2IV46 Equipo 2 OB. Alcohol Bencílico Y Ácido Benzoico Reacción DE Cannizzaro PDF

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L A B O R A T O R I OQuímica de los grupos funcionalesP R Á C T I C A 8Obtención de alcohol bencílico y ácidobenzoico. Reacción de CannizzaroSuarez López María GuadalupeE Q U I P O “ 2 ”o Hernández Alcántara Martha Iselao Pereyra Huerta Luis Gonzaloo Ramírez Fernández Edwino Vargas Ayala Yaritzi Gua...

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L A B O R A T O R I O

Química de los grupos funcionales P R Á C T I C A 8 Obtención de alcohol bencílico y ácido benzoico. Reacción de Cannizzaro Suarez López María Guadalupe

E Q U I P O “2” o o o o

Hernández Alcántara Martha Isela Pereyra Huerta Luis Gonzalo Ramírez Fernández Edwin Vargas Ayala Yaritzi Guadalupe

G R U P O : 2IV46 01/11/202 01/11/2021 1

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Obtener simultáneamente el ácido benzoico y el alcohol bencílico por medio de la reacción de Cannizzaro

•

Aplicar las reacciones características de los aldehídos carentes de hidrógeno Alfa en determinadas situaciones orgánicas

•

Manejar diversas técnicas de separación y purificación de productos orgánicos

•

Identificar mediante pruebas específicas el producto obtenido

Síntesis de Cannizzaro y su mecanismo Los aldehídos que no tienen hidrógenos α, dan la reacción de Cannizzaro por tratamiento con una base fuerte. En esta reacción de desproporcionación una molécula es reducida al correspondiente alcohol, mientras que la segunda es

oxidada a ácido carboxílico. Mecanismo: Etapa 1. Adición del ión hidróxido al carbonilo

Etapa 2. Transferencia de hidruro

Etapa 3. Equilibró ácido-base

a) Propiedades químicas Los aldehídos y cetonas son bastante reactivos en ocurrencia de gran

polarizad generada por el grupo carboxilo, que sirve como lugar de adición nucleofílica y aumentando la acidicidad de los átomos de hidrógeno ligados al carbono α. (carbono enlazado directamente al carboxilo). En relación con las cetonas, los aldehídos son bastante más reactivos. Como el grupo carbonilo confiere a la molécula una estructura plana y la adición de un reactivo nucleofílico puede ocurrir en dos lugares, o sea, la superficie de contacto es mayor, lo que facilita la reacción. Esto posibilita la formación de racematos (mezcla de enantiómeros), en caso de que el carbono sea asimétrico. Otros factores influencian la reactividad de los aldehídos y cetonas y son la intensidad de la polaridad entre C y O y el volumen de el/los agrupamientos/s enlazado/s al carboxilo. Los grupos de inducción +I disminuyen la deficiencia electrónica en el carbono y consecuentemente disminuye la afinidad de este por reactivos nucleofílicos (:Nu), o sea la reacción de adición nucleofílica es más difícil. Ya los grupos de inducción –I aumentan la deficiencia electrónica en el carbono y consecuentemente aumentan la afinidad de este por reactivos nucleofílicos, o sea, la reacción de adición nucleofílica es más fácil. En cuanto al volumen de el/los agrupamientos/s enlazado/s el carboxilo, tanto más facilitado será la reacción cuanto menor fuesen esos grupos, debido a un menor impedimento esteárico (facilita la aproximación del reactivo nucleofílico alcarbono). También la velocidad de la reacción crece proporcionalmente a la intensidad de la polaridad del grupo carboxilo, pues más intensa será la carga parcial positivasobre el carbono, el mayor será su afinidad como el nucleofílico. b) Reacción con aldehídos que no contengan hidrógenos en posición alfa En una reacción de Cannizzaro, hay dos pasos distintos. En el primer paso, el grupo OH se agrega al carbonilo. Dado que no hay hidrógenos alfa para eliminar en un entorno muy básico, el grupo OH se puede añadir al carbonilo. El OH es muy rico en electrones, por lo que puede actuar como un nucleófilo, es decir, rico en electrones, para ser añadido al carbono electrófilo, deficiente en electrones.

