• Author / Uploaded
• David Espinosa Suárez

Citation preview

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Zaragoza Q.F.B. Síntesis de Fármacos y Materias Primas I. Síntesis de sulfanilamida. (monografía) Alumno: Espinosa Suárez David Asesor: Dr. Oscar Guadarrama Grupo: 1401 22 de noviembre del 2018

Resumen. Para llevar a cabo la obtención de cristales de benzoína se realizo una reacción a reflujo con benzaldehído y cianuro de potasio hasta la aparición de un precipitado, se seco al vacío este precipitado y posteriormente en un matraz erlenmeyer se le agrego acetato de etilo, se le aplico calentamiento y agitación en una parrilla hasta que se disolviera el producto. Se suspendió el calentamiento y la mezcla de reacción se enfrió en un baño de hielo-agua hasta la aparición de cristales, por último, se filtro al vacío. A continuación, al producto obtenido se le realizo una cromatografía en capa fina. Introducción. La cristalización es un método de separación mediante el cual se da la formación de cristales en donde se separa un soluto de una solución líquida dejando generalmente las impurezas en la masa fundida o en las aguas madres. Este método se utiliza para obtener cristales de alta pureza formados por partículas de tamaño uniforme y aspecto atractivo. 1 Al realizar la cristalización el líquido que contiene a los cristales es el llamado líquido madre o aguas madre. La separación de los cristales del líquido madre se realiza por filtración. Una vez filtradas, las aguas madre pueden recuperarse y podemos esperar la cristalización de una cantidad adicional de producto si se elimina parcialmente el disolvente. También se pueden ocupar para realizar una CCF y comprobar el resultad de la crsitalización. Fundamento: •

Tipo de cristales que puede formar el producto.

•

Pureza de los cristales.

•

Equilibrio: Solubilidad (es la cantidad máxima, en gramos, de cualquier soluto que se puede disolver en 100 g de un disolvente a una temperatura dada) y sobresaturación de soluciones del soluto en agua u otro solvente.

•

Cinética: La velocidad a la que se originan (nucleación) y crecen los cristales en la solución.

•

Distribución de tamaños en poblaciones de los cristales.3

¿Qué características debe presentar el disolvente para la cristalización? 1. Debe de disolver el sólido a purificar en caliente (a la temperatura del punto de ebullición del disolvente).

2. Disolver muy bien o muy mal las impurezas para que puedan eliminarse al filtrar en caliente o quedar disueltas en las aguas madres, respectivamente. 3. No reaccionar con el compuesto a cristalizar. 4. Ser relativamente volátil con el fin de que los cristales obtenidos puedan secarse con facilidad. 5. No ser tóxico.1

Tabla 1. Disolventes más comunes para la cristalización de acuerdo a su punto de ebullición.

Los disolventes presentan una constante dieléctrica, que es una propiedad macroscópica, de un medio que es dieléctrico, es decir, que no posee conductividad eléctrica, por lo cual se tratan como aislantes de la electricidad, relacionado con la permisividad que tiene un medio a la electricidad. Cuando se quiere decir que una molécula es polar, es que tiene un elevado momento dipolar. Sin embargo, cuando se dice que un disolvente es polar, significa que tiene una elevada constante dieléctrica. En ocasiones la formación de los cristales no se da de manera “natural” por lo que hay que inducirla. Existen diferentes formas de hacerlo:   

Tallar con una espátula o una varilla de vidrio las paredes del matraz (en la interfase solución-aire) y luego enfriar el matraz en un baño de hielo-agua. Agregar cuerpos de ebullición y concentrar la solución, llevándola a ebullición para evaporar parte del disolvente. "Sembrar” algunos cristales de la sustancia pura, y repetir el procedimiento de tallar y enfriar.1

Cristalización por par de disolventes. Se usa cuando la sustancia a purificar es demasiado soluble en un disolvente y muy insoluble en otro para permitir la cristalización. Los dos solventes a utilizar deben ser completamente miscibles entre sí.

