
- No antimicrobial activity, + Mild activity, ++ Moderate
activity +++ Marked activity
Experimental
NMR spectra were recorded on a General electric QE 300
instrument and chemical shifts are given in δ (ppm) with
TMS as internal references. IR spectra were recorded on
a Perkin-Elmer 1420 and a Biorad FTS7 spectrometer in
KBr pellets. Mass spectra were obtained on a Jeol JMS
D-300 spectrometer operating at 70 eV. Microanalysis
were conducted using a 1106 elemental analyzer. Melting
points were determined on a Reichet Hot Instrument and
are uncorrected.
.+
O
HO
NH
Ph
N
O
HO
S
m/z 415(13.20%)
+
NHCS
NH
Ph
O
NH
N+
O
m/z 161(3.00%)
m/z 245(8.63%)
M- H 2O,
NCS
C
M- NCO
.+
O
C
NH
m/z 119(9.60%)
m/z 178(100%)
M- NH
M- C 6H 5
.+
+
C
C
O
m/z 104(22.30%)
M- CO
m/z 101(10.90%)
.+
M- C 2
+
M- C 2H 2
m/z 77(60.00%)
m/z 76(14.00%)
+
M- C 2H 2
m/z 51(40.80%)
.+
m/z 50 (19.01%)
Scheme 5. Mass fragmentation pattern of compound 9
170
3-Aminothiocarbonyl-phthalazine-1,4-dione (2)
A mixture of phthalic anhydride (0.01 mole) and thiosemicarbazide (0.01 mole) in methanol (50 mL) was heated under reflux for 3h., then cooled. The solid formed was filtered
off, washed with methanol, dried and purified by recrystallization from acetic acid to give 2 as colorless crystals.
Yield 87%, m.p. 185°C; IR(KBr): 3336, 3191(NH2), 3264
(NH), 1685 (C=O), 1622, 1585 (C=C), 1393 (C=S)cm-1. 1HNMR(DMSO-d6): δ 3.92(s, 2H, NH2), 7.36-8.06(m, 4H, ArH),
10.35(s,1H, NH). MS: m/z(%): 222(8.30), 221(M+, 13.7),
204(4.90), 203(4.90), 187(8.80), 168(12.60), 167(9.60),
165(14.60), 164(12.50), 163(11.20), 162(68.90), 147(14.40),
146(15.80), 105(22.20), 104(100.00), 103(12.50), 102(5.50),
91(11.30), 77(20.00), 76(67.90), 75(16.90), 74(13.80),
65(4.30), 64(8.10), 63(9.70), 60(24.20), 59(12.10), 58(22.90),
52(9.40), 51(15.70), 50(52.30), Anal Found : C, 48.63; H,
3.09, N, 18.86; S, 14.24. C9H7N3O2S requires; C, 48.87, H,
3.17; N, 19.00; S, 14.48.
2-[(Arylethylidene)amino]-thiocarbonyl-phthalazine1,4-diones (3a, b)
2-[(1/-hyaroxy-1/,2/-diphenyl-ethene-2/-yl)amino]-thiocarbonylphth-alazine-1,4-dione (9).
A mixture of 2 (0.01 mole), aromatic aldehydes (such as
2-hydroxylbenzaldehyde and 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde) and benzoin (0.01 mole) in acetic acid (30 mL)
was heated under reflux for 4h., then cooled and poured
into water. The resulting solid was filtered off, washed with
water, dried and purified by recrystallization from suitable
solvent to give 3 and 9.
2- [(2-hydroxy phenyl-ethylidene)amino]-thiocarbonylphthalzine-1, 4-dione (3a) as pale yellow crystals, Yield
76%, m.p. 220°C; IR (KBr): 3442 (OH), 3319 (NH), 1698
(C=O), 1620 (C=N), 1613, 1582 (C=C), 1405 (C=S), 1201,
1110, 1034 (C-O) cm-1. 1H-NMR(DMSO-d6): δ 6.89-8.18(m,
8H, ArH), 8.42(s, 1H, CH=N), 9.89-10.11 (br, s, 1H, NH),
11.45 (s, 1H, OH). MS: m/z (%) 326 (M++1, 2.30), 325
(M+, 12.33), 324(9.23), 308(13.25), 263(14.50), 262(15.60),
146(8.40), 195(100), 194(8.40), 178(15.30), 164(6.40),
162(3.10), 161(5.40), 135(14.00), 122(8.90), 121(18.40),
120(58.90), 119(25.80), 118(3.80), 107(15.10), 106(8.20),
105(15.10), 102(19.40), 93(15.10), 92(17.60), 91(36.70),
90(9.90), 79(10.70), 78(20.70), 77(50.50), 76(46.20),
75(9.20), 74(10.20), 66(19.40), 65(34.90), 64(24.50),
63(24.50), 62(12.80), 60(42.60), 55(11.70), 53(15.60),
52(20.20), 51(31.90), 50(17.10). Anal. Found: C, 58.87; H,
3.19; N, 12.87; S, 9.63. C16H11N3O3S requires; C, 59.07; H,
3.38; N, 12.92; S, 9.85.
2-[(5-bromo-2-hydroxyphenyl-ethylidene)amino]-thiocarbonyl-phthalazine-1,4-dione (3b) as pale yellow crystals,
yield 79%, m.p. 225°C; IR(KBr): 3452 (OH), 3249(NH),
1642 (C=O), 1623 (C=N), 1607, 1544 (C=C), 1351 (C=S),
1262, 1122, 1077 (C-O) cm-1. 1H-NMR (DMSO-d6): δ 6.828.17(m, 7H, ArH), 8.38(s, 1H, CH=N), 10.23 (s, 1H, NH),
11.42 (s, 1H, OH). MS: M/z (%) 405 (M++2, 12.60) 403(M+,
10.30), 402(M+-1, 7.20), 277(7.80), 276(14.80), 275(75.10),
274(14.20), 273(79.70), 258(11.60), 256(11.40), 216(5.80),
215(9.20), 214(7.20), 213(6.40), 202(8.10), 201(14.90),
200(44.50), 199(45.30), 198(32.00), 197(27.60), 187(10.90),
186(10.20), 185(16.20), 172(11.10), 171(29.00), 170(14.90),
169(23.00), 145(10.90), 144(7.70), 143(17.80), 120(6.10),
119(11.80), 118(11.20), 117(6.70), 107(8.50), 105(16.60),
104(3.60), 102(26.60), 92(8.70), 91(13.40), 90(20.60),
89(10.50), 79(13.20), 78(27.60), 77(69.90), 76(70.30),
75(26.80), 74(22.40), 65(19.20), 64(29.70), 63(76.30),
62(33.50), 61(16.8), 60(100), 59(22.90), 53(32.10),
52(22.40), 51(49.70), 50(36.50). Anal. Found: C, 47.46; H,
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Figure 4a: 70 eV mass spectrum of compound 7a
Figure 4b: 70 eV mass spectrum of compound 7b
Figure 5: 70 eV mass spectrum of compound 9
2.28; N, 10.23; Br, 19.36; S, 7.62. C16H10N3BrO3S requires:
C, 47.64; H, 2.48; N, 10.42; Br, 19.60; S, 7.94.
2-[(1′,2′-Diphenyl-1′-hydroxyethene-2′-yl)amino]-thiocarbonyl-phthalzine-1, 4-dione (9), as pole yellow crystals,
yield 62%, m.p. 140°C, IR(KBr): 3410(OH), 3249, 3156(NH),
1679(C=O), 1602, 1582(C=C), 1391(C=S), 1265, 1070,
1028(C-O) cm-1. 1H-NMR (DMSO-d6): δ 6.82-8.12 (m, 14H,
ArH), 9.23 (s, 1H, NH), 10.12 (s, 1H, NH), 11.23 (s, 1H, OH).
MS: m/z(%) 416 (M++1, 3.20), 415 (M+, 13.20), 286(1.40),
285(1.60), 266(2.30), 265(1.40), 254(3.20), 238(1.20),
233(1.00), 207(1.60), 206(1.60), 205(1.10), 180(7.00),
179(21.90), 178(100), 177(7.20), 167(3.00), 166(2.50),
165(6.40), 163(3.20), 152(9.10), 151(3.80), 150(3.30),
137(2.90), 136(6.70), 120(2.10), 119(9.60), 118(2.80),
115(3.10), 104(22.30), 103(9.50), 102(4.60), 92(1.70),
91(5.60), 90(3.90), 89(5.40), 79(33.10), 78(14.30), 77(60.00),
76(14.00), 75(20.20), 74(7.60), 63(11.50), 62(6.90), 61(3.30),
60(66.90), 59(13.30), 51(40.80), 50(19.00), Anal. Found: C,
66.33; H, 4.00; N, 10.03; S, 7.48. C23H17N3O3S requires: C,
66.51; H, 4.10; N, 10.12; S, 7.71.
2-[(2-Acetoxy-5-bromophenyl-ethylidene)amino]-thiocarbonyl-3-acetyl-phthalazine-1,4-dione (4)
A solution of 3b (0.01 mole) in acetic anhydride (25 mL)
was heated under reflux for 2h., then cooled and poured
onto ice-water. The resulting product was filtered off,
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
washed with water, dried and purified by recrystallization
from benzene to give 4 as pale yellow crystals, yield 53%,
m.p. 120°C. IR(KBr): 1766 (CO of ester), 1699 (C=O), 1622
(C=N), 1610, 1538 (C=C), 1367 (C=S), 1168, 1105, 1002 (CO) cm-1. 1H-NMR(DMSO-d6): δ 2.30(s, 3H, COCH3), 2.62(s,
3H, COCH3), 6.82-8.11 (m, 7H, ArH), 8.39(s, 1H, CH=N).
MS: m/z (%) 489(M++2, 6.83), 488(2.30), 487(M+, 9.25),
486(3.20), 358(62.60), 357(28.30), 356(49.50), 317(30.10),
316(42.90), 315(35.90), 314(47.00), 300(18.90), 299(11.10),
298(18.40), 275(37.90), 274(26.00), 273(40.20), 272(17.40),
258(13.40), 257(32.30), 256(15.90), 255(17.20), 233(10.90),
231(21.00), 217(23.00), 216(18.40), 215(26.30), 200(25.80),
199(27.80), 198(30.80), 197(19.70) 187(23.50), 185(14.10),
177(11.90), 144(43.90), 120(9.10), 119(23.50), 118(45.50),
108(21.70), 107(7.10), 103(5.30), 102(39.90), 90(11.30),
85(38.10), 78(15.40), 77(33.60), 76(100), 75(28.30),
74(21.00), 65(12.60), 63(21.20), 62(11.90), 60(52.50),
59(12.60), 51(12.60), 50(20.20). Anal. Found: C, 49.02; H,
2.63; N, 8.47; Br, 16.01; S, 6.39. C20H14N3BrO5S requires:
C, 49.28; H, 2.87; N, 8.62; Br, 16.22; S, 6.57.
3- [(o-Hydroxyphenyl)-1-thioxo-1, 2,4-triazolo[1, 2-b]phthalazine-4, 9-dione (5)
A solution of 3a (0.01 mole) in acetic acid (30 mL) was
heated at 25-35°C. a solution of bromine (0.01 mole) in
acetic acid (10 mL) was added dropwise with stirring
171
Compd
No
2
3a
3b
4
7b
9
Antibacterial Activity
Gram Positive Bacteria
Gram Negative Bacteria
StreptoEscheriPesudomoBacillus
Staphylococcoccus
chia Coli
nas SP.
Subtilis
cus Aureas
Penumonia
+++
+
++
++
+++
+
++
+
+++
++
+
+++
++
+
+
+++
+++
+++
+++
+
+
++
++
+
+++
++
-
Antifungal Activity
Aspergillus
Nigaer
+++
++
++
+++
+
-
Penicillium
SP.
+
+
+++
++
++
-
Table1. Antimicrobial activity of some synthesized compounds 2, 3, 4, 7 and 9
during 30 min. after addition the mixture was stirred for
2h. the reaction mixture poured into water. The resulting
solid was filtered off, washed with water, dried and purified by methanol to give 5 as yellow crystals, yield 52%,
m.p. 160°C. IR(KBr): 3413(OH), 1688(C=O), 1625(C=N),
1605, 1581(C=C), 1398(C=S), 1150, 1055(C-O) Cm-1.
