Laboratorio de Química Orgánica IIGrupo # 7

SÍNTESIS DE BENCIDROL

Carlos Torres

Mónica María Montoya

Profesor:

Luis Frenando Torres Roldan

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

20 de Mayo - 2013Medellín

SÍNTESIS DE BENCIDROL

1. OBJETIVOS.

Sintetizar un alcohol secundario, bencidrol, por medio de la reducción del grupo carbonilo de la benzofenona.

Realizar un seguimiento de la reacción para asegurar la formación de bencidrol y determinar las condiciones en las que el compuesto se ha formado.

Optimizar el procedimiento de síntesis realizándolo en diferentes condiciones de concentración de solvente y cantidad de reactivos.

2. RESUMEN TEÓRICO.

Reacción:

La fuerza que dirige esta reacción es electrostática; debido a la alta electronegatividad del oxígeno en el carbonilo, el doble enlace carbono-oxígeno se encuentra polarizado y el carbono con un delta positivo en densidad electrónica es muy electrofílico; esta razón favorece la adición de un nucleófilo como el borohidruro, el cuál se encuentra cargado negativamente y tiene la capacidad de donar un par de electrones confinados en el enlace sigma, para formar así un enlace C-H en el grupo carbonilo, el nuevo par de electrones debe ocupar el orbital pi antienlazante del compuesto y de esta manera romper el pi enlazante, así los electrones allí presentes deben migrar hacia el oxígeno; finalmente con el nuevo enlace formado pasamos de una hibridación cuya geometría es trigonal planar a una tetrahedral, el mecanismo de la reacción se puede observar en la siguiente figura.

El borohidruro es un reactivo comúnmente empleado para la síntesis de alcoholes primarios y secundarios, éste es quimioselectivo ya que sólo reacciona con aldehídos y cetonas. El borohidruro tiene la capacidad de reducir 4 compuestos carbonílicos, relación 1:4; de la hidrólisis de los alcóxidos formados obtenemos los alcoholes correspondientes.

3. DIAGRAMA DE FLUJO

Agregar cuerpos porosos, adopte un condensador en posición de reflujo y caliente a baño maria.

Filtrar la mezcla para separar el solido.

Coloque la mezcla en un baño de hielo y adicione 30 mL de agua fría.

Agregar 20 gotas de HCl al 10%.

Lavar con agua fría y secar a 50°C.

Pesar 200 mg de benzofenona en balón de fondo redondo, adicione 10 mL de Etanol y agite hasta que se disuelva.

Adicione poco a poco y con agitación 0,12 g de

borohidruro de sodio.

Determinar el punto de fusión y rendimiento de rxn.

4. PROPIEDADES FÍSICAS Y TOXICIDAD DE REACTIVOS

a. Benzofenona:i. Toxicidad: vapores irritantes al tracto respiratorio, puede dañar el

sistema nervioso central; irritante por ingestión, produce vómitos (mantener la cabeza abajo); irritante a la piel; irritación a los ojos, puede causar daño de corneas.

ii. Físicas: cristales blancos, olor a rosa, insoluble en agua, gravedad específica 1,11 a 18ºC, punto de ebullición 305ºC, punto de fusión 48-49ºC.

b. Hidróxido de sodio:i. Toxicidades: irritación severa por inhalación, corrosivo por ingestión,

corrosivo para la piel, corrosivo para los ojos.ii. Físicas: granallas blancas, inodoras, solubilidad en agua 111g/100g,

gravedad específica 2,13, pH 13-14 (en solución al 5%), punto de ebullición 1390ºC, punto de fusión 318ºC.

c. Zinc:i. Toxicidades: dosis largas pueden causar problemas

gastrointestinales, irritación para la piel, irritación mecánica en los ojos, irritación mecánica por inhalación (si se calienta los gases que emanan llegan a ser muy tóxicos).

ii. Físicas: láminas azules grisáceos con lustre, inodoros, insoluble en agua, gravedad específica 7,14, punto de ebullición 907ºC, punto de fusión 419ºC.

d. Etanol: i. Toxicidades: irritación en los ojos, daño de corneas; irritación

moderada en la piel; irritación, nausea y diarrea por ingestión; si se inhalan grandes cantidades puede causar daños al sistema nervioso central.

