Instituto Politécnico NacionalEscuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

Departamento de Química Orgánica y Polímeros

LABORATORIO DE

QUIMICA ORGANICA II

Práctica No. 7

OBTENCIÓN DE ÁCIDO BENZOICO POR RECATIVO DE GRIGNARD

ALUMNO:Andrés Varela Pedraza

MAESTRA:Apolonia Murillo Villagrana

GRUPO:4IM5

OBJETIVOS:

1. Establecer la importancia del estudio del ácido benzoico en la química orgánica, con respecto a su obtención.2. Conocer las aplicaciones del ácido benzoico a nivel industrial.3. Establecer la importancia del ácido benzoico mediante la síntesis del reactivo de Grignard.4. Ejemplificar el estudio de la síntesis del reactivo de Grignard.5. Obtener el ácido benzoico.6. Conocer los tipos de reacciones que se presentan durante el desarrollo de la síntesis.7. Realizar otro tipo de reacciones que impliquen reactivo de Grignard de tipo específico de diferentes productos orgánicos.8. Establecer los parámetros de control e indicios de reacción y las operaciones que se realizan para la síntesis del producto.9. Manejar equipo semi-micro, usado en esta y las demás prácticas.10. Identificar el producto obtenido mediante pruebas específicas como el IR.

ALCANCES:

1. Lograr los objetivos de la práctica.2. Establecer los métodos de obtención del ácido benzoico y sus mecanismos.3. Reconocer los tipos de reacciones orgánicas que se llevan a cabo en la síntesis.4. Definir el concepto de reactivo de Grignard en química orgánica.5. Establecer las principales propiedades del ácido benzoico.6. Conocer las aplicaciones que tiene el ácido benzoico.7. Hacer las implementaciones de los procesos a seguir teórico-prácticos para la implementación de la práctica.8. Manejar correctamente el material empleado en la práctica.9. Aprender a observar y analizar las reacciones llevadas a cabo en la experimentación.10. Mejorar el trabajo en equipo durante la práctica mediante la distribución del trabajo para así realizar una buena experimentación.

METAS

1. Desarrollar la práctica en base a la bitácora.2. Hacer la investigación bibliográfica.3. Resolver el cuestionario de la práctica.4. Elaborar el diagrama de bloques del proceso a seguir en la síntesis del reactivo de Grignard.5. Establecer los parámetros de control e indicios de reacción de la práctica.6. Establecer el quipo básico fundamental para la realización de la práctica.7. Conocer los reactivos empleados durante la práctica.

8. Analizar los pasos llevados a cabo en la práctica e identificar aquellos errores que pudieron presentarse.9. Reunir los resultados obtenidos para reportar la práctica.10. Establecer una conclusión en base a los objetivos, alcances y metas establecidos.

INVESTIGACIÓN BIBLIOGRÁFICA

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 haluro. Sin duda, los reactivos de Grignard son unos de los más importantes y versátiles en química orgánica debido a su rápida reacción con electrófilos, como por ejemplo el grupo carbonilo. Son importantes para la formación de enlaces de carbono-carbono, carbono-fósforo, carbono-estaño, carbono-silicio, carbono-boro y otros enlaces carbono-heteroátomo. Por el descubrimiento de estos reactivos y sus reacciones, Victor Grignard recibió el premio Nobel de Química en 1912.

La reacción de Grignard generalizada:

donde R1 = grupo orgánico alquilo o arilo

Los reactivos de Grignard se sintetizan a partir de un grupo alquilo o arilo halogenado al reaccionar con Magnesio en presencia de un éter anhídrido (seco):

RBr + Mg → RMgBr

Por ejemplo:

CH3CH2Br + Mg → CH3CH2MgBr (bromuro de etil magnesio)

Método experimental general:

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). 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.

En sentido formal, puede considerarse que un reactivo de Grignard es un anión de carbono o carboanión; es decir, la sal de magnesio de un hidrocarburo ácido. Sin embargo es más exacto considerar que los reactivos de Grignard contienen un enlace C-Mg covalente altamente polar, y no un enlace iónico entre C- y +MgX.

Carbonatación

La carbonatación es una reacción química en la que el hidróxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono y forma carbonato cálcico insoluble:

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

Ácido Benzoico

El ácido benzoico es un ácido carboxílico aromático que tiene un grupo carboxilo unido a un anillo fenílico.

En condiciones normales se trata de un sólido incoloro con un ligero olor característico. Es poco soluble en agua fría pero tiene buena solubilidad en agua caliente o disolventes orgánicos.

Síntesis

Se obtienen dos diferentes productos en 50% y 50% al ser sometido a una reacción de óxido-reducción. La síntesis más sencilla es tratar al benceno con una alquilación Friedel-Crafts con un halogenuro de metilo en AlCl3 para dar tolueno y posteriormente llevarlo a cabo con una oxidación con permanganato de potasio en medio ácido (KMnO4/ H+). El producto será ácido benzoico.

