Práctica 6 - Ácido benzoico PDF

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA Y POLÍMEROS Laboratorio de Química de los Grupos Funcionales

PRÁCTICA 6

OBTENCIÓN DEL ACIDO BENZOICO POR REACTIVO DE GRIGNARD PROFESORA:

María Guadalupe Suárez López GRUPO: 2IV41 INTEGRANTES DEL EQUIPO 7

Cantero Jiménez Marco Uriel Herrera Lucero Walter Quintero Montes Gerardo Iván Ramírez Rodríguez Anayansi 3 de mayo de 2021

Actividades Previas a) Métodos generales para la obtención de ácidos carboxílicos Oxidación de alquilbencenos Los

ácidos

carboxílicos

pueden

obtenerse a partir de

bencenos

sustituidos

con grupos alquilo por

oxidación

con

permanganato

potasio o dicromato de

de

sodio.

Oxidación de

alcoholes

primarios Los

ácidos

pueden oxidación

carboxílicos obtenerse por

de

alcoholes

primarios.

Como

reactivos

puede

utilizarse el oxidante de Jones, permanganato de potasio, dicromato de sodio.

Oxidación de alquenos La ruptura oxidativa de alquenos con oxidantes como permanganto de potasio o dicromato en medios ácidos genera ácidos carboxílicos cuando el alqueno tenga un hidrógeno sobre el carbono sp2. En ausencia de hidrógeno se forman cetonas, y los

alquenos terminales producen dióxido de carbono.

Organometálicos con CO2 Los reactivos de Grignard (organometálicos de magnesio) reaccionan con dióxido de carbono para formar las sáles de los ácidos carboxílicos. Una hidrólisis ácida posterior permite la conversión de estas sales en el correspondiente ácido.

b) mecanismo de la formación del reactivo de Grignard

c) Carbonatación del reactivo de Grignard

d) Propiedades y condiciones de la reacción de carbonatación del reactivo de Grignard Tanto los reactivos como el material utilizado deben estar completamente secos y trabajar en atmosfera inerte. Se debe aplicar calor para que tenga cierta estabilidad el reactivo de Grignard debe encontrarse solvatado.

e)

Pro pied ade

s y usos del ácido benzoico Propiedades



Es

un

solido

incoloro en agujas o escamas, olor a benzaldehído. 

Con un peso molecular 122.3 g/mol



Es soluble en etílico benceno, éter, cloroformo, tetra cloruro de carbono, sulfuro de carbono.



Con punto de ebullición 249 °C y punto de fusión de 122 °C



Densidad de 1.27 g/ml

Usos 

Conservar alimento con PH acido



Protección contra moho



perfumería



PVC



Indicador de reacciones



Pastas dentífricas



Germicida

Diagrama experimental

Magn meta Cristal d

preparacion de reactivos

ml de bro benceno Con ete

formacion del reactivo de grignard

benceno co anhidro

Adicionar ntamente con agitacion

gr de hie en un v precipi

carbonatacion del reactivo de Adicionar el activo al hielo grignard

gr de h

hidrolisis del complejo organo magnesio dicionar HCl

seco con agitación

separacion del producto

2 porcio de ete etilico

extraccion

Agreg agua 2 v

lavado

Agua lavado

Soluc Na

extraccion

ase organica

HCl 1

precipitacion

Fase acuosa Fase eterea

Producto

Rombos de seguridad

1 0

0 1

3

2 COR

Rombo 1 Magnesio

Rombo 2 Yodo

4

2

1

0

2

0

Rombo 3 Éter etílico

Rombo 4 Bromobenceno

0

0

3

0

3

1 COR

Rombo 5 Hielo seco

Rombo 6 Ácido clorhídrico

0 3

1 1

2

0

W Rombo 7 Hidróxido de sodio

Rombo 8 Ácido benzoico

Cuestionario Propiedades físicas de los reactivos y productos

REACTIVOS Propiedades físicas Edo. Físico y color Peso molecular Punto de ebullición Punto de fusión Densidad Solubilida Agua d

Toxicidad

Magnesio Sólido, grisplateado 24.31 g/mol 1107°C 651°C 1738 kg/m3 Reacciona

Compuesto contaminante del agua. Irritación cutánea, ocular. Sensibilización respiratoria o cutánea. Peligro por aspiración.

Yodo

Éter etílico

Bromobenceno

Sólido, morado.