ii. Físicas: líquido incoloro, olor a vino, punto de ebullición 78ºC, punto de fusión -114,1ºC, miscible en agua, gravedad específica 0,790 a 20ºC.

e. Ácido clorhídrico:

Realizar prueba de 2,4-DFH

Realizar cromatografía de capa fina.

i. Toxicidades: corrosivo por inhalación, corrosivo por ingestión, corrosivo por contacto con la piel, corrosivo por contacto con los ojos. En todos los casos puede llegar a ser fatal.

ii. Físicas: líquido fumante incoloro, olor característico, infinitamente soluble en agua, pH 0,1 (solución 1,0N), punto de ebullición 53ºC, punto de fusión -74ºC.

f. Hielo :i. Toxicidades: no tóxicoii. Físicas: punto de ebullición 100ºC, punto de fusión 0ºC.

5. OBSERVACIONES Y DATOS.

Según la guía de laboratorio consultada la relación molar benzofenona/borohidruro debía ser 1:4.

Masa Benzofenona: 0,2048g.Masa Borohidruro de Sodio: 0,1209 g.

CONDENSACION POR 20 MINUTOS

Tabla 1.Grupo # 3Técnica PlanchaVolumen solvente (ml) 10Masa de producto obtenida (g)

0,1008

Punto de Fusión (ºc) 60Tiempo de aparición del producto (min)

15

EQUIPO UTILIZADO PARA LA MEDICION DEL PUNTO DE FUSION

Después del secado y la posterior disolución en acetato de etilo la placa cromatográfica mostró lo siguiente.

SECADO DE BENCIDROL

CROMATOGRAFIA DE CAPA FINA

RESULTADO EN PLACA CROMATOGRAFICA

Patrones de Infrarrojo:

Señales características de la Benzofenona: 1650(C = O), 1280 (C – O), 1600 (C = C, aromáticos) ,600-750 y 3000-3200 (C – H, aromáticos).

Señales características del bencidrol: 3390 (OH), 1500 (C = C, aromáticos), 600-750 y 3000-3200 (C – H, aromáticos).

El resultado de infrarrojo revela la presencia del grupo OH a 3387cm -1, el grupo carbonilo no se presenta en los alrededores de 1650, en 1492,90 tenemos C = C y aromáticos, entre 601,79-734,88 y 2926,01-3082,25 encontramos C – H y grupos benceno.En general el espectro del producto obtenido se ve muy parecido al patrón especialmente en la zona del espectro con longitudes de onda comprendidas entre 1300-400 cm-1, que es la zona denominada huella dactilar, característica del compuesto.

6. CÁLCULOS Y RESULTADOS.

Cálculo del reactivo límite:

moles Benzofenona(BF)=0,2048 g∗1mol182,22g

=1,124∗10−3molBenzofenona .

moles borohidruro=moles Benzofenona∗21

=2,248∗10−3moles NaBH 4

La benzofenona es el reactivo límite:

1,124∗10−3molBF∗1mol Bencidrol

1mol BF=1 ,124∗10−3mol∗184,22 g

1mol=0 ,2071gBencidrol

En este proceso de síntesis debieron recuperarse 0,2071g de Bencidrol, pero sólo se recuperaron 0,1008g.

Rendimiento: (m obtenida/m teórica)*100

Rendimiento: 48,67%

Modelo de Cálculo Rf:

R f=dmáx compuesto ¿hsolvente ¿

¿¿

Placa:

Rf benzofenona: (3,4 cm/3,8 cm)=0,89Rf Bencidrol:(2,13 cm/ 3,8 cm)= 0,56

Se realizó la prueba de 2,4-difenilhidrazina tanto para el bencidrol obtenido como para la benzofenona y dio amarillo-naranja (positivo) y para el bencidrol dio transparente(negativo).

En el anexo 1 se muestra el resultado obtenido en Infrarrojo sobre la sustancia sintetizada.

7. PREGUNTAS

a. ¿Cuál es la finalidad de efectuar la prueba con la solución de 2,4-dinitrofenilhidrazina?