El carbono ahora tendría electrones adicionales, por lo que los electrones del doble enlace chocan con el oxígeno, dando al oxígeno una carga negativa. El segundo paso puede parecer un poco confuso porque suceden tres cosas a la vez. Sin embargo, lo que realmente está sucediendo es solo una transferencia de hidruro. Esto ocurre cuando el hidrógeno del aldehído con un nuevo grupo OH se transfiere a otro aldehído. Entonces, las tres cosas que ocurren todas a la vez son: • • •

Los electrones del doble enlace carbono-oxígeno eliminan el hidrógeno del oxígeno Los electrones de ese enlace oxígeno-hidrógeno forman un doble enlace entre el carbono y el oxígeno. Dado que ahora hay electrones adicionales en el carbono, los electrones del enlace carbono-hidrógeno se transfieren al otro carbono, que ahora es deficiente en electrones, formando un nuevo enlace carbono-hidrógeno.

Una reacción de Cannizzaro no ocurre necesariamente en este orden. De hecho, no existe un “orden” real en el que esto ocurra porque sucede todo al mismo tiempo. En cambio, puede ser útil pensar en que los electrones se compartan momentáneamente entre todos los átomos. c) Métodos de separación

Destilación. La separación y purificación de líquidos por destilación constituye una de las principales técnicas para purificar líquidos volátiles. La destilación hace uso de la diferencia entre los puntos de ebullición de las sustancias que constituyen una mezcla. Las dos fases en una destilación son: la vaporización o transformación del líquido en vapor y la condensación o transformación del vapor en líquido. Existen varias clases de destilación, la elección en cada caso se hace de acuerdo con las propiedades del líquido que se pretenda purificar y de las impurezas que lo contaminan. Tipos de destilación: Destilación simple. Es una técnica utilizada en la purificación de líquidos cuyo punto de ebullición menor de 150 °C a la presión atmosférica y sirve para eliminar impurezas no volátiles. Esta técnica también se emplea para separar dos líquidos cuyos puntos de ebullición difieran al menos en 25 °C. Destilación al vacío. Esta técnica se emplea en la separación de líquidos con un punto de ebullición superior a 150 °C. Como un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala a la presión externa, se puede reducir el punto de ebullición disminuyendo la presión a la que se destila. Esta técnica se conoce como destilación a presión reducida o destilación al vacío. La destilación al vacío se utiliza cuando el líquido tiene un punto de ebullición excesivamente alto o descompone a alta temperatura. Destilación fraccionada. Es una técnica que se emplea en la separación de sustancias cuyos puntos de ebullición difieran entre si menos de 25

°C. La diferencia respecto a la destilación simple es la presencia de una columna de fraccionamiento entre el matraz y la cabeza de destilación. Destilación por arrastre de vapor. La destilación por arrastre de vapor es una técnica aplicada en la separación de sustancias poco solubles en agua. La destilación por arrastre de vapor se emplea para separar una sustancia de una mezcla que posee un punto de ebullición muy alto y que se descomponen al destilar. También se emplea para purificar sustancias contaminadas por grandes cantidades de impurezas resinosas y para separar disolventes de alto punto de ebullición de sólidos que no se arrastran.

