SINTESIS DE DIBENZALACETONA POR CONDENSACION ALDÒLICA CRUZADA Y OBTENCION DE N- (P-TOLUIL) BENZAMIDA MEDIANTE BENZOILACION DE PTOLUIDINA *a Sebastián Portilla Delgado , Omar Cotazo Mosquera*b, Eliana Mora*c. *
Estudiante Química, Departamento Departamento de Química, Universidad Universidad de Nariño, campus campus Torobajo, Pasto-Colombia.
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RESUMEN: En RESUMEN: En esta práctica se realizó la condensación aldólica para la Síntesis de dibenzalacetona y se llevó a p-toluil) benzamida. Después de realizar los procesos de cabo la Benzoilación de p-Toluidina para obtener N-( pcondensación y benzoilación para la obtención de los productos deseados, se les midió el punto de fusión a los cristales obtenidos, dando 108,9 °C y 162 °C para dibenzalacetona y N-( p-toluil) benzamida respectivamente. Dichos valores se confirmaron y compararon con la literatura dando unos porcentajes de error de 2,77 y 2,53 % para dibenzalacetona y N-( p p-toluil) benzamida respectivamente.
INTRODUCCIÓN: INTRODUCCIÓN: Una reacción de condensación es aquella en la cual se combinan dos moléculas para formar un nuevo enlace C-C y simultáneamente se elimina una pequeña molécula de agua. En las reacciones con aldehídos o cetonas, se puede eliminar un protón del carbono alfa si este carbono α se convierte en un nucleófilo. Una
adición aldólica es una reacción en la que se observa la formación de un compuesto carbonílico después de haber eliminado un protón de un carbono α, posteriormente, reacciona como nucleófilo y ataca el carbono del grupo carbonilo, que es un electrófilo, en una segunda molécula del compuesto carbonílico [1]. Como bien conocemos de las reacciones de alcoholes, sufren deshidratación cuando se calientan con ácido. Los productos β- hidroxialdehido hidroxialdehido y β-hidroxicetona de las reacciones de adición aldólica son más fáciles que deshidratar muchos alcoholes dado que el enlace doble que se forma como producto de la deshidratación está conjugado con un grupo carbonilo. La conjugación aumenta la estabilidad del producto y por consiguiente facilita la formación. Si el producto de una adición aldólica sufre deshidratación, a la reacción total se le conoce con el nombre de condensación aldólica. Una condensación aldólica es una reacción química orgánica donde en medio básico un ion enolato, o vía enol si el medio es ácido, reacciona con un grupo carbonilo para dar lugar a un β -hidroxialdehído (aldol) o una β-hidroxicetona. Corrientemente, se obtiene un sistema conjugado de un carbonilo α, β -insaturado
como producto final, a través de la deshidratación del intermedio [2]. En la síntesis orgánica es de gran utilidad el empleo de grupos protectores, si un compuesto tiene dos grupos funcionales que reaccionan con un determinado reactivo y sólo se desea que reaccione con uno de ellos es necesario proteger al otro grupo funcional del reactivo, luego de que el compuesto haya reaccionado como se deseaba mediante calor, hidrogenólesis o acidificación se puede eliminar el grupo protector sin modificar el grupo funcional que se tenía protegido. Existen numerosos grupos protectores como, acetilos, bencilos, tosilo, p-Metoxibencilo, carbobenciloxi, ésteres, iminotriphenylphosphorano, MPoc, entre otros [3]. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. Síntesis de dibenzalacetona. Tabla 1: Datos Experimentales Síntesis Sustancias Cantidad Volumen NaOH 15% 2 mL Volumen de etanol 95% 3,2 mL Volumen benzaldehido (mL) 0,4 mL Volumen de acetona (mL) 0.14 mL Peso difenzalacetona(mg) difenzalacetona(mg) 0.147mg Punto de fusión (°C) 108,9 °C Una condensación aldólica se da gracias a la forma enólica que puede adoptar un aldehído o una cetona, estos compuestos pierden fácilmente un protón en presencia de una base y el ion que se forma es estabilizado por resonancia; este puede atacar entonces al carbono del grupo carbonilo de una segunda molécula. Es importante destacar que la acción del 1
hidroxilo (-OH) es como catalizador; además hay tres factores a considerar: la polarización del carbonilo, enolización y estabilidad de los compuestos carbonilicos α-β-insaturados [4]. Los aldehídos también puede mostrar esta característica de hidrógenos ácidos por las mismas razones que en las cetonas, y por lo tanto pueden llevar a cabo, homólogamente a las cetonas, un proceso de enolización; pero a diferencia de las cetonas, el carbono carbonílico en los aldehídos no están
la primera etapa y su reacción con la segunda molécula de benzaldehído. La primera etapa contiene el principio crucial de la reacción la formación del enolato, la posibilidad de que se forme el ion enolato se le atribuye a la acidez de los hidrógenos α, tanto aldehídos como cetonas los pueden presentar, en el caso de la figura 3, la acetona presenta dos carbonos α y por lo tanto seis hidrógenos α:
acompañados de dos carbonos α como ocurre en las
cetonas, debido a la estructura:
Figura 3: Acetona Figura 1: Etanal
Hay tomar en cuenta esta diferencia debido a que los grupos metilo estabilizan la carga parcial positiva en el carbono carbonílico, lo que quiere decir que una cetona tiene mayor estabilidad al lograr un enolato que un aldehído, no obstante, una auto-condensación es más factible para un aldehído que para una cetona debido al impedimento estérico que puede presentar la cetona a la hora del ataque nucleofilo, además, en la práctica, para llevar a cabo este proceso de autocondensación de cetonas se necesitan de temperaturas muy altas y equipos especiales.
