Síntesis de la Ftalimida PDF

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Solis Cardenas Hugo Alan Laboratorio de SFyMP Universidad Nacional Autónoma de México. FES Zaragoza; Campus II. Batalla 5 de mayo s/n. Colonia Ejército de Oriente 09230 Francisco Silva Flores grupo :1401 fecha de entrega: 26 de noviembre del 2020SÍNTESIS DE LA FTALAMIDA ● GeneralidadesLa Ftalimida e...

Description

Solis Cardenas Hugo Alan Laboratorio de SFyMP Universidad Nacional Autónoma de México. FES Zaragoza; Campus II. Batalla 5 de mayo s/n. Colonia Ejército de Oriente 09230 Francisco Silva Flores grupo :1401 fecha de entrega: 26 de noviembre del 2020

SÍNTESIS DE LA FTALAMIDA ●

Generalidades La Ftalimida es una imida derivada del ácido ftálico con dos grupos carbonilo unidos a una amina secundaria. Es un sólido blanco a temperatura ambiente. Forma sales con diversos metales tales como potasio y sodio debido a su elevada acidez causada por los grupos carbonilo electrófilos unidos al átomo de nitrógeno, que se puede hacer reaccionar la ftalimida con carbonatos de metal.

Se puede obtener ftalimida de potasio, haciendo reaccionar ftalimida con carbonato de potasio en agua a 100 ° C o con hidróxido de potasio en etanol absoluto. La ftalimida de potasio se utiliza en la síntesis de Gabriel de aminas primarias, y la síntesis de Gabriel de glicina tiene rendimientos tan altos como 85%. La ftalimida se utiliza en plásticos, en síntesis química, y en investigación. ●

Discusión de los procedimientos ➔ Procedimiento 1 (Universidad Autónoma de Guadalajara) Moler finamente con ayuda de un mortero los cristales de Anhídrido Ftálico (4 gramos) y carbonato de amonio (6 gramos), mezclarlos uniformemente. Colocar la mezcla del polvo ya mezclado en un matraz Erlenmeyer de 125 mL. Colocar en la boca del matraz un embudo de rama larga en forma invertida para permitir la eliminación de vapor de agua. Pesar el sistema: matraz-polvoembudo y anotar el peso en la bitácora como peso inicial. Calentar el matraz Erlenmeyer en una parrilla a 180°C. Después de 40 min de calentamiento, enfriar y pesar nuevamente el sistema. Si pesa más de lo esperado calentar nuevamente. Cuando el matraz ha perdido el peso esperado (realizar los cálculos estequiométricos)dejar enfriar a temperatura ambiente. Con ayuda de una espátula retirar algunos cristales y determinar el punto de fusión. Pesar el producto obtenido y calcular el % de rendimiento. Identificar el producto mediante un IR. ➔ Procedimiento 2 (Julissa Minaya Aparicio) En un balón de 250 ml se introduce un anhídrido ftálico previamente pesado en la máquina cuyo peso fue de 5.004g y se añadió con ayuda de una probeta, amoníaco acuoso al 28 %. Se arma un equipo de reflujo y se coloca el balón en un baño de arena se procede a calentar el sistema en un plancha de calor