1
H-NMR(DMSO-d6):δ 6.89-8.10(m, 8H, Ar-H), 11.41 (s,
1H, OH). MS: m/z (%) 315(M++1, 6.80), 314(M+, 17.90),
273(18.60), 272(17.50), 271(7.00), 230(15.70), 200(10.70),
199(15.50), 198(9.90), 171(9.40), 158(5.00), 157(6.80),
146(6.30), 143(5.70), 119(9.20), 116(11.80), 105(6.30),
104(7.70), 102(4.40), 90(7.40), 83(2.60), 82(100), 81(56.00),
80(99.40), 79(51.70), 77(14.20), 76(13.30), 74(19.30),
65(11.60), 64(35.00), 63(21.40), 62(10.90), 60(13.40),
59(11.60), 53(12.00), 51(14.50), 50(9.6). Anal. Found : C,
61.00; H, 2.59; N, 13.23; S, 10.03. C16H9N3O3S requires:
C, 61.15; H, 2.86; N, 13.37; S, 10.19.
4-Aryl-1-thioxo-1, 2, 4- triazino[1, 2-b]-phthalazine-5,
10-diones (7a, b).
A mixture of 2 (0.01 mole) and ω-bromomethylarylketones
(such as 4-methylphenacyl bromide and 4-chlorophenacyl
bromide) (0.01 mole) in methanol (50 mL) in presence of
fused sodium acetate (0.03 mole) was heated under reflux
for 4h., then cooled and poured into water. The product
formed was filtered off, washed with water, dried and purified by recrystallization from ethanol to give 7.
4-(P-Methylphenyl)-1-thioxo-1, 2, 4-triazino[1, 2-b]- phthalazine-5, 10-dione (7a), as pale yellow crystals, yield
63%, m.p. 80°C. IR(KBr): 3320(NH), 1730(C=O), 1605,
1540(C=C), 1378(C=S)cm-1. 1H-NMR (DMSO-d6): δ 2.25(s,
3H, CH3), 6.81-8.12 (m, 9H, ArH and triazine ring), 10.35
(s, 1H, NH). MS: m/z (%) 336(M++1, 20.00), 335(M+, 100),
321(14.50), 292(6.30), 291(16.50), 290(89.40), 263(8.60),
217(3.50), 216(14.50), 205(12.20), 204(8.30), 203(9.00),
190(32.90), 189(29.40), 188(29.40), 187(20.40), 174(11.40),
168(11.00), 167(5.90), 162(16.10), 161(5.10), 160(7.10),
149(15.30), 148(54.10), 147(59.20), 143(34.50), 134(14.90),
133(9.40), 132(19.60), 130(14.50), 119(48.60), 118(22.70),
117(27.80), 116(23.90), 115(48.60), 105(29.40), 104(45.50),
103(21.60), 102(12.90), 101(19.60), 92(8.60), 91(67.80),
90(23.90), 89(22.40), 78(11.80), 77(29.40), 76(75.70),
75(14.50), 74(27.10), 69(12.90),
65(45.50), 64(25.90),
63(32.20), 62(11.00), 60(12.90), 56(18.80), 53(12.90),
52(17.30), 51(35.70), 50(47.10). Anal. Found: C, 64.29; H,
3.59; N, 12.42; S, 9.31. C18H13N3O2S requires: C, 64.48; H,
3.88; N, 12.54; S, 9.55.
4-(P-Chlorophenyl)-1- thioxo-1, 2, 4-triazino [1, 2-b]phthalazine-5, 10-dione (7b), as pale yellow crystals, yield
67%, m.p. 160°C. IR(KBr): 3114 (NH), 1738(C=O), 1605,
1588 (C=C), 1396 (C=S) cm-1. 1H-NMR (DMSO-d6): δ 7.218.12 (m, 9H, Ar.H and triazine ring), 10.37 (s, 1H, NH).
MS: m/z (%) 357(M++2, 34.50), 356(M++1, 17.60), 355(M+,
88.30), 354(M+-1, 6.70), 313(15.00), 312(24.00), 311(40.20),
310(60.90), 277(4.80), 276(7.90), 236(4.70), 209(5.30),
208(16.20), 175(5.90), 174(15.30), 173(23.90), 169(3.50),
172
168(19.40), 165(7.30), 163(24.40), 139(6.30), 138(14.90),
137(8.50), 136(22.70), 133(11.30), 132(6.00), 130(15.70),
113(6.10), 111(14.40), 105(19.10), 104(55.20), 103(9.50),
102(16.30), 91(3.10), 90(11.80), 89(12.50), 77(18.50),
76(100), 75(36.10), 74(24.40), 64(7.30), 63(12.80), 62(7.30),
51(22.00), 50(57.60). Anal. Found: C, 60.72; H, 2.66; N,
11.59; Cl, 9.73; S, 8.88. C17H10N3ClO2S requires: C, 60.84;
H, 2.82; N, 11.83; Cl, 9.86; S, 9.01.
2- (Benzoylamino)-thiocarbonyl-3-benzoyl-phthalazine-1, 4-dione (8)
A mixture of 2 (0.01 mole) and benzoyl chloride (0.02 mole)
in acetic acid (50 mL) was heated under reflux for 3h., then
concentrated. The reaction mixture was cooled and the solid formed was filtered off, dried and purified by recrystallization with ethanol to give 8 as colourless crystals, yield
63%, m.p. 125°C. IR(KBr): 3225(NH), 1705, 1687 (C=O),
1605, 1580 (C=C), 1398 (C=S) cm-1. 1H-NMR(DMSO-d6):
δ 7.32-7.98 (m, 14 H, Ar-H), 10.23(br. s, 1H, NH). MS: m/z
(%) 430 (M++1, 3.50), 429(M+, 7.85), 282(5.10), 281(16.20),
280(10.50), 253(16.40), 123(3.00), 121(12.60), 106(7.00),
105(100), 104(7.10), 78(5.60), 77(46.80), 76(12.00),
69(3.20), 51(13.70), 50(1.70). Anal. Found: C, 64.17; H,
3.22; N, 9.57; S, 7.31. C23H15N3O4S requires: C, 64.34; H,
3.49; N, 9.79; S, 7.46.
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Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Microwave induced synthesis and
characterization of some thiazolidinone
derivatives bearing benzotriazole moeity
Kirti Shrimali, Diwaker Sitha, Jitendra Vardia* and Suresh C. Ameta
Microwave Chemistry Laboratory, Department of Chemistry,
University College of Science, Mohanlal Sukhadia University,
Udaipur - 313 001 (Raj.), INDIA
Síntesis inducida por microondas y caracterización de algunos derivados
de tiazolidinona que contienen el fragmento benzotriazol
Síntesi induïda per microones i caracterització d’alguns derivats de
tiazolidinona que contenen el fragment benzotriazole
*Present Address:-Team Leader, P.I.Industries, Udaipur (Raj)-313001
Resumen
Introduction
Se describe un método extremadamente rápido y eficiente
para la síntesis de algunos derivados de tiazolidinona a
partir de benzotriazol mediante irradiación con microondas. Se caracteriza la estructura de los compuestos sintetizados en base a los análisis elementales y los datos
espectroscópicos.
In recent years, benzotriazole derivatives have gained significant importance because of their wide use in organic
sunthesis1,2 and pharmaceutical chemistry.3 It is known to
exhibit a broad spectrum of biological activities such as
antimicrobial4,5, antifungal6,7, antiinflammatory8, analgesic9,
anticancer10, CNS depressant11, etc. On the other hand,
thiazolidinones and their 5-arylidene derivatives are also
well known for their versatile pharmacological activities12-18
like antileukemic, anti-HIV, anticonvulsant, antimicrobial
and antiviral.
Palabras clave: Benzotriazol, tiazolidinona, irradiación
con microondas.
ABSTRACT
An efficient and extremely fast method for the synthesis of
some thiazolidinone derivatives starting from benzotriazole under microwave irradiation has been described. The
structure of synthesized compounds have been characterized on the basis of their elemental analysis and spectral
data.
Key words: Benzotriazole, thiazolidinone, microwave irradiation.
Resum
With an interest in the synthesis of bioactive heterocycles
and their incorporation into some established pharmacophores like thazolidinone for new drug evolution; ecofriendly synthetic methodologies have been explored under the framework of green chemistry. Microwave induced
organic transformations19-22 stands among the alternative
routes proposed during the last decade or due to various
reasons like higher yields in shortest possible reaction
time. This paper describes the synthesis of 1,3-thiazolidin4-ones bearing benzotriazole moeity under microwave
irradiation, which is an efficient and operationally simple
method of synthesis.
Results and Discussion
Es descriu un mètode extremadament ràpid i eficient per
a la síntesi d’alguns derivats de tiazolidinona a partir de
benzotriazole mitjançant irradiació amb microones. Es caracteritza l’estructura dels compostos sintetitzats en base
als anàlisis elementals i les dades espectroscòpiques.
In the present investigation, 1H-benzotriazole (1) on Nesterification with ethylchloroacetate in presence of K2CO3
as a base affords ethyl ethanoate benzotriazole (2). Compound (2) showed characteristic IR absorption bands in
Mots clau: Benzotriazole, tiazolidinone, irradiació amb microones.
* E-mail: ameta_sc@yahoo.com
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
173
the region 1743 (C=O str), 1597 (C-N str.) and 1029 cm-1
(C-O str.) and 3.708 δ for –NCH2 group in 1H NMR spectrum. 2-(1, 2, 3-benzotriazol-1-yl-acetate) hydrazine carbothioamide (3) was prepared by condensation of (2) with
thiosemicarbazide. Formation of (3) was confirmed by the
presence of N-H stretching peaks at 3378 and 3237 cm-1
in IR and a multiplet at δ 8.3 for NH. NH.C C=S. NH2 group
in 1H NMR spectra.
Compound (3) underwent ready heterocyclisation upon
its reaction with chloroacetic acid in presence of sodium
acetate to afford 2-[(1,2,3-benzotriazolyl) acetohydrazido]1,3-thiazolidin. 4-one (4). In the IR spectrum, band at 1712
cm-1 were obtained due to carbonyl stretching, 1H NMR
signals were found at δ 5.6 (s) and 4.4 (s), which showed
the presence of a thiazolidinone ring. Reaction of compound (4) with aromatic aldehydes led to the formation of
final product i.e. 2-[(1,2,3-benzotriazolyl) acetohydrazido]5-(4-substituted benzylidene)-1,3- thiazolidin-4-ones (5ad). Compounds (5a-d) were characterized by IR and 1H
NMR spectral data. The IR spectrum of compound (5a)
showed the absence of carbonyl absorption of thiazolidinone at 1712 cm-1 and the presence of a chalcone carbonyl band (C=C-C=O) at 1685 cm-1. Its 1H NMR spectrum
displayed a new singlet at δ 6.3, which may be attributed
to the chalcone moeity (C=CH-absorption). The mass
spectrum also supported the proposed structure by the
presence of molecular ion peak at m/z 412. The physical
and analytical data are presented in Table 1 and spectral
data are given in Table 2.
Experimental Section
en on Jeol SX-102/PA-6000 (EI) spectrometer. Compound
1 was prepared according to literature reported23.
Synthesis of ethyl-1,2,3-benzotriazol-1-yl acetate (2):
To the solution of benzotriazole (1) (0.01 mole) in ethanol,
ethyl chloroacetate (0.01 mole) and catalytic amount of
K2CO3 was added as a base. The reaction mixture was
irradiated under microwave for 8:00 – 9:00 minutes and
then it was filtered hot. Solvent was allowed to evaporate
to yield the product as white shining crystals. Recrystallization was carried out from absolute alcohol.
Synthesis of 2-[(1,2,3-benzotiazol-1-yl-acetate hydrazine carbothioamide (3):
An equimolar mixture of (2) (0.01 mole) and thiosemicarbazide (0.01 mole) in ethanol was kept under microwave
irradiation for 8:00-8:30 minutes with a time interval of 10
seconds. The reaction mixture was then allowed to cool
and the obtained yellow solid was recrystallized from absolute alcohol.
Synthesis of 2-[1,2,3-benzotriazol) acetohydrazido]1,3-thiazolidin-4-one (4):
A mixture of carbothioamide (3) (0.01 mole), chloroacetic
acid (0.01 mole) and anhydrous sodium acetate (0.01 mole)
as a base in absolute alcohol was irradiated under microwave irradiation for 4:00-4:30 minutes using funnel as a
loose top. The reaction mixture was cooled and poured
into ice-cold water. The solid thus separated was filtered,
washed with water, dried and recrystallized from ethanol.
Synthesis of 2-[(1,2,3-benzotriazolyl) acetohydrazido]5-(4-chlorobenzylidene)-1,3-thiazolidin-4-one (5a):
General Procedure
All the reactions were carried out in a domestic microwave
oven (Kenstar, Model No. OM-26 EGO, Power-1200W).