R/: La 2,4-dinitrofenilhidracina puede usarse para detectar cualitativamente los grupos carbonilo de cetonas y aldehídos. El resultado es positivo cuando hay un precipitado rojo o amarillo (dinitrofenilhidrazona).

Esta reacción puede describirse como una reacción de condensación: se unen dos moléculas y pierden agua. También es llamada reacción de adición-eliminación: una adición nucleofílica del grupo -NH2 al grupo carbonilo C=O, seguida de la remoción de una molécula de H2O.

A continuación se muestra el mecanismo de reacción entre la 2,4-DNFH y un aldehído o

cetona:

b. ¿Cómo se puede seguir el curso de la reacción por medio de cromatografía en capa fina?

R/: En la cromatografía de capa fina podemos determinar el momento de formación del Bencidrol y el momento en el cual la reacción finaliza. Por medio de la comparación con los patrones en la primera placa y los Rf se puede determinar si el compuesto obtenido es el esperado, y si se encuentra impuro.

c. ¿Qué aplicaciones en la industria tienen las reacciones de reducción de grupos carbonilo? Mencione algunos compuestos que se obtienen por este método.

R/: En la síntesis (industrial) de fexofenadine (antihistamínico, alergias) se emplea en NaBH4 de manera quimioselectiva, en la reducción de una cetona a un alcohol secundario sin afectar el ácido carboxílico.

El salmefamol (Glaxo, antiasma, estrechamente emparentado con el salbutamol) emplea en su síntesis tres agentes reductores:

Otro agente reductor muy empleado es el borano (BH3), excelente reactivo para reducir carbonilos poco electrofílicos como los ácidos carboxílicos y las amidas.

El DIBAL es similar al borano en cuanto a que reacciona con carbonilos ricos en electrones (esteres, amidas y nitrilos) con el cual forma un complejo tetrahédrico.

d. Cuales son los agentes reductores mas utilizados en la industria y por que?

R/Los agentes reductores mas utilizados en la industria son:

El cianoborohidruro de sodio (NaCNBH3) es un agente reductor de reactividad moderada comparado con los otros agentes, muy útil para reducir iminas a aminas sin afectar el carbonilo de la cetona o un epóxido. Por ejemplo en la síntesis de una preproteina presente en la scherichia coli, se empleo NaCNBH3 con una muy buena quimioselectividad.

En la preparación de α-amino ácidos derivados del alcanfor, necesarios para la síntesis de péptidos no naturales, se empleo NaCNBH3 (J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 2001, 248–260).

El segundo método emplea zinc o amalgama zinc-mercurio (Zn-Hg) en medio ácido y se le conoce como la reducción de Clemmensen, aunque es fácil de hacer, reacciona violentamente en algunos casos, por lo que se debe ir escalando poco a poco antes de intentarla con grandes cantidades de sustrato. El mecanismo implica la generación de 2 electrones por parte del metal, lo cuales reducen los carbonilos a CH2 y el ion H+ a hidrogeno. Por ejemplo, en la síntesis del acido γ-fenil-butirico, precursor del γ-fenil-butirato de sodio, medicamento empleado para el tratamiento de desordenes en el ciclo de la urea se utilizo la reducción de Clemmensen.

Otro buen agente reductor es el hidrogeno (H2), que a pesar de su peligrosidad sigue siendo muy empleado. Comúnmente acompañado por un catalizador de paladio (Pd), rodio (Rh), rutenio (Ru) (soportado en carbón activado al 5, 10 o 20%), platino, níquel etc. El hidrogeno suele reducir alquenos o nitros en presencia de carbonilos, aunque en buena medida esto depende de las condiciones de reacción (tipo de catalizador, temperatura, tiempo de reacción etc etc). Esta propiedad (reducir alquenos en presencia de carbonilos) fue la que se aprovecho en la síntesis del compuesto conocido

e. ¿Cuáles son los residuos de esta síntesis y que toxicidad tienen?

R/: Los residuos son cloruro de sodio, etanol, ácido bórico y acetato de etilo.

