Salicilaldehído - Síntesis PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA

QUÍMICA FARMACÉUTICO BIOLÓGICA

LABORATORIO DE SÍNTESIS DE FÁRMACOS Y MATERIAS PRIMAS I ANTEPROYECTO “Salicilaldehído”

Maestro: Erick Alberto Correa Padilla

GRUPO: 1451 Elaboró: Hernández Martínez Jessica Evelin

SALICILALDEHÍDO Reacción completa y balanceada.

Tipo de reacción. Reacción de Reimer - Tiemann. Mecanismo de reacción, donde se explique para que sirve cada uno de los reactivos que se agregarán a la mezcla de reacción (1 punto)

Propiedades fisicoquímicas de los reactivos y productos (peso molecular, densidad, solubilidad en agua y disolventes orgánicos, punto de fusión, ebullición, riesgos y precauciones).

Reactivo

Hidróxido de sodio

Metabisulfit o de sodio

Cloroformo

fenol

Salicilaldehído

Éter

Agua

Etanol

39.99 g/mol

190.107 g/mol

119.38 g/mol

94.11 g/mol

122.12 g/mol

74.12 g/mol

18.01528 g/mol

46.07 g/mol

Densidad

2.13 g/ cm3 a 20 °C

1.48 g/cm3

1.49 g/cm3

1.07 g/cm3

1.17 g/cm3

0.713 g/m³

0.997 g/c m³

0.789 g/cm³

Solubilidad

. Soluble en agua y Soluble en metanol y etanol.

Soluble en agua y en glicerol

Solubilidad en el agua escasa, aunque es miscible con la mayoría de los disolventes orgánicos.

En agua: 4.9 g/l a 25 °C. Soluble en alcoholes.

Solubilidad en agua: 6,9 g/100 ml (20 °C).

Su facilidad para formar puentes de hidrógeno hace que el agua sea un excelente disolvente.

Soluble en agua, alcohol metílico, éter, cloroformo , acetona y benceno.

Propiedad es físicas

Sólido blanco inodoro.

Polvo blanco o ligeramente amarillo de olor azufroso

Es un líquido claro, volátil, no inflamable y con un olor característico. Se evapora muy rápidamente

Es un líquido aceitoso incoloro que a una concentración más alta tiene olor a almendras amargas.

líquido, incoloro, muy inflamable, con un bajo punto de ebullición, de sabor acre y ardiente.

Elevada constante dieléctrica, inodora, incolora. Tiene una gran capacidad de formar puente de hidrógeno.

Líquido incoloro volátil de olor característi co y agradable

p.f.

319 - 322 ° C

150 °C

-64 °C

Es soluble en Alcohol, Glicerol, petróleo y una cantidad moderada del mismo puede solubilizarse con agua; a temperaturas por encima de 68°C, el Fenol es completamente soluble en agua. Cuando el Fenol se encuentra puro, se trata de un sólido cristalino entre incoloro y blanco, que posee un olor característico dulce y alquitranado. El producto comercial es una solución de Fenol en agua, densa. 40.5 ° C

-7°C

-166.3 °C

0°C

-114.1 °C

p.e.

1.38 ° C

-

61.2 ° C

181.7 ℃

197 ° C

34.6 °C

100 °C

78.37 °C

Riesgos y precaucion es

Posibilidad de formación de vapores peligrosos por incendio en el entorno. Puede ser corrosivo para

En contacto con ácidos libera gases tóxicos. El metabisulfit o de sodio puede afectarle al

Respirar cloroformo puede causar mareo, fatiga y dolores de cabeza. Respirar o ingerir

El fenol se inflama fácilmente, es corrosivo y sus gases son explosivos en contacto con la llama. De ser

Nocivo en contacto con la piel y por ingestión. Irrita los ojos y la piel. No se descompone al

La alta exposición puede causar dolor de cabeza, mareo, sensación de mareo y

No son necesarias medidas especiales. No es combustibl e.