de manera lenta hasta obtener una masa que funde lentamente en un intervalo de T° inicialmente es una solución incolora a medida que avanza el reflujo se forma espinas transparentes, la agitación se logra utilizando un agitador magnético, al acabar el reflujo se coloca las espinas en una cápsula de porcelana cubriéndolo con papel aluminio, la idea fue eliminar el líquido. En la siguiente sesión la muestra con espinas se calienta hasta sequedad en una plancha, con rejilla de asbesto encima de la plancha, quedando una masa blanca compacta se procedió a pesarla en una luna de reloj se tomó nota de ese peso que fue de 5.060 g y se añadió 50ml de agua en un vaso de 250ml con el magneto. Luego se calentó hasta obtener una solución blanquecina transparente que fue tapado con papel aluminio. Se repitió el proceso de recristalización contaminando la muestra y finalmente se pesó concluyendo la síntesis. ➔ Procedimiento 3 (Vogel) Colocar 100 g (0,675 mol) de anhídrido ftálico y 105 ml de solución concentrada de amoniaco (d 0,88) en un matraz de fondo redondo de 1 litro provisto de un condensador de aire ancho (10 mm de diámetro). Calentar en un baño de arena, gradualmente al principio hasta que la mezcla esté en un estado de fusión silenciosa y forme una masa fundida homogénea (la temperatura alcanza los 300 ° C en aproximadamente 1,5-2 horas; toda el agua se evapora durante la primera hora). Agite el matraz de vez en cuando durante el calentamiento y empuje hacia abajo cualquier material que se sublime en el condensador con una varilla de vidrio. Verter el contenido del matraz mientras aún está caliente en un recipiente de porcelana, dejar enfriar y moler hasta obtener un polvo fino en un mortero. La ftalimida (95 g, 96%) es prácticamente pura y funde a 233-234 ° C. Puede recristalizarse en etanol, pero la solubilidad es sólo leve (alrededor del 5%). ➔ Procedimiento 4 (Vogel) Mezcle 99 g (0,67 mol) de anhídrido ftálico puro y 20 g (0,33 mol) de urea y colocar la mezcla en un matraz de fondo redondo, cuello largo y 1 litro. Calentar el matraz en un baño de aceite a 130-135 ° C. Cuando el contenido se ha derretido, comienza la efervescencia y aumenta gradualmente su vigor: después de 10-20 minutos, la mezcla hace espuma repentinamente hasta aproximadamente tres veces el volumen original (esto se acompaña de un aumento de temperatura a 150-160 ° C) y se vuelve casi sólido. Retire el fuego de debajo del baño y deje enfriar. Agregar unos 80 ml de agua para desintegrar el sólido en el matraz, filtrar en la bomba, lavar con un poco de agua y luego secar a 100 ° C. El rendimiento de ftalimida, p.f. 233 ° C (es decir, es prácticamente puro), es 86 g (87%). Si se desea, la ftalimida se puede recristalizar en 1200 ml de alcohol industrial; la primera cosecha consta de 34 g de p.f. 234 ° C, pero pueden recuperarse cantidades adicionales de las aguas madres. ●

Marco teórico del procedimiento seleccionado

Una imida ( − CONHCO − ) es similar a un β -ceto éster en que el hidrógeno ácido del N-H está flanqueado por dos grupos carbonilo; por lo tanto, las imidas se desprotonan por medio de bases como el KOH, y los aniones obtenidos se alquilan fácilmente en una reacción similar a la síntesis del éster acetoacético. Se puede decir que las amidas ciclicas de ácidos dicarboxilicos se nombran imidas, cambian la terminación -carboxílico por -carboxamida e ico u -oico por -imida. Ejemplos de imidas comunes:

Las imidas cíclicas se pueden preparar por calentamiento de diácidos con amoniaco.

Al igual que otros anhídridos, los cíclicos reaccionan con amoniaco para dar amidas. En este caso, el producto contiene los grupos CONH2 y COOH. Si se calienta esta amida-ácido, se pierde una molécula de agua, se forma un anillo y se obtiene una sustancia donde el nitrógeno está unido a dos grupos acilo: los compuestos de este tipo se denominan imidas. El anhídrido ftálico da ácido ftalámico y ftalimida. ●

Mecanismo de reacción

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Objetivo - Sintetizar ftalimida a partir de anhídrido ftálico y urea

- Representar la síntesis de una imida con la obtención de la ftalimida ●

Hipótesis Si una condensación deshidratante se lleva a cabo por medio de aminas primarias a altas temperaturas; entonces se espera que el anhídrido ftálico y la urea produzcan ftalimida

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Procedimiento del vogel’s

Método 2. 1.- Mezcle íntimamente 1.05 g de anhídrido ftálico puro y 0.2121 g de urea 2.- Coloque la mezcla en un matraz bola de 50 mL. 3.- Calentar el matraz en un baño de aceite a 130-135 ºC. 4.- Cuando el contenido se ha derretido, comienza la efervescencia y aumenta gradualmente en vigor: después de 10-20 minutos, la mezcla forma espuma repentinamente hasta aproximadamente tres veces el volumen original (esto va acompañado de un aumento de temperatura a 150-160 ºC y se vuelve casi sólido. 5.- Retire el calor y deje enfriar. 6.- Agregue aproximadamente 20 ml de agua para desintegrar el sólido en el matraz, filtrar en la bomba, lavar con un poco de agua y luego secar a 100 ºC. 7.- El rendimiento de ftalimida, p.f. 233 ºC (es decir, es prácticamente puro), es 86 g (87%). 8.- Si lo desea, la ftalimida se puede recristalizar en 12.7272 ml de alcohol; se recupera 0.3606 g de p.f. 234 ºC, pero otras cantidades pueden recuperarse del licor madre.