Líquido, incoloro

Líquido, incoloro

126.9 g/mol 114°C 180 °C 4930 kg/m3

74.12 g/mol 34,6 ° C -116,3 ° C 713,4 kg/m³

157.02 g/mol 156 °C −31 °C 1469 kg/m³

0,03 g en 100 mL

6.05%

0,45 g/l a 30 °C

Tóxico para organismos acuáticos. Irritación cutánea, ocular. Peligro por aspiración. Lesiones en la piel, reacción alérgica, bronquitis, dificultades respiratorias.

Puede causar una ligera irritación, en caso de irritación severa los daños pueden ser irreversibles. Irritación cutánea, ocular. Sensibilización respiratoria o cutánea.

Provoca irritación cutánea.

REACTIVOS Propiedades físicas Edo. Físico y color Peso molecular Punto de ebullición Punto de fusión Densidad Solubilida Agua d Toxicidad

PRODUCTOS Hidróxido de sodio

Ácido benzoico

Hielo seco

Ácido clorhídrico

Gas/sólido, blanco 44,01 g/mol : -78.4 °C -78.5 °C 1562 kg/m³

Líquido ligeramente amarillo 36.458 g/mol 48 °C -25,4 °C 1,194 a -26 ºC

Sólido, blanco

Sólido, incoloro

39,99713 g/mol 1390 °C 318 °C 713,4 kg/m³

122,12 g/mol 249 °C 122 °C 1320 kg/m³

2000 mg/l

Miscible

111 g/100 mL

0,29 g en 100 mL

El principal efecto es la alteración del pH del agua. Irritación cutánea, ocular. Sensibilización respiratoria. Peligro por aspiración.

Quemaduras leves por ingestión o contacto. Irritaciones leves, corrosión a nivel cutáneo hasta úlceras graves.

Compuesto poco contaminante del agua. Irritación cutánea, ocular. Sensibilización respiratoria.

A elevadas concentraciones producen una rápida insuficiencia circulatoria. Los síntomas son dolor de

cabeza, náuseas y vómitos.

Observaciones sobre el desarrollo experimental. Uno de los principales requisitos es trabajar bajo condiciones anhidras. Conforme se va realizando la solución correspondiente al reactivo de Grignard se inicia una reacción exotérmica al momento de agregarse la mezcla de bromobenceno y éter. En los primeros 15 minutos el color de la solución cambia de café a incoloro para volver nuevamente al café después de prácticamente el mismo tiempo. La temperatura en este proceso es de aproximadamente 60°C. En la carbonatación se trabaja con hielo seco y es en la hidrólisis cuando empiezan a observarse las fases al agregarse el HCl para separar la fase acuosa de la parte etérea, encontrada arriba, que nos interesa. Se agrega NaOH para separar el ácido benzoico, encontrado en la fase de abajo, del éter. Nuevamente se utiliza HCl y un baño frío para ayudar en la formación de los cristales que se van a separar por filtración obteniendo 1.2 g. Reacciones que se llevan a cabo. Reacción global.

Mecanismo. I. II.

III.

IV.

Cálculos estequiométricos.

ρ=

m v

∴m= ρ∗v Datos correspondientes al 100%: 2 g Mg 11 ml C6H5Br (ρ=1.49 g/ml)

n Mg=

2g 24.3

g mol

=0.0823 mol

g ∗11 ml ml =0.1044 mol g 157 mol

1.49 n C6 H 5 Br=

Por lo tanto, el Mg es el reactivo limitante.

122 aC

6

H 5 COOH

=2 g Mg

g C H COOH mol 6 5 =10.04 g C 6 H 5 COOH teóricos al 100 % g 24.3 Mg mol

Resultados de la experimentación. Peso del producto a obtener. Peso teórico C6H5COOH al 100%: 10.04 g Peso teórico C6H5COOH al 12.5%: 1.25 g Peso obtenido C6H5COOH al 12.5%: 1.2 g Rendimiento práctico.

R endimiento=

gr obtenidos 1.2 g ∗100=96 % ∗10 0= 1.25 g gr teóricos

Usos más importantes del ácido benzoico 

Bebidas refrescantes



Zumos para uso industrial



Repostería



Mermeladas



Algunos productos lácteos



Condimento de tabaco



Componente de pasta de dientes y dentífricos



Fabricación de resinas



Fabricación de productos plastificantes



Ablandar plásticos



Industria de perfumería.

