UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR

FACULTAD DE INGENIERÍA

LABORATORIO QUÍMICA ORGANICA II

POST-LABORATORIO

SECCIÓN 1

PRÁCTICA NO. 7: REDUCCIÓN DE COMPUESTOS CARBONILICOS CON

BOROHIDRURO DE SODIO: BENZOFENONA A BENZHIDROL

HÉCTOR DAVID ESTRADA TOCK

CARNÉ 1085207

GUATEMALA 1 DE OCTUBRE 2012

RESULTADOS

TABLA 1 ResultadosRendimiento teórico 4.55 gRendimiento experimental 4.19 g% Rendimiento 92.1 %Punto de fusión 1 61 – 65 ºCPunto de fusión 2 62 – 66 ºCPunto de fusión 3 61 – 64 ºCPrueba 2,4-dinitrofenilhidrazina NegativoPrueba del ácido crómico PositivoPrueba reactivo de Lucas Positivo

TABLA 2 Observaciones

Procedimiento ObservacionesDisolución de benzofenona en metanol. Benzofenona de aspecto escamoso, en

perlas blancas higroscópicas, húmedas en su superficie. Disolución por completo en metanol después de agitación magnética.

Preparación de solución de borohidruro en agua fría

Producción de pequeña efervescencia visible al momento de mezclar.

Adición en pequeñas porciones de la solución de borohidruro de sodio.

Pequeña efervescencia provocada después de cada agitación rápida con la varilla de agitación.

Agitación hasta alcanzar precipitado. Luego de 20 minutos de agitación magnética, se introdujo el termómetro para verificar la temperatura de agitación, e inmediatamente se observó una formación de sólido en el bulbo del termómetro y posterior formación de precipitado en todo el matraz.

Adición de agua con hielo y 10 ml de ácido clorhídrico

El volumen de sólido se duplicó de forma blanca espumosa, ocupando casi todo el volumen del líquido y el espacio sobre su superficie.

Filtrado al vacío y lavado con agua fría Obtención de cristales blancos, con aspecto de espuma, brillantes.

Recristalización con etanol. Se realizó la disolución del producto con mucha precaución, utilizando etanol caliente y agitando 2 minutos después de cada pequeña adición. Se logró la disolución completa en una pequeña cantidad de etanol. Al momento de colocar en baño de hielo, se obtuvo una

cristalización inmediata, muy voluminosa, en la cual la cantidad de etanol remanente sin ser absorbido por el precipitado fue de solo 1 ml aproximadamente.

Secado de producto y punto de fusión. Se obtuvo un producto sólido, blanco y cristalino, brillante. Los puntos de fusión reportados fueron de 61-65 62-66 y 61-64 grados centígrados.

Prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina. No hubo reacción, coloración naranja por el color de la 2,4-dinitrofenilhidrazina. No se observó ningún precipitado.

Prueba de ácido crómico. Coloración verde muy oscura, casi negra, de la muestra disuelta en dioxano.

Prueba de reactivo de Lucas. Separación en dos fases, fase inferior blanca y muy turbia, y fase superior incolora.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En la presente práctica de laboratorio se llevó cabo la reducción de un compuesto con un grupo carbonilo, la benzofenona, para sintetizar benzhidrol. Para ello se utilizó borohidruro de sodio como agente reductor. El producto obtenido se cristalizó y purificó, resultando en un sólido blanco cristalino, con un rendimiento del 92.1%, el cual no reaccionó con 2,4-dinitrofenilhidrazina, pero sí reaccionó según lo esperado con ácido crómico y con el reactivo de Lucas.

Para utilizar la benzofenona como materia prima de la reacción, se disolvió en 30 ml de metanol. La disolución fue completa después de un tiempo de agitación con agitador magnético, con lo cual se preparó la benzofenona para poder llevar a cabo la reacción.