Extracción. La extracción es una técnica de separación que se puede aplicar a todo tipo de mezclas, ya sean éstas sólidas, líquidas o gaseosas. La extracción se basa en la diferencia de solubilidad de los componentes de una mezcla en un disolvente adecuado. La forma más simple de realizar una extracción consiste en tratar la mezcla de compuestos con un disolvente de manera que uno de los componentes se disuelva y los demás no. Sin embargo, la técnica de extracción más empleada consiste en la disolución de la mezcla a separar en un disolvente que disuelva a todos los componentes. A continuación, se procede a la adición de un segundo disolvente, no miscible con el primero, de manera que los componentes de la mezcla se distribuyan entre los dos disolventes según su coeficiente de reparto, que está directamente relacionado con la solubilidad de cada compuesto. Si algún componente de la mezcla es muy soluble en uno de los disolventes y muy poco en el otro quedará prácticamente todo en el que es soluble, mientras que los otros componentes de la mezcla quedarán en el otro disolvente. La separación de los dos disolventes y su evaporación suministrará residuos enriquecidos en los componentes más solubles. Sublimación. La sublimación es el paso de una sustancia del estado sólido al gaseoso, y viceversa, sin pasar por el estado líquido. Se puede considerar como un modo especial de destilación de ciertas sustancias sólidas. El punto de sublimación, o temperatura de sublimación, es aquella en la cual la presión de vapor sobre el sólido es igual a la presión externa. La capacidad de una sustancia para sublimar dependerá por tanto de la presión de vapor a una temperatura determinada y será inversamente proporcional a la presión externa. Cuanto menor sea la diferencia entre la presión externa y la presión de vapor de una sustancia más fácilmente sublimará. Generalmente, para que una sustancia sublime debe tener una elevada presión de vapor es decir, las atracciones intermoleculares en estado sólido deben ser débiles. Así, los compuestos que subliman fácilmente tienen una forma esférica o cilíndrica, que no favorece unas fuerzas intermoleculares fuertes La sublimación es un método excelente para la purificación de sustancias relativamente volátiles en una escala que oscila entre los pocos miligramos hasta 10 gramos.

Cristalización. Es la técnica más simple y eficaz para purificar compuestos orgánicos sólidos. Consiste en la disolución de un sólido impuro en la menor cantidad posible del disolvente adecuado en caliente. En estas condiciones se genera una disolución saturada que al enfriar se sobresatura produciéndose la crisitalización. El proceso de cristalización es un proceso dinámico, de manera que las moléculas que están en la disolución están en equilibrio con las que forman parte de la red cristalina. El elevado grado de ordenación de una red cristalina excluye la participación de impurezas en la misma. Para ello, es conveniente que el proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma que los cristales se formen poco a poco y el lento crecimiento de la red cristalina excluya las impurezas. Si el enfriamiento de la disolución es muy rápido las impurezas pueden quedar atrapadas en la red cristalina. Para la elección de un disolvente de cristalización la regla “lo semejante disuelve a lo semejante” suele ser muy útil. Los disolventes más usados, en orden de polaridad creciente son el éter de petróleo, cloroformo, acetona, acetato de etilo, etanol y agua. Es mejor utilizar un disolvente con un punto de ebullición que sobrepase los 60°C, pero que a su vez sea por lo menos 10°C más bajo que el punto de fusión del sólido que se desea cristalizar. En muchos casos se necesita usar una mezcla de disolventes y conviene probar diferentes mezclas para encontrar aquella que proporciona la cristalización más efectiva. d) Usos y aplicaciones Ácido bencílico • • • • •

• •

El alcohol bencílico se usa como diluyente farmacéutico. Usualmente se usa como preservativo bacteriostático en fármacos o soluciones de uso parenteral (inyecciones). La loción del alcohol bencílico se utiliza para tratar la pediculosis, capaz de combatir piojos en niños y adultos. El alcohol bencílico se utiliza como multidisolvente de colorantes, resinas, lacas y tintas en la formación de decapantes. Se utiliza como determinante de superficies metálicas, especialmente de piezas o maquinaria industrial. (Puede mezclarse con ácido benzoico para obtener mejores resultados). Se utiliza principalmente en la formación de productos cosméticos en la industria del cuidado personal como conservados. Posee una actividad anestésica local y débil cuando está diluido. También se usa como solubilizante.

