Reacción de Cannizzaro PDF

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Reaccion de cannizzaro analisis y procedimiento...

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Licenciatura en ingeniería en alimentos e Ingeniería en bioquímica

Obtención de alcohol bencílico y ácido benzoico Martinez Lopez Alejandro1, Munguía Mercado Kevin Leonel1, Núñez Jiménez Edwin Mitchel1, Reyes García Erica1, Santiago Santiago Meyli Guadalupe1, María Belem Arce2. 1Licenciatura

en Ingeniería de los alimentos, División de Ciencias Biológicas y de la Salud Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco No. 186, Col. Vicentina, Iztapalapa, C. P. 09340, Ciudad de México.

2Departamento de Biotecnología, División de Ciencias Biológicas y de la Salud, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco No. 186, Col. Vicentina, Iztapalapa, C. P. 09340, Ciudad de México. *[email protected] 1Ingeniería en bioquímica, División de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco No. 186, Col. Vicentina, Iztapalapa, C. P. 09340, Ciudad de México. 2Departamento de Química, División de Ciencias Básicas e Ingeniería, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco No. 186, Col. Vicentina, Iztapalapa, C. P. 09340, Ciudad de México. *[email protected]

Resumen La práctica tuvo como principal objetivo llevar a cabo una reacción de auto oxidación-reducción utilizando el benzaldehído con el fin de obtener una mezcla de alcohol bencílico y ácido benzoico, de los cuales, estos tienen principales usos en las industrias alimenticias como conservador, en industrias de cosméticos y perfumería para impregnar aromas, en la elaboración de pastas dentales, también es usado como germicida debido a su baja toxicidad, como solvente y como materia prima secundaria en las empresas elaboradoras de plastificante. Para ello el proceso tuvo que ser llevado al pie de la letra entre las temperaturas medias cordadas y adicionando con precisión cada compuesto, obteniendo un resultado final más preciso y con un rango de error más bajo ya que las reacciones de Cannizzaro, en ocasiones, pueden tener como resultado final dos o tres resultados finales. En cuanto a los objetivos secundarios se esperaba comprender, dentro de una reacción de Cannizzaro, la condensación aldólica y su importancia, así como también los mecanismos de reacción de todo el proceso como; formación del dianión, ataque de nucleofílico y la transferencia de iones. El material que es de gran importancia El material que se usó para la práctica fue manejado con el mayor cuidado para que no afectará dicho desarrollo. Los valores que fueron obtenidos se compararon con datos de la literatura y se analizó el rendimiento del producto.

Palabras clave: auto-oxidación-reducción, condensación aldólica, reacción de Cannizzaro, ataque nucleofílico, transferencia de iones.

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Introducción En muchas ocasiones puede ser complicado explicar y sobre todo entender cómo funciona una reacción química y qué efectos o utilidades tiene. Se pretende con la siguiente práctica sintetizar el proceso y utilidad de una reacción de Cannizzaro (nombre dado por el químico italiano Stanislao Cannizzaro), comenzando por explicar que es. Es una reacción de reducción-oxidación química que consiste en la desproporción de un aldehído sin hidrógeno, catalizado por una base. (Méndez, 2010) Está reacción es usada para reducir una molécula en el alcohol, y que otra se oxide para formar un ácido carboxílico, por lo que también se hablará de la utilidad de estos mismos, de las medidas de presión que se deben de tomar ya que muchos de los compuestos utilizados pueden llegar a ser nocivos para la salud. (Sánchez Benavides, 2018) Es importante que se conozcan este tipo de reacciones a pesar de que la reacción de Cannizzaro no tiene muchas aplicaciones útiles o prácticas. Sin embargo, no quita el hecho de ayuda, para formar las bases de otras reacciones, además de que también genera ciertos cambios en los organismos vivos. Es importante entender el desarrollo del experimento, pues podría presentarse un desafío similar en el futuro académico del alumnado. (Reyes Martinez, 2015) También hay que recalcar la representación de la estructura química de cada compuesto y cada etapa del proceso, es muy importante porque la estructura química es una disciplina fundamental, ya que de una sustancia química aporta información sobre el modo en que se enlazan los iones que forman una molécula y ayuda a representar de manera sencilla y

