Universidad Autónoma del Estado de MéxicoFacultad de Química

Ingeniería Química

Laboratorio de Química OrgánicaHeteroalifática y de Polímeros

Grupo 56

Práctica I: “Obtención de un ácido carboxílico” (Ácido benzoico).

Imparte: Q. Ignacio Vera Jiménez

Equipo 7: Iván Mejía CienfuegosHugo Alejandro Mancilla Ruíz Trevilla Bernal Saúl

16 de Agosto de 2013

Objetivo.

Se llevará a cabo la oxidación química del benzaldehído obteniendo ácido benzoico y alcohol bencílico, empleando como oxidante un reactivo inorgánico, correspondiente a la reacción de Cannizzaro.

Hipótesis.

Durante el procedimiento de obtención de la sal alcalina de un ácido carboxílico, el ácido benzoico, podrá ser observable formando un precipitado blanco y cristales.

Marco Teórico.

Los aldehídos: son un tipo de compuestos caracterizados por contener un grupo carbonilo unido a un hidrógeno y a un grupo alquilo o arilo.

La electronegatividad del carbono y del oxígeno (en la escala de Pauling) es de 2.5 y 3.5 respectivamente. Debido a esta gran diferencia de electronegatividad, el grupo carbonilo se halla marcadamente polarizado.

La polaridad del grupo carbonilo influye sobre las propiedades de solubilidad de las moléculas que lo contienen. No es extraño que un compuesto orgánico sea soluble en disolventes orgánicos, la propiedad más interesante es que debido al dipolo presente en el grupo carbonilo, su extremo negativo puede formar enlaces de hidrógeno con el agua y con disolventes polares protónicos del tipo de los alcoholes.

Si los grupos enlazados al grupo carbonilo no son muy grandes, la molécula puede ser soluble en agua. En general, esto es así para aldehídos y cetonas de bajo peso molecular.

Por otro lado, el olor de un compuesto es siempre consecuencia de su estructura global. Es una creencia general que los receptores olfativos tienen formas definidas. Algunas moléculas con grupos funcionales y reactividad distintas pueden tener un olor parecido, debido a que su forma es muy similar.

En el caso del benzaldehído, este es un compuesto que se caracteriza por su olor a almendras amargas.

Dos aldehídos cuyos nombres indican su olor son el cinamaldehído y la vainillina o 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehído. El primero huele a canela, siendo uno de los componentes de esta especia, mientras el segundo, como su nombre indica, huele a vainilla, con un olor tan intenso que casi resulta repulsivo.

Los aldehídos pueden oxidarse fácilmente dando lugar a ácidos orgánicos que pueden ser considerados como derivados del ácido carbónico en el cual uno de los grupos OH es reemplazado por un grupo orgánico:

Los ácidos carboxílicos son mucho más estables que el ácido carbónico y pierden dióxido de carbono sólo mediante fuerte calentamiento (unos 2501C).

Todos los ácidos carboxílicos poseen un cierto carácter ácido, dependiendo el pKa de la estructura global de cada compuesto.

La palabra castellana ácido procede del latín acidus, que significa picante o agrio. Del origen de esta denominación podemos anticipar que las sustancias ácidas probablemente tendrán olor picante y sabor agrio, hechos confirmados por la experiencia cotidiana con el vinagre. Aunque muchos ácidos tienen nombres que proporcionan indicaciones de su estructura o de sus propiedades, en muchos no es así; el ácido benzoico, por ejemplo, se denomina así debido a que se aisló en una secuencia de reacciones que partían de compuestos que se hallan en la planta llamada benzoe. Este compuesto se utiliza como aditivo alimentario con el código E 210.

La reacción de Cannizzaro: llamada así por su descubridor S. Cannizzaro, es una reacción química que consiste en la oxido reducción de un aldehído sin hidrógeno en alfa (no enolizable) catalizado por un compuesto inorgánico. Esta transformación fue llevada a cabo por Cannizzaro en 1853, cuando al tratar benzaldehído con hidróxido de potasio obtuvo alcohol bencílico y ácido benzoico.

El producto de oxidación es ácido carboxílico y el producto de Reducción-oxidación es un alcohol.