Inflamable. Se evapora fácilmente. Sus vapores se depositan en las

propiedad es Peso molecular

los metales. Provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares graves.

inhalarlo. El contacto puede irritar la piel y los ojos.

cloroformo por períodos largos puede causar daño al hígado y a los riñones.

ingerido en altas concentraciones , puede causar envenenamient o, vómitos, decoloración de la piel e irritación respiratoria.

emplearse adecuadamente.

hasta pérdida del conocimient o. El éter dimetílico es un líquido o gas sumamente inflamable y presenta un grave peligro de incendio.

Cálculos (ajustados para obtener 500 mg de producto, considerando rendimiento) (2 puntos)

Para obtener 500 mg de producto del Salicilaldehído se ajustan las cantidades a un rendimiento del 70% 500mg → 0.5g PM fenol = 94.11 g/mol PM Salicilaldehído = 122.2 g/mol Se ocuparán 25 g de fenol 94.11 g/mol →1000 mmol 25 g → 265.6465 mmol Entonces se ajusta al rendimiento 265.6465 mmol →100% 185.95 mmol → 70% g= (185.95 mmol) (122.2 g/mol) = 22723.40 mg →22.72340 g Partiendo de los gramos de fenol a ocupar, se ajusta para obtener 0.5 g 25 g →22.72340 g 0.5500 g → 0.5 g Se obtienen los milimoles 94.11 g/mol →1000 mmol 0.5500 g →5.8452 mmol Posteriormente se calculan los g de hidróxido de sodio tomando como referencia el fenol, teniendo en cuenta que la metodología indica usar 80 g de hidróxido de sodio 25 g → 80 g 0.5500 g →1.76 g Se calculan los milimoles PM del NaOH= 39.99 g/mol 39.99 g → 1000 mmol 1.76 g →44.0110 mmol Se calculan los ml de metabisulfito de sodio tomando como referencia el fenol, teniendo en cuenta que la metodología indica usar 50ml de metabisulfito de sodio 25 g → 50 ml 0.5500 g →1.1 ml Se calculan los gramos que corresponden al metabisulfito de sodio

zonas bajas y pueden formar mezclas explosivas con el aire si se concentra n en lugares confinados .

g= (1.1 ml) (1.48g/ml) = 1.628 g Se calculan los milimoles PM del metabisulfito de sodio= 190.107 g/mol 190.107 g → 1000 mmol 1.628 g →8.5635 mmol Se calculan los ml de cloroformo tomando como referencia el fenol, teniendo en cuenta que la metodología indica usar 40.5ml de cloroformo 25 g →40.5 ml 0.5500 g →0.891 ml Se calculan los gramos que corresponden al cloroformo g= (0.891 ml) (1.49g/ml) = 1.3275 g Y los milimoles PM del cloroformo= 119.38 g/mol 119.38 g/mol → 1000 mmol 1.3275 g →11.1207 mmol

Cantidad teórica (basada en referencias) Reactivo

PM

Densidad

P. fusión/p. ebullición

Masa (g o mg)

Cantidad molar (mmol)

Volumen (mL)

Fenol

94.11 g/mol

1.07 g/cm³

p.f. = 40.5 °C

25 g

265.64 mmol

23.36

80 g

2000.50 mmol

37.55

60.34 g

505.44m mol

40.5

74 g

389.25 mmol

50

p.e. = 181.7 °C Hidróxido de sodio

39.99 g/mol

2.13 g/cm³

p.f. = 319 -322 °C p.e. =1.38 °C

Cloroformo

119.38 g/mol

1.49 g/cm³

p.f. = -64 °C p.e. = 61.2 °C

Metabisulfito de sodio

190.107 g/mol

1.48 g/cm³

p.f. = 150 °C

p.e. = Salicilaldehíd o

122.12 g/mol

1.17 g/cm³

p.f. = -7 °C

32.4612 g

265.81 mmol

27.74

p.e. = 197 °C Cantidad experimental (la que vas a realizar) Reactivo

Fenol

PM

94.11 g/mol

Densidad

P. fusión/p. ebullición

Masa (g o mg)

Cantidad molar (mmol)

Volumen (mL)

