SINTESIS DE ACIDO BENZOICO A PARTIR DE REACTIVO DE GRIGNARD Jean Pierre Calvache Muñoz (
[email protected]) Hamilton Alexander Martínez Naranjo (
[email protected]) Química, Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y de la Educación, Universidad del Cauca. Fecha de la práctica: 26/04/2013 - Fecha de entrega: 03/05/2013.
RESUMEN En un balón se colocaron 2.4g de limaduras de Mg y un cristal de yodo, posteriormente se adicionaron 30 mL de éter anhidro y 10 mL de bromobenceno. Finalmente se sometió a refujo hasta la ebullición del éter, se suspendió el calentamiento en este punto y se controló la reacción hasta la formación del bromuro de fenilmagnesio.
INTRODUCCION En este experimento sintetizar ácido benzoico utilizando bromobenceno para preparar un reactivo de Grignard, que se hace reaccionar a continuación con dióxido de carbono gaseoso, para formar el ácido benzoico. La síntesis de Grignard Gr ignard de un ácido ác ido carboxílico se realiza burbujeando burbujean do CO 2 gaseoso en una solución etérea del reactivo o vertiendo el reactivo de Grignard sobre hielo seco molido (CO 2 sólido). En este caso, el hielo seco no sólo sirve como reactivo, sino también como agente refrigerante. El reactivo de Grignard se adiciona al doble enlace carbono-oxígeno carbono -oxígeno en la misma forma que en el caso de aldehídos a ldehídos y cetonas. ceto nas. El producto es la sal magnésica del ácido carboxílico, que se libera por un tratamiento con ácido mineral. El ácido benzoico es un ácido un ácido carboxílico aromático que tiene un grupo carboxilo unido a un anillo fenílico. En fenílico. En condiciones normales se trata de un sólido incoloro con un ligero olor característico. Es poco soluble en agua fría pero tiene buena solubilidad en agua caliente o disolventes orgánicos. Es un conservante un conservante utilizado tanto como ácido como en forma de sus sales de sodio, de sodio, de potasio o de calcio. El ácido benzoico y sus derivados sólo se pueden utilizar para conservar alimentos con un pH ácido. Protege sobre todo contra el moho (también las variantes que producen las aflatoxinas) y fermentaciones no deseadas, a veces se utiliza conjuntamente con el dióxido de azufre (SO2) o los sulfitos los sulfitos para atacar un espectro más amplio de microorganismos. También es producto de partida en la producción de ésteres del ácido benzoico que se utilizan en perfumería. 1.2 Muestre otro método de síntesis del ácido benzoico 1. CONSULTAS PRELIMINARES
1.1 ¿Qué características físicas presenta el ácido benzoico? El ácido benzoico presenta las siguientes Propiedades físicas
Tabla 1. Propiedades físicas del acido benzoico Densidad Masa molar Punto de fusión Punto de ebullición
1320kg/m3; 1,32 g/cm3 122,12 g/mol 395 K (122 °C) 522K (249 °C)
En la síntesis más sencilla el benceno se hace reaccionar mediante una alquilación Friedel Crafts con un halogenuro de metilo en presencia de AlCl3 generándose como producto de la reacción tolueno. Posteriormente el tolueno se oxida con permanganato de potasio en medio alcalino dando como productos principales benzoato de sodio (soluble) y Dióxido de manganeso
(insoluble). Luego de filtrar, se acidifica la fase acuosa y se obtiene el ácido benzoico como un precipitado de color blanco.
Actualmente se intenta sustituir el ácido benzoico y sus derivados por conservantes menos peligrosos.
