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• Samuel Pedraza

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS ACADEMIA DE QUIMICA ORGANICA LABORATORIO DE QUIMICA DE LOS GRUPOS FUNCIONALES

PRACTICA Obtención del ácido benzoico por el reactivó de Grignard

INTEGRANTES Madera Pedraza Armando Samuel Hernández Solache Julio César Almazán Domínguez Carlos Arturo PROFESORA: ANA MARÍA FLORES DOMÍNGUEZ

GRUPO: 21V43 EQUIPO: 4

Miércoles 3 de junio de 2020

OBJETIVOS ESPECIFICOS: 1. Obtener el acido benzoico mediante la carbonatación del reactivo de Grignard 2. Preparar el reactivo de Grignard. 3. Aplicar este reactivo para la obtención de otro acido carboxílico. 4. Analizar e interpretar las etapas de la reacción de Grignard en el desarrollo de la práctica. 5. Identificar mediante pruebas específicas el producto obtenido.

ACTIVIDADES a) Métodos para la obtención de ácidos carboxílicos. El grupo carboxilo, es uno de los grupos funcionales más abundantes en química y bioquímica. No sólo los ácidos carboxílicos son importantes en sí mismos, sino el grupo carboxilo es el grupo del cual se deriva una gran familia de compuestos. Es una función de carbono primario. Se caracteriza por tener en el mismo carbono el grupo carbonilo y un oxhidrilo. Se nombran anteponiendo la palabra ácido y con el sufijo oico. Algunos de ellos son más conocidos por sus nombres comunes como el ácido fórmico (metanoico) y ácido acético (etanoico). 1. Oxidación de alcoholes primarios: La oxidación de alcoholes es una reacción orgánica importante. Los alcoholes primarios pueden ser oxidados a aldehídos o ácidos carboxílicos.

2. Ruptura oxidativa de alquenos con KMnO4 La reacción de un alqueno con KMnO4 en condiciones energéticas fuertes, produce una ruptura considerable de la molécula de alqueno, formando 2 moléculas de ácido.

3. Carbonatación del reactivo de Grignard. Cuando un reactivo de Grignard se le adiciona gas carbónico, se forma una sal la cual finalmente por hidratación se obtiene el ácido respectivo.

4. Hidrólisis de nitrilos El calentamiento de un nitrilo en medio ácido o básico, mediante hidrólisis forman ácidos carboxílicos.

5. Síntesis de A. Carboxílicos a partir de Esteres

6. Síntesis de A. Carboxílicos a partir de anhidridos.

7. Síntesis de A. Carboxílicos a partir de cloruros de acilo.

8.  Reacción de Cannizzaro Otro método de obtención muy utilizado es la reacción de cannizzaro.Un aldehído que no posea hidrógenos en alfa experimentará autooxidaciónreducción en presencia de álcalis concentrados para dar una mezcla equimoleculardel alcohol y de la sal correspondiente del ácido. Por ejemplo, el benzaldehídoproduce alcohol bencílico y benzoato sódico, en presencia de hidróxido de sodio.El mecanismo del proceso de oxidoreducción descrito implica la transferencia deion hidruro desde el intermedio de reacción, resultante del ataque del oxidrilo alcarbonilo, hasta una segunda molécula de aldehído.

b) Estudio del mecanismo de la formación del reactivo de Grignard. Los reactivos de Grignard son compuestos organometálicos de fórmula general R-Mg-X, donde R es un resto orgánico (alquílico o arílico) y X un halógeno. Los reactivos de Grignard son unos de los más importantes y versátiles en química orgánica debido a su rápida reacción con electrófilos. Los reactivos de Grignard se sintetizan a partir de un halogenuro de alquilo o arilo al reaccionar con magnesio en presencia de un éter anhidro (seco):

Para que esta reacción tenga éxito, tanto los reactivos como el material utilizado deben estar completamente secos, y trabajar en atmósfera inerte. Sobre un matraz se coloca magnesio en forma de virutas o limaduras y se cubre con unos pocos mililitros del disolvente (dietil éter o tetrahidrofurano, generalmente; otra alternativa es el 2-Metiltetrahidrofurano más benigno con el medio ambiente). Se añade una pequeña cantidad de activante (usualmente dibromoetano o yodo) y, una vez activada la superficie del magnesio mediante la aplicación de calor, se comienza a adicionar la disolución del compuesto halogenado correspondiente previamente disuelto. Suele ser necesario calentar hasta que la reacción finaliza. Por último sólo es necesario filtrar la disolución (siempre bajo atmósfera inerte). Para que tenga cierta estabilidad el reactivo de Grignard debe encontrarse solvatado. Esta reacción se lleva a cabo en disolventes nucleófilos que no tienen hidrógeno activo, como el éter dietílico anhidro o éteres superiores (dibutil éter, anisol, tetrahidrofurano), como se ha comentado anteriormente. Llevan cada uno dos pares de electrones libres, que compleja al magnesio y proporcionan la estabilidad necesaria cumpliendo la regla del octeto. Los compuestos de Grignard reaccionan con sustancias que tienen hidrógeno activo, como el agua, alcoholes, fenoles, ácidos carboxílicos, tioles o grupos amina. Esto se debe a que los compuestos de Grignard son fuertemente básicos. En la siguiente figura, el compuesto de Grignard se hidroliza, en contacto con agua, al alcano correspondiente y al hidróxido de haluro metálico (sal mixta):