Mecanismo de Reacción: La primera etapa consiste en una adición nucleófila de la base (el anión hidróxido) al carbono carbonílico del aldehído. El alcóxido resultante desprotona para dar un di-anion, conocido como Intermedio de Cannizzaro. Para que este intermedio se forme se requiere un mediofuertemente básico. Este es un proceso de auto oxidación-reducción en el cual los alcoholes son el resultado de la reducción y las sales del ácido carboxílico de la oxidación.

Ambos intermedios pueden bien reaccionar con el aldehído o transferir un hidruro, H−. La negatividad de este C-H se ve aumentada por por el carácter electro-donante del oxígeno en alfa. Esta transferencia de hidruro genera simultáneamente un anión alcóxido (RCH2O-) y un ácido carboxílico, que desprotona rápidamente para formar el carboxilato. Evidencias adicionales del carácter de hidruro del intermedio de la reacción de Cannizzaro se encuentran en la formación de H2 al hacerlo reaccionar con agua.

Sólo los aldehídos que no pueden formar un enolato dan la reacción de Cannizzaro. Porque en las condiciones (básicas) de esta reacción los aldehídos que pueden formar un enolato reaccionan vía condensación aldólica. Ejemplos de aldehídos que pueden reaccionar vía Cannizzaro son formaldehído y aldehídosaromaticos como el benzaldehído.

Equipo, Materiales y Reactivos.

MATERIAL REACTIVOS EQUIPO

Matraz Erlenmeyer (25 ml) Benzaldehído Microescalao

Corning

2 Pipetas Pasteurcon microperilla

Hidróxido de potasio Perlas de ebullicióno

agitador magnético

1 Matraz Kitasato (25 ml) Ácido clorhídrico concentrado Placa de agitación yCalentamiento

3 Tubos de ensaye (15 ml) Éter etílico Bomba de agua

Manguera de hulelátex para vacío

Sulfato de sodio anhidro Cubeta de plástico de 20 L

Vidrio de reloj Agua destilada Aparato de Fisher Johns

Embudo Hirschcon papel filtro

Hielo

Agitador de vidrio

TOXICOLOGIA

Formula química: C7 H6 O Nombre comercial: benzaldehído

· Instrucciones generales: Los síntomas de intoxicación pueden presentarse después de muchas horas, por lo que se requiere una supervisión médica durante un mínimo de 48 horas después del accidente.

· En caso de inhalación del producto: Suministrar aire fresco. En caso de trastornos, consultar al médico.· En caso de contacto con la piel: En caso de irritaciones continúas de la piel, consultar un médico.· En caso de con los ojos: Limpiar los ojos abiertos durante varios minutos con agua corriente.· En caso de ingestión: Consultar inmediatamente un médico.· Indicaciones para el médico: Mostrar esta ficha de seguridad al doctor que esté de servicio.

FORMULA: NaOH

Nombre: hidróxido de sodioGENERALIDADES:El hidróxido de sodio es un sólido blanco e industrialmente se utiliza como disolución al 50 % por su facilidad de manejo. Es soluble en agua, desprendiéndose calor. Absorbe humedad y dióxido de carbono del aire y es corrosivo de metales y tejidos. Es usado en síntesis, en el tratamiento de celulosa para hacer rayón y celofán, en la elaboración de plásticos, jabones y otros productos de limpieza, entre otros usos. Se obtiene, principalmente por electrólisis de cloruro de sodio, por reacción de hidróxido de calcio y carbonato de sodio y al tratar sodio metálico con vapor de agua a bajas temperaturas.Inhalación: La inhalación de polvo o neblina causa irritación y daño del tracto respiratorio. En caso de exposición a concentraciones altas, se presenta ulceración nasal. Contacto con ojos: El NaOH es extremadamente corrosivo a los ojos por lo que las salpicaduras son muy peligrosas, pueden provocar desde una gran irritación en la córnea, ulceración, nubosidades y, finalmente, su desintegración. En casos mas severos puede haber ceguera permanente, por lo que los primeros auxilios inmediatos son vitales. Contacto con la piel: Tanto el NaOH sólido, como en disoluciones concentradas es altamente corrosivo a la piel. Ingestión: Causa quemaduras severas en la boca, si se traga el daño es, además, en el esófago produciendo vómito y colapso