1.3. Cuáles son las aplicaciones y toxicología
2. OBSEVACIONES Y RESULTADOS.
del ácido benzoico? El ácido benzoico es un conservante utilizado tanto como ácido como en forma de sus sales de sodio, de potasio o de calcio. El ácido benzoico y sus derivados sólo se pueden utilizar para conservar alimentos con un pH ácido. Protege sobre todo contra el moho (también las variantes que producen las aflatoxinas) y fermentaciones no deseadas, a veces se utiliza conjuntamente con el dióxido de azufre (SO2) o los sulfitos para atacar un espectro más amplio de microorganismos. También es producto de partida en la producción de ésteres del ácido benzoico que se utilizan en perfumería. Algunos ésteres con alcoholes de cadena más larga se utilizan también para ablandecer plásticos como el PVC. El peróxido del ácido benzoico se utiliza como iniciador de reacciones radicalarias. Se usa para condimentar el tabaco, para hacer pastas dentífricas, como germicida en medicina y como intermediario en la fabricación de plastificantes y resinas. Los productos enlatados usan ácido benzoico derivado del tolueno como preservante. En personas sensibles se pueden producir reacciones alérgicas. En estos casos se desaconseja el consumo de alimentos que pueden contener ácido benzoico. Especialmente si se ha detectado una sensibilidad al ácido acetilsalicílico hay que tener cuidado. En combinación con ácido ascórbico (E300), se puede formar benceno, un hidrocarburo altamente cancerígeno. También la presencia de E220 (dióxido de azufre y sus derivados), colorantes artificiales diazoicos, ácido salicílico, etc., pueden aumentar los riesgos. No se deben dar alimentos con contenido en ácido benzoico a las mascotas. Ya en pequeñas dosis puede resultar letal para los gatos.
Una vez empezada la reacción se observa una turbidez de color blanco, al obtener el reactivo de Grignard se observa una coloración verde.
3. ANALISIS DE RESULTADOS. Empecemos por analizar que en la síntesis del reactivo de Grignard, en la reacción se inserta un el magnesio que es un elemento metálico, en un enlace carbono - halógeno, el éter desempeña un papel decisivo a través de una eficaz solvatación del magnesio presente en el complejo, se da en primera instancia por la activación del magnesio metálico. Dicha activación es generada por el yodo, el cual ataca la estructura cristalina del magnesio, permitiendo la formación de un estado de transición conocida como dihalogenuro de magnesio. la presencia de I 2, permite utilizar el mismo como un indicador de que la reacción de formación del reactivo de Grignard es llevada a cabo, ya que este cambia la tonalidad de la mezcla haciéndola más clara a medida que avanza la reacción. El Bromuro de fenilmagnesio, como cada uno de los compuestos organometálicos de este tipo, se obtiene mediante una reacción de oxidación-reducción en la que se genera una transferencia de electrones desde el átomo de magnesio, que es el más electropositivo, hacia el átomo de carbono que es el más electronegativo. El enlace carbono-metal se considera un enlace covalente muy polarizado y concentra una elevada densidad de electrones sobre el átomo de carbono. La anterior apreciación hace que los derivados organometálicos de metales de los grupos 1y 2 (en el caso del Mg), entre otros (Zn, Cd, Al, Ga, In), sean fácilmente hidrolizables debido a que precisamente tanto el halógeno (Br), como el carbono del grupo fenilo unido directamente al magnesio le roben densidad electrónica al
mismo y lo dejen mas susceptible a la hidrólisis. de forma general, se puede describir la reacción de síntesis del bromuro de fenilmagnesio de la siguiente manera:
Es de suma importancia que el magnesio utilizado esté en finas partículas para garantizar la superficie de contacto y conseguir el éxito de la reacción, también es de considerar que el cristal de yodo no sea muy grande ya que impide la obtención de un producto puro, dejándolo de un color marrón. La variación en el color de la solución marrónverde oliva-gris-café y presencia de burbujeo indica que el reactivo de Grignard si se logró sintetizar a pesar de que haya quedado contaminado con yodo. Inicialmente el propósito de esta práctica era sintetizar ácido benzoico utilizando bromobenceno para preparar un reactivo de Grignard, que se hace reaccionar a continuación con dióxido de carbono gaseoso, para formar el ácido benzoico, pero solo s preparó el reactivo de Grignard pero es importante entender de qué manera se obtiene el acido benzoico. En la siguiente reacción, el reactivo de Grignard, bromuro de fenilmagnesio se prepara por reacción de bromobenceno con el metal de magnesio. Esto entonces se convierte en ácido benzoico a través de la reacción del reactivo de Grignard con exceso de hielo seco (CO2) seguido por un "work-up" con ácido diluido:
Estas características se ilustran por la estructura del reactivo que lleva un enlace covalente fuertemente polar entre el carbono y el magnesio. De mayor interés sintético es el uso de reactivos de Grignard como nucleófilos para formar nuevos enlaces carbono-carbono, un proceso que se denomina adición nucleofílica. Por ejemplo, reactivos de Grignard añadir a aldehídos para producir alcoholes secundarios, a las cetonas para producir alcoholes terciarios, a dióxido de carbono para formar ácidos carboxílicos, y para epóxidos para formar alcoholes. Como un nucleófilo, se comporta el reactivo de Grignard, ya ataca el átomo de carbono del grupo carbonilo, porque el átomo de carbono tiene carácter electrofílico debido a la polaridad del grupo C = O. Este átomo de carbono lleva una cierta carga parcialmente positiva, ya que está unido al átomo de oxígeno más electronegativo.