La importancia de los compuestos de Grignard es que son muy buenos nucleófilos. Reaccionan con electrófilos, como cetonas, aldehídos, ésteres y nitrilos, produciendo un nuevo enlace carbono-carbono. Los compuestos de Grignard reaccionan con dióxido de carbono para formar sales de magnesio de ácidos carboxílicos. Del mismo modo, reaccionan con disulfuro de carbono. La hidrólisis de los productos de reacción con dióxido de carbono produce ácidos carboxílicos, R-CO2H o ácidos ditiocarboxílicos, R-CS2H. Los reactivos de Grignard reaccionan con una amplia variedad de compuestos carbonílicos. Aquí se muestra un esquema:

c) Carbonatación del reactivo de Grignard. La carbonatación de los reactivos de grignard y de los reactivos organoliticos es un método sintetico excelente para obtener acidos carboxílicos alifáticos y aromáticos. Cuando a un reactivo de Grignard se le adiciona gas carbónico. Se forma una sal del Magnesio, la cual finalmente por hidratación se obtiene el ácido respectivo.

d) Propiedades y condiciones de la reacción de carbonatación del reactivo de Grignard.  



El recipiente donde se llevará acabo la reacción debe estar completamente seco. El reactivo de Grignard debe ser agregado en el recipiente de forma lenta y constante hasta la disolución del CO2 agitando continuamente. Condiciones a temperatura y presión ambiente.

e) Propiedades y usos del ácido benzoico. Propiedades del ácido benzoico             

Peso molecular: 122,123 g/mol. Descripción física: Sólido o en forma de cristales escamosos, usualmente de color blanco, pero pueden presentar un color beige si alberga ciertas impurezas, con un ligero aroma a almendras Punto de ebullición: 480 º F a 760 mmHg (249 ºC). Punto de fusión: 252,3 º F (121,5 – 123,5 ºC). Punto de ignición: 250 ºF (121 ºC). Solubilidad en agua: 3,4 g/L a 25 ºC. Densidad: 1,316 g/mL a 82,4 º F, y 1,2659 g/mL a 15 ºC. Densidad del vapor: 4,21 (con relación al aire tomado como referencia = 1) Presión de vapor: 1 mmHg a 205 ºF y 7,0 x 10-4 mmHg a 25 ºC. Viscosidad: 1,26 cPoise a 130 ºC. pH: Alrededor de 4 en agua. Tensión superficial: 31 N/m a 130 ºC. pKa: 4,19 a 25 ºC. Usos El ácido benzoico es un compuesto aromático simple el cual se encuentra en el grupo carboxilo, por sus propiedades conservantes y antisépticas se emplean en una gran variedad de aplicaciones:



Como un preservante, se puede encontrar ácido benzoico en la cerveza, goma de mascar, dulces, helados, mermeladas, jaleas, cerezas marrasquino y margarina. En los alimentos procesados, como los quesos y las carnes, también se utiliza el ácido benzoico.



Por ser un agente antibacteriano y antifúngico, se aplica en la preparación de fármacos para infecciones de la piel y desinfectantes de heridas. En particular, sirve como tratamiento de Irritaciones dérmicas e inflamaciones por quemaduras, picaduras de insectos e infecciones micóticas.



La mayor parte de los cosméticos y productos farmacéuticos, entre ellos los lavados, cremas faciales enjuagues bucales, desodorantes, limpiadores corporales, pastas de dientes, lociones para después del afeitado y protectores solares, a menudo utilizan ácido benzoico como un preservante

DIAGRAMA DE FLUJO OBTENCIÓN DE ÁCIDO BENZÓICO POR REACTIVO DE GRIGNARD 2g Mg

20 ml éter etílico anhidro

PREPARACIÓN DE SOLUCIÓN DE Mg

Un cristal de yodo

20 ml éter etílico anhidro Agitación magnetica

FORMACIÓN DEL REACTIVO DE GRIGNARD

Preparación de solución de bromobenceno

Adición lenta

11 ml de bromobenceno

Adición lenta 20 g de CO2 solido

CARBONATACIÓN

Agitación 60 min a 70°c magnetica

1)25ml de éter etílico mezcla

2)25ml de éter etilico

100g de hielo MEZCLA 15ml HCl 1:1 HIDRÓLISIS Agitación

30ml etanol caliente

Filtración

Fase acuosa

Fase Orgánica LAVADO LAVADO (En el matraz)

1)10 ml agua fría 2)10 ml agua

Fase Orgánica

HCl 1:1 filtrado

SEPARACIÓN liquido -liquido

Recepción de extractiones

EXTRACCIÓN

1)25 ml NaOH al 5% 1)25 ml NaOH al 5%

(En baño de hielo) pp (Ac. Benzoico) Agua hirviendo

Purificación

ΔHR

Filtración

filtrado

filtrado enfriamiento Acido benzóico

Filtración secado

pp

DETERMINACION DEL DELTA H DE REACCION

ΔHR= negativo (Reacción exotermica)

Tabla de reactivos y productos Propiedades físicas y químicas.

