INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS EXTRACTIVAS ACADEMIA DE QUIMICA ORGÁNICA Y DE POLÍMEROS LABORATORIO LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA II
PRACTICA N° 1
“OBTENCIÓN “OBTENCIÓN DEL BENZHIDROL POR REDUCCIÓN DE LA BENZOFENONA ”
NOMBRE DEL ALUMNO : GOMEZ MARTINEZ JULIAN
PROFESORA :
APOLONIA VILLAGRANA MURILLO
GRUPO: 41M1
TURNO:
MATUTINO
Práctica 1. “Obtención del Benzhidrol por reducción de la Benzofenona”
OBJETIVOS:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Sintetizar el benzhidrol mediante la reducción de la Benzofenona Valorar la importancia de la síntesis por el método de reducción Conocer algunos métodos alternos para la obtención del benzhidrol Identificar el uso de los catalizadores en la reducción Conocer la importancia y aplicación del benzhidrol Identificar los tipos de reacciones que se llevarán a cabo hasta la obtención del mismo. Aplicar el método reducción para generar productos específicos Confeccionar las operaciones y/o parámetros que se manejaran durante la síntesis Identificar el producto producto obtenido mediante las pruebas correspondientes correspondientes Desempeñar un buen manejo del equipo semi-micro para las practicas subsecuentes
ALCANCES:
1. Alcanzar los objetivos previamente establecidos. 2. Establecer algunos métodos alternos para la sintetización de alcoholes 3. Establecer las propiedades y aplicaciones del benzhidrol
METAS
1. Desarrollar las actividades previas establecidas 2. Realizar la investigación en diferentes fuentes bibliográficas sobre los temas ya mencionados 3. Desarrollar la experimentación de forma adecuada 4. Elaborar un diagrama de bloques con la secuencia del desarrollo de la práctica 5. Estudiar previamente la práctica 6. Complementar con el cuestionario 7. Elaborar el reporte correspondiente
REACCION GLOBAL:
Benzofenona
ión zinc
ión hidroxilo
benzhidrol
Mecanismos de reacción:
i)
Zn+
+
H – Ol- Na+
ii)
Zn-OH
+
H – Ol
iii)
lO – H Zn lO .. H
iv)
v)
lOl l Zn l lOl
-
2H°
+
Na+
Zn lO-H
Na+
+
+
+
Na+
H – O – Zn – O – H + Na+
ZnO2
▪
O – Zn - O▪
Na+
lOl- Na+ l zn l lOl- Na+
INVESTIGACION BIBLIOGRÁFICA:
A) PRINCIPALES PROPIEDADES DEL BENZHIDROL Y SUS APLICACIONES El benzhidrol es un alcohol aromático obtenido por reducción de benzofenona utilizado para preparar antihistamínicos, es un intermediario químico para síntesis como fármacos tranquilizantes, es parte de una sustancia que sirve para detectar alteraciones en ambientes malolientes.
B) METODOS DE OBTENCION DE ALCOHOLES Y SUS MECANISMOS:
Sustitución nucleófila bimolecular (SN2) Permite obtener alcoholes a partir de haloalcanos primarios por reacción con el anión hidróxido.
Esta reacción presenta el inconveniente de la eliminaciones bimoleculares (E2), dado que el nucleófilo utilizado es muy básico. Los haloalcanos secundarios y terciarios dan mayoritariamente eliminaciones generando alquenos.
Sustitución nucleófila unimolecular (S N1) Permite obtener alcoholes secundarios o terciarios por reacción de haloalcanos con agua.
Los sustratos primarios reaccionan muy lentamente con agua y la reacción no es útil.
Hidrólisis de ésteres La reacción de haloalcanos secundarios con acetatos p roduce un éster, que por hidrólisis deja libre el alcohol.