La síntesis del reactivo de Grignard, bromuro de fenilmagnesio, para su adición al dióxido de carbono para producir, después de la hidrólisis, ácido benzoico se puede comprender mejor de acuerdo al mecanismo (3). Una fuente conveniente de CO 2 es de hielo seco (CO 2 sólido).
4. PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS. 4.1. Cuáles son las reacciones obtenidas cuando el bromuro de fenilmagnesio se hace reaccionar a) con H 2O b) Etanol c) Propanona d) Etanal.
a) Al hacer reaccionar el bromuro de fenilmagnesio con agua se obtiene: El carbono que contiene porción del reactivo de Grignard, tiene dos características: (1) actúa como un carbanión que sirve como un nucleófilo para su reacción con dióxido de carbono, y (2) como una base fuerte que reacciona con átomos de hidrógeno ácidos.
b) Al hacer reaccionar el bromuro de fenilmagnesio con Etanol se obtiene:
5. CONCLUSIONES. c) Al hacer reaccionar el bromuro de fenilmagnesio con propanona se obtiene:
d) Al hacer reaccionar el bromuro de fenilmagnesio con etanal se obtiene:
4.2. Posiblemente en esta experiencia se forma algo de bifenilo, como podría explicar esto. La impureza principal en el presente práctica es bifenilo, formado por la reacción de bromuro de fenilmagnesio con bromobenceno sin reaccionar. La forma más eficaz de disminuir esta reacción de formación de bifenilo es añadir el bromobenceno lentamente a la mezcla de reacción de modo que es el que reacciona con el magnesio y no esté presente en alta concentración para reaccionar con el reactivo de Grignard formado previamente. La impureza se elimina fácilmente, ya que es mucho más soluble en disolventes de hidrocarburos que el ácido benzoico.
Uno de los usos más importantes del reactivo de Grignard es su reacción con compuestos carbonilicos, ya que el enlace entre C-Mg es muy polar, ya que el carbono es un elemento con una electronegatividad alta en comparación con el Mg que es muy electropositivo. El yodo se utiliza en la reacción porque elimina la probabilidad de hidratos, pero también funciona como un activador de superficie en el magnesio, debido a que éste se oxida con el tiempo en su superficie y es necesaria su activación. Se puede apreciar la importancia del reactivo de Grignard para la síntesis del ácido benzoico ya que este actúa como un nucleófilo, ya ataca el átomo de carbono del grupo carbonilo. Finalmente a pesar de que no se realizo la síntesis de ácido benzoico es importante la comprensión de como se realiza la síntesis y todas sus implicaciones.
6. BIBLIOGRAFÍA COTTON, A.; WILKINSON; G. Advanced Inorganic Chemistry. Wiley- Interscience. 6 Edition. 1999. HUHEEY, J. E. Química Inorgánica. Principios de Estructura y Reactividad: Harla. Edición 2 a.
Grignard con CO 2 similar o diferente a los compuestos carbonílicos.
URL:http://pages.towson.edu/jdiscord/WWW/3 32_Lab_Info/332LabsIRPMR/Expt3Grignard.pd f
Es similar ya que el ataque se da sobre el carbono del carbonilo en los dos casos.
URL:http://spot.pcc.edu/~chandy/242/Preparati onofBenzoicAcid.pdf
4.3. Es el mecanismo de la reacción de
4.4. Por qué razón el ácido benzoico no se debe secar en la estufa. No se debe secar en la estufa ya que es un sólido inflamable, se puede encender por calor, chispas o llamas, el polvo puede formar mezclas explosivas con el aire, el incendio produce gases tóxicos e irritantes.