El otro reactivo, borohidruro de sodio, se preparó en una disolución con agua fría. Al realizarse la disolución, se pudo observar una pequeña efervescencia por cada adición de borohidruro de sodio al agua. Dicha efervescencia proviene de la descomposición que sufre el borohidruro en los solventes próticos, la cual es más lenta que la de otros reductores, como el hidruro de litio y alumini, pero sí se lleva a cabo. Por esta razón solo fue observada la efervescencia después de cada agitación vigorosa. En esta reacción, el borohidruro reacciona para formar

metaborato de sodio (NaBO2) e hidrógeno, el cual provoca el burbujeo descrito como efervescencia.

Durante la adición de la solución de borohidruro lentamente a la solución de benzofenona en metanol, también se observó burbujeo, provocado tanto por la reacción del borohidruro de sodio con el agua de su solución, provocada por la agitación, como por la reacción análoga del borohidruro de sodio con el metanol.

Luego de la adición, se llevó a cabo la agitación, la cual no mostró un cambio significativo en la mezcla durante los veinte minutos de agitación magnética continua. Se detuvo la agitación para observar la mezcla, luego se reinició la agitación y se colocó un termómetro. Al momento de introducir el termómetro, se creó un núcleo de precipitado en su bulbo, lo cual provocó una rápida cristalización de más sólido en el resto de la solución.

Al verificar que la cristalización se llevara a cabo, se introdujo súbitamente en agua con hielo y ácido clorhídrico. Este procedimiento provocó, debido al cambio de temperatura, una cristalización inmediata y un aumento del volumen de sólido aproximadamente al doble de su volumen inicial, con aspecto de espuma blanca sobre la superficie del líquido. El ácido clorhídrico contribuyó a la obtención de mayor cantidad de producto completando la protonacion del borito de sodio e impidiendo la desprotonación de una fracción del producto.

Los cristales obtenidos fueron filtrados al vacío y recristalizados con etanol. La solución en etanol se realizó con precaución para evitar un uso excesivo de etanol que no permitiera sobresaturar lasolución al enfriarla en baño de hielo. Para ello se realizó la adición de etanol caliente, en pequeñas porciones, agitando con agitador magnético por aproximadamente dos minutos entre cada adición de etanol. Finalmente se logró la disolución completa del producto, con alguna pérdida de sólido adherido al beacker que no pudo separarse para disolver. Esta solución saturada de benzhidrol en etanol caliente se llevó a un baño de hielo, lo que provocó una inmediata formación de una gran cantidad de cristales blancos muy brillantes.

Los cristales fueron secados y pesados, obteniendo un rendimiento de 4.19 g, lo cual representa un rendimiento de 92.1% respecto al rendimiento teórico. Al producto seco se le realizó la prueba del punto de fusión, para lo cual reportó los rangos de 61-65 ºC, 62-66 ºC y 61-64 ºC. Dichos resultados, al ser comparados con los reportados por la literatura (65-67 ºC), demuestran la presencia de impurezas en el producto, que pueden ser remanente de humedad, etanol o ácido contenido en el interior de los cristales formados de benzhidrol.

Las pruebas de identificación se realizaron para verificar la eliminación completa del reactivo inicial, benzofenona, y la formación del producto esperado, benzhidrol. La prueba de 2,4-dinitrofenilhidrazina no dio ningún resultado que pudiera observarse como un cambio químico. Se tornó la mezcla en una coloración naranja, característica coloración de la 2,3-dinitrofenilhidrazina, pero no se produjo ningún precipitado, lo cual descarta la presencia de alguna cetona, como la benzofenona.

La prueba de ácido crómico mostró un resultado positivo para alcoholes secundarios y primarios, tomando la mezcla un color verde muy oscuro que delata la oxidación del alcohol secundario obtenido como producto: bezhidrol. La prueba con el reactivo de Lucas es una prueba que identifica los alcoholes como primarios, secundarios o terciarios según la velocidad en la que se lleve a cabo la reacción. Debido a que la reacción es una sustitución nucleofílica unimolecular, los alcoholes terciarios, que pueden establilizar el carbocatión que se forma, son los que reaccionan con mayor velocidad.

En la prueba realizada en el laboratorio, el producto reaccionó rápidamente con el reactivo de Lucas. Sin embargo, la rápida reacción era de esperarse, aunque el producto no sea un alcohol terciario, pero es un alcohol con dos anillos bencénicos como sustituyentes, los cuales son grandes donadores de electrones y pueden estabilizar la carga positiva formada en el intermediario de la reacción SN1. De esta forma, y después de haber demostrado la presencia de un alcohol secundario con la prueba del ácido crómico, se concluye que el producto obtenido corresponde al benzhidrol.