Hidratación de Alquenos Los alquenos se transforman transforman en alcoholes por hidratación. Esta reacción puede realizarse realizarse con ácido sulfúrico acuoso acuoso dando alcoholes Markovnikov. Markovnikov. También es posible posible hidratar un alqueno alqueno Markovnikov empleando acetato de mercurio acuoso, seguido de reducción con borohidruro de sodio en medio básico, reacción conocida como oximercuriación desmercuriación. Sin embargo, la reacción de un alqueno con BH3 / THF, seguido de oxidación con agua oxigenada en medio básico, produce produce alquenos antiMarkovnikov. antiMarkovnikov. Veamos algunos ejemplos: ejemplos:
Hidratación Markovnikov
Hidratación AntiMarkovnikov
Reducción de carbonilos con NaBH4 y LiAlH4 Otro método importante para obtener alcoholes es la reducción de aldehídos y cetonas. Los reactivos más importantes para realizar esta reducción son el borohidruro de sodio (NaBH 4) y el hidruro de alumino y litio (LiAlH4).
El reductor de aluminio y litio es mucho más reactivo que el de boro, pudiendo transformar en alcoholes ácidos carboxílicos, carboxílicos, ésteres, oxaciclopropanos. oxaciclopropanos. También reacciona con amidas amidas y nitrilos transformándolos en aminas.
Mecanismo de la reducción Los hidruros nos metálicos (NaBH4 y LiAlH4) aportan hidruros a los carbonos polarizados positivamente de aldehídos y cetonas.
La gran reactividad del LiAlH 4 impide utilizarlo en medios próticos (agua, alcoholes..) ya que descompone. Por ello, debe emplearse en medio éter.
Creación de enlaces carbono-carbono La aplicación más importante de los reactivos organometálicos de litio y magnesio es aquella en la que el carbono unido al metal actúa como nucleófilo. Estos reactivos pueden atacar al grupo carbonilo de aldehídos y cetonas produciendo alcoholes, en este proceso se obtiene un nuevo enlace carbono-carbono.
Síntesis de alcoholes primarios Los compuestos organometálicos con metanal generan alcoholes primarios.
Síntesis de alcoholes secundarios Los compuestos organometálicos con el resto de aldehídos dan alcoholes secundarios.
Síntesis de alcoholes terciarios Los compuestos organometálicos con cetonas dan alcoholes terciarios.
Reacción de organometálicos con ésteres. Los ésteres reaccionan con reactivos organometálicos para rendir alcoholes con dos cadenas iguales. La primera adición de organometálico organometálico produce un carbonilo, no aislable, que vuelve vuelve a reaccionar con el segundo equivalente de organometálico para dar el alcohol final.
Reacción de organometálicos con oxaciclopropanos (epóxidos) La apertura de epóxidos por ataque de organometálicos al carbono menos sustituido produce alcoholes.
C) TIPOS DE REACCIONES ORGÁNICAS
La química orgánica se presenta al principiante, como un inmenso y complicado cúmulo de fórmulas y hechos aparentemente inconexos y muy difíciles de asimilar. Sin embargo, al familiarizarnos con ella, estudiarla y sistematizar su contenido, notaremos que comienzan a surgir grupos de sucesos y fenómenos de comportamiento similar. Es lo que ocurre, por ejemplo, con las miles de reacciones orgánicas, las cuales pueden agruparse, de una manera general, en cuatro tipos: Ellas son:
a) de Adición, cuando dos compuestos químicos se unen para formar un compuesto único como producto de la reacción.
CH2
CH2 +
CH3
HBr
CH2Br
b) de Eliminación, es lo inverso a la reacción anterior. Aquí, una molécula bajo ciertas condiciones se escinde o divide dando como producto dos especies químicas nuevas.
CH3
CH2
CH2Br + OH
CH2 + H2O + Br
c) de Sustitución o desplazamiento, donde dos moléculas intercambian parte de ellas generando así dos nuevas moléculas productos.
Br
H
+
Br 2
FeBr 3
+
HBr HBr
d) de reordenamiento o transposición . Aquí, una molécula sufre una alteración en su estructura sin perder su composición original, es decir, sus átomos se reordenan de diferente manera.
