Informe 5. Fotorreduccion de la benzofenona PDF

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FOTORREDUCCIÓN DE LA BENZOFENONA RESUMEN Se conoce como una reacción de fotorreducción a la adición de un electrón a una especie química fotoexcitada. La fotorreducción de la benzofenona es una de las reacciones fotoquímicas más conocidas y estudiadas ya que se sabe que las soluciones de benzofenona son inestables a la luz cuando son usados ciertos solventes (donadores de hidrógeno). En la práctica de laboratorio se sintetizó el benzopinacol por metodología de radicales a partir de la reacción de fotorreducción de la benzofenona disuelta en 2-propanol y expuesta a la luz del sol durante dos semanas. Finalmente los cristales obtenidos fueron filtrados, secados y adicionalmente se estudiaron algunas propiedades físicas del producto como el punto de fusión y se examinó, mediante espectroscopia infrarroja, la estructura del producto obtenido. 1. RESULTADOS Tabla 1. Datos teóricos de los reactivos y productos usados en la práctica Benzofenona1

Fórmula molecular: C13H10O Peso molecular: 182.2 g /mol Punto de Ebullición: 305°C Punto de fusión: 48.5 °C Densidad: 1.1 g/mL W: 2.5 g Mol: 1.37x10-2

Benzopinacol3

2-Propanol2

Fórmula molecular: C3H8O Peso molecular: 60.1g/mol Punto de Ebullición: 83°C Punto de fusión: -90 °C Densidad: 0,79 g/mL W: 7.9 g Mol: 1.31x10-1

Fórmula molecular: C26H22O2 Peso molecular: 366.45g/mol Punto de fusión: 187 °C W: 1.9083 Mol: 5.21x10-3

Cálculo de rendimiento teórico: −2

1.37 ×10 mol C 137731 x 10−1 olsita :22 /09 /2016 H 10 O ×

1 mol C 26 H 22 O 2 366.45 g C 26 H 22 O 2 =2.51 g Benzopinaco × 1 mol C 26 H 22 O 2 2 mol C 13 H 10 O

Tabla 2. Cálculo del rendimiento de reacción para el Benzopinacol Producto teórico

Producto

Rendimiento de

Punto de fusión

(g) 2.51

experimental (g) 1.9083

reacción (%) 76.03

(ºC) 185-186

2. ANALISIS DE RESULTADOS La síntesis de benzopinacol a partir de la benzofenona hace alusión a una reacción fotoquímica, es decir, una reacción iniciada por luz.

Figura 1. Fotorreducción de la benzofenona - reacción general De esta manera, dicha síntesis se inicia con la activación del grupo carbonilo de la benzofenona, esto se hace irradiando energía a una longitud de onda aproximadamente de 355 nm, con el fin de producir una excitación de uno de los electrones desde el orbital molecular superior lleno (HOMO) hasta el orbital molecular inferior vacío (LUMO). Dicha promoción del electrón se realiza sin inversión de spin, del estado fundamental singlete (S o) al estado excitado singlete (S1). Cuando el electrón se devuelve al estado inicial (S o) puede ser promovido con cambio de spin, alcanzando el estado excitado triplete (T 1) por entrecruzamiento de intersistema (intersystem crossing, ISC). Es debido destacar, que el paso directo del estado singlete al estado triplete es prohibido.

Figura 2. Representación de las configuraciones en el estado fundamental y en los estados excitados más bajos de dos electrones en una molécula diatómica. Una vez la benzofenona alcanza el estado triplete, puede reaccionar con alguna otra especie química o regresar a su estado fundamental electrónico por medio de fosforescencia. La fosforescencia es un proceso lento, ya que el electrón excitado debe volver a cambiar su giro y bajar entonces de nivel de energía, por lo que la

molécula tiene tiempo de reaccionar en caso de haber presentes especies apropiadas.4

Figura 3. Proceso de fluorescencia y fosforescencia De esta manera, el proceso de obtención del benzopinacol se puede justificar mediante radicales libres. Dichas reacciones radicalarias presentan tres etapas: iniciación, propagación y terminación. Así, como primer paso se presenta la formación del estado excitado triplete de la benzofenona.