legible los cambios que sufren los átomos que conforman el enlace. (Fernando Gomollón Bel 2014) La representación y descripción del manejo de los materiales como el vaso de precipitados o embudo Büchner les ayudará a no cometer errores o producir accidentes con los reactivos que se manejan, usar guantes y lentes le protección son parte fundamental de cualquier práctica para proteger la integridad física, de lo contrario, además de el desperdicio de material, como consecuencia habrá quemaduras, asfixia u otro tipo de emergencia. Y siempre hay que revisar que el material se encuentre en buen estado, así como reportar cualquier daño al mismo (Julián Pérez Porto y Ana Gardey. 2012) Las aplicaciones y usos en la industria que tienen los reactivos obtenidos y utilizados durante el experimento también son un factor importante y serán mencionados dentro de la práctica, en un pequeño resumen o en un cuestionario. De igual forma al final se encontrará una bibliografía con las páginas consultadas para la elaboración del trabajo.

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Objetivo Llevar a cabo la reacción de autoxidaciónreducción con el benzaldehído para dar una mezcla de alcohol bencílico y ácido benzoico al exponerse a la acción de una base concentrada y posterior neutralización.

Materiales Para esta práctica se utilizaron 3 cristalizadores, un embudo Büchner, un equipo de destilación Quickfit, 3 mangueras, una mantilla de calentamiento, 3 matraces Kitasato con capacidad de 250 mL, papel indicador de pH, parrilla eléctrica con agitación, 2 pinzas de tres dedos, una pipeta graduada de 10 mL, una piseta, una probeta de 100 mL, una propipeta, un reóstato, además 2 soportes universales, 3 vasos de precipitados con capacidad de 100 mL y por ultimo un vaso de precipitados de 250 mL.

Reactivos Sus principales reactivos utilizados fueron, Ácido clorhídrico, Benzaldehído, Éter etílico, hidróxido de potasio y Sulfato de sodio anhidro.

Métodos 1.- En el matraz esférico, limpio y seco, se disuelve 5g de hidróxido de potasio en 25 ml de agua destilada. Una vez disuelto se adicionaron 8 ml de benzaldehído y la mezcla debe calentar a reflujo durante una hora. Después se enfrió a temperatura ambiente poniéndolo en un cristalizador con agua-hielo. Se adiciono agua con agitación para disolver completamente el precipitado de benzoato de potasio que quedó dentro del matraz. 2.- La mezcla obtenida se vertió en un embudo de separación, con 25 ml de éter etílico se lavó

el matraz esférico y también se adicionó al embudo de separación. Para asegurar una extracción muy eficiente del alcohol bencílico gracias al éter etílico se agitó cuidadosamente el embudo, dejando reposar unos cinco minutos y recordando quitar el tapón para liberar la presión interna generada. Separamos la fase acuosa, la fase inferior, haciendo uso de un vaso de precipitados y la fase etérea, la fase superior, de igual forma en otro vaso de precipitados. La fase acuosa se regresó al embudo de separación y se adicionan 25 ml de éter etílico para volver a extraer. En este paso de separación de las dos fases se repitieron y se combinan los dos extractos etéreos. La solución acuosa se guardó para la posterior separación del ácido benzoico. 3.- En un vaso de precipitados perfectamente seco se adicionó el extracto etéreo y se le agregan 10 g de sulfato de sodio anhidro para eliminar el agua que estuviera presente. En otro vaso de precipitados de 100 ml se decantó la solución etérea, para eliminar el éter etílico se realizó una destilación en baño de agua tibia con precaución ya que el éter etílico puede explotar con cualquier fuente de ignición. El producto obtenido, en este caso alcohol bencílico, se midió con una pipeta para lograr calcular el rendimiento. 4.- En un vaso de precipitados de 250 ml se agregan 50 ml de ácido clorhídrico concentrado y 100 ml de agua fría, después se adiciona con cuidado la solución acuosa obtenida durante la etapa 2 y poniéndola al instante a una agitación magnética. Una vez finalizada la adición se debe verificar con un papel indicador de pH que la solución resultante tenga un pH ácido. Se filtro el precipitado con un embudo Büchner y se lavo con agua destilada hasta obtener un pH neutro. Se dejó secar el ácido benzoico obtenido, se pesó el producto y se calculó el rendimiento.