Se lleva a cabo cerca de los puntos de ebullición de la mezcla. Los pares de disolventes usados más comúnmente son los siguientes: Mejores pares de disolventes Alcohol-agua Alcohol-tolueno Tolueno-éter Acetona-éter Éter dietílico-pentano Ácido acético glacial-agua DMF-agua DMF-tolueno La forma en que se lleva a cabo es disolviendo el compuesto en el solvente en el cual es muy soluble para después agregar en calienten el solvente en el cual es escasamente soluble hasta que la solución se ponga turbia, en seguida, para despejar la turbidez se agrega un poco del primer disolvente y se deja enfriar a temperatura ambiente. Frecuentemente los productos orgánicos se colorean con impurezas que acompañan al producto crudo, estas impurezas se eliminan mediante un adsorbente, en un proceso de recristalización. Uno de los adsorbentes más común usado en la cristalización es el carbón activado, el cual, es un material en forma de polvo muy fino que presenta un área superficial excepcionalmente alta y se caracteriza porque contiene una gran cantidad de microporos.3 Es usado debido a que su capacidad de adsorción es muy elevada. También se usa como agente decolorante des sustancias puesto que retiene pequeñas partículas. Su uso se lleva a cabo agregando una pequeña cantidad de carbón a la solución, se calienta hasta ebullición y seguidamente se filtra por gravedad.1 Para conocer que tan pura es la sustancia obtenida por medio de la cristalización se le realizan pruebas de punto de ebullición. El rango de punto de fusión es la diferencia entre la temperatura a la cual se observa la primera gota de líquido y a la cual se convirtió completamente en líquido. Las impurezas presentes en el compuesto incrementan el rango de punto de fusión. El intervalo del rango del punto de fusión de un compuesto como criterio de pureza es de 5 °C.

Las formas de determinarlo es usando un tubo de Thiele o el aparato de FisherJhons. Tubo de Thiele. Se llena de un líquido cuyo punto de ebullición es elevado y se calienta. Su peculiar forma hace que las corrientes de convección formadas por el calentamiento, mantengan todo el tubo a temperatura constante.2

Aparato de Fisher-Jhons. Consta de una placa de aluminio calentada eléctricamente y unida a un termómetro con una escala que generalmente va de 0 a 300 ºC. La muestra se coloca en un cubreobjetos en la depresión de la placa de aluminio. La temperatura se regula por medio de un transformador variable, y la fusión del compuesto se observa con la ayuda de una lente de aumento (lupa) iluminada. 2 La última parte del proceso de cristalización es el secado del producto, las condiciones de secado del producto depende de la cantidad de producto, la naturaleza de solvente a remover y la sensibilidad del producto al calor y a la atmosfera. Las muestras cristalinas de compuestos estables húmedos con disolventes no tóxicos y volátiles a temperatura ambiente (como por ejemplo agua o etanol) se pueden secar al aire colocando los cristales entre hojas de papel desecante hasta que sólo queden trazas de disolvente (que se detecta por el olor o por el aspecto). Finalmente se acaban de secar en una estufa eléctrica a la temperatura adecuada.

Es frecuente, sobretodo en el caso de sustancias orgánicas, el secado a temperatura ambiente en desecadores de vacío y con la ayuda de agentes desecantes. Cuando se lleva a cabo el secado a vacío se usa un embudo especial, el embudo Büchner. La mezcla sólido-líquido se vierte a través de un papel filtro en un embudo Büchner. El sólido es atrapado por el papel filtro y el líquido es aspirado a través del embudo que luego cae en el matraz producto de la trampa de vacío. Un vacío en el matraz permite que la presión atmosférica en la mezcla sólido-líquido succione el líquido a través del papel de filtro. Reacción de síntesis de benzoína.

2 El benzaldehído no tiene hidrógenos , y por lo tanto no se dimeriza. El benzaldehído en disolución fuertemente básica, pasa por la reacción de Cannizzaro, dando alcohol bencílico y benzoato de sodio. Sin embargo, en presencia de iones cianuro, el benzaldehído realiza una sola reacción de condensación, llamada condensación benzoínica. El mecanismo completo para esta reacción se lleva a cabo en dos pasos: primero, la formación de cianohidrina y segundo el anión de la cianohidrina pasa por una adición nucleofílica a una segunda molécula de benzaldehído. La benzoína se utiliza como antiséptico, intermediario, catalizador para fotopolimerización y saborizante. 4

Esquema 1. Mecanismo de reacción de síntesis de benzoína.5

Hipótesis. Si se realiza adecuadamente el procedimiento para la síntesis de benzoína por medio de la técnica de cristalización se espera que al realizar la identificación del producto por medio de la CCF éste sea el esperado y obtener el mayor rendimiento experimental posible, es decir, obtener la mayor cantidad de benzoína posible en gramos. Objetivos.    

Conocer y aplicar la técnica de cristalización como método de separación y purificación de compuestos orgánicos. Llevar a cabo la reacción de síntesis de benzoína. Obtener cristales de benzoína. Identificar por medio de CCF el producto obtenido de la cristalización.

Variables.  

Variable independiente: reacción de síntesis de benzoína, cantidad de producto obtenido. Variable dependiente: esperar el tiempo suficiente para que las reacciones se den de manera completa, control de los precipitados obtenidos para evitar pérdidas, uniformidad en la preparación de una cromatoplaca.