Ácido benzoico • • • • •

Es utilizado como ablandador de plástico tales como el PVC, para que sean más maleables al ser utilizados. Es usado como conservante de alimentos con pH ácido. Se usa como conservador en condimentos para el tabaco En la industria farmacéutica se utiliza como un agente antimicrobiano y antifúngico. Se usa como producto de salida para la producción de esteres para la industria farmacéutica.

DIAGRAMA DE BLOQUES Agregar 10 ml de Benzaldehido a una sol´n de KOH en 10 ml de H2O

Agitar hasta formar una emulsión

Reflujar durante 1 hora a fuego directo

Contar el tiempo en cuanto caiga la primer gota

Agregar 50 ml de agua y enfriar

Verter en un embudo de separación

Agregar 2 porciones de éter en 20 ml de cada una del vaso de fase acuosa

Lavar la solución etérea con 15 ml de agua

Agregar sulfato de Sodio Anhidro

Destila el producto a baño Maria para seprar el éter, T=40°C

Continuar la destilación a fuego directo

Recoger la fracción de destilado a 164168°C

Agregar 15 ml a 20 ml de HCl

Separar el precipido

Agregar unas gotas de HCl para comprobar que no exista precipitado

Lavar 2 veces con 15 ml de agua helada

Agregar agua hirviendo

Colocar en baño de hielos

Filtrar

Secar

Pesar

PROPIEDADES FISICAS

Hidróxido de potasio

Benzaldehído

Peso Molecular (g/mol)

50.1 g/mol

106.1 g/mol

Estado Físico

Sólido blanco

Líquido incoloro

Punto de Ebullición °C

1320 °C

179 °C

Punto de Fusión °C

360 °C

-26 °C

Densidad (g/ml)

2.04 g/ml

1.042 g/ml

Solubilidad

Soluble en agua, alcohol y glicerina

Soluble en agua, alcohol etílico, benceno, éter y acetona

Toxicidad

Quemaduras y lesiones oculares

Irritación cutánea y lesiones oculares

Hidróxido de potasio

Benzaldehído

Datos

Vbenzaldehido= 2.5 ml Ρbenzaldehido= 1.04 g/ml PMbenzaldehído= 106.12 g/mol M hidroxido de potasio = 2.25 gr PM hidróxido de potasio = 56.1056 g/mol Cálculos estequiométricos

Despejando 𝜌 =

•

𝑚 𝑣

∴ 𝑚 =𝜌∗𝑣

Para el benzaldehído M benzaldehído = 2.5 ml * 1.04 g/ml = 2.6 gr de benzaldehído 𝑚

Nbenzaldehido = 𝑃𝑀 = •

2.6 𝑔𝑟 106.12 𝑔/𝑚𝑜𝑙

= 0.0245 𝑚𝑜𝑙

Para el hidróxido de potasio (KOH) 2.25 𝑔𝑟

nKOH = 56.1056 𝑔/𝑚𝑜𝑙 = 0.040103 𝑚𝑜𝑙

El reactivo limitante es el benzaldehído Cálculos teóricos •

Para el alcohol bencílico

Nalcohol bencílico = nbenzaldehido estequiométrico *

1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 𝑏𝑒𝑛𝑐𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜 2 𝑚𝑜𝑙 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑎𝑙𝑑𝑒ℎ𝑖𝑑𝑜

Nalcohol bencílico = 0.0245 mol benzaldehído*

1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 𝑏𝑒𝑛𝑐𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜 2 𝑚𝑜𝑙 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑎𝑙𝑑𝑒ℎ𝑖𝑑𝑜