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DIAGRAMA DE PROCESO

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Resultados Cálculo del rendimiento Se obtuvo 0.6 ml de alcohol bencílico

𝒈 𝟏 𝒄𝒎𝟑 ) (𝟎. 𝟔) 𝒎𝒍 = 𝟎. 𝟔𝟐𝟒 𝒈 𝑾𝒂 𝒃𝒆𝒏𝒄í𝒍𝒊𝒄𝒐 = (𝝆)(𝑽) = 𝟏. 𝟎𝟒 𝟑 ( 𝟏𝒎𝒍 𝒄𝒎 𝒈 𝟏 𝒄𝒎𝟑 𝑾𝑪𝟕 𝑯𝟔 𝑶 = (𝝆)(𝑽) = 𝟏. 𝟎𝟒 𝟑 ( ) (𝟐) 𝒎𝒍 = 𝟐. 𝟎𝟖 𝒈 𝒄𝒎 𝟏𝒎𝒍

Peso del producto a obtener 𝟏𝟎𝟖. 𝟏𝟒 𝟐. 𝟎𝟐 𝒈 𝑪𝟕 𝑯𝟔 𝑶 = ( ) = 𝟑. 𝟖𝟗𝟑𝟒 𝒈 𝒂𝒍𝒄𝒐𝒉𝒐𝒍 𝒃𝒆𝒏𝒄í𝒍𝒊𝒄𝒐 𝟓𝟔. 𝟏𝟎𝟓𝟔 Rendimiento práctico

%𝑵 = (

𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 𝒆𝒔𝒕𝒆𝒒𝒖𝒊𝒐𝒎𝒆𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐 − 𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍 ) (𝟏𝟎𝟎) 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 𝒆𝒔𝒕𝒆𝒒𝒖𝒊𝒐𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐 %𝑵 = (

𝟑. 𝟖𝟗𝟑𝟒 𝒎𝒍 − 𝟎. 𝟔 𝒎𝒍 ) (𝟏𝟎𝟎) = 𝟖𝟒. 𝟓𝟖𝟗𝟑% 𝟑. 𝟖𝟗𝟑𝟒 𝒎𝒍

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Discusiones Por el método no convencional de síntesis triboquímica, mezclando el benzaldehído con hidróxido de sodio pulverizado, sin disolvente y agitando a temperatura ambiente la reacción ocurre en 1 minuto; esto se debe a gran aumento del contacto de la fase sólida pulverizada con la fase líquida del benzaldehído ya que no hay disolvente de por medio. La agitación que establece una fricción entre las fases inmiscibles en dos funciones: a) propiciar estiramientos en los enlaces para su apertura al ataque nucleofílico de la base y el rompimiento del carbono-hidrógeno a una gran velocidad. b) la agitación libera a el calor producido por la reacción exotérmica. Realizar la reacción de Cannizzaro a temperatura ambiente favorece la velocidad de la reacción con respecto a la técnica donde secaundo calor para refluir los reactivos, lo que desfavorece el proceso exotérmico. En la técnica triboquímica y en microescala se obtener un rendimiento aproxima del 80%, superior al de la técnica tradicional, que es de 20% (principio 2 de la Química Verde), ya que la técnica aquí descrita permite un mejor y más simple separación de los productos in situ. El cambio de cloruro de metileno por el metilo por el nombre de etilo en la extracción hace al proceso menos existente a la salud y al ambiente (principio 5 de la Química Verde). Las cromatográficas se corrieron con eluyente hexano-anato en lugar del cloroformo, que se sospechan cancerígeno y daña la capa de ozono (principios 1 y 5 de la Química Verde). Casi no se percibe el olor del benzaldehído durante la síntesis como en la técnica tradicional. Se emplean menos materiales y los servicios.

El proceso triboquímico elimina gasto energético de costo en la síntesis ya que se lleva a cabo a temperatura ambiente y sin disolvente; hay ahorro de energía y de tiempo en el secado de los cristales del ácido benzoico al emplear el horno de microondas (principios 5 y 6 de la Química Verde). La reducción del tiempo de reacción de 60 a 1 minuto puede ser aprovechada para lograr una mejor purificación y caracterización de los productos, así como para el objetivo los resultados y alcanzar los objetivos de la práctica en el lugar de tiempo. El alumno podrá reportar los en la misma sesión y no esperar a que los productos sequen para una clase posterior. El tiempo de reacción es menor que el momento por Phonchaiya et al. (2009), que es de 30 minutos, ya que usan la base en lentejas(pellets)y no pulverizada, por lo que el índice de mezclado es menor y la reacción más lenta. Además, los compuestos clorados 2-clorobenzaldehído y los productos ácido 2clorobenzoico y alcohol 2-clorobencílico son más los nominados al medio ambiente y de mayor riesgo a la salud (corrosivos) que los no clorados 8-benzaldehído, alcohol bencílico y ácido benzoico), los merck indexan en la naturaleza. La Química Verde recomienda utilizar materias primas y/o obtener sustancias de menor impacto ambiental en las síntesis.