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Cálculos estequiométricos

99 𝑔 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 = (

1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 ) = 0.6685 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 148.1 𝑔 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜

0.33 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑢𝑟𝑒𝑎 0.6685 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 = ( ) = 0.3292 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑢𝑟𝑒𝑎 0.67 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 99 𝑔 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 = (

1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑢𝑟𝑒𝑎 147.13 𝑔 𝑓𝑡𝑎𝑙𝑖𝑚𝑖𝑑𝑎 1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 ) = 98.3516 𝑔 𝑓𝑡𝑎𝑙𝑖𝑚𝑖𝑑𝑎 )( )( 148.1 𝑔 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝑓𝑡𝑎𝑙𝑖𝑚𝑖𝑑𝑎

● Cálculos adaptados al procedimiento (Vogel, método 2) Partiendo de 1.05 g de anhídrido ftálico

1.05 𝑔 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 (

20 𝑔 𝑢𝑟𝑒𝑎 ) = 𝟎. 𝟐𝟏𝟐𝟏 𝒈 𝒖𝒓𝒆𝒂 99 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜

1200 𝑚𝐿 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 1.05 𝑔 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 ( ) 99 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 = 𝟏𝟐. 𝟕𝟐𝟕𝟐 𝒎𝑳 𝒅𝒆 𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑢𝑟𝑒𝑎 147.13 𝑔 𝑓𝑡𝑎𝑙𝑖𝑚𝑖𝑑𝑎 1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 )( )( 1.05 𝑔 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 ( = 1.0431𝑔 𝑑𝑒 𝑓𝑡𝑎𝑙𝑖𝑚𝑖𝑑𝑎 148.1 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑛ℎí𝑑𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 1 𝑚𝑜𝑙 𝑓𝑡𝑎𝑙𝑖𝑚𝑖𝑑𝑎

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Propiedades de los reactivos

Anhídrido ftálico

Otros nombres: Anhídrido benceno o-di carboxílico; anhídrido 1,2-bencenodicarboxílico Fórmula molecular: C8H4O3 Peso molecular: 148.12 g/mol Punto de fusión: 130.8ºC Punto de ebullición: 295ºC Densidad: 1.53 g/ml Solubilidad: 6 g/L Cristales brillantes, blancos, de olor característico. El anhídrido ftálico es un precursor de una variedad de reactivos útiles en la síntesis orgánica. Derivados importantes incluyen ftalimida y sus muchos derivados. Alcoholes quirales forman semiésteres, y estos derivados son a menudo resolubles porque forman sales diastereoméricas con aminas quirales tales como la brucina . Se utiliza ampliamente en la

industria para la producción de ciertos colorantes. Una aplicación bien conocida de esta reactividad es la preparación del colorante quinizarina derivado de la antraquinona por reacción con para-clorofenol seguido de la hidrólisis del cloruro.

Urea:

Otros nombres: carbamida, carbonildiamida Fórmula molecular: CH4N2O Peso molecular: 60.06 g/mol Punto de fusión: 132.70ºC Punto de ebullición: 317-389ºC Densidad: 1.3230 g/ml pKa: 14.43 Solubilidad: 624 g/L Compuesto granulado de color blanco sin olor, estable a temperatura ambiente no compatible con agentes reductores, ácidos fuertes, álcalis y agentes oxidantes fuertes. Insoluble en cloroformo y éter. Es usado como fertilizante por su alto contenido en nitrógeno y en alimento para animales. Reacciona con aldehídos para hacer resinas y plásticos. Condensa con éster malónico para formar ácido barbitúrico. Su inhalación puede causar irritación, causa vómito, náuseas y diarrea en caso de ingestión, además de irritación en ojos y piel en caso de contacto.

Ftalimida:

Fórmula molecular: C8H5NO2, Peso molecular: 147.13 g/mol

Punto de fusión: 238ºC Densidad: 1.367g/mL pKa: 10.39 Solubilidad: 0.6 g/L Escamas de color blanco de olor debil, estable en condiciones normales, posibles reacciones violentas con agentes oxidantes fuertes y ácidos fuertes. Tras inhalación se recomienda tomar aire fresco, en caso de contacto con la piel enjuagar con abundante agua, tras ingestión beber agua (2 vasos) y consultar al médico. La ftalimida se utiliza en plásticos, en síntesis química y para investigación. Forma sales con diversos metales tales como potasio y sodio debido a su elevada acidez causada por los grupos carbonilo electrófilos unidos al átomo de nitrógeno.