Su toxicidad es:

CLORURO DE SODIO

No es un producto tóxico. DL50 (oral, ratas) = 3 g/kg. TLLo (oral, humanos) = 12.36 g/kg. Inhalación: Irritación de la nariz y la garganta. Ingestión: No presenta ningún efecto. Piel: Posible irritación. Ojos:Las soluciones muy concentradas pueden ocasionar irritación. El polvo ocasiona enrojecimiento y puede ser perjudicial para los ojos. Alta presión sanguínea. Respiración rápida. Posible irritación de la piel por el contacto repetido.

ETANOL

LD50 (oral en ratas): 13 ml/Kg. Contacto con ojos: Se presenta irritación solo en concentraciones mayores a 5000

a 10000 ppm. Contacto con la piel: El líquido puede afectar la piel, produciendo dermatitis

caracterizada por resequedad y agrietamiento. Ingestión: Dosis grandes provocan envenenamiento alcohólico, mientras que su

ingestión constante, alcoholismo. También se sospecha que la ingestión de etanol aumenta la toxicidad de otros productos químicos presentes en las industrias y

laboratorios, por inhibición de su excreción o de su metabolismo, por ejemplo: 1,1,1-tricloroetano, xileno, tricloroetileno, dimetilformamida, benceno y plomo.

La ingestión constante de grandes cantidades de etanol provoca daños en el cerebro, hígado y riñones, que conducen a la muerte.

La ingestión de alcohol desnaturalizado aumenta los efectos tóxicos, debido a la presencia de metanol, piridinas y benceno, utilizados como agentes desnaturalizantes, produciendo ceguera o, incluso, la muerte a corto plazo.

Carcinogenicidad: No hay evidencia de que el etanol tenga este efecto por el mismo, sin embargo, algunos estudios han mostrado una gran incidencia de cáncer en laringe después de exposiciones a alcohol sintético, con sulfato de dietilo como agente responsable.

Mutagenicidad: No se ha encontrado este efecto en estudios con Salmonella, pero se han encontrado algunos cambios mutagénicos transitorios en ratas macho tratados con grandes dosis de este producto.

Riesgos reproductivos: Existen evidencias de toxicidad al feto y teratogenicidad en experimentos con animales de laboratorio tratados con dosis grandes durante la gestación. El etanol induce el aborto.

ACIDO BORICO

Rata oral LD50: 2660 mg/kg; mujer oral LDLo: 200 mg/kg; investigado como a mutágeno, tumorígeno, efecto reproductivo.

Inhalación: Causa la irritación a las membranas mucosas del aparato respiratorio. Puede ser absorbido por las membranas mucosas y, dependiendo de la exposición que se ha tenido, podría dar lugar al desarrollo de náuseas, vómito, diarrea, somnolencia, erupción en la piel, dolores de cabeza, disminución en la temperatura del cuerpo, disminución de la presión arterial, lesiones renales, cianosis, estado de coma y hasta la muerte.

Ingestión: Síntomas paralelos a los de la absorción por inhalación. La dosis fatal para un adulto que se reportó es de 5 a > 30 gramos.

Contacto de la Piel: Causa la irritación de la piel. La Absorción no es muy percibida a través de la piel intacta. Es fácilmente absorbido a través de la piel que se encuentre dañada o quemada. Los síntomas de la absorción de la piel son paralelos a los de la inhalación e ingestión.

Contacto con los ojos: Causa la irritación, el enrojecimiento y el dolor. Exposición Crónica: La excesiva absorción de ácido bórico, puede causar la

pérdida de peso, vómitos, diarrea, erupción de la piel, convulsiones y anemia. El hígado y particularmente los riñones pueden ser susceptibles. Los estudios en perros y en ratas han demostrado que pueden producir la infertilidad y los daños de las pruebas demuestran que resulta de la ingestión aguda o crónica de ácido bórico. Las evidencias de efectos tóxicos en el sistema reproductor del ser humano son impropias.

Agravación de condiciones preexistentes: Las personas con desórdenes preexistentes en la piel, o problemas en los ojos, o hígado deteriorado, en riñones o en el aparato respiratorio, pueden ser más susceptibles a los efectos de la sustancia.