Melting points were determined in open capillaries. Reactions were monitored by thin layer chromatography using
silica gel-G as adsorbent using ethyl acetate : n-hexane
(7 : 3) as eluent. IR spectra (KBr pellets) were recorded on
Perkin-Elmer 1800 (FTIR) spectrometer. 1H NMR spectra
(DMSO-d6) were taken a Bruker DRX spectrometer (300
MHz FTNMR) using TMS as internal standard and chemical shift are expressed in δ (ppm). Mass spectra were tak-
Compound (4) (0.01 mole) was suspended in minimum
quantity of ethanol. To this chlorobenzaldehyde (0.01
mole), anhydrous sodium acetate (0.02 mol) and glacial
acetic acid (10 ml) were added and irradiated for 3:00-5:00
minutes under microwave irradiation. The reaction mixture
was cooled at room temperature and then poured into icecold water. The separated solid was filtered washed with
water and crystallized from glacial acetic acid.
Similarly, other compounds (5b-d) were also synthesized.
Calculated / Found (%)
Compound
No.
X
Molecular formula
(M.W.)
Molecular
weight
Melting
point
(°C)
Yield
(%)
C
H
N
S
2
–
C10H11N3O2
205
74
86
58.53
(58.50)
5.36
(5.33)
20.48
(20.42)
–
3
–
C9H10N6OS
250
145
92
43.20
(43.16)
4.00
(3.97)
33.60
(33.54)
12.8
(12.5)
4
–
C11H10N6O2S
290
154
75
45.51
(45.50)
3.44
(3.42)
28.96
(28.89)
11.03
(10.98)
5a
Cl
C18H13N6O2SCl
412
282
82
52.42
(52.40)
3.15
(3.12)
20.38
(20.27)
7.76
(7.72)
5b
OCH3
C19H16N6O3S
408
257
67
55.88
(55.83)
3.92
(3.89)
22.22
(22.18)
7.84
(7.79)
5c
NO2
C18H15N7O4S
423
278
72
51.06
(51.02)
3.54
(3.49)
23.16
(23.10)
7.56
(7.51)
5d
H
C18H14N6O2S
378
248
76
57.14
(57.11)
3.70
(3.68)
20.58
(20.56)
8.46
(8.42)
Table 1 : Characterization data of synthesized compounds
174
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Comp.
No.
Spectral Data
2
IR (cm-1): 1
H NMR (δ):
2987 (C-H str., CH3), 2934 (C-H str., CH2), 1743 (C=O str.), 1597 (C=N str.), 1029 (C-O str.)
7.6 (m, 4H, Ar-4), 4.24 (q, 2H, COOCH2 CH3),
3.70 (S, 2H, NCH2), 1.26 (t, 3H, COOCH2 CH3)
3
IR (cm-1): 1
H NMR (δ):
3378, 3237 (N-H str.), 2290 (C-H str., CH2),
1745 (C=O str.) 1597 (C=N str.), 1105 (C=S str.)
8.3 (m, 4H, NH.NHC=S.NH2), 7.6-7.7 (m, 4H, Ar-H)
3.68 (S, 2H, NCH2)
4
IR (cm-1): 1
H NMR (δ):
3431 (N-H str.), 2967, 2810 (C-H str., CH2),
1712 (C=O str.), 159s4 (C=N str.), 691 (C-S-C str.)
8.11 (S, 1H, CONH), 7.6-7.7 (m, 4H, Ar-H),
5.6 (S, 1H, NH of thiazolidinone ring),
4.4 (3, 2H, CH2), 3.6 (S, 2H, NCH2)
5a
IR (cm-1):
1
HNMR (δ):
3436 (N-H str.), 2957 (C-H str., CH2)
1695, 1686 (C=O str.), 742 (C-Cl str.),
695 (C-S-C str.)
8.1 (S, 1H, CONH), 7.6-7.9 (m, 8H, Ar-H),
6.3 (S, 1H, C= CH-Ar), 5.68 (S, 1H, NH of thiazolidinone ring), 3.6 (S, 2H, NCH2)
5b
3413 (N-H str.), 2940 (C-H str., CH2), 1702, 1685
IR (cm-1):
(C=O str.), 1040 (C-O str.)
1
H NMR (δ):
8.0 (S, 1H, CONH), 7.7-7.9 (m, 8H, Ar-H),
6.2 (S, 1H, C=CH-Ar), 5.5 (S, 1H, NH of thiazolidinone ring),
3.5 (S, 2H, NCH2)
5c
IR (cm-1):
3416 (N-H str.), 2940 (C-H str., -CH2), 1705, 1685 (C=O str.), 1556 & 1340 C-NO2 asymmetric and symmetric stretching
1
H NMR (δ):
8.0 (S, 1H, -CONH), 7.7-7.9 (m, 8H, Ar-H),
6.2 (S, 1H, C=CH-Ar), 5.5 (S, 1H, NH of thiazole)
5d
IR (cm-1):
1
H NMR (δ):
3413 (N-H str.), 2967 (C-H str., -CH2),
1712, 1694 (C=O str.), 1594 (C=N str.)
7.9 (S, 1H, CONH), 7.7-7.9 (m, 9H, Ar-H),
6.1 (S, 1H, C=CH-Ar), 5.9 (S, 1H, NH of thiazolidinone ring)
Table 2 : Spectral data of synthesized compounds
Acknowledgements
The authors are thankful to Head, Department of Chemistry, M. L. Sukhadia University, Udaipur (Raj.) for providing
laboratory facilities. Authors also pay their thanks to the
Director, RSIC, CDRI, Lucknow for analytical and spectral
studies.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
175
N
N
+
N
E thanol / K 2 C O 3
C lC H 2 C OOC 2 H 5
N
M.W .(8.00 - 9.00) min
N
H
N
(2)
(1)
C H 2 C OOC 2 H 5
E thanol
S
M.W .(8.00 - 8.30) min
NH
H 2N
N
O
N
H
N
N
NH
N
S
E thanol
O
N
C lC H 2 C OOH
C H 3 C OONa
N
NH 2
O
N
NH
M.W .(4.00 - 4.30) min
(4)
(3)
NH
S
H 2N
E thanol
M.W .(3.00 - 5.00) min
N
N
C H 3 C OONa / gl. C H 3 C OOH
X
O
N
NH
N
X
S
a = -C l
b = -OC H 3
HN
5 (a - d)
c = -NO 2
d = -H
O
R eaction S cheme
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Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Synthesis, Structure Elucidation and
Antimicrobial Evaluation of some
Novel Triazolo[3,4-b]thiadiazole and
Triazolo[3,4-b]thiadiazine Derivatives
Abdullah G. Al-Sehemi
Chemistry Department, Teachers College at Abha, King Khalid University, Kingdom of Saudia Arabia
Síntesis, elucidación estructural y evaluación antimicrobiana de algunos nuevos
derivados de triazolo[3,4-b]tiadiazol y triazolo[3,4-b]tiadiazina
Síntesi, elucidació estructural i avaluació antimicrobiana d’alguns nous
derivats de triazolo[3,4-b]tiadiazole i triazolo[3,4-b]tiadiazine
Recibido: 19 de agosto de 2008; revisado: 19 de diciembre de 2008; aceptado: 19 de enero de 2009
RESUMEN
RESUM
Se preparan derivados de triazoles condensados por
reacción del producto de partida 4 con diversos reactivos electrófilos. Las estructuras de todos los nuevos
compuestos se establecen mediante análisis elemental y datos espectroscópicos. Todos los compuestos
sintetizados se criban en busca de su actividad antibacteriana. Los derivados de 1,2,4-triazol 4, 14 y 15
exhiben una buena actividad antibacteriana respecto
al antibiótico estándar Gentamicina. Se estudia el equilibrio tautomérico entre las formas tiona y tiol de los
compuestos 4 y 15 mediante cálculos mecanocuánticos semiempíricos (AM1, MNDO y PM3) y ab initio
(RHF/3-21G* y RHF/6-31G*) en fase gas.
Es preparen derivats de triazoles condensades per reacció
del producte de partida 4 amb diversos reactius electròfils.
Les estructures de tots els nous compostos s’estableixen
mitjançant anàlisi elemental i dades espectroscòpiques. Tots
els compostos sintetitzats es cribren cercant la seva activitat
antibacteriana. Els derivats d’1,2,4-triazole 4, 14 i 15 exhibeixen una bona activitat antibacteriana respecte a l’antibiòtic
estàndard Gentamicina. S’estudia l’equilibri tautomèric entre
les formes tiona i tiol dels compostos 4 i 15 mitjançant càlculs mecanoquàntics semiempírics (AM1, MNDO i PM3) i ab
initio (RHF/3-21G* i RHF/6-31G*) en fase gas.
Palabras clave: 1,2,4-triazoles, triazolo[3,4-b]tiadiazoles, triazolo[3,4-b]tiadiazines, triazolo[3,4-b]tiadiazepina, actividad antibacteriana.
SUMMARY
Fused triazoles derivatives have been prepared from the
reaction of the starting material 4 with some electrophilic
reagents. The structures of all new compounds have been
established on the basis of elemental analysis and spectroscopic data. All the synthesized compounds have been
screened for their antibacterial activity. 1,2,4-Triazole derivatives 4, 14 and 15 exhibited a good antibacterial activity compared with the standard antibiotic Gentamycin. The
tautomeric equilibria of the compounds 4 and 15 thione
and thiol form were studied by quantum chemical calculations semi-empirical (AM1, MNDO and PM3) and ab initio
level (RHF/3-21G* and RHF/6-31G*) in the gas phase.
Keywords: 1,2,4-triazoles, triazolo[3,4-b]thiadiazoles,
triazolo[3,4-b]thiadiazines,
triazolo[3,4-b]thiadiazepine,
antibacterial activity.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Mots clau: 1,2,4-triazoles, triazolo[3,4-b]tiadiazoles,
triazolo[3,4-b]tiadiazines, triazolo[3,4-b]tiadiazepina, activitat antibacteriana.
INTRODUCTION
Fused 1,2,4-triazoles express antifungal, bactericidal,1-3
anxiolytic,4,5 anticonvulsant6 and herbicidal7 activities or
can act as antidepressants.8,9 The sulfonamide –SO2NH–
group occurs in numerous biologically active compounds,
which include antimicrobial drugs, saluretics, carbonic
anhydrase inhibitors, insulin-releasing, antithyroid agents,
antitumour drugs and number of other biological activities.10–17 Sulfonamides are among the most widely used
antibacterial agents in the world, chiefly because of their
low cost, low toxicity and excellent activity against common bacterial diseases18. Heterocyclic compounds containing an amide group are used in the synthesis of biologically substances19. This promoted us to synthesize a
series of fused triazoles containing both the sulfonamide
and the amide groups and characterized their structure by
IR, 1H-NMR, and MS techniques to investigate their antibacterial activities.
177
RESULTS AND DISCUSSION
Sulfanilamide 1 was allowed to react with the succinic anhydride 2 under reflux the corresponding succinamic acid
derivative 3 was afforded. Its IR spectrum showed bands
at 3330-2750 (broad-COOH), 3320, 3280 (NH, NH2), 1750,
1690 cm-1 (2 C=O). 1HNMR Spectrum revealed the following signals at 2.4-2.7 (m, 4H, CH2CH2), 7.2 (s, 2H, NH2),
10.2 (s, 1H, NH), 12.1ppm (br, 1H, OH). When compound 3
was subjected to react with thiocarbohydrazide, three possible structures 4, 5 and 6 can be formulated (Scheme1).
The structures 5 and 6 were discarded on the basis of analytical and spectral data. Infrared spectrum revealed the
presence of absorption bands characteristic for NH, NH2
(3390, 3260, 3220) and C=O (1700 cm-1). Mass spectrum
of 4 showed a molecular ion peak at m/z 342 (M+; 13.03%)
with a base peak at 56 (100%) and other significant peaks
appeared at m/z 343 (M+1, 33.45%), 254 (13.03%), 185
(41.55%) and other significant peaks appeared at m/z, 133
(41.20%), 125 (88.87%), 101 (58.15%), 68 (44.01%).
The thiadiazole nucleus which incorporates N=C=S linkage
exhibits a large number of biological activities20. The reactivity of compound 4 towards carboxylic acid derivatives
was also investigated. Thus, refluxing of compound 4 in
formic acid caused cyclization by elimination of two moles
of water to give the triazolo[3,4-b]thiadiazole derivative
7. The IR spectrum exhibited absorption bands at 3278,
3104 (NH, NH2) and 1694 cm-1 (C=O). Its mass spectrum
revealed a molecular ion peak at m/z 352 (M+, 18.15%),
with a base peak at m/z 88 (100%) and other significant
peaks appeared at m/z 311 (28.57%), 262 (34.04%), 239
(7.28%), 185 (3.34%), 134 (38.21%), 94 (82.82%).
Three possible structures 8, 9 and 10 can be formulated when compound 4 was refluxed in acetic anhydride.
