PRÁCTICA 4 FOTORREDUCCIÓN DE BENZOFENONA ________________________________________________________________ Daniela Santoyo Alemán, Profesor: Fernando Agudelo Universidad del Quindío, Facultad de Ciencias Básicas y Tecnologías, Programa de Química 10 de abril de 2015 RESUMEN En esta práctica de laboratorio se realizó la síntesis de benzopinacol por medio de una fotorreducción de benzofenona en 2-propanol, esto consiste en un proceso que ocurre por una foto-excitación de la benzofenona que extrae un hidrogeno del alcohol formando como productos estables el benzopinacol y la acetona y el producto requerido se aísla fácilmente y se caracteriza por distintas técnicas. El punto de fusión tomado al benzopinacol dio en un rango de 172.4°C – 180.3 °C. Su porcentaje de rendimiento fue del 81,25 % INTRODUCCIÓN La síntesis de benzopinalcol a partir de benzofenona es una reacción fotoquímica o sea es una reacción iniciada por luz. Muchas moléculas tienen la habilidad de absorber luz. Un fotón de luz es absorbido por una especie química sólo si la energía del fotón coresponde a la diferencia energética entre los niveles electrónicos (orbitales) en una molécula. La benzofenona absorbe la luz ultravioleta, la energía luminosa adsorbida, tiene la suficiente energía como para permitir una reducción fotoquímica, originándose así en la benzofenona una excitación electrónica hemolítica. Entendemos como radical libre a un grupo que tiene por lo menos un electrón no apareado. Los primeros químicos orgánicos, usaron el término radical para propósitos de nomenclatura y muchos dudaban de que estos existieran realmente. En la actualidad este término es muy amplio. Los radicales tienen una variación en sus estabilidades se puede explicar por la deslocalización resonante del electrón desapareado. El electrón no apareado implica que exista una carga en el átomo en el que se encuentran, en la mayoría son reactivos y tienden asociarse apareando al electrón libre.La radiación UV (ultravioleta) es más enérgica que la luz visible y por lo tanto pueden alterar las propiedades
tanto físicas como la aparición de sustancias orgánicas por eso la benzofenona en la fotoquímica orgánica es un compuesto importante. Este compuesto actúa como un filtro óptico, ya que es capaz de utilizar la energía de la radiación UV para excitarse y volver al estado fundamental disipando la energía en calor al medio ambiente sin emitir radiación. Esto es posible porque de benzofenona tienen sus estados de singlete y triplete con energía muy parecida. Para pasar a través del estado triplete excitado, que es un radical muy energice, una benzofenona fácilmente puede arrancar un átomo de hidrógeno y la mitad del enlace en una molécula y formar un radical. METODOLOGÍA 2,5 g Benzofenona 10 mL 2-propanol Agitar Calentar 1 gota HAc glacial Agitar 10 mL 2-propanol Exponer Luz UV Filtrar
Residuo
Filtrado Secar Pesar
Punto de Fusión IR
OBJETIVOS
Sintetizar el benzopinacol por medio de una reacción de
sustitución. Analizar y comprender el mecanismo de reacción empleado en las reacciones de sustitución por radicales libres. Observar la importancia que tienen los efectos de los rayos UV del sol en la obtención del benzopinacol a partir de benzofenona. RESULTADOS Y CÁLCULOS
Inicialmente se agregaron 2,564 g de benzofenona (sólido blanco) a un tubo de ensayo, después se le adicionó 2-propanol y se puso a calentar el tubo, el sólido se solubilizó totalmente a los pocos minutos. Después de calentar se le adicionó más 2-propanol, se tapó el tubo y se agitó, al inicio la solución era aceitosa y después se diluyó. Se le adicionó ácido acético, se agitó y la mezcla quedo homogénea y se expuso a la luz. Al exponer el tubo de ensayo a la luz del sol se observó que se comenzaron a formar pequeños cristales blancos en el fondo como un precipitado, con el paso del tiempo el volumen de los cristales fue aumentando. Después de dos semanas cuando ya se habían formado todos los cristales de benzopinacol, éstos se filtraron, se secaron y se les determinó su punto de fusión y espectro IR. El punto de fusión determinado tuvo un rango (172.4°C – 180.3°C).