CH2OH
H
OH
D) CONCEPTO DE REDUCCIÓN EN QUÍMICA ORGÁNICA
Una reducción orgánica es una reacción en la cual se incrementa el el contenido de hidrógeno o disminuye el de oxígeno, nitrógeno o halógeno de una molécula. A la inversa, una oxidación orgánica es una reacción en la cual disminuye el contenido de hidrógeno o se incrementa el de oxígeno, nitrógeno o halógeno de una molécula. En química orgánica, la disminución de enlaces de átomos de átomos de oxígeno de oxígeno a átomos de carbono de carbono o el aumento de enlaces de de hidrógeno hidrógeno a átomos de carbono se interpreta como una reducción. una reducción. Por Por ejemplo: 1. (el etino (el etino se reduce para dar eteno) dar eteno).. CH≡CH + H2
CH2=CH2
→
2. (el etanal (el etanal se reduce a etanol) a etanol).. CH3 –CHO + H2
CH3 –CH2OH
→
E) OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS QUE INTERVIENEN EN LA FABRICACION DE ALCOHOLES
a) Hidrólisis: Tipo de reacción química en la que una molécula de agua, con fórmula HOH, reacciona con una molécula de una sustancia AB, en la que A y B representan átomos o grupos de átomos. En la reacción, la molécula de agua se descompone en los fragmentos H+ y OH -, y la molécula AB se descompone en A+ y B b)
Extracción: En química, método empleado tanto comercialmente como en el laboratorio para separar una sustancia de una mezcla o disolución. En general se lleva a cabo utilizando un disolvente en el que la sustancia que queremos separares muy soluble, siendo el resto de los materiales de la mezcla.
c) Filtración Se denomina filtración al proceso de separación de partículas sólidas de un líquido utilizando un material poroso llamado filtro. La técnica consiste en verter la mezcla sólido-líquido que se quiere tratar sobre un filtro que permita el paso del líquido pero que retenga las partículas sólidas. El líquido que atraviesa el filtro se denomina filtrado. El filtro, en el laboratorio suele ser papel poroso, pero puede ser de otros materiales que permitan el paso de líquidos. En cualquier caso es necesario seleccionar la porosidad del filtro según el diámetro de las partículas que se quieren separar..
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA DIAGRAMA DE BLOQUES:
I preparacion de reactivos Montar el equipo correspondiente
Recibir el vaso de precipitados que contiene 12.5 ml de sol´n al 12.5% de HCl en vol. y 125 g de hielo picado
Lavar el matraz con 30ml de EtOH hirviendo
secar y sacar el rendimiento
Disolver en un matraz de fondo plano 3g de NaOH con 15ml de etanol,calentando a baño maria y posteriormente agregar 1.5g de benzofenona y 3g de Zn y agitar manualmente
III Separacion y cristalizacion cristalizacion del producto obtenido
II Reduccion Reflujar la mezcla utilizando un baño maria durante 1/2 hora
Quitar el reflujo
Filtrar la sol´n en c aliente para eliminar el Zn
adicionarlo al residuo de la filteración, reicibiendolo en la mezcla HCl / hielo
V. PURIFICACIÓN DEL PRODUCTO Recristalizar el benzhidrol en Etanol.
IV. Cristalización del producto (benzhidrol) Reeposar el filtrado durante 10 minutos en un baño de hielo
Recuperar por filtración los cristales del benzhidrol, formados en la sol´n acida
CALCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS:
WZn= 0.5382 g de Zn
1.51 g de benzhidrol Wbenzhidrol=
RENDIMIENTO: Teorico: Wbenzhidrol=
1.51 g___
Práctico: Wbenzhidrol=
_0.8g______
Eficiencia:
%rendimiento=
CUADRO DE COMPARACION:
PROPIEDADES FISICOQUIMICAS
TEORICO
PRACTICO COMPARACION
NaOH
Zn
HCl
Benzofenona
benzhidrol (C6H5)2CHOH
Estado físico y color
Sólido blanco
Solido gris
Liquido amarillo o incoloro
Sólido blanco
Sólido cristalino amarillo tenue
Peso molecular
40.01g/mol
65.38g/mol
36.5g/mol
182.21g/mol
184.24 g/mol
Punto de ebullición
1388°C @760mmHg
906°C
106,42 ºC (697.5 mm de Hg y 20.36 % en peso)
150°C
297 - 299 °C
Punto de fusión
318.4°C
420°C
-17.14ºC (10.81 %en peso)
- 51,0000 °C
63 - 65 °C
densidad
2.13g/ml@25°C
1.05g/L (10.17 7.1g/ml@20°C %peso y a 15°C)
1.001g/ml
---------
Solubilidad agua
soluble
No soluble
Soluble, desprendiendo calor.