CONCLUSIONES

1. Se sintetizó benzhidrol a partir de benzofenona, obteniendo un rendimiento experimental de 4.19 g y un porcentaje de rendimiento respecto al rendimiento teórico de 92.1%.

2. El producto presentó un rango de fusión entre 61 y 66 ºC, demostrando la presencia de impurezas en la estructura cristalina.

3. El producto pudo identificarse como benzhidrol utilizando las pruebas de 2,4-dinitrofenilhidrazina, ácido crómico y reactivo de Lucas.

PREGUNTAS DEL POST-LABORATORIO

1. El Diborano es también un agente reductor ¿se lleva a cabo la misma reacción con el diborano? Si su respuesta es afirmativa escriba la reacción que se lleva a cabo, si es negativa, de un ejewmplo de un mecanismo de reacción que incluya diborano

2. Escriba la reacción de descomposición del borohidruroNaBH4 + 2H2O → NaBO2 + 4H2

3. Escriba las reacciones necesarias para una síntesis alternativa del benzhidol en la cual no esté involucrada una reducción

BIBLIOGRAFÍA

(1) Campbell, Bruce N. 1994. Organic Chemistry Experiment`s micro scale and semi- macro scale. McCartghy. USA, 4ta Edición. Pag. 255-260, 497-498.

(2) Gaissman T.A. 1974. Traducción de: Principles of organic chemistry. Editorial Reverté. USA, 3a ed. Pag. 345-346

(3) Skoog, Douglas; West, Donald. 1983. Fundamentos de Química Analítica. Editorial Reverté. España, Pág. 776-812.

FUENTES EN LÍNEA

1. Experimentación en Química (2005) [EN RED] Disponible en:http://www.unioviedo.es/emoles/IQ/guiones04.pdf

2. Recristalización (s.f) [EN RED] Disponible en:http://ellaboratorio.275mb.com/practicas/recristalizacion.pdf

3. Síntesis de difenil carbinol (s.f) [EN RED] Disponible en: http://organica1.org/1405/practica6a.pdf

4. Alcoholes [EN RED] Disponible en: http://www.textoscientificos.com/quimica/alcohole

APÉNDICE

DIAGRAMA DEL EQUIPO

Filtración al vacío

Ampolla de decantación

Destilación simple

DATOS ORIGINALES

TABLA 3 Datos obtenidos durante la síntesis

Masa de benzofenona 4.5 g

Volumen metanol 30 ml

Masa de borohidruro de sodio 1 g

Volumen de ácido clorhídrico 10 mlMasa de agua y hielo 100 gPeso papel mantequilla + maskin tape + 4 filtros

2.44 g

Peso papel mantequilla + maskin tape + 4 filtros + producto

6.63 g

Punto de fusión 1 61 – 65 ºCPunto de fusión 2 62 – 66 ºCPunto de fusión 3 61 – 64 ºCPrueba 2,4-dinitrofenilhidrazina NegativoPrueba del ácido crómico PositivoPrueba reactivo de Lucas Positivo

DATOS CALCULADOS

TABLA 5 Datos calculados

Rendimiento teórico 4.55 gRendimiento experimental 4.19 g% Rendimiento 92.1 %

MUESTRA DE CÁLCULO

Rendimiento teórico=4.5 gBenzofenona( 1mol182 .2 g )( 1molBenzhidrol1molBenzofenona )(184.24 g1mol )=4.55g

%Rendimiento=4.19 g4.55 g

=92.1%

ANÁLISIS DE ERROR

AB

= AB±AB √(|A−B

A2+ A−BB2 |)

CAMBIOS AL PROCEDIMIENTO

1. Se utilizó como disolvente para las pruebas de identificación del producto el dioxano, debido a que el producto no es soluble en agua y las pruebas no pudieron llevarse a cabo en este solvente, y no se utilizó ningún alcohol porque las pruebas incluían pruebas de identificación de alcoholes.