FORMULA: HCl

Ácido clorhídrico Riesgos de fuego y explosión:No es inflamable. Se produce gas inflamable cuando se encuentra en contacto con metales. Se generan vapores tóxicos e irritantes de cloruro de hidrógeno cuando se calienta. Riesgos a la salud: El ácido clorhídrico y concentraciones altas de gas, son altamente corrosivos a la piel y membranas mucosas Inhalación: En el caso de exposiciones agudas, los mayores efectos se limitan al tracto respiratorio superior. El gas causa dificultad para respirar, tos e inflamación y ulceración de nariz, tráquea y laringe. Contacto con ojos: Este ácido es un irritante severo de los ojos y su contacto con ellos puede causar quemaduras, reducir la visión o, incluso, la pérdida total de ésta. Contacto con la piel: En forma de vapor o disoluciones concentradas causa quemaduras serias, dermatitis y fotosensibilización. Las quemaduras pueden dejar cicatrices, que incluso pueden desfigurar las regiones que han sido dañadas. Ingestión: Produce corrosión de las membranas mucosas de la boca, esófago y estómago. Los síntomas que se presentan son: disfagia, náuseas, vómito, sed intensa y diarrea. Puede presentarse, incluso, colapso respiratorio y muerte por necrosis del esófago y estómago.

FORMULA: C4H10O, CH3-CH2-O-CH2-CH3Éter etílico Riesgos a la salud: En general, es moderadamente tóxico y causa síntomas de narcosis y anestesia y, solo en casos extremos, la muerte por parálisis respiratoria. No sufre cambios químicos dentro del cuerpo. Inhalación: Causa náuseas, vómito, dolor de cabeza y pérdida de la conciencia, causando cierta irritación del tracto respiratorio. Son raros los casos de muerte de trabajadores por inhalación aguda. Una exposición crónica lleva a anorexia, dolor de cabeza, adormecimiento, fatiga, agitación y disturbios mentales. Contacto con ojos: Los irrita levemente y en caso de irritación severa, los daños son, generalmente, reversibles. Contacto con la piel: Produce resequedad y dermatitis. Debido a que se evapora rápidamente, su absorción a través de la piel es mínima. Ingestión: No es especialmente venenoso, sin embargo, produce los síntomas narcóticos ya mencionados e irritación al estómago. Carcinogenicidad: No existen evidencias de carcinogenicidad. Mutagenicidad: No es mutagénico en ensayos con Salmonella typhimurium.Peligros reproductivos: Se ha informado de un leve incremento en el promedio de abortos en mujeres expuestas a este producto

Nombre Químico: Na₂SO4SULFATO DE SODIO ANHIDROPrincipales Peligros: No se conoce ningún peligro esencial para el hombre o para el medio ambiente.Inhalación: Puede irritar la nariz, la garganta y los pulmones, si se exceden los niveles PEL o TLV.Ingestión: Este producto no se considera tóxico pero no debe ingerirse. Si se ingiere puede irritar la boca, esófago y estómago. Beber soluciones de sulfato de sodio puede causar diarrea.Contacto con los ojos: Puede causar irritación.Contacto con la piel: Puede causar irritación si la exposición es prolongada.

Procedimiento:

En un matraz redondo de 10 mL se disuelven 600 mg de KOH en 3 mL de agua.

Enseguida se adiciona 1 ml de benzaldehído.

La mezcla se calienta a reflujo* con agitación, el tiempo necesario para agotar la materia prima, la cual se monitorea cada 15 min por cromatografía en capa fina (ccf). La emulsión debe ser uniforme, por lo que se puede agregar agua en

Una vez agotada la materia, se deja enfriar y en caso de formarse un precipitado de benzoato de potasio, se agrega el agua necesaria para disolverlo.

La mezcla se traspasa a un tubo, el matraz de reacción se lava con 2-3 mL de éter y se traspasa al tubo, el cual se agita con cuidado.

Las fases se separan con una pipeta Pasteur; la parte etérea o superior se guarda en un tubo de

La fase acuosa se vuelve a lavar con otra porción de 2-3 mL de éter, se separa y se junta con la porción anterior.