--------
insoluble
Solubilidad solventes
Alcoholes glicerol
--------
---------
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---------
Irritante y corrosivo de tejidos, carcinógeno
Tóxico para organismos acuáticos provoca fiebre vómitos dilatación de parpados
son altamente corrosivos a la piel y membranas mucosas, causa quemaduras, es irritante y carcinógeno
Muy tóxico para los organismos acuáticos
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Toxicidad
El benzhidrol sintetizado se presentó en polvo cristalino de color amarillo tenue y una parte que no alcanzo a cristalizar de manera completa aun sigue en proceso de cristalización en la solución filtrada
COSTO - BENEFICIO CON RESPECTO A OTROS MÉTODOS DE OBTENCIÓN
CUESTIONARIO Mencionar los usos más importantes del benzhidrol. 1. Es utilizado para la preparación de antihistamínicos 2. sirve para detectar alteraciones en ambientes malolientes . 3.Funge 3.Funge como intermediario químico para síntesis como fármacos tranquilizantes
OBSERVACIONES
7:45am se añadió el etanol (CH3CH2OH) al NaOH observando observando que no se disuelve de manera inmediata. 7:50am a esta hora agregamos la benzofenona y el Zinc se observa que no hubo una reacción, ni un cambio físico en la solución.
8:00am la temperatura de reflujo es a 75°C del etanol 8:11am al aumentar la temperatura a 100°C comenzó la primera gota del reflujo dentro del matraz. 8:18am Se incrementó la temperatura esperando que l a velocidad del reflujo fuese mayor.
8:27am Se agitó el matraz, esto con el fin de aumentar la velocidad observándose una turbidez en la solución
8:37 Se observa que la solución comienza a virar a una tonalidad amarilla-verdosa amarilla-verdosa a la
temperatura de 160°C
A 175°C comienza a intensificarse intensificarse la agitación del matraz y con ello ello la solución adquiere una tonalidad marrón, por lo que surge la reacción entre los componentes de la solución.
Posteriormente se inicia con la filtración con hielo picado y HCl al 12.5% en volumen.
Dejamos filtrar por unos días la solución solución para que se recuperan los cristales cristales de benzhidrol Como producto de la reacción efectuada se obtuvo polvo semi-cristalino semi-cristalino de benzhidrol benzhidrol de tonalidad amarillo claro.
La cristalización del benzhidrol se formó con un rendimiento de De la solución filtrada se obtuvieron obtuvieron cristales con una mayor pureza de color amarillo amarillo tenue y la coloración de dicha solución fue transparente uniforme y con un ordenamiento estructural. En base a la red cristalina de la solución se forma una delgada capa que esta aún en proceso de cristalización ya que requiere de mas tiempo. En la superficie de la solución filtrada se observa la formación de una pequeña micela y una coloración transparente puro No se observa residuos de sales Al agitar el frasco de la solución solución filtrada observamos que se formaron formaron pequeños cristales de benzhidrol los cuales no se cristalizaron en papel filtro por falta de tiempo.
CONCLUSIONES 1. Se logró obtener por síntesis el producto deseado que fue el Benzhidrol puro. 2. La eficiencia obtenida obtenida fue la esperada mostrando mostrando con este valor numérico numérico que el producto cumplió las expectativas de la cristalización. 3. Comparando los resultados concluyo que el método empleado para la obtención del benzhidrol fue eficaz y eficiente 4. Identificamos métodos métodos alternos para la la obtención de alcoholes alcoholes analizando ellos el mas económico y eficiente. 5. Verificamos que la función del Zinc fue catalizar la reacción, de tal manera que aumento la velocidad de la misma. 6. Identificamos tanto la reacciones que se llevaron acabo durante el proceso de síntesis del benzhidrol como los mecanismos. 7. Determinamos la importancia del benzhidrol especialmente en la elaboración de antihistamínicos 8. Se comprobó que la reducción reducción es una técnica muy eficiente para la síntesis síntesis de otros alcoholes. 9. Debido a que el tiempo no fue suficiente para que cristalizará el benzhidrol en el papel filtro, se formaron cristales en la solución. Con ello determinamos que para confeccionar se requiere de un parámetro que es el tiempo para la cristalización. 10. El buen manejo del material utilizado en el desarrollo de ésta práctica será de vital importancia para las prácticas posteriores.