Structure 10 was established on the basis of analytical and
spectral data. Its IR spectrum of 10 showed absorption
bands at 3200 (NH), 1740, 1720, 1710, 1690 cm-1 (4 C=O).
O
H2N S
O
NH2
1
O
O
O
2
H2N
O
S
COOH
O
N
H
O
3
S
H2N
N
H
N
H
NH2
fusion
H
N
O
S
H2N
O
N
6
SH
N
N
NH2
H2N
N
O
H2N
S
HN
O
5
O
N
S
S
N
NH
N
H
4a
H2N
O
Scheme 1
NH2
N
O
S
O
N NH
NH2
N
O
N
H
O
N N
S
SH
While, 1HNMR revealed signals at δ 2.6, 2.75, 2.82 (3s, 9H,
3COCH3) and 14.2 (broad, 2H, 2 NH).
Compound 4 may exist in two tautomeric forms, that is,
as thione (NH) and the thiol (SH) forms, the first with a C=S
double bond 4a, the latter having the endocyclic double
bond C=N and the hydrogen atom transfer to the sulphur
atom 4b (see Scheme 1). Molecular models of possible
tautomeric forms were calculated in the gas phase, using
semi-empirical AM1, PM3 and MNDO methods using HyperChem 7.5 software. The initial geometries of the molecules were built means of standard parameters and then
optimized by Polak-Ribiere geometrical optimization. The
heat of formation and relative stabilities of the two tautomeric forms 4a and 4b are listed in Table 1.
o
Table 1. Heat of formation ( D H f ) and relative stabilities
o
( DD H f kcal.mol-1) of tautomeric forms of 4a and 4b.
Method
DD
o
DH f
DD
H of
4a(NH)
4b(SH)
MNDO
172.81
159.59
-13.22
AM1
22.66
17.49
-5.17
PM3
26.20
18.03
-8.17
H of =D H of
o
(SH) - D H f (NH)
All semiempirical calculations lead to the same result that
the thione-form has more heat of formation value than the
o
thiol-form. The negative sign of the D D H f indicates that
the thiol-form is more stable by all semi-empirical computational methods.
The equilibrium geometries have been calculated also
by Ab initio calculations in the gas phase at HF/3-21G*
and HF/6-31G* basis set level, were carried out using the
GAUSSIAN 98 program.21 The optimized structures information was shown in Fig. 1 along with their total energies
at 3-21G* and 6-31G* (Hartree) and relative stability (in kcal
mol-1). The data in Fig. 1 show that the relative energies
of tantomers 4a and 4b obtained in HF/6-31G* and HF/321G* calculation in gas phase differ significantly. Thus,
while the HF/3-21G* data indicate preference for the thiol
form. The HF/6-31G* data, on the other hand, indicate
preference for the thione form.
The behavior of compound 4 towards some halogenated
reagents was discussed herein. Thus, reaction of 4 with
ethyl chloroacetate yielded the triazolo[3,4-b]thiadiazine
derivative 11. The IR spectrum of 11 revealed absorption
bands at 3362, 3260 (NH, NH2), 1722, 1704 cm-1(2 C=O).
1
HNMR spectrum exhibited signals at 2.8 (m, 4H, 2 CH2),
3.7 (s, 2H, SCH2), 7.5-7.8 (m, 6H, Ar-H + NH2) and 8.0 ppm
(2s, 2H, 2NH).
On the other hand reaction of 4 with phenacyl bromide
yielded the thioacetylbenzoyl derivative 12 rather than the
triazolothiadiazine 13. Its IR spectrum showed the presence of absorption bands at 3362, 3260 (NH, NH2) and
1720, 1702 cm-1 (2 C=O). 1HNMR spectrum exhibited the
following signals at δ 2.7 (m, 4H, 2 CH2), 4.3 (s, 2H, SCH2),
7.1-7.9 (m, 13H, Ar-H +NH2), 10.3 ppm (s, 1H, NH).
Compound 4 was treated with 2,3-dichloronaphthoquinone caused to furnish the corresponding triazolothiadi-
4b
178
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
azine derivative 14 through elimination of two moles of
HCl. Its IR spectrum showed absorption bands at 3412,
3370, 3250 (NH, NH2), and 1690, 1666, 1654 cm-1 (3 C=O).
Mass spectrum revealed a molecular ion peak m/z 496
(M+, 9.81%), with a base peak at 199 (100%) and other
significant peaks were appeared at m/z 395 (8.05%), 341
(25.25%), 265 (18.22%), 114 (52.14%), 92 (42.58%), 77
(9.30%).
Also, the reactivity of the starting material 4 towards some
carbonyl compounds was studied. Interaction of compound 4 with p-chlorobenzaldehyde in acetic acid afforded the Schiff’s base 15. IR spectrum revealed absorption
bands at 3410, 3330, 3220 (NH, NH2), 1680 cm-1 (C=O).
1
HNMR spectrum of 15 showed signals at δ 7.1-8.0 (, 11H,
Ar-H + NH2 +N=CH), 10.0 (s, 1H, NH), 10.5, 13.9 (s, 1H,
NH: SH-tautomer).
The thiol/thione tautomeric equilibrium were also carried
out using semiempirical and ab initio molecular orbital
methods. Thus, the tautomeric equilibrium involving thiol
(SH) 15a or thione (NH) 15b forms. Similar trends were
observed to the calculation above, which semiempirical
calculations in gas phase indicate that the thiol form more
stable (Table 2), whereas the HF/6-31G* calculation preference for thione form (Fig. 2).
o
Table 2. Heat of formation (D H f ) and relao
tive stabilities (DD H f kcal.mol-1) of
tautomeric forms of 15a and 15b.
Method
o
4a(NH)
162.10
218.25
43.56
MNDO
AM1
PM3
DD
DH f
H of =D H of
DD
4b(SH)
149.96
207.09
31.64
H of
-12.14
-11.16
-11.92
o
(SH) - D H f (NH)
While, reaction of 4 with acetylacetone yielded triazole 17
rather than the thiadiazole 16 on the basis of elemental
analysis and spectral data. Also, reaction of 4 with cyclohexanone or 1,3-cyclohexanedione and/or demidone
furnished the corresponding spiro compounds triazolothiadiazole derivatives 18-20, respectively (Scheme 4).
The IR spectrum of 17 showed absorption bands at 3362,
3258 cm-1 (NH, NH2), 2924, 1716, 1700 cm-1 (2 C=O).
1
HNMR spectrum revealed signals at 2.2, 2.6 (s, 6H, CH3,
COCH3), 2.8 (m, 4H, 2 CH2), 4.3 ppm (s, 2H, CH2COCH3).
Mass spectrum of 17 exhibited a molecular ion peak at
T hione
T hiol
T hione
E = -2497.2260028 a.u.
E = -2497.1977051 a.u.E = -2497.2260028 a.u.
Fig. 2 Optimized structures and atom numbering for the tautomric
Fig. forms
2 Optimized
of thione
structures
(15a) and
and
thiol
atom
(15b),
numbering for the tauto
proess obtained at the HF/6-31G* level
proess obtained at the HF/6-31G* level
D�E
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
= E (SH)- E (NH) = 17.75 kcal.mol -1
�E = E (SH)- E (NH) = 17.75
179
N N
H
N
O
H2N
S
N
O
7
O
(8.85%). IR spectrum of 20 showed bands at 3424, 3390
(NH, NH2), 1693, 1650 cm-1 (2C=O). Mass spectrum of 20
exhibited a molecular ion peak at m/z 464 (M+; 1.78%) with
a base peak at 126 (100%) and other significant peaks were
appeared at m/z 421 (4.14%), 369 (7.64%), 359 (5.28%),
269 (3.56%), 254 (54.71%), 172 (9.94%), 64 (38.33%).
S
N
HCOOH
4
Ac2O
S
O
N N
H
S
O
N
N
N
N
N N
SH
N
N
N NH
O
HN
O
O
O S O
NH
NH
NH
O
O S O
NH2
O S O
NH2
9
8
O
10
The dicyanotriazolothiadiazole derivative 21 was obtained
by reaction of 4 with [bis(methylsulfanyl)methylidene]malononitrile, via the elimination of two moles of methyl mercaptan. The IR spectrum of 21 revealed bands at 3340,
3186 (NH, NH2), 2202(C≡N), 1706 cm-1 (C=O). Its 1H-NMR
spectrum exhibited signals at 2.7-2.9 (m, 4H, 2CH2), 7.28.1 ppm (m, 8H, Ar-H+ NH2 + 2NH). Mass spectrum of
compound 21 showed a molecular ion peak at m/z 416
(M+ 5.23%), with a base peak at 73 (100%), and other significant peaks were appeared at m/z 368 (17.48%), 288
(18.80%), 238 (1.81%), 211 (18.88%), 149 (55.78%), 128
(15.08%), 95 (28.03%), 58 (20.00%).
Finally, the triazolothiadiazepine derivative (22) was obtained in good yield through reaction of 4 with ethoxymethylenemalononitrile. Its IR spectrum showed bands at
3350, 3270 (NH, NH2), 2210 (C≡N) and 1705 cm-1 (C=O).
Mass spectrum of 22 revealed a molecular ion peak at m/z
419 (M+; 8.47%) with base peak at 254 (100%) and other
significant peaks were appeared at m/z 327 (11.50%), 288
(1.34%), 199 (28.87%), 146 (47.88%), 118 (53.88%), 90
(57.58%), 77 (13.50%).
Scheme 2
BIOLOGICAL ACTIVITY
m/z 424 (M+; 16.88%) with a base peak at 99 (100%) and
other significant peaks were observed at 362 (7.15%), 314
(28.21%), 288 (8.38%), 217 (72.28%), 155 (70.18%), 111
(63.78%), 73 (31.30%). The IR spectrum of 18 revealed
bands at 3310, 3280 (NH, NH2), 1710 cm-1 (C=O). 1H-NMR
spectrum of 18 exhibited signals at 1.9-2.2 (m, 10H, 5CH2cyclo), 5.4 (s, 2H, NH2), 7.0-7.8, 10.1, 10.2 (2s, 2H, 2NH).
The IR spectrum of 19 showed bands at 3402, 3360 (NH,
NH2), 1710, 1656 cm-1(2C=O). Mass spectrum of compound 19 revealed a molecular ion peak at m/z 436 (M+,
0.38) with a base peak at 62 (100%) and other significant
peaks appeared at 354 (3.58%), 320 (5.18%), 256 (6.48%),
203 (5.56%), 181 (8.32%), 125 (8.88%), 84 (10.88%), 55
The results of the antibacterial studies are presented in Table 1 revealed that the synthesized compound 4 containing
mercapto, sulfonamide moieties and compound 14 which
contains naphthoquinone and sulfonamide moieties, compound 15 having mercapto, 4-chlorophenyl, sulfonamide
moieties showed a promising activity equal that Gentamycin. On the other hand, the tested compounds exhibited
moderate antibacterial activities. From these results it can
be concluded that biologically active compounds 4, 14
and 15 (MIC values were 50 µg/mL) are nearly as active as
the standard antibiotic Gentamycin.
O
N N
H
N
O
S
H2N O
O
S
N
HN
O
O
11
Cl
O
H2N S
O
OEt
-C2H5OH
O
-HCl
Br
N N
NH
N
N
S
13
4
-H2O
O
O
H2N S
O
HN
NN
O
NH
14
N
HN
O
S
O
2,3-dichloronaphthoquinone
-HCl
NH2
N
N N
S
O
-HBr
O S O
NH2
12
Scheme 3
180
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
R2
O
R1
O
N-(4-sulfamoyl-phenyl)-succinamic acid 3.
A mixture of sulfanilamide (0.01 mol) and succinic anhydride (0.01 mol) in ethanol (30 ml) containing 3 drops of
triethylamine was refluxed for 3hr. the obtained solid was
recrystallized from ethanol to give (3, Table 2).
NH2
O
HN
NH
N
S
S
O
N N
19; R1 = R2 = H
20; R1 = R2 = CH3
O
HS
N
N O
O
O
S
S
O S O
O
R1
N
N
O
NH2
17
O
NH2
R2
H
N
Ac2CH2
Cl
CHO
HN
4
O
Cl
O
NH
N N
O
N
S NH2
HN
N N
16
O
O
O
S
N
N
HS
S
NH2
15a
O
N-(4-Sulfamoyl-phenyl)-3-[1,2,4]triazolo[3,4-b]
[1,3,4]-thiadiazol-3-yl-propionamide 7.
A solution of 4 (0.01 mol) in formic acid (10 ml) was refluxed for 6hr. the obtained solid was recrystallized from
dioxane to give (7, Table 2).