Figura 4. Etapa de iniciación, formación del estado excitado triplete de la benzofenona.

Figura 5. Mecanismo de la etapa de propagación para la obtención del benzopinacol Así, en la etapa de propagación, gracias a que el cambio de giro de electrón es más rápido y no produce nuevamente el apareamiento en el estado fundamental (cruce intersistemico), se presenta la abstracción del hidrógeno del 2-propanol por el estado excitado triplete de la benzofenona. Se abstrae el hidrógeno del carbono que enlaza el grupo hidroxilo, ya que el oxígeno al ser un grupo electroatractor, desprotege dicho

hidrógeno debido a la polarizabilidad de la nube electrónica, favoreciendo la ruptura de este. Así, se obtiene la formación de cetonilo de la benzofenona junto con el radical libre del 2-propanol. La ruptura por parte de una segunda molécula excitada de benzofenona se da al hidrógeno del grupo hidroxilo del cetonilo de la acetona, obteniendo así, dos moléculas de cetonilo de la benzofenona, cuyos reaccionan entre sí, proceso también llamado como dimerización, para formar el benzopinacol. Mientras que el diradical proveniente del 2-propanol, se estabiliza formando la acetona.

Esquema 1. Mecanismo de la etapa de propagación para la obtención del benzopinacol.

Esquema 2. Mecanismo de la etapa de finalización para la obtención del benzopinacol. Análisis de espectros:

Figura 6. Espectro IR teórico del benzopinacol Tabla 3. Elongaciones esperadas para el benzopinacol en el espectro de infrarrojo Número de onda (cm-1) 3661 3022 3055 2000-1700 1445-1494 1328 1162

Movimiento Elongación OH (fenoles) Elongación C-H aromática Elongación =C-H alqueno Sobretonos aromáticos Elongaciones C=C del anillo Flexión OH Elongación C-O

Figura 7. Espectro IR tomado para el benzopinacol Con base al espectro encontrado en la literatura se observó una gran similitud con el tomado en la práctica. Las señales esperadas logran observarse con total claridad, algunas con menor intensidad, y coinciden de forma bastante precisa en la escala (número de onda). No se observa una señal correspondiente a la elongación C=O que pueda llevar a pensar que exista una mezcla entre benzopinacol y el subproducto obtenido (acetona) o la posibilidad de residuos del reactivo benzofenona. Así pues, es posible concluir que se obtuvo un compuesto bastante puro sino completamente puro. 3. CONCLUSIONES 3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

La etapa determinante durante la síntesis es la formación del radical de la benzofenona, ya que ocurrido esto, el proceso es rápido debido a la eficacia del radical para abstraer hidrógeno. El giro o cambio de espín conlleva fácilmente a la dimerización de las moléculas de benzofenona, debido a que este proceso ocurre más rápido que la transición del electrón del estado excitado al fundamental, generando así la formación del diradical. El proceso realizado en el laboratorio para la síntesis del benzopinacol es, además de sencillo, un método muy efectivo en cuando a rendimiento y pureza del producto. La limitación que tiene este método en términos comerciales es el tiempo necesario para que proceda la reacción. Las condiciones climáticas tienen un rol importante durante el procedimiento ya que es indispensable la presencia de luz ultravioleta para la iniciación y propagación de la reacción.

4. REFENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Fi cheros/301a400/nspn0389.pdf; Fecha de visita: 22/09/2016 2. http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Fi cheros/501a600/nspn0554.pdf; Fecha de visita: 22/09/2016 3. https://www.alfa.com/es/content/msds/SouthAmerican/L02440.PDF; Fecha de visita: 22/09/2016 4. Pine, Stanley H.; Química orgánica. 2da edición, Ed. McGRAW HILL, México, 1988. Pag.: 1015-1024. 5. Morrison, R.T. y Boyd, R.N. Química Orgánica, México, D.F. Editorial AdsisonWesley Iberoamericana. 5ta Ed. 1990....