Nalcohol bencílico = 0.01225 mol alcohol bencílico

Datos Ρalcohol bencílico = 1.04 gr/ml PM alcohol bencílico = 108.14 gr/mol

𝑛=

𝑚 ∴ 𝑚 = 𝑛 ∗ 𝑃𝑀 𝑃𝑀

𝜌=

𝑚 𝑚 ∴ 𝑣= 𝜌 𝑣

M alcohol bencílico = 0.01225 mol * 108.14 g/mol = 1.3247 gr 1.3247 𝑔𝑟

V alcohol bencílico = 1.04 𝑔/𝑚𝑙 = 1.2738 𝑚𝑙

% Rendimiento=

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

% Rendimiento=

•

𝟏 𝒎𝒍 𝟏.𝟐𝟕𝟑𝟖 𝒎𝒍

∗ 100

∗ 𝟏𝟎𝟎 = 78.51 %

Para el ácido benzoico

N ácido benzoico = nbenzaldehido estequiométrico *

1 𝑚𝑜𝑙 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑖𝑐𝑜 2 𝑚𝑜𝑙 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑎𝑙𝑑𝑒ℎ𝑖𝑑𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑖𝑐𝑜

N ácido benzoico = 0.0245 mol benzaldehído * 2 𝑚𝑜𝑙 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑎𝑙𝑑𝑒ℎ𝑖𝑑𝑜 N ácido benzoico = 0.01225 mol ácido benzoico

Datos PM ácido benzoico = 122.12 g/mol M ácido benzoico = 0.01225 mol ácido benzoico * 122.12 g/mol = 1.49597 gr

% Rendimiento=

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

% Rendimiento=

𝟎.𝟗 𝒈𝒓 𝟏.𝟒𝟗𝟓𝟗𝟕 𝒈𝒓

∗ 100

∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟔𝟎. 𝟏𝟔 %

Reacción que se lleva a cabo

Análisis de la reacción de los espectros infrarrojo de los reactivos y productos de la reacción

Usos mas importantes del alcohol bencílico y ácido benzoico Alcohol bencílico •

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En la formulación de productos cosméticos en la industria del cuidado personal como conservador, por sus propiedades antibacterianas, astringentes, refrescantes y disolventes en conservadores, tónicos faciales, lociones y fragancias. Como diluyente para activos farmacéuticos. La loción de alcohol bencílico se utiliza para tratar la pediculosis (pequeños insectos que se adhieren a la piel) capaz de combatir piojos en niños y adultos. Por sus propiedades bacteriostáticas se utiliza como preservativo en fármacos o soluciones parenterales y como antiséptico ligero. En la industria de las pinturas y tintas, el alcohol bencílico se utiliza como multi-disolvente de colorantes, resinas, lacas y tintas y en la formulación de decapantes. Es utilizado en la industria de los productos de limpieza, debido a que es muy buen detergente de superficies metálicas, especialmente de piezas o maquinaria industrial. También puede mezclarse con ácido benzoico para obtener mejores resultados en aplicaciones de limpieza con disolventes.

Ácido benzoico El uso principal del ácido benzoico es como conservante. Es utilizado en los siguientes productos: •

Bebidas refrescantes

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Crustáceos frescos o congelados

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Zumos para uso industrial

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Repostería

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Mermeladas

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Algunos productos lácteos

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Salsas

Aunque también tiene las siguientes aplicaciones: •

Condimento de tabaco

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Componente de pasta de dientes y dentífricos

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Fabricación de resinas

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Fabricación de productos plastificantes

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Ablandar plásticos

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Industria de perfumería

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En la industria médica, como germicida.

Reyes, D. (2021). Reacción de cannizzaro. quimica. https://es.slideshare.net/DanielaReyes20/reaccin-de-cannizzaro Propiedades de los Aldehídos | La Guía de Química. (2010, 23 junio). Orgánica. https://quimica.laguia2000.com/general/propiedades-de-los-aldehidos Fernández, G. (2018). Alquilación de Enolatos. Alquilación. https://www.quimicaorganica.org/enolatos-y-enoles/244-alquilacion-deReyes, D. (2021). Reacción de cannizzaro. quimica. https://es.slideshare.net/DanielaReyes20/reaccin-de-cannizzaro 1, E. (2021, 2 noviembre). Técnicas de Separación y Purificación con base a Procedimientos Estandarizados (Equipo 7). Tecnicas. https://clasificaciondereactivos103.blogspot.com/2019/06/tecnicas-de-separaciony-purificacion.html?m=1...