HN
NH
N
O
N N
NH2
18
O S O
HN
O
Cl
N N
S
N
NH
15b
Scheme 4
EXPERIMENTAL
All m.p.s are uncorrected. Elemental analyses were carried out at the microanalytical laboratories of the faculty
of Science, Cairo University. The IR spectra (KBr) were
measured on a Shimadzu IR 110 spectrometer, 1H-NMR
spectra were obtained on a BRUKER proton NMR-Avance
300 (300 MHz), in DMSO-d6 as a solvent, using tetramethylsilane (TMS) as internal standard. Mass spectra were run
on HP Model MS.5988.
Compd.
No.
3-(4-Amino-5-mercapto-4H-[1,2,4]triazol-3-yl)-N-(4sulfamoyl-phenyl)-propion- amide 4.
A mixture of 3 (0.01 mol) and thiocarbohydrazide (0.01
mol) was fused at 220ºC in an oil bath for 15 min. After
cooling the reaction mixture was triturated with ethanol to
give (4, Table 2).
Eschericha coli
(NCTC 5933)
Diameter
(m m)
MIC
(µg/mL-1)
3-(1-Acetyl-4-acetylamino-5-thioxo-4,5-dihydro1H-[1,2,4]triazol-3-yl)-N-(4-acetyl- sulfamoyl-phenyl)propionamide 10
A solution of 4 (0.01 mol) in acetic anhydride (20 ml) was
heated under reflux for 10 hr. After the solution had cooled,
the excess acetic anhydride was removed under reduced
pressure. The obtained solid was recrystallized from ethanol to give (10, Table 2).
3-(6-Oxo-6,7-dihydro-5H-[1,2,4]triazolo[3,4-b]
[1,3,4]-thiadiazin-3-yl)-N-(4 sulfamoyl -phenyl)-propionamide 11.
To a solution of 4 (0.01 mol) in dioxane (50 ml) and triethylamine (0.01 mol), ethyl chloroacetate (0.01 mol) was added. The reaction mixture was refluxed for 2 hrs. The precipitate that had formed was filtered off, washed with water,
dried and recrystallized from dioxane to give (11, Table 2).
3-[4-Amino-5-(2-oxo-2-phenyl-ethylsulfanyl)4H-[1,2,4]triazol-3-yl]-N-(4-sulfamoyl-phenyl)-propionamide 12.
A mixture of 4 (0.01 mol) and phenacyl bromide (0.01
mol) in dimethylformamide (10 ml) containing triethylamine (0.01 mol) was refluxed for 8 hrs. The solid that had
Serratia marcescens
(IMRU-70)
Diameter
(m m)
MIC
(µg/mL-1)
Staphylococcus aureus
(NCTC-7447)
Diameter
(m m)
MIC
(µg/mL-1)
Bacillus cereus
(ATCC-14579)
Diameter
(m m)
MIC
(µg/mL-1)
4
26
60
24
70
28
50
26
60
7
20
80
20
80
24
70
18
90
10
18
90
20
80
20
80
18
90
11
18
90
18
90
20
80
14
100
12
14
100
18
90
18
90
14
100
14
28
50
26
60
28
50
24
70
15
26
60
26
60
28
50
24
70
17
20
80
14
100
24
70
14
100
18
20
80
20
80
24
70
18
90
19
20
80
18
90
22
65
20
80
20
18
90
20
80
20
80
20
80
21
18
90
20
80
20
80
20
80
22
14
100
18
90
20
80
18
90
DMF
-
-
-
-
-
-
-
-
Gentamycin
28
-
27
-
30
-
25
-
TABLE 1: Antibacterial of the synthesized compounds.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
181
Compd.
M.P.
Yield
No.
( C)
(%)
3
208-10
81
4
258-60
84
7
>300
75
10
176-78
68
11
291-93
79
12
226-28
71
14
>300
65
15
253-55
62
17
290-92
73
18
>300
68
19
>300
63
20
>300
61
21
270-72
76
22
292-94
70
o
Mol. Formula
Required (found)
(M.wt)
C
H
N
C10H12N2O5S
44.12
44.40
38.60
38.30
40.91
40.60
43.59
43.20
40.84
40.50
49.57
49.70
50.81
50.60
46.50
46.30
45.28
45.40
48.57
48.30
46.79
46.90
46.15
46.30
43.27
43.50
43.06
43.20
4.41
4.60
4.59
4.30
3.41
3.10
4.27
4.40
3.66
3.80
4.35
4.60
3.23
3.50
3.66
3.40
4.72
4.50
4.76
4.90
4.59
4.70
5.17
5.30
2.88
3.10
3.35
3.10
10.29
10.40
24.56
24.80
23.86
23.60
17.95
17.70
21.99
21.70
18.26
18.50
16.94
16.70
18.08
18.30
19.81
19.60
20.00
20.20
19.27
19.50
18.10
18.30
26.92
26.70
26.79
26.60
(272)
C11H14N6O3S2
(342)
C12H12N6O3S2
(352)
C17H20N6O6S2
(468)
C13H14N6O4S2
(382)
C19H20N6O4S2
(460)
C21H16N6O5S2
(496)
C18H17N6O3S2Cl
(464.5)
C16H20N6O4S2
(424)
C17H20N6O3S2
(420)
C17H20N6O4S2
(436)
C19H24N6O4S2
(464)
C15H12N8O3S2
(416)
C15H14N8O3S2
(418)
Table 2: Characterization data of newly synthesized compounds.
A mixture of 4 (0.01 mol) and 4-chlorobenzaldehyde (0.01
mol) in glacial acetic acid (10 ml) was refluxed for 3hr. the
solvent was evaporated under reduced pressure, and the
solid product was collected and recrystallized from acetic
acid to give (15, Table 2).
formed was collected and crystallized from ethanol to give
(12, table 2).
3-(5,10-Dioxo-5,10-dihydro-4H-11-thia-1,2,3a,4-tetraaza-cyclopenta[b]anthracen-3-yl)-N-(4-sulfamoylphenyl)-propionamide 14.
A mixture of 4 (0.01 mol) and 2,3-dichloronaphthoquinoine
(0.01 mol) in dimethylformamide (10 ml) containing (0.01
mol) triethylamine was refluxed for 12 hr. the solid obtained
was recrystallized from dioxane to give (14, Table 2).
3.9. Synthesis of 3-{4-[(4-Chloro-benzylidene)-amino]5-mercapto-4H-[1,2,4]triazol-3-yl}-N-(4-sulfamoylphenyl)-propionamide 15.
4
N
N
N
O
S
N
S
N
H2N
N
S
N
N
N
HN
Microbiology
S
N
HN N
N
O
N
N
HN
O S O
O S O
NH2
H2N
21
3-[5-Mercapto-4-(1-methyl-3-oxo-butylideneamino)4H-[1,2,4]triazol-3-yl]-N-(4sulfa
moyl-phenyl)propionamide 17,
18, 19, 20, 3-(6-Dicyanomethylene-5,6-dihydro-[1,2,4]triazolo[3,4-b][1,3,4]
thiadiazol-3-yl)-N-(4-sulfamoyl-phenyl)-propion- amide
21, 3-(8-Amino-7-cyano-[1,2,4]triazolo[3,4-b][1,3,4]thiadiazepin-3-yl)-N-(4-sulfamoyl-phenyl)-propionamide
22.
A mixture of 4 (0.01 mol) acetylacetone or cyclohexanone or
1,3-cyclohexanedione or demidone or [bis(methylsulfanyl)
methylidene]-malononitrile and / or ethoxymethylenemalononitrile (0.01 mol) and triethyl-amine (0.01 mol) in dimethylformamide (20 ml) was refluxed for 12 hr. the obtained solid was
recrystallized from DMF/H2O to give compounds 17,18-22,
respectively (Table 2).
22
O
All the test compounds were assayed in vitro for antibacterial activity against two different strains of Gram-negative
[Escherichia coli (NCTC 5933) and Staphylococcus aureus
(NCTC 7447)] and Gram-positive [Serratia marcescens
(IMRU 70) and Bacillus subtilis (ATCC 14579)] .The antibacterial activity of the compounds was determined by the
agar diffusion technique22. A 1 mg mL-1 solution in dimethylformamide was used. The bacteria was maintained on
nutrient agar media. DMF showed no inhibition zones. The
agar media was incoubated with different microorganism
culture tested. After 24h of incubation at 30oC for bacteria,
the diameter of the inhibition zone (m m) was measured.
Gentamycin in a concentration of 0.2 mg/mL was used as
Scheme 5
182
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Compd. No.
IR (KBr, cm-1)
3
3330-2750(br-COOH), 3320, 3280 (NH,NH2), 2940 (CH-aliph), 1750, 1690 (2C=O),
2.7(m, 4H, 2xCH2), 7.2(s, 2H, NH2), 7.4-7.9(m, 4H,
Ar-H), 10.2(s, 1H, NH), 12.1(br, 1H, COOH)
4
3390, 3260, 3220 (NH, NH2), 2940 (CH-aliph.), 1700 (C=O), 1620 (C=N).
2.8 (m, 4H, 2 CH2), 7.3-7.6 (m, 4H, Ar-H), 7.8
(br, 4H, 2 NH2), 8.3 (s, 2H, 2 NH).
7
3278, 3104 cm-1 (NH, NH2), 3054 (CH-arom.), 2924, 2854
(CH-aliph.), 1694 (C=O), 1582 cm-1 (C=N).
10
3200(NH), 2926 (CH-aliph.), 1740, 1720, 1710, 1690 (4 C=O), 1630 cm-1 (C=N).
2.2 (m, 4H, 2 CH2), 2.6, 2.75, 2.82 (3s, 9H, 3COCH3),
7.2-8.5 (m, 4H, Ar-H), 14.2 (s, 2H, 2 NH).
11
3362, 3260 (NH, NH2), 3094 (CH-arom.), 2944 (CHaliph.), 1722,1704 (2C=O),1598 (C=N).
2.7 (m, 4H, 2 CH2), 4.3 (s, 2H, SCH2), 7.1-7.9
(m, 13H, Ar-H +NH2), 10.3 (s, 1H, NH).
12
3362, 3260 (NH, NH2), 2926, 2854 (CH-aliph.), 1720, 1702 cm-1 (2 C=O).
14
3412, 3370, 3250 (NH, NH2), 2924 (CH-aliph.), 1690,
1666, 1654 (3 C=O), 1600 cm-1 (C=N).
2.4 (m, 4H, 2 CH2), 7.1-8.0 (, 11H, Ar-H+ NH2+N=CH),
10.0 (s, 1H, NH), 10.5, 13.9 (s, 1H, NH:SH-tautomer).
15
3410, 3330, 3220 (NH, NH2), 2950 (CH-aliph.), 1680 (C=O), 1620 cm-1 (C=N)
2.6 (s, 3H, COCH3), 2.8 (m, 4H, 2 CH2), 4.3 (s, 2H, CHCOCH3), 7.2-8.0 (m, 8H, Ar-H + NH2 + 2NH)
2
17
3362, 3258 (NH, NH2), 2924, 2854 (CH-aliph.),
1716, 1700 (2 C=O), 1598 cm-1 (C=N).
1.9-2.2 (m, 10H, 5CH2-cyclo), 2.6 (m, 2CH2), 5.4 (s, 2H,
NH2), 7.0-7.8 (m, 4H, Ar-H), 10.1,10.2 (2s, 2H, 2NH).
18
3310, 3280 (NH, NH2), 2930 (CH-aliph.), 1710 (C=O), 1620 cm-1 (C=N).
19
3402, 3360 (NH, NH2), 2940 (CH-aliph.),1710, 1656 (2C=O), 1592 cm-1 (C=N).
20
3424, 3390 (NH, NH2), 2968 (CH-aliph.),1693, 1650 (2C=O), 1590 cm-1 (C=N)
21
3340, 3186(NH, NH2), 2924 (CH-aliph.), 2202 (C≡N),1706 (C=O), 1620 cm-1 (C=N).
22
3350, 3270 (NH,NH2),2930 (CH-aliph.),2210(C≡N), 1705 cm (C=O).
1
HNMR (ppm, δ) (DMSO-d6)
2.7-2.9 (m, 4H, 2CH2), 7.2-8.1 (m, 8H, Ar-H+ NH2 + 2NH).
-1
Table 3: Spectroscopic data for the synthesized compounds
a reference for antibacterial Activity. The minimal inhibitory
concentration (MIC) of some of the test compounds was
measured by a twofold serial dilution method23.
BIBLIOGRAPHY
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
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(2006) 1108.
D. Mandloi, S. Joshi, P.V. Khadikar, N. Khosla Bioorg.
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[14] D.Vullo, B.Steffansen, B. Brodin, C.T. Supuran,
A.Scozzafava, C.U. Nielsen Bioorg. Med. Chem. (2006)
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Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
15. A.Sherif, F. Rostom Bioorg. Med. Chem. 14, (2006)
6475.