Método. 1. Sintesís de benzoina a través de la condensación benzoinica. En un matraz para reflujo (dos bocas), se agregó 4 ml de benzaldehído y 8 ml de etanol, se preparó cianuro de potasio pesando 0.5 g y se disolvió en 3.5 ml de agua, esta solución se agregó al matraz que contenía benzaldehído y etanol, el matraz se equipó con un condensador de reflujo, al matraz se le aplico calor y agitación contante durante 2 horas, en seguida se colocó el matraz en un baño de hielo-agua, y se filtró a vacío, se dejó reposar por 2 semanas el filtrado, después se pesó la cantidad de cristales de benzoina (impura) obtenidos.

→ KCN

EtOH-H20

4 ml

39.2 mmol

Benzaldehido

0.5 g

7.67 mmol

KCN

8 ml

--------------

EtOH

3.5 ml

--------------

H2O

Mecanismo de reacción: Etapa 1. Adición del cianuro al carbonilo

Etapa 2. Protonación del grupo alcóxi

Etapa 3. Formación del enolato de nitrilo

Etapa 4. Ataque nucleófilo a una segunda molécula de aldehído

Etapa 5. Equilibrio ácido-base

Etapa 6. Eliminación de cianuro con formación de la benzoína

2. Purificación de la benzoína por cristalización.

Los cristales obtenidos en el paso anterior, se colocan en un matraz Erlenmeyer, se colocaron 25 ml de acetato, se calentó junto con agitación constante y se esperó a que se disolvieran completamente los cristales. Una vez disueltos los cristales se dejó enfriar a temperatura ambiente y enseguida se colocó el matraz en un baño de hielo-agua, los nuevos cristales formados, se le agregaron 20 ml de hexano, enseguida se filtró a vacío, se pesó la cantidad obtenida de cristales de benzoína. 3. Análisis de benzoína utilizando cromatografía en capa fina.

Precipitado después del enfriamiento.

Se prepararon tres placas cromatográficas con gel de sílice, y se activaron. Se colocaron 3 puntos de aplicación sobre la placa, el primer punto fue de ñas aguas madres obtenidas después del filtrado, el segundo punto de aplicación fue de los cristales de benzoina (pura) obtenida disolviéndola en etanol, el tercer punto de aplicación fue de la referencia de benzoína. Una vez aplicados los puntos, se colocó la placa cromatográfica en la cámara de elusión de hexano-acetato de etilo (7:3), se analizaron las placas con luz ultravioleta con una longitud de onda de 365 nm.

Placas cromatográficas con agua gadre, benzoína obtenida y benzoína de referencia.

Resultados. 

Peso de cristales de benzoína obtenidos a partir de benzaldehido.

Peso inicial del vaso de precipitado: 51.003 gramos. Peso de benzoína (impura) + vaso de precipitado: 54.348 gramos. Se obtuvieron 3.345 gramos de benzoína impura. 

Peso de cristales de benzoína “puros”.

Peso inicial del vaso de precipitado: 51.310 gramos. Peso de benzoína (pura) + vaso de precipitado: 53.949 gramos. Se obtuvieron 2.639 graamos de benzopina pura. 

Placas cromatográficas.

Primera placa: Relación de frente de la benzoína pura obtenida. 𝑅𝑓 = Segunda placa: Relación de frente de la benzoína pura obtenida. 𝑅𝑓 =

Referencias. 1. Furniss SB, Hannaford AJ, Smith PWG, Tatchell AR. Textbook o practical organic chemistry. 5th ed. Longman Scientific and Technical; 1989. 2. Determinación del punto de fusión de compuestos orgánicos 1. Internet. Disponible en: http://www.repositoriogeneral.unam.mx/app/webroot/digitalResourcesFiles/4 48/1340_2017-05-16_140505.782685/Capitulo_1_Corregido_100517.pdf 3. Operaciones básicas de laboratorio. Internet. citado 26 de mayo de 2018. Cristalización; 3 páginas. Disponible en: http://www.ub.edu/oblq/oblq%20castellano/precip_cristal.html 4. Sanabria T. R. Manual de prácticas de química orgánica III de química industrial. Internet. Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán : Departamento de ciencias químicas. citado 26 de mayo de 2018. Disponible en: http://asesorias.cuautitlan2.unam.mx/organica/calidadjs/Manuales/Pr%E1cti cas%20de%20Qu%EDmica%20Org%E1nica%20III%20QI.pdf 5. Sanabria R.C. Síntesis de benzoína. Momentos de ciencia. 2016. citado 26 de mayo de 2018. 6. R.Q. Brewster, C.A. VanderWerf, W.E. McEwen, "Curso Práctico de Química Orgánica", Alhambra, Madrid, 1982.