1.07 g/cm³

p.f. = 40.5 °C

0.5500 g

5.8442

0.51

mmol

p.e. = 181.7 °C Hidróxido de sodio

39.99 g/mol

2.13 g/cm³

p.f. = 319 -322 °C

1.76 g

44.0110 mmol

0.82

1.3261 g

11.1082 mmol

0.89

1.628g

8.5635 mmol

1.1

22.7230 9g

186.07 mmol

19.42

p.e. =1.38 °C Cloroformo

119.38 g/mol

1.49 g/cm³

p.f. = -64 °C p.e. = 61.2 °C

Metabisulfito de sodio

190.107 g/mol

1.48 g/cm³

p.f. = 150 °C p.e. = -

Salicilaldehíd o

122.12 g/mol

1.17 g/cm³

p.f. = -7 °C p.e. = 197 °C

Procedimiento a utilizar (escrito y ajustado a lo experimental) y esquema de aislamiento de la reacción (similar al que sale en el video (3 puntos)

Equipar un matraz de tres bocas de 1 litro con un eficiente condensador de reflujo de doble superficie, un agitador mecánico y un termómetro, cuyo bulbo esté a 2 cm del fondo del matraz. Coloque una solución tibia de 80 g de hidróxido de sodio en 80 ml de agua en el matraz, agregue una solución de 25 g (0.266 mol) de fenol (PRECAUCIÓN) en 25 ml de agua y agitar. Ajuste la temperatura dentro del matraz a 60-65 ° C (calentando en un baño de agua). Introducir 60 g (40.5 ml, 0.5 mol) de cloroformo (PRECAUCIÓN) en tres porciones a intervalos de 15 minutos por el condensador. Mantenga la temperatura de la mezcla bien agitada a 65-70 ° C durante la adición sumergiendo el matraz en agua fría o caliente según sea necesario. Finalmente calentar al baño maría hirviendo durante 1 hora para completar la reacción. Eliminar el exceso de cloroformo de la solución alcalina con destilación de vapor (Fig. 2.102).

-Explicación de este sistema (decidí adjuntarlo porque no lograba visualizarlo solo leyendo el procedimiento): Se muestra un aparato sencillo para la destilación al vapor. El matraz A contiene el líquido a destilar al vapor; está equipado con el 'cabezal de salpicaduras' B que previene la transferencia del contenido del matraz A al receptor. Para realizar una destilación al vapor, se coloca la solución (o mezcla del sólido con un poco de agua) en el matraz A, y se ensambla completamente el aparato. Se hace pasar vapor al matraz A, que a su vez se calienta mediante una llama para evitar demasiado rápida acumulación de agua. Si la sustancia cristaliza en el condensador y tiende a asfixiarlo, el agua debe salir del condensador durante unos minutos hasta que el material sólido se haya derretido y transportado por el vapor al recipiente; luego, el agua debe ser readmitida con precaución al condensador caliente, si es necesario dos de estos condensadores conectadas en serie ya que en la mayoría de las destilaciones al vapor se obtienen mejores resultados cuando el proceso de destilación se lleva a cabo rápidamente. El paso de vapor se continúa hasta que no haya una cantidad apreciable de material insoluble en agua.Dejar enfriar, acidificar el líquido de color naranja con cuidado con ácido sulfúrico diluido y de nuevo destilar al vapor el casi líquido incoloro hasta que no se acumulen más gotas aceitosas. Hacer aquí el monitoreo de la reacción. Dejar a un lado el residuo en el matraz para el aislamiento de p-hidroxibenzaldehído. Extraer el destilado de una vez con éter, eliminar la mayor parte del éter del extracto por destilación en un baño de agua utilizando un evaporador rotatorio.