16. [16] M.A. Santos, S.M. Marques, T. Tuccinardi, P. Carelli,
L.Panelli, A. Rossello, Bioorg. Med. Chem. 14, (2006),
7539.
17. S. Joshi, N. Khosla, P. Tiwari Bioorg. Med. Chem. 12,
(2004) 571.
18. N. O zbek, H. Katırcıog˘lu, N. Karacan and T. Baykal
Bioorganic & Medicinal Chem. 15 (2007) 5105.
19. [19] I.V.Zavazzin, N.G.Smirnova, V.N.yarovenko and
M.M.Krayushkin, Russian J.Org. Chem., 40 (2004), 137.
20. B. Shivarama Hollaa, R. Gonsalvesa, Sh. Shenoyb, IL
Farmaco 53 (1998) 574.
21. Frisch, M. J., Trucks, G.W., Schlegel, H.B., Scuseria,
G. E., Robb, M. A., Cheeseman, J. R., Zakrzewski, V.
G., Montgomery, J. A., Jr., Stratmann, R. E., Burant,
J. C., Dap-prich, S., Millam, J. M., Daniels, A. D., Kudin,
R. N., Strain, M. C., Farkas, O., Tomasi, J., Barone, V.,
Cossi, M., Cammi, R., Mennucci, B., Pomelli, C., Adamo, C., Clifford,S., Ochterski, J., Petersson, C.A., Ayala,
P.Y., Cui, Q., Morokuma, K., Malick, D. K., Rabuck, A. D.,
Raghavachari, K., Foresman, J. B., Cioslowski, J., Ortiz,
J. V., Baboul, A. G., Stefanov, B. B., Liu, G., Liashenko,
A., Piskorz, P., Komaromi, I., Gomperts, R., Martin, R.
L., Fox, D. J., Keith, T., Al-Laham, M. A., Peng, C. Y.,
Nanayakkara, A., Gonzalez, C., Challacombe, M., Gill,
P.M.W., Johnson, B., Chen, W., Wong, M. W., Andres,
J. L., Gonzalez, C., Head-Gordon, M., Replogle, E. S.
and Pople, J. A., Gaussian,Inc., Pittsburgh PA (1998).
22. L.P.Carrod, F.D.Grady, “Antibiotic and Chemotherapy”,
Churchill Livingstone, Edinburgh, 3rd ed, 1972, Page
477.
23. P.Courvalin, “Interpretive reading of antimicrobial susceptibility tests” Am.Soc. Microbiol. News, 58 (1992)
368-375.
183
INFORMACIÓN GENERAL
INFORMACION DE CURSOS,
CONGRESOS, SIMPOSIUMS
ANALISIS
5º CONGRESO ARGENTINO DE QUÍMICA ANALÍTICA.
Del 2 al 6 de noviembre de 2009 Bahía Blanca, Argentina
Información: www.aaqa.org.ar/congresos.htm
BIOTECNOLOGÍA
BIOTECHNICA 2009
Del 6 al 8 de octubre, Hannover, Germany
BIOTECHNICA 2009 presta vida y plasticidad a la Biotecnología. El más destacado punto de encuentro sectorial
de la Biotecnología mostrará las tendencias más actuales
del sector a escala interna¬cional. BIOTECHNICA 2009
ofrece ponencias de alto nivel sobre planteamientos y métodos aplicados en Bioinformática.
Información: http://www.biotechnica.de/forms
DETERGENCIA Y COSMÉTICA
40 Jornadas Anuales del CED
Del 14 al 15 de abril de 2010
Este congreso ofrecerá el foro ideal para reunir a todos los
sectores de esta industria, incluyendo a investigadores,
fabricantes de materias primas y de productos intermedios, empresas de producto acabado, distribuidores, así
como a técnicos implicados en temas de reglamentación
medioambiental, embalaje, almacenamiento y transporte.
Información: http://www.cedmeeting.com/
ENERGIA
EGÉTICA-EXPOENERGÉTICA 2009
Del 25 al 27 de noviembre de 2009, Valencia, España
Feria Internacional de la Eficiencia Energética y las Nuevas
Soluciones Tecnológicas para las Energías Renovables y
Convencionales.
El mundo esta pasando una ”Revolución Energética” forzado por el gran aumento de la demanda global de energía, conjuntamente con severos problemas y desafíos
medioambientales. Uno de los mayores retos para asegurar la sociedad de bienestar del mañana es la generación,
transmisión y distribución de energía eléctrica limpia, efi-
184
ciente y de bajo coste. Esta problemática requiere de soluciones rápidas y efectivas que a la vez presenten grandes
oportunidades de negocio y con ello la posibilidad de crecimiento económico.
La Feria EGÉTICA-EXPOENERGÉTICA ofrecerá la plataforma idónea para todas las empresas relacionadas con
la generación de energía tanto si son a través de fuentes renovables como de fuentes convencionales. Mientras que los combustibles fósiles siguen siendo y serán
durante muchos años la fuente dominante, las empresas
en esta industria se enfocan en el desarrollo de soluciones eficientes, de bajo consumo que cumplan con las
demandas medioambientales del futuro. Por otra parte,
las energías renovables se han convertido en uno de los
sectores económicos más estratégicos para muchos países, representando la posibilidad de un gran crecimiento
y generando empleo y bienestar a nivel global, regional y
local. La participación de las fuentes renovables en la generación eléctrica seguirá creciendo, y con ello haciendo
posible una combinación sostenible del suministro de la
energía del futuro.
EGÉTICA-EXPOENERGÉTICA ofrece a todos los sectores del mercado energético la oportunidad de promover
sus últimas tecnologías, sus soluciones y aplicaciones
prácticas a una audiencia profesional e internacional, lo
cual propicia una excelente oportunidad de aumentar su
presencia en el mercado. Muchos de los participantes en
las ediciones anteriores de nuestra feria, establecieron importantes contactos que reportaron significativas oportunidades de negocio.
Paralelamente a EGÉTICA-EXPOENERGÉTICA se celebrará ECOCONSTRUCCIÓN, dedicada a la sostenibilidad
en Edificaciones y Urbanismo y ECO-MOTION, para la Eficiencia Energética en Transporte y Movimiento.
Información: www.egetica-expoenergetica.com
SECTORIALES
ICIC 2009
From 18 to 21 October 2009, Sitges, Barcelona, Spain
ICIC, the International Conference on Trends for Scientific Information Professionals, covers trends in the field of
scientific and professional information with an impressive line-up of significant figures in the information world.
Among the topics that will be covered and discussed by
the 22+ speakers are:
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
Tools for Competitive Intelligence (e.g., mining tools, visualisation, analysis tools, etc)
Challenges for the information community over the next
five years
Changes in the information environment for patents, innovation and intellectual property
Trends in Search Engines and Information Retrieval
Case Studies in Data and Content Integration
Información:
http://www.infonortics.com/chemical/index.html
SIMO
Del 3 al 8 de noviembre de 2009, Feria de Madrid, España. Feria Internacional de Informática Multimedia y
Comunicaciones
SIMO es un importante escaparate que muestra las últimas tendencias en los sectores de la Informática, Multimedia y Comunicaciones. Se celebra cada año en el recinto de Feria de Madrid, IFEMA, llegando en esta edición
a su 48 cumpleaños.
Orientado principalmente al profesional, también cuenta
con interesantes novedades para el público general. Actualmente, SIMO es la segunda feria más importante de Europa
gracias a su fomento del sector tecnológico.
Información: www.simo.ifema.es
Euromold 2009
Feria Internacional de Moldes, Herramientas y Diseño,
en Alemania. Del 2 al 5 de Diciembre, Exhibition Center
Frankfurt/Main, Germany
Euromold es la feria líder en el mundo para fabricación de
moldes y herramientas, diseño y desarrollo de aplicaciones. La cadena de proceso desde el diseño de prototipos
hasta la producción en serie se ve reflejada en Euromold.
Euromold reúne a ingenieros industriales, desarrolladores
de producto, productores, proveedores y usuarios finales
para presentarles métodos más dinámicos, económicos
y eficientes para el desarrollo y la producción de nuevos
productos.
Información: www.euromold.com
INSTRUMENTACIÓN
Pittcon 2010
From February 28 to March 5, 2010. Orange County
Convention Center in Orlando, Florida, USA
Pittcon is a conference and exposition on scientific instrumentation and the premier meeting place for the inventors,
users, manufacturers and vendors of laboratory instruments, equipment and supplies.
Pittcon features the world’s largest exposition of instrumentation, a diverse Technical Program, professional-quality Short Courses and unique networking opportunities.
Información: http://www.pittcon.org/index.html
NOVEDADES TÉCNICAS
Lanxess lanza un producto biocida que prolonga la
vida de los compuestos de madera y plástico
LANXESS, grupo alemán de especialidades químicas, ha
lanzado al Mercado el Preventol MPT 11, un producto biocida que incrementa considerablemente el período de vida
de los compuestos de madera y plástico (WPC). El aditivo,
creado especialmente para estos compuestos, está basado en una cuidadosa combinación de materiales que protege el material orgánico frente a los hongos que pueden
decolorar y dañar el material.
Los WPC son compuestos respetuosos con el medio ambiente, hechos de madera y termoplásticos, que actualmente están experimentando un rápido crecimiento en
todo el mundo debido a sus diversos usos potenciales y
a su rentabilidad.
Los compuestos de madera y plástico contienen entre un
60 y un 80% de madera en forma de astillas, fibras o incluso
partículas más finas que se combinan con termoplásticos
tales como polipropileno, polietileno o PVC en proporciones considerablemente más pequeñas (aproximadamente
del 20%) para crear un material que se pueda extrudir. Los
gránulos de WPC pueden ser procesados mediante extrusión o incluso mediante moldes de inyección.
Hay que tener en cuenta que para conseguir una apariencia y un tacto atractivos, los paneles de WPC son a
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
menudo cepillados y, con esta práctica, los materiales
sufren un proceso gradual de desgaste. De esta manera,
las fibras de madera acaban por exponerse, permitiendo
que la humedad permeabilice el material. Especialmente
cuando los WPC son usados en ambientes exteriores, los
compuestos no tratados pueden convertirse en un terreno
fértil para los hongos, tal y como ocurre con la madera
natural con el paso del tiempo.
Los efectos de los WPC no tratados con biocidas van desde una simple decoloración hasta la aparición de moho,
un inconveniente que afecta a la calidad no resbaladiza
del material
Para más información: www.lanxess.com
PLEXIGLAS® Out­shines the Competition
PLEXIGLAS® CoolTouch™, the latest product for this large-area application, significantly reduces heat buildup in
plastic parts for external applications, sometimes by more
than 20 percent. The heat reflecting properties also positively impact the climate in the interior of the car. Because the temperature is lower, air conditioning requires less
energy, saving fuel and thus reducing CO2 emissions.
The idea of using PLEXIGLAS® in NTAA grew out of a joint
project a few years ago. For the production of a new small
car, a sub-supplier had to meet demanding and seemingly conflicting specifications. First, the A-pillar cover had
185
to have an elegant, high-gloss Class A surface in a highly
saturated color. Second, the parts had to be produced
more cost effectively. Potential savings were identified in
the coating stage.
Add-on parts made of polymethyl methacrylate (PMMA)
are also lighter than comparable metal parts. As a result,
the car itself is lighter, consumes less fuel, and produces
less CO2.
Further information: www.evonik.com
La nueva web de Refrigerantes de DuPont ayuda a la
sustitución de los refrigerantes HCFC
DuPont ha relanzado su página web de refrigerantes http://
isceon.com/esp para ayudar a sus clientes y usuarios finales a encontrar alternativas a los refrigerantes HCFC,
los cuales deben ser sustituidos antes del 1 de enero de
2010. La página web, de fácil uso, proporciona una guía
“paso a paso” para elegir un refrigerante sustitutivo como
DuPont™ ISCEON® HFC, según el tipo de refrigerante empleado y la categoría de aplicación.
De acuerdo a la Regulación 2037/2000 de la UE y los decretos siguientes que relacionan los productos químicos y
la capa de ozono, la recarga de refrigerantes HCFC vírgenes en sistemas de refrigeración y aire acondicionado estará prohibida a partir del 31 de diciembre de 2009. Como
puede verse en la página de inicio de la renovada web, las
soluciones ISCEON® son una familia de refrigerantes mejorados que no dañan la capa de ozono, ofreciendo una alternativa eficiente y rentable, principalmente al R-22. Para
los países de fuera de la UE, donde todavía se emplean
las tecnologías R-12 y R-502, así como R-13B1, DuPont
ofrece una solución para sustituir estos CFCs.