BIBLIOGRAFÍA:
http://www.quimicaorganica.net/oxidacion-alcoholes.html www.telecable.es/personales/albatros1/quimica/.../alcohol / /alcohol.htm REAL DECRETO 363/1995, de 10 de Marzo de 1995 por el que se regula la Notificación de Sustancias Nuevas y Clasificación, Envasado y Etiquetado de Sustancias Peligrosas. Límites de Exposición Profesional para Agentes Químicos adoptados por el Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (INSHT) para el año 2011.
INTERPRETACIÓN DE LOS ESPECTROS:
Benzofenona
Sp2
Sp2
Benzhidrol
C=O
C=C H AROMATICO –
Sp3
C-O-H
Sp2
C=C-H AROMATICO
Sp3
C-H
METODO ALTERNO EN LA SINTESIS DE ALCOHOLES
Alcohol a partir de Caña de Azúcar La principal materia prima para la producción de EtOH es la caña de azúcar, ya sea en forma de jugo de caña o como melazas (subproducto (subproducto de la industria azucarera). Se pueden pueden obtener cerca de 70L de EtOH/ton de caña y 9L EtOH/ton de melaza grado C, además de cerca de 100kg de azúcar (Moreira y Goldemberg, 1999). Para efectos de costeo, Murtagh (1995) estimó que se debe esperar un rendimiento de 58 galones de EtOH a partir de 1 ton de melazas que contengan un 46% de azúcares. El microorganismo más utilizado es S. cerevisiae por su capacidad de hidrolizar la sacarosa de la caña de azúcar para su conversión hasta glucosa y fructosa, dos hexosas fácilmente asimilables; además puede desarrollarse en condiciones anaeróbicas, pero se necesitan pequeñas cantidades de O2 para la síntesis de sustancias como ácidos grasos y esteroles. La reacción general de la fermentación se puede representar como
La fermentación alcohólica puede llevarse a cabo por lotes, por lotes alimentados o en forma continua. El proceso típico de producción de alcohol por lotes a partir de melazas o jugo de caña (denominado proceso Melle-Boinot), comprende la esterilización de la materia prima seguida del ajuste del pH con H2SO4 y de los ºBrix a valores de 14-22. El mosto obtenido se somete a fermentación. El vino resultante se decanta y centrifuga para recuperar el EtOH, mientras la levadura se recircula a los fermentadores. Para la obtención de alcohol anhidro se utiliza mayoritariamente la destilación destilación azeotrópica con benceno (Kosaric y Velikonja, 1995). La fermentación por lotes alimentados implica bajos niveles de co ncentración de sustrato en el transcurso de la fermentación, mientras el alcohol se va acumulando en el medio. El proceso más empleado en Brasil para la obtención de bioetanol es el de lotes alimentados con recirculación de células, lo que hace que aumente la productividad volumétrica. El control de la velocidad de alimentación del medio es muy ventajoso por cuanto implica la neutralización del efecto inhibitorio causado por las altas concentraciones de sustrato o de producto en el caldo de fermentación. Se ha observado que la adición de sacarosa en forma lineal o exponencialmente decreciente conlleva a aumentos en la productividad de EtOH entre 10 y 14% (Echegaray et al., 2000). Los procesos continuos tienen mayores ventajas frente a los procesos por lotes debido a los menores costos del biorreactor, menores requerimientos de mantenimiento y operación, me jor control del proceso y mayor productividad. El 30% 3 0% de las plantas productoras de bioetanol en Brasil emplean el cultivo continuo (Monte Alegre et al., 2003). La clave de este proceso son las mayores densidades celulares, las cuales se pueden alcanzar por inmovilización de células, recuperación y reciclaje de biomasa o control del crecimiento c recimiento celular. Sin embargo, las levaduras cultivadas por períodos prolongados en condiciones anaeróbicas disminuyen su capacidad de producir alcohol. Adicionalmente, a tasas de dilución dilución altas que garantizan productividades productividades elevadas, el sustrato no alcanza a ser consumido completamente, por lo que los rendimientos disminuyen. Generalmente en la industria, aunque la productividad es importante, es más relevante la conversión del sustrato considerando que la mayor parte de los costos de producción corresponden a la materia prima