Etanol:

Fórmula molecular:C2H5OH Peso molecular: 46. 07 g/mol Punto de fusión: -114°C Punto de inflamabilidad 13°C Punto de ebullición 78.5°C Densidad: 0.7849 g/cm3 Solubilidad 100% Se puede obtener por fermentación agregando levadura a una mezcla de azúcares y agua. Las levaduras contienen enzimas que promueven una larga serie de reacciones que en último término convierten un azúcar simple en alcohol y dióxido de carbono. Por hidratación de alquenos, usando ácido fosfórico como catalizador, hidroboración-oxidación del alqueno.

Es un líquido incoloro de olor y sabor agradable, arde con llama azulada, volátil, inflamable, absorbe agua rápidamente con el aire (higroscópico), miscible con agua y muchos líquidos orgánicos como: acetona, benceno, acetato de etilo, etc. Es un depresor del sistema nervioso central, hipnótico. Usos para hacer combustible para automóvil, disolvente para lacas, barnices, perfumes, condimentos, reacciones químicas. ●

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Material - Matraz de fondo redondo de 1L - Recipiente de porcelana - Mortero con pistón - Espátula - Embudo - Soporte Universal - Pinzas 3 dedos - Nuez - Agitador de vidrio Equipo - Condensador de aire - Parrilla de calentamiento - Fisher Jhones - balanza granataria Diagrama de bloques

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Esquema del sistema de reacción

Se coloca anhídrido Ftálico.

También urea

Se calienta en un baño de aceite

Se forma efervescencia

Se agrega agua

Se filtra

Se obtiene Ftalimida

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Parámetros a considerar ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏

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Solubilidad Pureza de los reactivos Técnica de condensación Temperatura de calentamiento Punto de fusión de las especies reaccionantes Impurezas presentes Técnica de recristalización Técnica de lavados

Resultados esperados

Se obtuvieron 0.78 g de ftalimida a partir de 1.05 g de anhídrido ftálico con un rendimiento del 74.77 % % 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =

●

Discusión de espectros

0.78 𝑥 100 = 74.77% 1.0431

❏ INFRARROJO:

VALOR CALCULADO

VALOR CORREGIDO

3835

3719.95

Hidrógenos del benceno

3395

3293.15

Diferentes movimientos no sincronizados de los H del benceno

3388

3286.36

3377

3275.69

3364

3263.08

Carbonilo

2015

1954.55

Doble enlace C=C del Benceno

1788

1734.36

Enlace sencillo CC del benceno

1439

1395.83

Enlace carbono nitrógeno (C-N)

1372

1330.84

Enlace Hidrógeno nitrógeno (H-N)

❏ RESONANCIA MAGNÉTICA:

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CARBONO EN EL QUE SE ENCUENTRA EL HIDRÓGENO

VALOR EN EL QUE SE ENCUENTRA

Doblete del benceno más cercano al carbonilo.

HC3

8.18

HC6

8.18

Doblete del benceno menos cercano al carbonilo.

HC4

7.83

HC5

7.83

Conclusión

La obtención de la ftalimida a partir de anhídrido ftálico con urea es posible, esta síntesis presenta un comportamiento de efervescencia de forma experimental y simplemente hay que tomar en cuenta las propiedades de los reactivos. ●

Referencias

1.- EcuRed contributors, Anhídrido ftálico [internet], EcuRed, 16 Julio 2019, [consultado 27/1072020], Disponible en: https://www.ecured.cu/index.php?title=Anh%C3%ADdrido_ft%C3%A1lico&oldid=34603 38 2.- Vogel A.I., “A Textbook of Practical Organic Chemists”, 3a Ed., Longsmans Green and Co., London, 1956. 3.- Scifinder a cas solution, properties, American Chemical Society, 2020,[consultado 28/10/2020]; Disponible en: https://scifinder-cas-org.pbidi.unam.mx:2443/scifinder/view/scifinder/scifinderExplore .jsf 4.- Imran M. Singh A. Asif M. A Review on Biological and Chemical Potential of Phthalimide and Maleimide Derivatives.Volume 3. 2019. [Consultado 31 Octubre del 2020]. Disponible en: https://www.actascientific.com/ASPS/pdf/ASPS- 03-0374.pdf 5.- Hidrocarburos. Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán. UNAM. [Consultado 03 Noviembre del 2020]. Disponible en: http://asesorias.cuautitlan2.unam.mx/organica/directorio/jaime/Nomencl.pdf...