Dependiendo del tipo de refrigerante que vaya a reemplazarse, los usuarios pueden navegar a través de la página
para obtener una recomendación directa del refrigerante
que deberá ser empleado para una categoría específica
de aplicación, como puede ser refrigeración comercial e
industrial, enfriadoras de agua, o aire acondicionado fijo,
por citar algunas.
Se proporciona información detallada de cada refrigerante, incluyendo su clasificación ASHRAE, las ventajas y
ejemplos recientes de su aplicación. Como parte del relanzamiento de la página web, las soluciones ISCEON® se
han incluido en DUPREX (DuPont Refrigeration Expert™),
una herramienta online de DuPont creada específicamente
para permitir a los usuarios un acceso fácil y rápido a los
datos de los refrigerantes DuPont, incluyendo sus propiedades termodinámicas, propiedades de transporte, y cálculos teóricos del ciclo de refrigeración.
DuPont anuncia mayores prestaciones en su cartera
Teflon® y la introducción en el mercado de revestimientos Teflon® sin PFOA
DuPont demostrará su compromiso con la innovación de
producto y el medio ambiente con la introducción de los
recubrimientos DuPont™ Teflon® con prestaciones mejoradas y fabricados sin PFOA, en Ambiente 2009 (Frankfurt,
186
Alemania, 13-17 febrero de 2009). Teflon® Platinum Plus
será el primer recubrimiento Teflon® disponible fabricado
sin PFOA.
A comienzos de 2009 y utilizando su nueva tecnología
de resistencia a arañazos registrada y patentada, DuPont
introduce los recubrimientos Teflon® Platinum Plus. Este
nuevo recubrimiento revolucionario mejora en un 50% la
resistencia a arañazos en comparación con los revestimientos actuales Teflon® Platinum. Teflon® Platinum Plus
es el recubrimiento antiadherente más duradero y de mayores prestaciones del que dispone DuPont. Con mejor
resistencia a arañazos, Teflon® Platinum Plus se utiliza
de forma segura con utensilios metálicos y está diseñado
para tener un aspecto nuevo durante más tiempo. Teflon®
Platinum Plus será el primer recubrimiento de la marca Teflon® hecho sin PFOA.
El resto de recubrimientos en spray de gama alta Teflon®
también han sido fabricados para ofrecer mayor duración.
La resistencia a la abrasión de Teflon® Classic, Teflon®
Select y Teflon® Platinum se ha incrementado significativamente en todos los casos. A lo largo de 2009, todos estos recubrimientos estarán disponibles fabricados también
sin PFOA. Los nuevos revestimientos Teflon® continuarán
ofreciendo gran duración para cocinar los alimentos y la
facilidad de limpiado que los revestimientos Teflon® han
proporcionado siempre a consumidores de todo el mundo.
Para más información: http://es.news.dupont.com
El sector agrícola se renueva gracias a los plásticos
oxo-biodegradables de EPI
Environmental Products Inc., empresa canadiense pionera
y líder mundial en tecnología de oxo-biodegradación de
plásticos (biodegradación por captación de oxígeno), ha
desarrollado unos revolucionarios aditivos que reciben
el nombre de TDPATM, Aditivos para Plásticos Totalmente Degradables, con el fin de solventar la acumulación de
desechos plásticos en nuestra sociedad y su permanencia
en el medio ambiente. Se trata de unos aditivos químicos
biodegradantes que encuentran en la agricultura uno de
sus más amplios ámbitos de aplicación ya que es uno de
los sectores de nuestro país que más cantidad de plástico
consume en la actualidad.
El uso de plásticos es imprescindible para el progreso de
numerosas industrias, entre ellas, las relacionadas con la
agricultura. Además, el plástico posee una ventaja diferenciadora del resto de materiales (vidrio, etc.): su peso
reducido, lo que permite un manejo, colocación y transporte más fácil.
En los últimos años, España se ha convertido en uno de
los líderes a nivel mundial en cuanto a fabricación e importación de plásticos para agricultura (sobre todo films).
Las principales aplicaciones del plástico en este sector se
encuentran en invernaderos, túneles, acolchados, mallas
de sombreo, tuberías de riego por goteo, bolsas para cultivos hidropónicos y plásticos fotoselectivos para control
de plagas y enfermedades.
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
EPI desarrolla y distribuye en más de 50 países aditivos
químicos biodegradantes para fabricantes de productos
plásticos destinados a fabricantes de distintos sectores,
contando en la actualidad con más de 150 aplicaciones.
Muchas de estas aplicaciones están relacionadas directamente con el sector agrícola donde cada vez es más
frecuente la utilización de determinados tipos de plásticos,
como por ejemplo, el uso de films con estiércol y paja para
reducir la necesidad de pesticidas y minimizar la necesidad de irrigación, contribuyendo así a maximizar los rendimientos de los cultivos. Cuando estas películas incorporan
aditivos TDPATM, la degradación se hace de forma segura y
en partículas muy pequeñas, la cuales pueden ser aradas
en el terreno, agregando estructura al mismo, al igual que
lo hacen otros componentes orgánicos de la tierra.
Para más información: www.epi-global.com
Repsol lanza un nuevo grado de copolímero EBA
El nuevo grado de Repsol Química, EBA PA1715 (IF
1,5g/10’ y 17% butil acrilato) está dirigido a aplicaciones
generales de extrusión, destacando su comportamiento y
prestaciones en la fabricación de espumas microcelulares
para moldeo por compresión e inyección. El EBA PA1715
de Repsol puede espumarse en las mismas condiciones
que un EVA de características básicas similares, utilizando
el mismo tipo de componentes en la formulación y manteniendo constantes los parámetros de máquina.
Las espumas fabricadas con el nuevo EBA PA1715 de
Repsol presentan un 60% menos de encogimiento, un
40% más de alargamiento y un 30% menos de pérdida
por abrasión, que con los polímeros usados hasta la fecha. Estos atributos y beneficios confirman el deseo de
Repsol de aportar valor a sus clientes, generándoles ventajas competitivas.
Asimismo, la densidad del nuevo grado EBA PA1715, permite un ahorro del 1% de material frente a un EVA de si-
milares características. Por estas razones, los clientes de
Repsol valoran muy positivamente el nuevo grado EBA
PA1715.
Con este lanzamiento la Química de Repsol complementa su ya acreditada gama de EVA y EBA, potenciando y
especializando las instalaciones del complejo de Sines, a
la vez que pone de manifiesto su compromiso de mejora
continua con sus clientes y la industria.
Para más información: www.repsol.com
The new Levafix® Brilliant Red CA: Unique brilliancy
and highest fastness
Levafix Brilliant Red CA is the latest addition to the successful Levafix CA range. This new dye creates a unique
brilliant red and in combination with Levafix Orange CA
and Levafix Scarlet CA clear and bright pastel shades. In
common with all Levafix CA dyes, it meets the requirements of all established ecological standards and is metal
and AOX-free.
Levafix Brilliant Red CA is synonymous with highest Color
Confidence®: the dye offers especially in bright to medium
shades outstanding light fastness even in the presence of
alkaline or oxidative detergent residues, and it has very
high fastness to repeated washing.
Since Levafix CA was introduced ten years ago, the dyes
are setting the benchmark for quality, ecology and cost
effectiveness in reactive dyeing. They can be applied in all
established dyeing methods and their excellent reproducibility and reliable application help to reduce production
costs. As a leading supplier of products and services for
the textile industry, DyStar invests continuously in research
and development of new products with improved properties. Levafix Brilliant Red CA is the latest addition to its
innovative product offering.
Further information: www.dystar.com
NOTICIAS DE EMPRESAS
Atlas Copco ha sido seleccionada por cuarto año consecutivo como una de las 100 compañías más sostenibles del mundo.
La lista Global 100, de las empresas más sostenibles del
mundo, fue dada a conocer esta semana en el Foro Económico Mundial celebrado en Davos, Suiza. La lista incluye empresas de 15 países que abarcan todos los sectores de la economía. Las compañías fueron evaluadas en
función de cómo gestionan sus riesgos y oportunidades
medioambientales, sociales y de gobierno corporativo en
relación con empresas similares de la industria. Atlas Copco es una de las compañías seleccionadas.
“En 2008, el Grupo dio nuevos pasos en el área de responsabilidad corporativa. Se introdujeron nuevos productos y
soluciones energéticamente eficientes, creció el número
de empleados que trabajan en unidades con un sistema
de gestión medioambiental, y la encuesta de empleados
INSIGHT confirmó que la gente está orgullosa de trabajar
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
en el Grupo”, manifestó Annika Berglund, Vicepresidenta
Senior de Comunicaciones Corporativas. “Estamos contentos de ver que nuestro duro y constante trabajo haya
sido reconocido en evaluaciones externas.”
Este año, la lista Global 100 incluyó la fecha de creación
de las 100 compañías seleccionadas. En total, 46 de las
100 empresas llevan operando al menos 100 años. Atlas
Copco fue fundada el 21 de febrero de 1873, y cumple
136 este año.
Para más información: http://www.global100.org/.
Dow inicia las obras del centro global de desarrollo de
tecnología del agua en España
Dow Water Solutions, una unidad de negocio de The Dow
Chemical Company y sus filiales, ha anunciado el inicio de
las obras de construcción del Centro de Desarrollo Glo-
187
bal en Tecnología de Desalación de Agua y Reciclado de
Aguas Residuales en las instalaciones que Dow tiene en
Tarragona. El centro, un componente clave de la estrategia de crecimiento acelerado del negocio de Dow Water
Solutions, tendrá capacidad para desarrollar aplicaciones
de productos y pruebas de componentes, y está concebido para acelerar la comercialización de las tecnologías de
membrana y ultrafiltración de Dow, que permiten la producción de agua potable para consumo humano a partir
de diversas fuentes de agua, incluida el agua del mar.
El nuevo centro refleja los Objetivos de Sostenibilidad fijados por Dow para 2015, mediante los cuales la compañía se compromete a ayudar a resolver los retos a escala
mundial, como el suministro sostenible de agua potable.
Dow está invirtiendo 15 millones de dólares en este centro,
que se espera que abra sus puertas en 2010, y que dará
empleo a 25 técnicos expertos en agua. El Ministerio de
Industria, Turismo y Comercio español, así como la Agencia Catalana de Inversiones, organismo perteneciente a
la Consejería de Innovación, Universidad y Empresa, han
concedido subvenciones a la compañía para los programas de investigación en esta área.
Este proyecto forma parte de un programa continuado de
inversiones. Hace tres años, la Compañía inauguró el centro global de fibras textiles en la planta de Tarragona. Asimismo, Dow también cuenta con un centro europeo para
el desarrollo de plásticos en dicha planta. La proximidad
del centro al Mediterráneo, facilitará el acceso al agua del
mar, con las opciones adicionales de acceder a agua salobre, aguas residuales industriales y agua de río depurada. Al reproducir fielmente las condiciones de operación
de las plantas de desalación en las plantas piloto, Dow
Water Solutions mejorará su conocimiento y comprensión
de cómo lograr el mejor rendimiento con los costes operativos más bajos para el tratamiento del agua. El centro
dispondrá de una zona de demostración con la más moderna tecnología, donde los clientes podrán ver y conocer
las avanzadas capacidades de Dow Water Solutions en
tecnología de tratamiento del agua.
Para más información: www.dow.com ó
www.dowiberica.com
El sector agrícola se renueva gracias a los plásticos
oxo-biodegradables de EPI
Environmental Products Inc., empresa canadiense pionera
y líder mundial en tecnología de oxo-biodegradación de
plásticos (biodegradación por captación de oxígeno), ha
desarrollado unos revolucionarios aditivos que reciben
el nombre de TDPATM, Aditivos para Plásticos Totalmente Degradables, con el fin de solventar la acumulación de
desechos plásticos en nuestra sociedad y su permanencia
en el medio ambiente. Se trata de unos aditivos químicos
biodegradantes que encuentran en la agricultura uno de
sus más amplios ámbitos de aplicación ya que es uno de
los sectores de nuestro país que más cantidad de plástico
consume en la actualidad.
El uso de plásticos es imprescindible para el progreso de
numerosas industrias, entre ellas, las relacionadas con la
agricultura. Además, el plástico posee una ventaja diferenciadora del resto de materiales (vidrio, etc.): su peso
reducido, lo que permite un manejo, colocación y transporte más fácil.
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En los últimos años, España se ha convertido en uno de
los líderes a nivel mundial en cuanto a fabricación e importación de plásticos para agricultura (sobre todo films).
Las principales aplicaciones del plástico en este sector se
encuentran en invernaderos, túneles, acolchados, mallas
de sombreo, tuberías de riego por goteo, bolsas para cultivos hidropónicos y plásticos fotoselectivos para control
de plagas y enfermedades.