Magnesio metálico (Mg)

Estado físico y color.

Blanco plateado y muy ligero.

Peso Molecular. Punto de ebullición. Punto de fusión. Densidad.

24.3 g/mol 1107 °C 650 °C 1.74 g/cm3 No soluble en agua

Solubilidad. Toxicidad.

Baja toxicidad y no considerado como peligroso para la salud.

Propiedades físicas y químicas. Edo. Físico y color.

Sólido negro, lustroso.

Peso Molecular.

126.904 g/mol.

Punto de ebullición. Punto de fusión. Densidad.

183 °C 113.7 °C 4.94 g/cm³

Solubilidad.

Poco soluble en líquidos no polares.

Toxicidad.

Es tóxico, y su vapor irrita los ojos y los pulmones.

Propiedades físicas y químicas Edo. Físico y color

Yodo (I)

Éter etílico ((C2H5)2O) Liquido incoloro.

Peso Molecular Punto de ebullición Punto de fusión Densidad Solubilidad

74.12 g/mol 34.6 °C No determinada 0.71 g/cm³ Soluble en agua a 20 °C

Toxicidad Propiedades físicas y químicas Edo. Físico y color Peso Molecular Punto de ebullición Punto de fusión Densidad

Muy toxico si es consumido oralmente. Bromobenceno (C6H5Br) Liquido e incoloro. 157.02 g/mol 157 °C -31 °C 1.469 g/cm³

Solubilidad

Soluble en agua.

Toxicidad Propiedades físicas y químicas

 Poco toxico, es más toxico para el ambiente.

Edo. Físico y color

Apariencia de agua congelada normal.

Peso Molecular

44.01 g/mol

Punto de ebullición

No determinado

Punto de fusión Densidad

-78.5 °C 1.54 g/cm³

Solubilidad

Soluble en agua.

Toxicidad

No toxico, pero si inflamable.

Propiedades físicas y químicas

Reactivo de Grignard (CH3MgI)

Edo. Físico y color

Liquido gris.

Peso Molecular Punto de ebullición Punto de fusión

166.2 g/mol 174 °C -40 °C

Densidad

0.95 g/cm³

Solubilidad

Insoluble en agua.

Toxicidad

Toxicidad agua.

Propiedades físicas y químicas Edo. Físico y color

Hielo seco (CO2--Solido)

Acido clorhídrico (HCl) Liquido incoloro.

Peso Molecular

34.46 g/mol

Punto de ebullición

48 °C

Punto de fusión

-26 °C

Densidad

1.12 g/cm³

Solubilidad

Muy soluble en agua.

Toxicidad

Altamente toxico.

Propiedades físicas y químicas Edo. Físico y color Peso Molecular

Ácido benzoico (C7H6O2) Solido blanco. 122.12 g/mol

Punto de ebullición

250 °C

Punto de fusión

122.3 °C

Densidad

1.32 g/cm³

Solubilidad

Soluble en agua.

Toxicidad Propiedades físicas y químicas

Puede producir alergias. Hidróxido de sodio (NaOH)

Edo. Físico y color

Cristales blancos.

Peso Molecular

39.99 g/mol

Punto de ebullición

1390 °C

Punto de fusión

318 °C

Densidad

2.1 g/cm³

Solubilidad

Soluble en agua.

Toxicidad

Si se ingiere puede producir intoxicación.

Rombos de seguridad Magnesio metálico (Mg)

Yodo (I)

Éter etílico ((C2H5)2O)

Bromobenceno (C6H5Br)

Hielo seco (CO2--Solido)

Reactivo de Grignard (CH3MgI)

Ácido clorhídrico (HCl)

Ácido benzoico (C7H6O2)

Hidróxido de sodio (NaOH)

CONCLUSIONES

Es importante cuando se trabaja o se realizan reacciones con el reactivo de Grignard tener presente que el magnesio debe de ser el reactivo limitante para qué este reaccione totalmente y solo quede una fase liquida y no sea necesario separar el magnesio solido que no reacciono e interfiera en posibles reacciones posteriores. Los reactivos de Grignard son unos de los más importantes y versátiles en química orgánica debido a su rápida reacción con electrófilos debido a que la función del magnesio es convertir al carbono con el que esta enlazado en un nucleófilo En la obtención del ácido benzoico es importante conocer la propiedad se las sales de estos ácidos cuya propiedad es que la sal sea soluble en agua pero el ácido carboxílico no lo que permite que la separación y la purificación se realice con mayor facilidad. Es importante conocer Las etapas de reacción para la obtención del ácido benzoico para saber en qué condiciones, especificaciones y precauciones tomar al momento de realizar las reacciones