Reacciones

Por encima de los 390 °C se descompone en dióxido de carbono y benceno en una reacción de descarboxilación. Esta reacción se ha utilizado antiguamente para obtener muestras de benceno muy puro.

En presencia de pentacloruro de fósforo (PCl5) o cloruro de tionilo (SOCl2) se transforma en el cloruro de bencilo (C6H5CH2Cl) que se utiliza a menudo como derivado activado en la formación de los ésteres.

El calor de combustión del ácido benzoico es de -766 Kcal.

REACCIÓN GLOBAL

MECANISMO DE REACCIÓN

I.)

II.)

III.)

IV.)

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

I.) Proceso de Preparación de Reactivos (material en condiciones anhidras)

1g de Mg°

Anhidro

30 ml de éter

anhídrido

0.7g de I2

6ml bromobenceno +15ml éter

anhidro

II.) Proceso de Síntesis del Reactivo de Grignard.

1. Ensamblar el equipo para reflujo

2. Calentar agua en la parrilla a temperatura de ebullición del Éter.

3. Adicionar por 15 a 20 min. El bromobenceno/éter.

4. Mantener a reflujo del éter (a baño maría) hasta total disolución del Mg°.

5. Llevar a agitación manual, constante y vigorosa, con cuidado.

III.) Proceso de Carbonatación.

6. Desamblar el equipo

7. Vaciar el Bromuro de Fenil Magnesio a un vaso seco con 10gr de hielo seco triturado.

8. Agitar constantemente hasta total disolución.

9. Se forma una mezcla de aspecto “chicloso” color BLANCO.

IV.) Proceso de hidrólisis del complejo organometálico.

10. Agregar 50gr o 50ml de hielo/agua.

11. Agregar 15ml de HCl.

12. Agitación constante vigorosa hasta total disolución.

V.) Proceso de Separación del Producto.

13. Adicionar 12ml de NaOH al 5%, agitar y hacer dos extracciones del producto con 12ml de éter, cada una + 5ml H2O.

14. Hacer la precipitación del producto con HCl concentrado (10ml).

15. Si es necesario, repetir punto 14.

16. Filtrar.

17. Si es necesario, repetir punto 14.

18. Colocar el papel filtro en el gerber.

VI.) Proceso de Identificación del Producto.

…

…

PARÁMETROS DE CONTROL DE LA PRÁCTICA

TIEMPO PARÁMETROS DE CONTROL INDICIOS DE REACCIÓN

10:38 Proceso de preparación de reactivosInstrumentos y reactivos en

condiciones anhidras.

10:43Adición del éter anhidro, torno a un café muy

oscuro.Reacción del Eter y el Mg, gracias al

yodo.

10:47 Se calienta el agua La reacción de solvatación continua

10:57 Se pone el baño maría --------

11:00 Se empieza a agregar el bromo benceno, cambio de color, T=48°

Proceso de Síntesis del Reactivo de Grignard

11:03 Se agrega Bromobenceno por 15min T=34° Continúa la reacción.

11:11Agitación constante y vigorosa, con cuidado

T=33°Agitación y temperatura para

acelerar la reacción

11:16 Se agrega la última parte del bromobenceno, T=33°, cambio a color verde oscuro

---------

11:26Agitación constante y vigorosa, vire de color

a tono blanquizco ---------

11:33 Continúa la agitación constante y vigorosa T=34°

----------

11:43 Se retira del equipo -----------

11:45 Se agrega hielo seco a la solución Proceso de carbonatación.

11:58 Se deja de agregar el hielo seco. ---------

12:02 Se agrega agua en hielo,Preparación para la reacción

endotérmica.

12:03 Después agregar el HCl, se puso espumoso Reacción Exotérmica

12:07 Agitación durante la hidrólisis Hidrólisis.

12:14 Se agrega NaOH -------

12:24 Se agregó más éter y agua para la extracción del producto

Proceso de separación

12:28 Segunda filtración --------

CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

Mg° Bromobenceno Yodo Éter CO2Ácido

Benzoico.PM

(g/mol)24.312 157.01 253.809 74 44 108.14

W (g) 1 ----- 0.7 ----- 10 ?V (ml) ----- 6 ----- 45 ----- -----

(g/ml) ----- 1.5 ----- 0.64 ----- -----

Cálculo del Reactivo Limitante y Reactivo en Exceso:

Mg° = (1g)(1 mol)/ 24.312g = 0.04113mol

Bromobenceno = (1.50g/ml)(6ml)(1mol)/ 157.01g = 0.0573mol

I2 = (0.7g)(1 mol)/ 253.809g = 0.00275mol

CO2 = (10g)(1 mol)/ 44g = 0.2272mol

Reactivo Limitante: Mg°

Reactivo en Exceso: Bromobenceno

Rendimiento Teórico:

η teórico = (0.04113mol Mg°)(1 mol Ác. Benzoico)/ 1 mol Mg° = 0. 04113

Para el rendimiento teórico se entregará posteriormente una hoja con este cálculo en particular debido a que se le dio un mayor tiempo de cristalización al producto por lo que no se cuenta con el dato, pues este aun no es pesado.