ACETATO DE ETILO

LD50 (oral en ratas): 11.3 ml/Kg, 5620 mg/Kg LC50 (inhalado en ratas): 1600 ppm/8 h Niveles de irritación a ojos en humanos: 400 ppm RQ: 5000 IDLH : 10000 ppm Inhalación: Causa dolor de cabeza, náuseas e incluso, pérdida de la conciencia y

puede sensibilizar las mucosas inflamándolas. En concentraciones altas causa convulsiones y congestión de hígado y riñones. Sin embargo, aún a concentraciones bajas causa anemia.

Contacto con ojos: Una exposición prolongada causa el oscurecimiento de las córneas.

Contacto con la piel: El contacto constante o prolongado a este compuesto, provoca resequedad, agrietamiento, sensibilización y dermatitis.

Ingestión: Irrita las membranas mucosas y en experimentos con conejos se ha observado pérdida de coordinación, probablemente debido a la hidrólisis rápida a ácido acético y etanol.

Carcinogenicidad: No se ha observado la generación de tumores en pulmón en animales de laboratorio expuestos a este producto.

Mutagenicidad: No se ha observado incremento en la frecuencia de intercambio de cromátidad.

8. CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN.

Para la síntesis del Bencidrol se plancha de calentamiento. Se puede observar en los resultados la cantidad de bencidrol, el principal causante de que se haya obtenido dicha cantidad de producto, pudo ser la ineficiente filtración del compuesto, quizá se debió verter más cantidad de agua desionizada para obtener más producto.

En general, la relación 1:4 resultó favorable para este proceso de síntesis, aunque una sola molécula de borohidruro de sodio puede reducir 4 moléculas de carbonilo, el impedimento estérico no permite formar el tetraedro alrededor del boro, y es necesario una relación mayor borohidruro/benzofenona para llevar a cabo la reacción satisfactoriamente.Y obviamente al reducir la cantidad utilizada de borohidruro se reduce la relación, lo cuál limita mucho más el avance de la reacción hacia los productos.

El resultado de infrarrojo revela la presencia del grupo OH a 3387cm -1, el grupo carbonilo no se presenta en los alrededores de 1650, en 1492,90 tenemos C = C y aromáticos, entre 601,79-734,88 y 2926,01-3082,25 encontramos C – H y grupos benceno.

En general el espectro del producto obtenido se ve muy parecido al patrón especialmente en la zona del espectro con longitudes de onda comprendidas entre 1300-400 cm-1, que es la zona denominada huella dactilar, característica del compuesto.

Los cálculos obtenidos para los Rf nos muestran la posible contaminación de la mezcla durante la reacción ya que se nota una considerable disminución en la fluidez del bencidrol en comparación con el Rf encontrado para el patrón. Por otro lado también puede deberse a la contaminación del eluyente lo cuál afectó su polaridad y por tanto la fluidez de la muestra a analizar.

De esta práctica se puede concluir la importancia de no dejar contaminar los reactivos. Ya que no obtenemos lo que necesitamos.

Es muy importante y útil el uso de la cromatografía de capa fina ya que nos da como una especie de “ojos” en medio de la reacción e ir midiendo cualitativamente el comportamiento y curso de nuestra reacción.

8. BIBLIOGRAFÍA.

Escobar P, Gustavo A, SINTESIS ORGÁNICA, Capitulo 2, Universidad de Antioquia. Pág: 4-14.

Cardona G, Wilson. Guía de Laboratorio de Orgánica 2, Sesión 1. Universidad de Antioquia 2012. Pág.: 1-5.

University of Wisconsin, Department of chemistry. 2012. Pág: 3-6. Online: http://www.chem.wisc.edu/courses/342/Fall2004/TLC.pdf consultada el 13 de mayo de 2013.

Enlace patrones de Infrarrojo: http://webbook.nist.gov/chemistry/

Enlace MSDS: http://www.merckmillipore.es/;sid=LmcHeZcgkBsMediHNAFrLj_gqeQVif2HFkkZLySNPAgiExmuAodk05EeOTyKxIQG0mMXZZT5018ufh7pjOP0E8sID5MePVvwHf2_WC85dEoZqRCjPJeA-oXQ?CountryName=Spain consultada el 13 de mayo de 2013.

http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/8acetatodeetilo.pdf consultada el 13 de mayo de 2013.