EPI desarrolla y distribuye en más de 50 países aditivos
químicos biodegradantes para fabricantes de productos
plásticos destinados a fabricantes de distintos sectores,
contando en la actualidad con más de 150 aplicaciones.
Muchas de estas aplicaciones están relacionadas directamente con el sector agrícola donde cada vez es más
frecuente la utilización de determinados tipos de plásticos,
como por ejemplo, el uso de films con estiércol y paja para
reducir la necesidad de pesticidas y minimizar la necesidad de irrigación, contribuyendo así a maximizar los rendimientos de los cultivos. Cuando estas películas incorporan
aditivos TDPATM, la degradación se hace de forma segura y
en partículas muy pequeñas, la cuales pueden ser aradas
en el terreno, agregando estructura al mismo, al igual que
lo hacen otros componentes orgánicos de la tierra.
Para más información: www.epi-global.com
AirLiquid. Dinámica sostenida en el conjunto del año
2008 Crecimiento de dos dígitos del Beneficio neto
por acción: 10,3%
La cifra de negocios de 2008 alcanza los 13.103 millones
de euros, un crecimiento de +11,0%, , y el beneficio de
explotación asciende los 1.949 millones de euros, un crecimiento de +8,6%. El crecimiento de 2008 viene principalmente de las nuevas puestas en marcha de plantas en
Grandes Industrias, de la solidez de la demanda y los precios en Mercado Industrial, de una resistencia satisfactoria
de Electrónica y del desarrollo sostenido de Medicinal.
El Consejo de Administración de Air Liquide propondrá,
en la próxima Junta General de Accionistas, el pago de
un dividendo de 2,25 euros por acción. Este dividendo es
el mismo que en 2007, con un número de títulos que ha
aumentado en +10%, tras la distribución de acciones gratuitas en Junio de 2008. El dividendo se abonará el 18 de
Mayo de 2009.
El Consejo ha aprobado asimismo los proyectos de resoluciones que serán sometidos a la Junta General, y en particular la renovación, para una duración de 4 años, de los
mandatos de administrador del Señor Thierry Desmarest,
del Señor Alain Joly y del Señor Thierry Peugeot. El Consejo también ha tomado acta de la decisión de Sir Lindsay
Owen Jones de no solicitar la renovación de su mandato
de administrador. El Consejo ha agradecido a Sir Lindsay
Owen Jones su gran contribución a los trabajos del Consejo de Air Liquide a lo largo de los 15 últimos años.
Además, el Consejo ha fijado la cuantía de las remuneraciones de los altos ejecutivos del Grupo para 2009 y ha revisado las reglas de gobierno de la Sociedad, teniendo en
cuenta las nuevas recomendaciones de la AFEP-MEDEF.
El detalle de estas disposiciones se publicará en la página
web del Grupo Air Liquide.
Para más información: www.airliquide.com
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
La Fundación CONAMA presenta la nueva página Web
sobre el Informe Cambio Global España 2020’s
La Fundación CONAMA en colaboracion con la Fundación
General Universidad Complutense de Madrid ha elaborado un minucioso informe que revela la alarmante situación
por la que atraviesa la Tierra. Este documento fue presentado en el noveno Congreso Nacional del Medio Ambiente
con el contudente título El reto es actuar, lema en el que
se desarrolló CONAMA 9.
Nueva página web www.cambioglobal.es
La Fundación Biodiversidad firma un convenio para
seguir impulsando la labor del Observatorio de la Sostenibilidad en España
La ministra de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino,
Elena Espinosa; el rector de la Universidad de Alcalá, Virgilio Zapatero, y la directora de la Fundación Biodiversidad,
Ana Leiva, firmaron un Convenio Marco de colaboración
para continuar alentando la labor del Observatorio de la
Sostenibilidad en España (OSE).
La Fundación Biodiversidad apoya, desde su creación,
en febrero de 2005, la actividad del OSE que, en estos
años, se ha convertido en un organismo de referencia de
la evaluación integrada de los procesos de desarrollo sostenible.
El convenio tiene como objeto asegurar la continuidad de
las tareas de recopilación y divulgación del Observatorio,
de modo que los poderes públicos y entidades sociales
puedan seguir contando con los informes periódicos de
un órgano independiente de investigación, creíble y riguroso.
En sus cuatro años de existencia, el OSE ha publicado
tres informes anuales de sostenibilidad y cuatro informes
temáticos, basados en indicadores: “Cambios de ocupación del suelo en España”, “Calidad del aire en las ciudades”, “Agua y sostenibilidad” y “Sostenibilidad Local”. Se
presento el libro “Sostenibilidad Local. Una aproximación
urbana y rural”, editado por el Ministerio de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino.
“Sostenibilidad Local: una aproximación urbana y rural”
tiene como finalidad profundizar en el análisis de los procesos de desarrollo local, atendiendo tanto al mundo urbano como al mundo rural, en un contexto territorial diversificado El informe cruza por primera vez datos de tercera
generación y la mejor información disponible para analizar
los modelos de desarrollo de las áreas urbanas y rurales
de España, sus interacciones y sus impactos económicos,
ambientales y sociales desde una perspectiva estratégica
y metodológica innovadora.
Información: www.fundacion-biodiversidad.es
Oceana y la fundación biodiversidad presentan una propuesta de áreas marinas de importancia ecológica en el
atlántico sur y en el mediterráneo español
áreas protegidas con los que hoy en día cuenta. Para ello,
será necesario un ritmo de protección de casi 65 km2 al
día.
En un acto presidido por la Directora de la Fundación Biodiversidad, Ana Leiva, y el Director de Oceana para Europa, Xavier Pastor, se ha presentado hoy “Propuesta de
áreas marinas de importancia ecológica: Atlántico Sur y
Mediterráneo español”, un informe científico fruto de la investigación realizada por Oceana con el apoyo de la Fundación Biodiversidad. El estudio incluye una propuesta de
25 espacios marinos, la mayoría de los cuales no están
protegidos, y que, dado su valor ecológico, Oceana propone para su protección.
La declaración de nuevas áreas marinas protegidas en lugares como el seco de los Olivos (Andalucía), las montañas
submarinas del canal de Mallorca (Baleares), los cañones
de Palamos y Creus (Cataluña), el seco de Palos (frente
a Murcia) o el cabo de la Nao (Comunidad Valenciana),
junto a la ampliación de zonas ya protegidas como Columbretes, Alborán o Doñana, son algunas de las propuestas
realizadas por Oceana y que se incluyen en este estudio
sobre más de medio centenar de lugares del Mediterráneo
español y aguas atlánticas adyacentes.
Oceana ha accedido a lugares que van desde la superficie
hasta más de 300 metros de profundidad. Ello ha permitido encontrar y estudiar jardines de gorgonias, campos de
esponjas, bosques de algas, prados mixtos de fanerógamas, lechos de maërl y coralígeno, etc., así como el descubrimiento de esponjas carnívoras sobre dos montañas
marinas españolas.
España cuenta actualmente con más de 5.000 kilómetros
de aguas marinas bajo distintas figuras de protección,
pero sería necesario aumentar esta cifra hasta alrededor
de 100.000 km2. Según el Convenio de Biodiversidad de
Naciones Unidas, con el objetivo de frenar la pérdida de
diversidad biológica en los océanos, en el 2012, al menos el 10% de la superficie marina deberá estar protegida.
Pero, según la Unión Internacional para la Conservación
de la Naturaleza, sería recomendable aumentar este porcentaje hasta un 20%-30% para cumplir este objetivo.
El Gobierno español, a través de la Fundación Biodiversidad, fundación pública del Gobierno de España depdendiente del Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural
y Marino, ha puesto en marcha un ambicioso proyecto,
LIFE+ INDEMARES, que cuenta con financiación de la Comisión Europea, para estudiar nuevas áreas potenciales
para su conservación. En este proyecto, en el que colabora Oceana, se van a investigar 10 áreas marinas, entre
las que se incluyen varias de las mencionadas anteriormente, para proponerlas para su protección a través de su
incluisión en la Red Natura 2000. No obstante, todavía se
necesitarían nuevas zonas y más superficie protegida para
contribuir a los objetivos internacionales.
En el Mediterráneo español, Oceana ha realizado inmersiones en más de medio centenar de localizaciones, recopilándose más de 160 horas de filmación y 3.000 fotografías submarinas.
Información: www.fundacion-biodiversidad.es y
www.oceana.org
Cuando apenas faltan tres años para que se cumpla el
plazo dado por Naciones Unidas para la protección de, al
menos, el 10% de la superficie marina mundial, España
aún necesita aumentar rápidamente el escueto 0,5% de
Afinidad LXVI, 540, Marzo-Abril 2009
189
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words and 3-6 key words. They should be divided into
sections and should normally not exceed 10 printed
pages. Each manuscript should have less than 10 original figures and tables.
2. Review Papers and articles of general interest related
to chemistry are written and presented by scientists
invited by the Editorial Board. The length of this type
of article will depend upon the subject.
3. Short Communications should provide a concise statement of a preliminary report or significant research
contribution, should include a summary of not more
than 50 words and should normally not exceed 4 printed pages, containing no more than 2 figures or tables.
They will have publication priority.
4. Letters to the editor should either be on a topic of
scientific concern or give comment upon recently
published articles and should not exceed 2 printed
pages.
and include: Title and authors, Abstract, Key words,
Description, Results, Acknowledgements and References.
Title and authors: The title should head the manuscript
and should be concise and carefully formulated.
Abbreviations and trade names should be avoided. The
title should be followed by the first names and surnames
of the authors, and address(es) of the laboratory where
the work was carried out. Mark with and asterisk (*) the
author to whom correspondence should be addressed.
Abstract and key words: The abstract should summarize the contents of the paper and should state the major
findings and conclusions of the article. Any of the three
official languages can be used. A list of key words in
alphabetical order should be added in order to assist in
abstract listing and index production.
Description: The main text should contain the following
items in the sequence given:
– Introduction: This brief statement should describe the
importance of the work in relation to the field, remaining problems, your hypothesis and the objective of the
study. Indicate what has been achieved.
– Materials and Methods: This section should provide
sufficient information to enable other investigators to
repeat the work.
SUBMISSION OF MANUSCRIPT
– Results and Discussion: This section should include
all tables, graphs and illustrations necessary to understand the study. Results should be presented as concisely as possible.
The original manuscript should be sent to the Editor of
AFINIDAD by e-mail: afin@iqs.es
– Conclusion: Authors must state the main conclusions
of the research and give a clear explanation of their
importance and relevance.
AFINIDAD
Asociación de Químicos e Ingenieros
del Instituto Químico de Sarriá
Vía Augusta, 390
08017 Barcelona, Spain
Authors will receive, by e-mail, an immediate acknowledgement of receipt of their paper, followed within 6
months by notification of acceptance or rejection after
peer evaluation. Authors will be informed of the reasons
should an article be turned down, but not be given the
referee’s name.
Galley proofs will be sent to the author to whom correspondence is to be directed (marked on the manuscript
with an asterisk) by e-mail. These should be returned
within the dates specified, otherwise publication might
be delayed.
Offprints are sent to authors by e-mail in PDF format.
GUIDELINES FOR MANUSCRIPT
PREPARATION
Articles must be in English, Spanish of Catalan typed
double-spaced throughout on pages of DIN A-4 size leaving a margin of 2.5 cm. on each side. All pages must be
numbered. Authors who are less familiar with the English
language should seek assistance from proficient colleagues in order to produce manuscripts that are grammatically and linguistically correct.
Full Papers and Short Communications should conform
to the format found in international chemistry journals
– References: References should be listed, in the order
in which they are cited in the text, at the end of the article. Abbreviation should conform to the Chemical
Abstracts Sources Index (CASSI). Papers that are
unpublished but have been accepted by a journal may
be cited with the journal’s name followed by «in press».
In all other cases reference must be made to «unpublished work» or «personal communication».
– Acknowledgements: Acknowledgements of financial
support, advice or other kinds of assistance should be
made at the end of the paper. Acknowledgements
should be kept to a minimum.
– Units, nomenclature, formulae, graphs and mathematical equations: The use of Système International
d’Unités (SI) is recommended. IUPAC standards should
be observed. Known and accepted scientific abbreviations may be used, and special abbreviations should
be defined when first mentioned. Equations, formulae
and graphs may be marked with Arabic numerals in
parentheses.
– Figures and tables: Figures should be submitted on
disc and hard copy, printed in black and white, and
drawn in indian ink on good quality paper. Black and
white photographs are accepted. Coloured photographs
will be considered in exceptional cases. The numbers
and letters should be legible after the reduction of the
original paper. The figure legends and tables footnotes
should be typewritten on a separate sheet.
Authors should take care to assure the illustrations are
received in good condition.
Con la colaboración de: