obtencion de Acetofenona

8/19/2019 obtencion de Acetofenona

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Practica # 3 Obtención de Acido Benzoico a parti r de Acetofenona

PRÁCTICA # 3: OBTENCIÓN DE ACIDO BENZOICO A PARTIR DEACETOFENONA

OBJETIVOS

Efectuar la oxidación de una metil-cetona mediante hipoclorito de sodio comercial.

Ilustrar un método de obtención de ácidos carboxílicos.

Preparar ácido benzoico mediante la reacción del haloformo.

Efectuar una aplicación de la reacción del haloformo.

ANTECEDENTES

Reacciones de sustitución electrofílica en carbonos ( ) a grupos carbonilo. Formación de carbaniones, estabilidad de los mismos.

Oxidación de metil-cetonas.

Reacciones de adición-eliminación.

Métodos de obtención de ácidos carboxílicos.

Reacción de haloformo.

Utilidad de la reacción del haloformo.

Características químicas de los ácidos carboxílicos.

Solubilidad de los ácidos carboxílicos y de sus sales.

REACCI ÓN A E F ECTUAR Y ESTEQUI M ETRI A

CCH3

O

(1)

+ NaOCl2) HCl

CO

O

H

+ HCCl 3

(9)

Acetofenona(1)

Hipoclorito de sodio Acido Benzoico(9)

PM 120 74 122Peso (g) 2.06 Variable 2.09Moles 1.7 x 10 - Variable 1.7 x 10 -




MECANISMO

La metil-cetona reacciona con halógenos en presencia de bases, realizandohalogenaciones múltiples en el carbono metilo.

La primera reacción se da entre el hipoclorito de sodio y la acetofenona (1) metilcetona, para que a través de un equilibrio ácido-base se formen el carbanión (2) y elácido hipocloroso. El carbanión de la metilcetona esta en resonancia con el enolatocorrespondiente, ya que los átomos de hidrógeno en la posición al grupo son ácidos (pKa≈ 19) debido precisamente a que la base conjugada es estable por dicha resonancia.

CC

O

H

H

H ClO

-Na

++

CC

-

O

H

H

Na+

CC

O-

H

H

Na+

(1) (2)

El intermediario (2) reacciona a través del carbanión, el cual actúa como nucleófilosobre el ácido hipocloroso, que reacciona como electrófilo, para formar el intermediario(3), que es la -cloroacetofenona, regenerándose el hidróxido de sodio.

CC

-

O

H

H

Na+ + Cl O H

CC

O

H

H

Cl + Na+

OH -

(2) (3)

La siguiente reacción se da entre el hipoclorito de sodio y la -cloroacetofenona (3), para que a través de un equilibrio ácido-base se forme el carbanión (4), el cual se encuentraestabilizado por resonancia formándose un enolato de sodio y el ácido hipocloroso. Comoel átomo de cloro es muy electronegativo (EN = 3, escala de Pauling), la acidez de loshidrógenos en posición a al grupo carbonilo en la -cloroacetofenona (3) son más ácidosque los de la propia acetofenona (1), favoreciéndose esta reacción ácido-base.

CC

O

Cl

H

H

(3)

Na++ ClO

-

CC

-

O

Cl

HC

C

O-

Cl

H

(4)

Na+

Na+

ClOH




El intermediario (4) reacciona a través del carbanión, el cual actúa como nucleófilosobre el ácido hipocloroso, que reacciona como electrófilo, para formar el intermediario(5), la -dicloroacetofenona, y regenerándose el hidróxido de sodio.

CC

-

O

Cl

H

Na+

(4)

+ Cl O H

CC

O

Cl

H

Cl

(5)

+ Na+

OH -

Como en el intermediario (5) todavía hay un átomo de hidrógeno en la posición algrupo carbonilo, se vuelve a dar otra reacción ácido-base entre la -dicloroacetofenona(5) y el hipoclorito de sodio, para que se forme el carbanión (6), el cual se encuentra en

resonancia con el enolato correspondiente y con el ácido hipocloroso. No obstante elimpedimento estérico que presenta la -dicloroacetofenona, la presencia de los dosátomos de cloro, muy electronegativos (EN = 3, escala de Pauling), la acidez de loshidrógenos en posición al grupo carbonilo del intermediario (5) son más ácidos que losde la -dicloroacetofenona y los de la acetofenona (1), favoreciendo esta reacción ácido-

base.

CC

O

Cl

Cl

H

(5)

Na+

+ ClO

-

CC

-

O

Cl

Cl

Na +

CC

O-

Cl

Cl

(6)

+ ClOH

Y nuevamente el intermediario (6) reacciona a través del carbanión, el cual actúacomo nucleófilo sobre el ácido hipocloroso, que reacciona como electrófilo, para formar elintermediario (7), que es la -tricloroacetofenona, regenerándose el hidróxido de sodio.