CUADRO DE COMPARACIÓN

Propiedades

Físicas

Reactivos Productos

ObservacionesMg° Bromobe

ncenoYodo Éter

Ácido Benzoi

coNaCl

Edo. Físico y

color

Metal casi duro color plata

Líquido incoloro,

olor a benceno

Sólido cristalino, brillo metálic

o

Líquido incolor

o, volátil

Sólido blanco,

olor picante

Solido cristalino o

polvo blanco

Reactivos y material en condiciones

anhidras

Peso molecular 24.312

157.01 253.809

Mezcla de

pentanos

122.13 58.44 +++++++

Punto de

Ebullición1100 156.1 184 30 249 +++++

Hace falta el punto de

ebullición del NaCl

Punto de

Fusión651 -30.6 113.5 ++++++ 121-

123804 ¿Punto de Fusión

del éter?

Densidad 1.738 1.50 4.13 0.640 1.321 1.20Densidades por arriba de la del

agua.

Solubilidad

Agua Insoluble Poco

Insoluble

Insoluble

Poco soluble

Fria y calient

e+++++++++++++

Solventes

En éter

Solns. orgánica

s

Éter, bencen

o acetona, CCl4

++++++Benceno, éter y CCl4

Etanol, glicerin

a

No es soluble éter en éter.

Toxicidad +++++Por

inhalación

Por ingestió

n.

Por ingestió

n e inhalaci

ón

Ingestión irrita los ojos

+++++

Se recomienda usar gogles para evitar accidentes

y cubre-bocas para evitar influenza.

USOS Y APLICACIONES DE LA PRÁCTICA.

El ácido benzoico es uno de los conservantes más empleados en todo el mundo. Se encuentra presente en forma natural en algunos vegetales, como la canela o las ciruelas por ejemplo.El ácido benzoico es especialmente eficaz en alimentos ácidos, y es un conservante barato, útil contra levaduras, bacterias (menos) y mohos. Sus principales inconvenientes son el que tiene un cierto sabor astringente poco agradable y su toxicidad, que aunque relativamente baja, es mayor que la de otros conservantes. En España se utiliza como conservante en bebidas refrescantes, zumos para uso industrial, algunos productos lácteos, en repostería y galletas, en algunas conservas vegetales, como el tomate o el pimiento envasados en grandes recipientes para uso de colectividades, mermeladas, crustáceos frescos o congelados, margarinas, salsas y otros productos.

CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es el objetivo principal de la práctica?

-La obtención del Ácido Benzoico.

2. ¿En qué condiciones se deben preparar los reactivos?

-Condiciones Anhidras.

3. ¿Cuáles son 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 haluro.

4. ¿Qué es la Carbonatación?

-La carbonatación es una reacción química en la que el hidróxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono y forma carbonato cálcico insoluble.

5. ¿Qué otra reacción se llevo a cabo durante la experimentación?

-Hidrólisis.

CONCLUSIONES

Se estableció la importancia del estudio del ácido benzoico dentro de la química orgánica, respecto a los diferentes métodos que se emplean para su obtención.

Se conocieron las diversas aplicaciones que tiene el ácido benzoico en la industria, principalmente como conservador de alimentos, de igual manera se conoció que este se encuentra presente también en estado natural, en algunas frutas y verduras.

Se estableció la importancia de la síntesis del reactivo Grignard para la obtención del ácido benzoico, pues en esta experimentación se tuvieron que manejar diversas condiciones.

Se obtuvo el ácido benzoico, aunque en cantidad mínima.Durante el desarrollo de la práctica se identificaron varias reacciones que se presentaron como la hidrólisis o la carbonatación, esto gracias a los indicios de reacción.Se utilizaron materiales con los cuales ya se está familiarizado trabajar aunque con la excepción de que en esta práctica tenían que estar estrictamente en condiciones anhidras.

OBSERVACIONES

Uno de los factores principales que determino el éxito o el fracaso de la práctica fueron las condiciones anhidras de material y reactivos. Sin embargo cabe mencionar que en el caso particular de nuestro equipo no logramos separar el producto, por lo que empleamos el método de cristalización, adicionando cierta cantidad de cristales previamente pesados para ayudar a reestructurar a nuestro producto, y posteriormente separa mediante una filtración y finalmente pesar nuestro producto obtenido.

BIBLIOGRAFÍA

http://es.wikipedia.org/wiki/Reactivo_de_Grignard

http://dta.utalca.cl/quimica/profesor/astudillo/Capitulos/capitulo16.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonataci%C3%B3n

http://milksci.unizar.es/adit/conser.html