Transfiera el residuo, que contiene fenol y salicilaldehído, en un pequeño matraz con tapón de vidrio, agregue aproximadamente el doble del volumen de solución saturada de metabisulfito de sodio y agitar vigorosamente (preferiblemente mecánicamente) durante al menos media hora, y deje reposar durante 1 hora. Filtrar la pasta de compuesto bisulfito en la bomba, lavarla con un poco de etanol y finalmente con un poco de éter (quitar el fenol). Descomponer el compuesto bisulfito calentando en un matraz de fondo redondo al baño maría con ácido sulfúrico diluido, dejar enfriar, extraer el salicilaldehído con éter y secar el extracto con anhidro sulfato de magnesio. Eliminar el éter mediante destilación instantánea y destilar el residuo recogiendo el salicilaldehído (un líquido incoloro) a 195197 ° C.

Diagrama de aislamiento

Aquí quedaría el derivado Bisulfitico

Destilación

Guía de estudio y cuestionario (3 puntos) Guía de estudio

1. Reacción de Reimer-Tiemann. Mecanismo (sustitución electrofílica aromática); formación de carbenos. Reactividad de fenoles y aldehídos. El mecanismo de reacción es largo e involucra varias etapas de reacción sucesivas. El cloroformo se desprotona por la presencia de una base fuerte formando un carbanión. Este carbanión sufre de eliminación alfa originando un diclorocarbeno. El hidróxido también desprotona al fenol, generando un fenóxido de carga negativa. Esta carga negativa se deslocaliza en el anillo aromático lo que hace que la selectividad de la reacción sea en posición orto. El diclorocarbeno se adiciona al fenol para formar un intermediario diclorometilfenol, que se hidroliza generando el producto final.

Los carbenos son compuestos que poseen un átomo de carbono neutro divalente el cual tiene seis electrones sobre su capa de valencia. Debido a su naturaleza deficiente de electrones la mayoría son altamente reactivos y su vida media es generalmente muy corta, por lo que se consideran intermedios reactivos. También llamados como derivados del metileno, su química (y la de sus derivados) ha llegado a ser uno de los campos más estimulantes y fructíferos de la investigación orgánica.

La alta reactividad de los carbenos se ve fuertemente influenciada por las propiedades que presenten sus sustituyentes perturbando la energía relativa de los estados singulete y triplete. En general, si existe un par de electrones sin compartir directamente unido al átomo de carbono carbenoide, su deficiencia electrónica se compensa en algún grado por la deslocalización electrónica que puede ocurrir en la molécula, lo que aumenta la estabilidad de la misma. Los fenoles son sustancias sólidas o líquidas, de olores característicos, moderadamente solubles en agua y muy solubles en alcohol o éter. Algunos se usan como desinfectantes y otros se forman de manera natural por ejemplo la Tirosina. La presencia de grupos hidroxilos en los fenoles nos indica que, al igual que los alcoholes, los fenoles tienen la capacidad de formar enlaces de hidrógeno intermoleculares. Estos enlaces de hidrógeno les confieren a los fenoles puntos de ebullición altos en comparación con moléculas de similares pesos moleculares.

Los fenoles se comportan como ácidos débiles, protonando al agua lo que puede generar un anión fenóxido (ArO-). Los fenoles son cerca de un millón de veces más ácidos que los alcoholes, ya que el anión fenóxido está estabilizado por efecto de resonancia.

El efecto neto de esto es que el grupo -OH tiene un efecto de dirección 2,4 . Eso significa que los grupos entrantes tenderán a ir a la posición 2 (al lado del grupo -OH) o la posición 4 (opuesta al grupo -OH). Casi no se formará nada del isómero 3, se produce demasiado lentamente. Por lo general los aldehídos son más reactivos que las cetonas por razones estéricas y electrónicas. Estéricamente, la existencia de un solo sustituyente relativamente grande enlazado al carbono del C=O en un aldehído, en comparación con dos sustituyentes grandes en una cetona, significa que un nucleófilo atacante se puede aproximar con mayor facilidad a un aldehído. Electrónicamente, los aldehídos son más reactivos que las cetonas debido a su mayor polarización de los grupos carbonilos aldehídicos. Una de las reacciones más características de los aldehídos y cetonas es la adición nucleofílica en el enlace doble carbono-oxígeno. Ambos, aldehídos y cetonas, poseen susceptibilidad especial hacia la adición nucleofílica, debido a sus propiedades estructurales. Los aldehídos aromáticos, son menos reactivos en las reacciones de adición nucleofílica que los aldehídos alifáticos. El efecto de resonancia donador de electrones del anillo aromático hace que el grupo carbonilo sea menos electrofílico que el grupo carbonilo de un aldehído alifático; por eso son menos reactivos que uno alifático.

