Sintesi dell’isoborneolo dalla canfora
EFFETTO: Sintesi della sostanza naturale isoborneolo, purificazione e valutazione della sua purezza.
MATERIALE: 1 pallone da 50 mL, 1 ancoretta magnetica, 1 piastra agitante-riscaldante, 1 vial da 25 mL, 1 refrigerante e 2 tubi di gomma per l’acqua, lastre TLC (gel di silice 60 F254, 0.25
mm), 1 camera cromatografica (un beaker o un barattolo di vetro), 1 spatolina, 1 imbuto estrattore da 50 mL, 1 beuta da 25 mL e 1 beuta da 50 mL, 1 imbutino di vetro, carta da filtro, 2 palloni da 50 mL, 5 pipette pasteur munite di tettina in gomma, 1 colonna cromatografica, provette da 10 mL, 2 tubi NMR.
REATTIVI: (1R)-(+)-canfora, metanolo, sodio boridruro, acqua distillata, etere etilico, magnesio solfato, etere di petrolio, isoborneolo, borneolo, gel di silice (230-400 mesh), cloroformio-d.
PROCEDURA: In un pallone da 50 mL, introdurre 500 mg (m.w.: 152.23 u.m.a., 0.0032 moli) di (1R)-(+)-canfora. Aggiungere 5.0 mL di metanolo ed agitare con un’ancoretta magnetica fino a dissoluzione del solido. Pesare 2.0 equivalenti di sodio boridruro (m.w.: 37.83 u.m.a.) in una vial da 5 mL, quindi aggiungere cautamente, a piccole porzioni, il solido alla soluzione. Terminata l’aggiunta, fissare sul pallone un refrigerante e riscaldare a riflusso (temperatura del bagno a circa 68°C) la miscela. Dopo circa 20 min effettuare il primo controllo dell’andamento della reazione tramite TLC (cromatografia su strato sottile; eluente: etere di petrolio:etere etilico 9:1; rivelatore: acido fosfomolibdico/lampada
UV/visibile). Ripetere i controlli a intervalli di circa 20 min fino a completamento della reazione.
Su ogni TLC (di circa 5 x 2 cm) dovranno essere caricate, in corrispondenza di tre punti posti alla stessa altezza dal fondo (circa 0.5 cm), rispettivamente la miscela di reazione, una soluzione di canfora e una combinazione delle due.
Lasciar raffreddare il pallone di reazione a temperatura ambiente, poi introdurre 10 mL di acqua distillata. Allontanare il metanolo al rotavapor. Aggiungere 10 mL di etere etilico alla sospensione acquosa in modo da dissolvere il solido. Trasferire il tutto in un imbuto estrattore da 50 mL e separare le due fasi formate. Conservare la fase acquosa in una beuta da 25 mL e quella organica in una da 50 mL. Estrarre ancora per due volte la fase acquosa con etere etilico (2 x 10 mL). Riunire le fasi organiche e anidrificare la soluzione risultante aggiungendo magnesio solfato. Dopo 5 min, filtrare su carta e rimuovere il solvente al rotavapor. Determinare il peso del solido grezzo ottenuto.
Pesare 20 gr di silice ed impaccare la colonna cromatografica utilizzando una miscela di etere di petrolio/etere etilico 8/2. Sciogliere il grezzo di reazione ottenuto dopo work-up nella minima quantità dell'eluente etere di petrolio/etere etilico 8/2 e caricarlo in colonna. Eluire a gradiente da etere di petrolio/etere etilico 8/2 a etere di petrolio/etere etilico 7/3, raccogliendo l'eluato in frazioni da 2 mL. Controllare il contenuto di ogni frazione mediante TLC utilizzando etere di petrolio/etere etilico 9/1, riunire e pesare le frazioni separate che saranno identificate successivamente mediante indagine spettroscopica. Effettuare un’analisi 1H-NMR del campione grezzo (sciogliere circa 5 mg di grezzo in 0.5 mL di CDCl3)
per determinare il rapporto tra i due alcoli diastereoisomerici isoborneolo e borneolo (segnali caratteristici: isoborneolo, 3.59 δ, borneolo, 3.98 δ). A tal scopo confrontare lo spettro ottenuto con quello di due campioni commerciali di isoborneolo e borneolo.
PRESUPPOSTI TEORICI: La canfora è un chetone appartenente ad una classe di sostanze naturali denominate monoterpeni. Questi composti sono presenti prevalentemente nel mondo vegetale, dove svolgono, a seconda dei casi, funzione attrattiva (per favorire l’impollinazione zoofila) o repulsiva nei confronti degli animali (ad esempio, degli insetti fitofagi). Alcuni monoterpeni, inoltre, hanno attività tossica nei confronti di altre specie vegetali competitive e possono limitarne o adirittura impedirne l’accrescimento. La canfora è presente in natura in entrambe le forme enantiomeriche o come miscela racemica. La forma destrogira ((R)-(+)) è molto più comune della forma levogira ((S)-(–)). La fonte principale della (R)-(+)-canfora è l’olio di canfora, ottenuto dalla distillazione del legno dell’albero di canfora (Cinnamomum camphora; Lauraceae), una pianta originaria dell’estremo oriente, ma la sostanza è presente come componente minore anche in altri oli essenziali come quello di salvia, rosmarino o coriandolo.
Era già utilizzata dagli antichi Romani come repellente contro gli insetti nocivi e viene ancora oggi impiegato per allontanare
ad esempio i tarli dei libri e del legno, le tarme e le zanzare. Numerose sono anche le applicazioni mediche, poiché questo chetone presenta azione decongestionante delle vie respiratorie, stimolante del muscolo cardiaco, antireumatica e antisettica. Infine, viene introdotta come additivo plastificante alla nitrocellulosa per preparare la celluloide.
Il borneolo e l’isoborneolo sono alcoli monoterpenici, tra loro diastereoisomerici (differiscono per la configurazione di un solo centro stereogenico) prodotti anch’essi da piante. Le loro funzioni in natura sono simili a quelle della canfora. L’isoborneolo, presente in alcuni oli essenziali come quello di ginepro e quello di tanaceto, viene utilizzato in miscela con altre sostanze profumate, per la preparazione di saponi, cosmetici e bastoncini d’incenso oppure come aromatizzante per il tabacco da masticare o le noci di areca. Lo stesso borneolo trova applicazioni nell’industria cosmetica, nella produzione di fragranze, profumi e aromi, nonché nell’industria farmaceutica e parafarmaceutica. Entrambi questi diastereoisomeri possono essere ottenuti per riduzione della canfora. Sebbene solitamente venga prodotta una miscela dei due alcoli, è possibile ottenere prevalentemente l’uno o l’altro selezionando opportunamente l’agente riducente e le condizioni di reazione. I due alcoli possono poi essere separati mediante cromatografia su colonna.
RIFERIMENTI: a) D. R. Palleros, Experimental Organic Chemistry; John Wiley & Sons Inc., 2000.
b) D. L. Pavia, G. M. Lampman, G. S. Kriz, Il laboratorio di