Observaciones y conclusión Cantero Jiménez Marco Uriel Observaciones Utilizamos una conexión ya usada anteriormente que es la de un reflujo con adición, este esta con una parrilla magnética encima se tiene un matraz bolo de fondo plano, un refrigerante conectado al matraz además también está conectado un embudo de separación a este. Con esta conexión empezamos a formar el reactivo de Grignard. Después con el hielo seco comenzamos a formar una carbonatación y una hidrólisis de órgano magnesiano con el ácido clorhídrico. Además de que cuando acabemos con esto, vamos a pasar a un embudo de separación donde con éter y agua vamos a separar la capa etérea y desechar la fase acuosa. Solo cuando se agrega el hidróxido de sodio vamos a separar la capa etérea pero la parte inferior y este lo guardamos. Hacemos un choque térmico y purificamos. Conclusión En esta práctica se utilizó como catalizador el magnesio metálico , debido a la formación del reactivo de Grignard y como materia prima fue el bromo benceno , fueron dos compuestos importantes para las condiciones anhidras en un principio , además , de utilizar el éter etílico , agua como medio para la separación de las fases acuosas y orgánicas , fueron diferentes reacciones que se dieron en las que se puede destacar la hidrolisis, descarboxilación y un reacción de oxido-reducción , en este caso fue importante el reactivo de Grignard que actuó como nucleófilo y ataca al átomo de carbono del grupo carbonilo por lo cual se sabe que el enlace entre C-Mg es polar por la electronegatividad del carbono. Uno de los factores principales de la practica fueron las condiciones anhidras del material y reactivos. Sin embargo, puede que la práctica no resulte por no realizar bien los pasos como la separación, extracción y formación del reactivo. El producto que obtuvimos tiene gran aplicación en la industria de productos de uso cotidiano como lo son los alimentos principalmente, actuando como conservador y antioxidante. Herrera Lucero Walter Observaciones En esta experimentación los materiales tienen que estar lavados y secos, ya que en la reacción la podemos humedecer y nuestro rendimiento sería distinto, de igual manera todos los reactivos y productos que estén en los materiales de laboratorio deben estar

cubiertos de papel aluminio para que no absorban humedad del ambiente. Se prepara el reactivo de Grignard con bromobenceno, magnesio, éter y aluminio y Yodo como catalizador, se comienza a ver una reacción en un reflujo, donde se tienen que mantener la temperatura a 60°C. Se utiliza agitación magnética, después de un tiempo se obtiene un vire café y cambia a un color incoloro, al ver este cambio se toman 15 min para apagar la plancha. Durante los 15 min se prepara el hielo seco, 5 gr que con el tiempo se vuelven 2.5 gr y se agregan en el destilado sobre una cubeta con hielo para que ocurra un choque térmico. Después de esto en la hidrolisis se agrega HCl y se pueden observar dos fases, una acuosa y una encima que tenia aspecto de espuma. Este producto se paso a un embudo de separación y se quitó la fase acuosa (parte inferior), se lavó con agua la fase orgánica para extraer la fase acuosa nuevamente. Se adicionaron 6.5 mL de NaOH para neutralizar el ácido y separarlo. Para la filtración se ocupo un choque térmico, y se ocupe HCl para formar los cristales. Conclusiones Se cumplieron con los objetivos propuestos dentro del manual, y el rendimiento obtenido fue de un valor alto (96%), por lo que el proceso de obtención es muy importante para obtener un rendimiento alto. Cada paso es de suma importancia, desde la preparación de los reactivos, el tiempo y la temperatura de reacción y la separación de cada capa, el uso adecuado de los materiales y la agitación continua. De igual manera se trabajo a condiciones anhidras y como catalizador se utilizo yodo sólido. Ramírez Rodríguez Anayansi Observaciones Se trabajó al 12.5%. Se empezó con la preparación del reactivo de Grignard para la cual todo el material debía estar limpio y seco (posteriormente se observó incluso como el material permanecía tapado con aluminio para evitar la humedad del ambiente). Cuando se agregó la mezcla de bromobenceno-éter a la solución de magnesio, yodo y aluminio, empezó una reacción exotérmica por lo que se debe tener el control de la temperatura (60°C aproximadamente). Con agitación vigorosa se observó cómo la tonalidad café se transformó

a

incoloro

para

posteriormente

volver

al

café.