CC

-

O

Cl

Cl

Na+

Cl O H+

(6)

CC

O

Cl

Cl

Cl

(7)

+ Na+

OH -




Como dentro de la estructura del intermediario (7) ya no hay más protones en la posición al grupo carbonilo, pero hay base presente en el medio de acuerdo a lasreacciones analizadas hasta el momento, el anión hidróxido actúa ahora como unnucleófilo, y se adiciona sobre el grupo carbonilo de la a,a,a-tricloroacetofenona (7), el cual

actúa como un electrófilo, para formar el intermediario (8). Dentro de la estructura delintermediario (8), el átomo de carbono del grupo carbonilo cambio de una hibridación sp2 con ángulo de valencia 120º a una sp3 con ángulo de valencia de 109º37’. Para regenerar lahibridación original del grupo carbonilo en la que se minimiza el impedimento estérico,ocurre una reacción de eliminación, rompiéndose el enlace C-C, y saliendo el carbanión(10), el cual es muy estable por la presencia de los tres átomos de cloro. Al quedar el átomode carbono deficiente de electrones, el átomo de oxígeno aporta sus electrones pararegenerar el grupo carbonilo con su hibridación sp2, dando lugar al ácido benzoico (9). Enuna ultima reacción ácido-base, reaccionan el ácido benzoico (9) y el carbanión (10), para

formar el benzoato de sodio (11) y el cloroformo (12).

CC

O

Cl

Cl

Cl

(7)

+ Na+

OH -

CC

O-

Cl

Cl

ClO

H

Na+

(8)

C

O

OH

+ Na+

C-

Cl

Cl

Cl

(9)

CH

Cl

Cl

Cl

+

C

O

O-

(10)

Na+

Al tratar la mezcla de reacción con ácido clorhídrico, el benzoato de sodio (10),soluble en agua, da lugar al producto final, el ácido benzoico (9), insoluble en la misma y acloruro de sodio.




C

O

O-

(10)

Na+

+ ClHOH 2

C

O

OH

Na++ Cl

-

(9)

PARTE EXPERIM ENTAL

MATERIAL

Matraz Erlenmeyer de 250 mL con tapón 1 Embudo de vidrio, tallo corto 1Agitador de vidrio 1 Recipiente de peltre 1Anillo metálica 1 Baños de agua eléctrica 1

Tela de alambre con asbesto 1 Baño de temperatura constante 1Mechero con manguera 1 Matraz de boca esmerilada 125 mL 1Embudo Büchner con empaque de hule 1 Refrigerante de agua con

mangueras1

Matraz Kitasato con manguera 1 Colector 1Probeta de 25 mL 1 T de destilación 1Vaso de precipitado de 250 mL 1 Tapón esmerilado 1Espátula 1 Pinzas de tres dedos con nuez 1

SUSTANCIAS

Cantidad CalidadSolución de hipoclorito de sodio comercial 80.0 mL ClorosAcetofenona 2.0 mL R.A.Acetona 1.0 mL R.A.Acido clorhídrico (1:1) 200 mL Q.P.Papel pH

PROCEDIMIENTO

Coloque 80 mL de hipoclorito de sodio comercial (solución al 6%) en un matrazErlenmeyer, agregue 2 mL de acetofenona y agite vigorosamente durante 50 min.

Pasado este tiempo coloque el matraz en un baño de agua caliente y destile elcloroformo producido. Agregue 1 ml de acetona o bisulfito de sodio para eliminar elhipoclorito de sodio que no haya reaccionado y vuelva a colocar el matraz en el baño deagua otros 10 minutos.

De ser necesario, decolore la solución con carbón activado y filtre.




Acidule la solución en caliente hasta pH = 1 con ácido clorhídrico (1:1), debida aque la acetofenona que no ha reaccionado es insoluble en agua, se separa en forma deaceite, el cual se puede eliminar por decantación.

Enfrié a temperatura ambiente y coloque en baño de hielo hasta completar la

cristalización. Filtre el sólido obtenido y purifique el producto por recristalización de aguacaliente, si queda aún acetofenona decante nuevamente antes de enfriar la solución. Calculeel rendimiento y determine el punto de fusión.

DI AGRAM A ECOLÓGICO

D1: Filtre los sólidos presentes. Neutralice la solución y elimine por el drenaje.

Precauciones: acetofenona LD 50 = 810 mg/kg: tóxico e irritante por inhalación,ingestión o adsorción en la piel

Acido benzoico LD50 = 2538 mg/kg: produce por ingestión problemasgastrointestinales y alergias.




Disposición (ambos): disuelva en un disolvente inflamable e incinere en la formacorrecta.

Productos de descomposición: monóxido y bióxido de carbono.

CUESTIONARIO

1. Explique qué tipo de reacciones se llevan a cabo.

2. Escriba el mecanismo de la reacción efectuada.

3. ¿Para qué utiliza la acetona o el bisulfito de sodio en la obtención del ácido benzoico?

4. ¿Cómo se obtiene el ácido benzoico a nivel industrial?

5. ¿Qué tratamiento deberá darle a los efluentes líquidos antes de desecharlos en eldrenaje?

ESPECTROS DE I .R.

a) Acetofenona

b) Acido benzoico




BI BL I OGRAFÍA

1. Allinger, N.L., et al., Organic Chemistry, Worth Pub., NUeva York, EU, 1973.

2. March, J., Advanced Organic Chemistry, Wiley Interciencie, 3a. ed., Nueva York, EU,1985, pp. 567, 788, 789.

3. Robertson, G. Ross, Jacobs, T.L., Truce, W.E., Laboratory Practice of OrganicChemistry, 5a. ed., McMillan, Nueva York, Eu, 1974, pp. 325.

4. Solomons, T.W.G., Química Orgánica, Limus, México, 1982, pp. 759-762.

5. Streitwieser, A. y Heathcoock, C.H., Introduction to Organic Chemistry, CollierMcMillan Internacional, Eu, 1976, pp. 367.

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