Porcentaje de rendimiento:
2.42 g sln. benzofenona x
99 g benzofenona 1 mol benzofenona x =0.01315mol benzofenona 100 g sln. benzof 182.217 gbenzofen REACTIVO LÍMITE
10 mL sln.2− propanol x
0.768 g sln. 2−propanol 99 g 2−propanol x =7.6 g2− propanol 1 mL sln.2− propanol 100 g sln.2− propanol
7.6 g 2− propanol x
1mol 2− propanol =0.12651 mol2− propanol 60.1 g2− propanol
2 mol benzofenona →1 mol benzopinacol 0.01315 molbenzofenona x
%Rend =
1 mol benzopinacol 366.452 g benzopinac x =2.40 gbenzopinacol 2 molbenzofenona 1 molbenzopinacol
W experimental 1. 95 x 100= x 100=¿ W teó rico 2.40
81. 25 %
ANÁLISIS DE RESULTADOS En la síntesis de benzopinacol, la benzofenona es disuelta en 2-propanol y el envase se coloca directamente en la luz del sol. El 2-propanol actúa tanto como reactivo como disolvente en esta reacción. La luz ultravioleta es absorbida por la benzofenona y ocurre un “cruce intersistémico” (ISC) que produce un diradical, que es una molécula con dos electrones sin aparear. La benzofenona entonces abstrae un hidrógeno del disolvente y se dimeriza resultando en la formación de benzopinacol y acetona. El mecanismo de reacción es el siguiente:
Espectro infrarrojo entregado por el docente:
Espectro infrarrojo resultante de la práctica:
Banda (cm-1)
Análisis de enlace
3574,80- 3543,29
Característico de alcoholes, enlace O-H
3057,05-3023,58
Elongación del enlace C-H del anillo aromático
1956,37-1892,34-1810,90
Bandas de sobretonos del anillo aromático, en
este caso el anillo es mono sustituido 1490,83-n1443,29
1328 700-913
Elongaciones del enlace C-C del anillo aromático, también conocido como vibraciones del esqueleto Elongación del enlace C-O del grupo hidroxilo Flexiones del enlace C-H del anillo aromático, fuera del plano
Como se puede observar estas bandas son muy cercanas con las bandas del espectro teórico lo cual indica que se obtuvo el compuesto deseado. Además el punto de fusión tomado a la muestra dio en un rango de 129-132 °C comparándolo con el teórico que es 133 °C se confirma que se obtuvo el ácido cinámico. CONCLUSIONES •
El IR y el punto de fusión confirmaron que se obtuvo el compuesto que se buscaba deseado.
•
El benzopinacol se genera de manera lenta y en los últimos días reacciona aún más.
•
La luz ultravioleta que emite el sol es tan fuerte que es capaz de hacer reaccionar especies químicas, que de otra manera no lo harían.
CUESTIONARIO 1. Consulte la ficha técnica de los reactivos utilizados en esta práctica. ¿Qué cuidados debe tener al manipularlos? R: BENZOFENONA: BENZOFENONA Formula química: C13H10O Masa molecular: 182.2 g/mol Propiedades físicas: Punto de ebullición: 305°C Punto de fusión: 49°C Densidad relativa (agua = 1): 1.1 Solubilidad en agua: Ninguna Identificación de Prevención peligros
Primeros auxilios
INCENDIO: Combustible. EXPLOSIÓN: Peligro de explosión de polvo. INHALACIÓN: Dolor de garganta. PIEL: Enrojecimiento. OJOS: Enrojecimiento.
INCENDIO: Evitar producir llama abierta. INHALACIÓN: Extracción localizada o protección respiratoria. PIEL: Guantes protectores. OJOS: Gafas de protección. INGESTIÓN: No comer, beber ni fumar durante el trabajo.
INCENDIO: Polvos, pulverización con agua, espuma, dióxido de carbono. INHALACIÓN: Aire limpio, reposo y respiración artificial si estuviera indicado y someter a atención médica. PIEL: Aclarar y lavar la piel con agua y jabón y solicitar atención médica. OJOS: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica. INGESTIÓN: Enjuagar la boca y someter a atención médica.