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Conclusión Con la práctica aprendimos a llevar a cabo los cálculos y procedimientos correctamente, al igual que utilizar los reactivos con las precauciones debidas cuando se trabaje con los mismos, también podemos rescatar una forma ordenada de realizar un seguimiento paso a paso de nuestras futuras prácticas o algún otro tipo de trabajo en laboratorio. Obtuvimos el producto que esperábamos; alcohol bencílico y ácido benzoico a partir de la autoxidación-reducción con el benzaldehído. Con esto comprendimos mejor la reacción de Cannizzaro, y nos informamos sobre la utilidad de los productos de dicha reacción. En ésta práctica, por ejemplo; el ácido benzoico se utiliza como conservador, germicida en la industria médica, entre otras.

Referencias Méndez, Á. (30 de septiembre de 2010). Reacción de Cannizzaro. Recuperado el 23 de septiembre de 2020, de La Guía: https://quimica.laguia2000.com/reaccionesquimicas/reaccion-de-cannizzaro Sánchez Benavides, H. L. (10 de abril de 2018). Reacción de Cannizzaro y condensación aldolica. Recuperado el 23 de septiembre de 2020, de SCRIBD: https://es.scribd.com/document/409210083/R eaccion-de-Cannizzaro-y-CondensacionAldolica Reyes Martinez, D. (22 de abril de 2015). Reacción de Cannizzaro. Recuperado el 23 de septiembre de 2020, de SlideShare: https://es.slideshare.net/DanielaReyes20/rea ccin-decannizzaro#:~:text=La%20reacci%C3%B3n% 20de%20Cannizzaro%20tiene,reducciones% 20en%20los%20organismos%20vivos

Conricytuam.summon.serialssolutions.com/#! /search?ho=t&l=en&q=(reaccion de Cannizzaro) 1/1 ,Li, J. J. (2006;2002;2009;). Name reactions: A collection of detailed reaction mechanisms (Third Expand ed.).Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. doi:10.1007/3-540-30031-7. Resultados de "(reaccion de cannizzaro)" UAM - Summon. Entezari y Shameli, 2000 M.H. Entezari, A.A. Shameli Catálisis de transferencia de fase y ondas ultrasónicas Reacción Cannizzaro Ultrasonidos Sonochemistry, 7 (4) (2000), págs. 169-172. Mendoza, G.G.; Elorza, G.M. E.; Enríquez, R.C.; Fernández, S.L. y Melgar, C.A., Un clásico de Química Orgánica a microescala y con la técnica de la fricción "La Reacción de Cannizaro", Memorias de la XX Semana de la Docencia e Investigación en Química, 4a sesión técnica, Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco, México, D.F., octubre 2007. Versión electrónica en: Vinculación, I Semana Nacional y XXII Semana de la Docencia e Investigación en Química-UAM, Memorias del Evento, Memoria-2007 (pp. 272-277), consultada por última vez en septiembre 24, 2020, de la URL http://ecolaboracion.azc.uam.mx Tapia, 2009 Tapia, C.J., Práctica 7. Reacción de Cannizzaro. En: Tapia, C.J. (editor), Laboratorio de Química Orgánica II (pp. 3033), México, Méx.: Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco, Departamento de Ciencias Básicas, 1993. Versión electrónica en: Ciencias Básicas e Ingeniería, Curso CBI091-6 Laboratorios de Química, Manual-Química Orgánica II, consultada por última vez en septiembre 24, 2020, en la URL http://aulavirtual.azc.uam.mx