Se añade a ésta, sulfato de sodio anhidro, se filtra en embudo de vidrio.

Para aislar el ácido benzoico, la fase acuosa se vierte en un matraz Erlenmeyer que contenga un trozo de hielo.

Con cuidado se adiciona HCl hasta pH menor a 3 para precipitar el ácido benzoico, el cual se filtra y se seca a vacío.

Residuo A

Manejo de residuos

CÓDIGO CARACTERÍSTICAS DE LA

SUSTANCIA

COMPUESTO

A Disolventes orgánicos y soluciones de sustancias orgánicas que no

contienen halógenos

Aguas madres de

filtración.

Reacción:

Mecanismo:

Determinar el rendimiento y el punto de fusión. Si éste tuviera un intervalo de fusión mayor de 4°C, recristalizar de agua caliente.

Estequiometria:

2 PhCHO + H2O PhCO2H + PhCH2OH

PM (g/mol) 212 18 122.12 107.8

m (g) 1.0415 0.08842 0.5999 0.5296

n (mol) 4.91x10-3 4.91x10-3 4.91x10-3 4.91x10-3

∑m 1.12992 ≈ 1.1295

CUESTIONARIO

1) Mencione el fundamento teórico de la extracción como una técnica de separación empleada en el laboratorio.

La separación de un compuesto por extracción se basa en la

transferencia selectiva del compuesto desde una mezcla sólida o líquida con

otros compuestos hacia una fase líquida (normalmente un disolvente orgánico).

El éxito de la técnica depende básicamente de la diferencia de solubilidad en el

disolvente de extracción entre el compuesto deseado y los otros compuestos

presentes en la mezcla inicial.

2) ¿Cuál es el fundamento de la reacción de Cannizzaro?

Dos moléculas de benzaldehído al exponerse a la acción de la solución de hidróxido de sodio concentrada sufren una desproporción para dar una mezcla de un alcohol y la sal de un ácido carboxílico, la sal en medio ácido regenera el ácido carboxílico. Este proceso, conocido como reacción de Cannizzaro, se suele realizar dejando a temperatura ambiente al aldehído en hidróxido acuoso o alcohólico concentrado. (En estas condiciones, un aldehído con hidrógeno alfa daría rápidamente la condensación aldólica).

ArCHO+HCHO ArCH2OH+HCOONaEsta reacción se conoce como reacción de Cannizzaro cruzada. La evidencia sobre todo cinética y por experimentación con compuestos marcados isotópicamente, indica que incluso esta reacción aparentemente tan diferente sigue el conocido esquema de los compuestos carbonílicos: adición nucleofílica

3) Escriba la reacción general y desarrolle el mecanismo de reacción para la obtención de alcohol bencílico y ácido benzoico a partir del benzaldehído.

Reacción:

Mecanismo:

4) ¿Cuál es la cantidad máxima que podría obtenerse del producto?

5) Determine el rendimiento porcentual de la reacción llevada a cabo, en relación al ácido benzoico.

6) ¿En qué frasco se deberán depositar cada uno de los residuos generados y por qué?

Deberán colocarse en el contendor A pues que el único residuo que se produce son las aguas madres de la filtración, las cuales contienen algunas cantidades de éter y compuesto sin halógenos.

7) Indique cuáles de los siguientes compuestos sufre una reacción de Cannizzaro. Si la reacción es posible, escriba las estructuras que correspondan a los productos esperados.

Referencias.

1. Cannizzaro, S. (1853). «Ueber den der Benzoësäure entsprechenden Alkohol». Liebigs Annalen 88:  pp. 129–130. doi:10.1002/jlac.18530880114.

2. List, K.; Limpricht, H. (1854). «Ueber das sogenannte Benzoëoxyd und einige andere gepaarte Verbindungen». Liebigs Annalen 90 (2):  pp. 190–210. doi:10.1002/jlac.18540900211.

3. Geissman, T. A. Org. React. 1944, 2, 94. (Review)

4. A Facile Solvent-Free Cannizzaro Reaction Phonchaiya, Sonthi; ; Panijpan, Bhinyo Rajviroongit, Shuleewan; Wright, Tony; Blanchfield, Joanne T. J. Chem. Educ. 2009, 86, 85.