El

proceso

duró

aproximadamente 35 minutos. Para la carbonatación se recomendó medir 5 g de hielo seco en lugar de 2.5 por si éste se evaporara. En la hidrólisis se agregó HCl para observar las dos fases. En la primera

extracción se separó la fase acuosa (encontrada en la parte de abajo) y se lavó con agua la parte etérea, para volver a extraer la fase acuosa. Se adicionan 6.5 ml aprox. de NaOH para separar el ácido benzoico del éter en forma de sal, encontrándose la parte que nos importa abajo del embudo. En la filtración se espera que haya choque térmico para poder conseguir los cristales del ácido benzoico; el HCl que se utilizó se agregó lentamente para poder formar los cristales. Con éste, se verifica que todo el ácido se precipitó correctamente. Se obtuvieron 1.2 g como peso neto de los 1.25 g teóricos calculados.

Conclusiones Se cumple con los objetivos planteados que fueron la obtención del ácido benzoico a partir de la carbonatación del reactivo de Grignard en donde se utilizó el bromobenceno (y el magnesio, como reactivo limitante), y el conocimiento de las condiciones de operación como lo fue el trabajo de forma anhidra. Se desarrollaron distintas fases de las reacciones para la obtención como la carbonatación, la hidrólisis, la precipitación y la salida. En cada una es necesario seguir las indicaciones ya que requieren de distintos cuidados y uso específico del material, de no ser así el rendimiento puede verse afectado. Al igual que en prácticas anteriores, la temperatura y el tiempo de reacción son un factor importante. El rendimiento calculado es del 96% por lo que se intuye se trabajó de forma correcta acorde al manual. Los conocimientos correspondientes a los ácidos carboxílicos se refuerzan debido a que se conoce la importancia del ácido benzoico en base a las propiedades antioxidantes de sus sales aplicadas en la conservación de productos alimenticios.

Quintero Montes Gerardo Iván Observaciones. Se establecieron algunos puntos dónde recalcamos la importancia del ácido benzoico a nivel industrial, sus métodos de obtención tanto natural como sintética. Del mismo modo, como ya sabemos, de nuestras clases de teoría, el reactivo de Grignard es un compuesto por el cual obtenemos una gran gama de productos, y que nos ayudan a sintetizar productos con cadenas mayores o productos intermedios para síntesis más complejas. Nosotros obtuvimos un rendimiento elevado respecto al cálculo teórico (96%), gracias a que se obtuvieron 1.2 g de ácido benzoico, tomando en cuenta que se trabaja al 12.5% de la técnica.

Conclusiones. Los halogenuros son muy reactivos con el magnesio, permitiendo obtener así al reactivo de Grignard (o sal de magnesio), mismo que permite formar un nuevo enlace entre carbonos y en esta práctica permitió unir el carbono del CO 2 y así sólo estar a un paso de obtener el ácido benzoico (la hidrólisis), dicho producto tiene gran aplicación en la industria de productos de uso cotidiano como lo son los alimentos principalmente, actuando con como conservador ya que mata algunas bacterias y evita la fermentación. El objetivo principal de esta práctica fue obtener el ácido benzoico a través de la carbonatación del reactivo de Grignard, obteniéndose éste a su vez por la reacción del bromobenceno con el magnesio. El ácido benzoico es de los ácidos carboxílicos aromáticos de mayor importancia en la industria debido a sus propiedades antioxidantes de sus sales aplicadas en la conservación de productos alimenticios. En está practica se puede apreciar la importancia del reactivo de Grignard para la síntesis de ácido benzoico porque este actúa como un nucleófilo y ataca al átomo de carbono del grupo carbonilo por lo cual se sabe que el enlace entre C-Mg es polar por que el carbono es un elemento con electronegatividad alta en comparación con el Magnesio.

Bibliografía 

Fernández. G (2013), síntesis de ácidos carboxílicos, química orgánica (2021) https://www.quimicaorganica.org/acidos-carboxilicos/157-sintesis-de-acidoscarboxilicos.html



Jrpo106 (2014), carbonatación del reactivo de Grignard, Hogar (2021), https://jrpo106.wordpress.com/2014/09/18/carbonatacion-del-reactivo-de-grignard/



Rodger W. Griffin "Química orgánica moderna". 1981. Editorial Reverté, S.A....