Licenciatura en ingeniería en alimentos e Ingeniería en bioquímica Doxsee y Hutchison, 2003, M.K. Doxsee, E.J. Hutchison, Química Orgánica Verde, Herramientas de Estrategias y Experimentos de Laboratorio, Ed. Thompson, Oregón, Estados Unidos (2003). Conricytuam.summon.serialssolutions.com/#! /search?ho=t&l=en&q=(reaccion de cannizzaro) 1/1, Ahluwalia, V. K., & Kumar Parashar, R. (2002). Organic reaction mechanisms (2nd ed.) Narosa. doi:10.4324/9780203212479

Cuestionario 1. En la reacción de Cannizzaro cuando una mezcla de dos aldehídos reacciona, ésta suele dar todos los productos posibles. Sin embargo, si uno de ellos es formaldehído, la reacción genera casi exclusivamente formato de sodio y alcohol correspondiente al otro aldehído. Un ejemplo de esta reacción de Cannizzaro cruzada.

2. ¿Qué compuesto se oxida y cuál se reduce en la reacción de la pregunta anterior? R= El alcohol p-metoxibencílico se oxida y el anisaldehído se reduce. 3. ¿A qué se le llama condensación aldólica? Escriba un ejemplo mediante una reacción. R= Reacción química orgánica donde en un medio básico, un ion enolato o vía enol, (si el medio es ácido) reacciona con un grupo carbonilo para dar lugar a un βhidroxialdehído o una β-hidroxicetona.

Por ejemplo, el propanol reacciona con hidróxido para dar una pequeña cantidad de ión enolato. Este, muy nucleófilo, se adiciona al grupo carbonilo de una molécula de aldehído. El compuesto resultante se neutraliza con una molécula de agua, que por calefacción se deshidrata y forma, un aldehído a,B-insaturado. 4. ¿Qué objeto tiene agregar ácido clorhídrico a la solución acuosa obtenida en la práctica? R= A la solución acuosa se le agrega ácido clorhídrico para que reaccione con el ion benzoato contenido en este extracto y se pueda formar como producto el ácido benzoico. 5. ¿Qué aplicaciones tienen los productos obtenidos? R= Alcohol bencílico: 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. Ácido benzoico: Es un conservante utilizado tanto como ácido como en forma de sus sales de sodio, de potasio o de calcio. El ácido benzoico y sus derivados sólo se pueden utilizar para conservar alimentos con un pH ácido. El peróxido del ácido benzoico se utiliza como iniciador de reacciones radicalarias. 6. Consultando la bibliografía, haga una lista de las propiedades fisicoquímicas, y el uso y precauciones que se deben tener con los reactivos que se utilizaron en la práctica. A) Ácido clorhídrico Propiedades: Peso molecular: 36.46 g/mol. Densidad del gas: 1,00045 g/L. Composición: Cl: 97.23 % y H: 2.76 %.

Licenciatura en ingeniería en alimentos e Ingeniería en bioquímica Punto de ebullición: -121º F a 760 mmHg. 85,05º C a 760 mmHg. Punto de fusión: -174º F (-13,7 º F) para una solución de HCl de 39,7% p/p en agua), -114, 22º C.

Densidad: a 20ºC 0.998- 1.002 Kg. /L. PH a 20 ºC 6.0- 7.5. Residuo seco < 10 mg./L. Masa molar: 18,01528 g/mol.

Es un gas incoloro de olor picante, corrosivo, fumante al aire a consecuencia de su avidez por el agua y formación de un hidrato.

Punto de fusión: 0 °C (273 K).

Su disolución saturada a 0ºC tiene una concentración de 37% y una densidad es de 1,19 g/cm3.

Usos: Es usada en los laboratorios para trabajar como medida higiénica, se utiliza tanto en los hospitales como en los laboratorios químicos. Gracias a su pureza y debilidad es agua destilada es la que utilizan los institutos de belleza y fabricantes de cosméticos.

Por el calor y las chispas eléctricas se disocia. Es muy soluble en el agua y al disolverse desprende gran cantidad de calor.

Punto de ebullición: 100 °C (373 K).

Usos: El ácido clorhídrico se usa en operación de decapado para el carbón, aleaciones y aceros inoxidables. Al igual se usa en la acidificación de pozos de petróleo.

Precauciones: especiales.

Alimentos.

C) Benzaldehído

Producción de cloruro de calcio.

Propiedades: Fórmula molecular: C7H6O o C6H5CHO.

No

requiere

precauciones

Tratamiento de minerales. También es el componente principal del ácido gástrico, u...