Debido a que cada grupo metilo (CH 3) es equivalente también lo es la acidez de los hidrógenos α. Este fenómeno se da gracias a que el grupo carbonilo (C=O) es polar, puesto que el oxígeno es más electronegativo que el carbono y atrae los electrones del doble enlace, especialmente los del enlace π;
haciendo de los compuestos carbonílico bastante reactivos. La función del enolato como nucleófilo es por parte del carbono α, que gracias a la resonancia, también
puede estar unido al carbono carbonílico por medio de un doble enlace como se observa a continuación:
Por otro lado, la enolización solo es posible si la cetona o el aldehído tiene hidrógenos α. Durante la presente práctica se realizó la síntesis de Dibenzalacetona mediante una condensación aldolica entre el Benzaldehído y la Acetona:
Figura 4: formación del enolato.
Una vez formado el enolato ( figura 4), la reacción obedece al siguiente mecanismo: donde dicho enolato ataca al carbono del grupo carbonílico. Figura 2: Benzalacetona por Condensación Aldolica
Como se puede observar en la figura 2, es necesario dos moléculas de Benzaldehído para formar una sola molécula de Dibenzalacetona; esta formación se dió en dos etapas; la primera etapa con la reacción entre una molécula de acetona y una molécula de benzaldehído y las segunda etapa con la reacción entre el producto de
Figura 5: Primera Etapa.
2
Como se puede observar, que el producto formado en esta primera etapa conserva aún un carbono α con sus correspondientes hid rógenos α, los cuales poseen sus características acidas que permiten la formación de un segundo enolato, es decir, gracias al medio básico presente se abstrae el otro hidrogeno α, para formar
segundo ion enolato como se muestra a continuación:
Figura 6: Formación del segundo enolato
La segunda etapa consiste en la reacción del producto obtenido ( Figura 6 ) y una segunda molécula de Benzaldehído; donde el ion enolato ataca al carbono del grupo carbonilo de la molécula de benzaldehído para formar molécula de dibenzalacetona.
que la condensación aldólica se de cómo se explica en la primera y segunda etapa [6]. Posteriormente se tomó el punto de fusión del compuesto sintetizado, obteniendo un valor de 108,9°C que comparado con el reportado en la literatura que es 112°C es menor, por lo cual se considera un cierto grado de impurezas presentes, pero se llega a la conclusión de que se sintetizo el producto deseado. Cuestionario: 1. Escriba cinco formulas con sus respectivos nombres de cetonas y aldehídos sin Hidrogenos alfas.
2. Escriba el mecanismo de reacción de la condensación aldólica en medio acido.
Figura 7: Segunda Etapa
Gracias a la estabilidad de la molécula de Dibenzalacetona, que se debe a conformación conjugada de sus enlaces en toda la molécula, es poco probable que esta continúe reaccionando ya que ello le implicaría perder este tipo de estabilidad, lo cual, energéticamente, es desfavorable [5]. Ya es de saber que, entre estos compuestos, solo la acetona puede realizar un proceso de enolización; ya que el benzaldehído carece de hidrógenos α; lo que
significa que dado el caso de que la acetona se encontrase en un medio básico, ésta, al formar su respectivo enolato pudiese reaccionar con otra molécula de enolato o hasta con otra acetona, lo cual provocaría una cadena de reacciones que terminarían por formar productos totalmente diferentes al enolato necesario para la producción de Dibenzalacetona; es por ello que se decide agregar de último, en baja concentración y gota a gota a la acetona, pues esto último conduce que sea más probable que interaccione con moléculas de Benzaldehído que con sus mismas moléculas, además, el medio hace que la acetona este bastante diluida incrementando las posibilidades de
Benzoilación de p-Toluidina Tabla2: materiales utilizados para la síntesis de N- ( ptoluil) benzamida y su caracterización por medio de su punto de fusión. Sustancia Cantidad 105 mg p-Toluidina NaOH 20 % 10 mL cloruro de benzoilo 1 mL Papel filtro vacío 228 mg 3
Papel filtro + producto 382 mg N-( p-toluil) benzamida recuperado 154 mg Punto de fusión 162 °C
Figura 8: p-Toluidina Figura 10: mecanismo de reacción del Cloruro de benzoilo y p-Toluidina en medio alcalino para dar N( p-toluil) benzamida.