2. Reacciones y fundamento químico del procedimiento. Se adjuntó en la parte del mecanismo. 3. Estructura y propiedades físicas de reactivos y productos; riesgos implicados y precauciones necesarias en su manejo. Se adjuntó en la tabla. Sin embargo, de ellas destaca y es importante tener en cuenta al llevar a cabo la práctica, que el fenol y el hidróxido de sodio provocan serias quemaduras en la piel. El cloroformo es tóxico y potencial cancerígeno. Se recomienda el uso de la protección adecuada en manos y ojos y realizar la reacción en campana de extracción. 4. Frecuencias características de absorción en el infrarrojo para fenoles y aldehídos aromáticos. Alcoholes y fenoles. Ambas clases de compuestos se caracterizan por la fuerte absorción resultante de los modos de estiramiento O — H; la posición y la forma de las bandas son sensibles a las características electrónicas y estéricas del compuesto y también al estado físico de la muestra. Las bandas de absorción que surgen del estiramiento C — O y las vibraciones de flexión O — H también tienen valor diagnóstico. El examen de soluciones diluidas de alcoholes simples o fenoles en un disolvente no polar como el tetracloruro de carbono revela la banda de estiramiento de O — H libre en la región de 3650-3590 cm-1; la posición precisa de la banda se ha correlacionado con la naturaleza del átomo de carbono al que está unido el grupo hidroxilo. Por tanto, la frecuencia de absorción cambia a valores más bajos en el orden de hidroxilo primario, secundario, terciario o fenólico. Sin embargo, no es aconsejable la asignación definitiva del grupo asociado con el hidroxilo sobre la base de la posición de esta banda únicamente. La frecuencia registrada para los fenoles es de 3550-3500.

El grupo carbonilo en los aldehídos saturados absorbe a una ligera frecuencia más altas, 1740-1730 cm-1, que se observan en cetonas saturadas. Como era de esperar, la insaturación alfa o beta, o la unión del carbono carbonilo a un anillo aromático, provoca un cambio de absorción a frecuencias más bajas; Los aldehídos aromáticos generalmente absorben cerca de 1715-1695 cm-1. Sin embargo, las características estructurales especiales pueden causar un gran cambio de frecuencia de la absorción de carbonilo, como en el salicilaldehído, donde el enlace de hidrógeno interno (quelado) da como resultado una absorción a 1666 cm -1. Los aldehídos se pueden distinguir fácilmente de las cetonas por medio de la absorción de estiramiento C — H, que da como resultado dos bandas débiles cerca de 2820 cm-1 y 2720 cm-1.

Cuestionario 1. Defina los siguientes términos y relaciónelos con el mecanismo de esta reacción: ácido, base, carbeno, electrófilo, nucleófilo, hidrólisis, puente de hidrógeno. Ácidos y bases de Lewis: Los ácidos de Lewis aceptan pares de electrones y las bases de Lewis donan pares de electrones. La expresión “ácido de Lewis” por lo general se utiliza para sustancias que pueden aceptar pares de electrones pero que no contienen átomos de hidrógeno ionizables. Se puede observar en la primera parte cuando el cloroformo es desprotonado por una base fuerte (normalmente hidróxido) para formar el carbanion triclorometiluro el cual inmediatamente presenta eliminación alfa para dar diclorocarbeno; esta es la principal especie reactiva. Los carbenos son especies neutras con seis electrones de valencia. Contienen un carbono divalente y dos electrones distribuidos en orbitales no enlazantes. Debido a su carácter deficitario en electrones son especies altamente reactivas. Siguiendo el mecanismo, el hidróxido también desprotona al fenol para dar fenóxido cargado negativamente. La carga negativa es deslocalizada en el anillo aromático, h...