2-PROPANOL: 2-PROPANOL
Formula química: C3H8O Masa molecular: 60.1 g/mol Propiedades físicas: Punto de ebullición: 83°C Punto de fusión: -90°C Densidad relativa (agua = 1): 0.79 Solubilidad en agua: miscible Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.1 Punto de inflamación: 11.7°C Temperatura de autoignición: 455°C Identificación de Prevención peligros INCENDIO: Altamente inflamable. El calentamiento intenso puede producir aumento de la presión con riesgo de estallido. EXPLOSIÓN: Las mezclas vapor/aire son explosivas. INHALACIÓN: Dolor de garganta, tos, dolor de cabeza, náusea,
INCENDIO: Evitar llama abierta, NO producir chispas y NO fumar. EXPLOSIÓN: Sistema cerrado, ventilación, equipo eléctrico y de alumbrado a prueba de explosiones. INHALACIÓN: Extracción localizada o protección respiratoria. PIEL: Guantes protectores. OJOS: Gafas de protección.
Primeros auxilios INCENDIO: Polvos, espuma resistente al alcohol, agua en grandes cantidades, dióxido de carbono. EXPLOSIÓN: En caso de incendio: mantener fríos los bidones y demás instalaciones por pulverización con agua. INHALACIÓN: Aire limpio, reposo y someter a atención médica.
vómitos, vértigo, somnolencia. PIEL: Enrojecimiento. OJOS:Dolor, enrojecimiento, visión borrosa. INGESTIÓN: Dolor de garganta, vértigo, náusea, vómitos, somnolencia.
INGESTIÓN: No comer, PIEL: Quitar las ropas beber ni fumar durante el contaminadas, aclarar la piel con agua. trabajo. OJOS: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica. INGESTIÓN: NO provocar el vómito y someter a atención médica.
ÁCIDO ACÉTICO GLACIAL:
ÁCIDO ACÉTICO GLACIAL Formula química: C2H4O2 Masa molecular: 60.1 g/mol Propiedades físicas: Punto de ebullición: 118°C Punto de fusión: 16°C Densidad relativa (agua = 1): 1.05 Solubilidad en agua: miscible Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.07 Punto de inflamación: 39°C Temperatura de autoignición: 427°C Identificación de peligros
Prevención
Primeros auxilios
INCENDIO: Altamente inflamable. El calentamiento intenso puede producir aumento de la presión con riesgo de estallido. EXPLOSIÓN: Por encima de 39°C: pueden formarse mezclas explosivas vapor/aire. INHALACIÓN: Dolor de garganta, tos, jadeo, dificultad respiratoria. PIEL: Enrojecimiento, dolor, graves quemaduras cutáneas. OJOS: Dolor, enrojecimiento, visión
INCENDIO: Evitar llama abierta, NO producir chispas y NO fumar. EXPLOSIÓN: Por encima de 39°C: sistema cerrado, ventilación y equipo eléctrico a prueba de explosiones. INHALACIÓN: Extracción localizada o protección respiratoria. PIEL: Guantes protectores. OJOS: Gafas de protección. INGESTIÓN: No comer, beber ni fumar durante el trabajo.
INCENDIO: Polvos, espuma resistente al alcohol, agua en grandes cantidades, dióxido de carbono. EXPLOSIÓN: En caso de incendio: mantener fríos los bidones y demás instalaciones por pulverización con agua. INHALACIÓN: Aire limpio, reposo y someter a atención médica. PIEL: Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua abundante o ducharse y solicitar atención médica. OJOS: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse
borrosa, quemaduras profundas graves. INGESTIÓN: Dolor de garganta, sensación de quemazón del tracto digestivo, dolor abdominal, vómitos, diarrea.
con facilidad) y proporcionar asistencia médica. INGESTIÓN: NO provocar el vómito y someter a atención médica.
2. ¿Cuál es el compuesto que se obtendría al efectuar el reordenamiento pinacólico al producto de esta reacción? Efectúe el mecanismo.
3. Proponga desconexión y síntesis de la ciclohexanona. Utilice reordenamiento pinacólico para prepararla
BIBLIOGRAFÍA:
Durst, H., & Gokel, W. (2007).Química Orgánica Experimental. España: Reverté, Pag 245.
Norman L. Allinger, Química orgánica, Volumen 1, Segunda edición. Editorial Reverté. Pags 1124. Agudelo, Fernando. Desconexiones Síntesis Orgánica. 2008. Págs. 18-23. Raymond Chang, R.C.; “Química”; Séptima Edición; McGraw Hill; México; IVolumen; 997 p.; (2002).