Figura 9: Cloruro de benzoilo.
La reacción por la cual se rige esta benzoilación sigue los siguientes pasos: La anilina ataca por medio del par electrónico libre del nitrógeno, al carbono carbonílico del cloruro de benzoilo, en donde se sigue una reacción de sustitución Nucleofílica SN2.
En el intermedio de reacción, la amida que tiene una carga parcial positiva puede deslocalizarse en el anillo aromático, que además el grupo metilo electrodonador en posición para, contribuye a la estabilización de dicha carga aumentando así la velocidad de la reacción, luego la base (NaOH) abstrae un protón de la amida protonada, devolviendo el par electrónico al átomo de nitrógeno, dando como resultado el producto de benzoilación correspondiente a N-( p-toluil) benzamida. Después de aparecer unos cristales blancos, se filtraron al vacío y una vez secos se midió el punto de fusión a través de un fusiómetro al compuesto, resultado de la cristalización. Al ser el punto de fusión una propiedad intensiva de la materia, al medir el punto de fusión de este compuesto sabremos si éste se encuentra puro o si es un compuesto diferente. El punto de fusión depende del peso molecular, la clase de empaquetamiento que posea la red cristalina; se basa en la energía para romper la red y fundir al compuesto [7]. La N- ( ptoluil) benzamida tiene un punto de fusión de 158 °C [8], por lo que al compararlo con el compuesto sintetizado se puede establecer una gran cercanía (2,53 % de error), deduciendo que se sintetizó el compuesto deseado correctamente, con una mínima cantidad de interferencias o impurezas que nos desviaron del punto de fusión reportado. Cuestionario: 1. Diga como obtendría fenacetina en el laboratorio. La fenacetina se prepararía realizando la síntesis de Williamson del acetaminofén con yoduro de etilo, en 4
presencia de carbonato de potasio. Dicho proceso, es una conversión de dos pasos para formar un éter. En el laboratorio lo que se hace inicialmente es mezclar el acetaminofén con carbonato de potasio, con el fin de obtener el ion fenóxido. O O HN NH
CH3
+
CO3
CH3
2-
+
HO O
HCO 3
-
-
Al adicionar yoduro de etilo; el ión fenóxido actúa como el nucleófilo en la reacción SN2 con el yoduro de etilo para formar la fenacetina [9]. O
O
HN
acético para la obtención de acetaminofén. HN
CH3
+ -
O
Figura: Reacción del p-aminofenol con anhídrido
CH3CH2I
CH3
+ O
I
-
CH3
La reacción global que se da en la síntesis de fenacetina es la siguiente:
2. Por qué la síntesis de acetaminofén no se obtiene el éster correspondiente al producto de la acetilación del grupo hidroxilo? Las reacción del p-aminofenol con anhídrido acético, produce la acetilación del primero, obteniéndose como productos el acetaminofén y ácido acético. La reacción tiene lugar con selectividad funcional, ya que el grupo amino del p-aminofenol reacciona más rápido que el grupo hidroxilo, por lo que sólo se obtiene la amida. Aunque conviene proteger el grupo hidroxilo fenólico debido a su mayor poder nucleófilo, respecto al nitrógeno anilínico.
Posiblemente en la reacción no se obtiene el éster correspondiente al producto de la acetilación del grupo hidroxilo debido a que como podemos observar, en el intermedio de la reacción se forma una carga electropositiva en el nitrógeno y como este es menos electronegativo que el oxígeno (3,04 D para N y 3,44 D para O), este puede controlar esa carga, haciendo que la reacción siga efectivamente el mecanismo propuesto en la figura anterior. [1] Quimica Organica quinta edicion Paula Yurkanis Bruice university of California, Santa Barbara. Editorial Perason educacion mexico 2008. Pág 872876, Capítulo 18. [2] Cooper, Paul W., Explosives Engineering, New York: Wiley-VCH, 1996. ISBN 0-471-18636-8 [3] Wade. L.G “Química Orgánica” Pearson Education. 5ta Edición. 2005. [4]Allinger.Cava. De Jongh.ohnson.Lebel.Stevens QUÍMICA ORGÁNICA/ Organic Chemistry., 2 edición, Copyright © 1971 by Worth Publishers, Inc . [5] Química Orgánica McMurry, J. 5ª ed. Pág 967 [6] [Schaum - H.Meislich.] Quimica Organica, 3 edición, Traducción Cecilia Avila De Barón, Especialista en traducción, Universidad de Los Andes. Pág 394. [7] Yurkanis, P. “Química Orgánica”. Prentice Hall.
5ta Edición. 2008. [8] Benzoyl-p-toluidine. Recuperado de http://www.stenutz.eu/chem/solv6.php?name=benzoyl p-toluidine [9] Wade, L. Química Orgánica; 5ta Edición. Ed. Pearson Educación. México DF. 2005; Pag. 610-611. 5
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