309

REDUCCIÓN DE CETONAS: SÍNTESIS DE BENCIDROL

O

1. NaBH4 / MeOH2. HCl

OH

OBJETIVOS

1. Conocer la función de los reactivos NaBH4/CH3OH y HCl concentrado utilizados en la reducción de cetonas.

2. Escribir el mecanismo para esta reacción.

3. Entender las diferencias en selectividad/reactividad entre NaBH4 y LiAlH4.

4. Encontrar el porcentaje de rendimiento en la preparación de bencidrol. REACTIVOS

1. Benzofenona (Ph-CO-Ph): 1.0 g, pf= 46-49 oC, P.M.= 182.22 g/mol. 2. Metanol (MeOH): 10 mL, pe= 64.7 oC, d= 0.791 g/mL, P.M.= 32.04 g/mol. 3. Ácido clorhídrico (HCl conc.): 2.5 mL. 4. Borohidruro de sodio (NaBH4): 0.22 g, P.M.= 37.83 g/mol.

PRECAUCIONES

El HCl concentrado causa severas quemaduras al contacto con la piel. Los vapores también son irritantes. Utilice el extractor de vapores (hood) para hacer las transferencias. Limpie inmediatamente cualquier derrame. Para esto puede utilizar una solución acuosa de bicarbonato de sodio (NaHCO3 (ac)). El NaBH4 (borohidruro de sodio) es higroscópico (absorbe agua). Mantenga el frasco cerrado mientras no esté en uso. MeOH es TÓXICO. Evite el contacto con la piel. Disponga de los materiales en los envases provistos y apropiados.

310

INTRODUCCIÓN

Borohidruro de sodio (NaBH4) fue descubierto en 1943 por H. I. Schlesinger y H. C. Brown. NaBH4 es un agente reductor selectivo. En una solución de etanol o metanol puede reducir aldehídos y cetonas rápidamente a 25 oC y a ésteres en una forma BIEN LENTA (para efectos prácticos no reacciona con estos). Otros grupos funcionales como lo son los ácidos carboxílicos, epóxidos, lactonas, grupos nitro, nitrilos y amidas no reaccionan con NaBH4. El LiAlH4 es más reactivo (menos selectivo) que el NaBH4. El LAH (como es también conocido) reacciona con ácidos carboxílicos, epóxidos, lactonas, grupos nitro, nitrilos, amidas, etc. Borohidruro de sodio transfiere un ion hidruro (H-) por vía de una adición nucleofílica al carbono electro-deficiente de un carbonilo (aldehído y/ó cetona). El mecanismo para esta adición se cree ocurre a través de un estado de transición similar al que se ilustra a continuación (figura 1).

Figura 1: Mecanismo de adición nucleofílica de hidruro al carbonilo Este paso puede ocurrir en tres (3) ocasiones adicionales ya que el boro todavía tiene tres (3) hidruros (H-) que pueden reaccionar de igual forma. Una vez esto sucede, el complejo de boro y el exceso de NaBH4 presente puede ser descompuesto por H+ (figura 2).

R

C O

R '

B H

H H

H

- N a +

R

C O

R '

B H

H H

H

- N a +

R

C O

R '

B H

H H

H

- N a +

e s t a d o d e t r a n s i c i ó n

311

R CH

OR' (H)

BH

HH

-

Na+

3 RCOR' (H)R C

HO

R' (H)B-

Na+

4

H3O+R C

HOH

R' (H)4 + Na+H2BO3

-

Figura 2: Estequiometría de la reacción de reducción PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL En un vaso de precipitado (beaker) de 100 mL disuelva aproximadamente 1.0 g de benzofenona en 10 mL de metanol. En otro beaker pequeño prepare una solución de 0.22 g de borohidruro de sodio (NaBH4) en 3.3 mL de agua fría.

Añada la solución acuosa fría de borohidruro de sodio, gota a gota, a la solución de benzofenona. La temperatura no debe exceder los 45 oC. Agite continuamente mientras esté añadiendo la solución. Luego de esto continué agitando por 20 minutos adicionales hasta que comiencen a formarse cristales. De no observar la formación de cristales, consulte con su profesor, y siga el procedimiento como si se hubiesen formado.

Descomponga el exceso de NaBH4 añadiendo la mezcla a 22 g de hielo picado en

2.5 mL de HCl concentrado y agite (puede ocurrir efervescencia durante este paso). Filtre la solución por succión y lave el producto recuperado con dos (2) porciones de 20 mL cada una de agua fría. Recristalice el producto de la mínima cantidad necesaria de metanol. Otro solvente que se puede utilizar en la recristalización es hexano. Permita que el producto se seque hasta la próxima semana. Determine el peso del compuesto, su porciento de rendimiento, apariencia y su punto de fusión (68 oC).

312

INFORMACIÓN ESPECTROSCÓPICA

Espectro IR de benzofenona

TABLA DE INFRAROJO BENZOFENONA

GRUPO FUNCIONAL FRECUENCIA (cm-1) INF. ADICIONAL

313

Espectro IR de bencidrol

TABLA DE INFRAROJO BENCIDROL

GRUPO FUNCIONAL

FRECUENCIA (cm-1) INF. ADICIONAL

314

RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

7.30 7.20 7.10 7.00 6.90 6.80 6.70 6.60 6.50 6.40 6.30 6.20 6.10 6.00 5.90 5.80 5.70 5.600

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

5.72

6.18

7.15

7.15

7.16

7.17

7.18

7.24

7.287.28

7.30

7.30

7.31

OH

1H RMN de bencidrol

145 140 135 130 125 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 700

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

75.80

126.40

127.53

128.60

141.50

OH

13C RMN de bencidrol

315

145 140 135 130 125 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 700

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

75.6076.00

126.20

126.60128.40128.80

141.50

OH

“Off-resonance decoupled” 13C RMN de bencidrol

316

TABLA PARA INTERPRETACIÓN 1H RMN

COMPUESTO: BENCIDROL

DESPLAZAMIENTO QUÍMICO

MULTIPLICIDAD INTEGRACIÓN GRUPO

7.31 – 7.15 6.18 5.72

TABLA PARA INTERPRETACIÓN 13C RMN “Off-resonance decoupled”

COMPUESTO: BENCIDROL

DESPLAZAMIENTO

QUÍMICO MULTIPLICIDAD GRUPO COMENTARIO

141.50 128.60 127.63 126.40 75.80

317

REDUCCIÓN DE CETONAS: SÍNTESIS DE BENCIDROL

O

1. NaBH4 / MeOH2. HCl

OH

Pre-laboratorio Nombre: ____________________________________ Fecha: __________ Sección: __________

1. ¿Se podrá utilizar en principio LiAlH4 como agente reductor en este experimento? Explique.

2. ¿Cuál es más reactivo, NaBH4 ó LiAlH4? Explique.

318

3. ¿Cuál es la relación estequiométrica envuelta entre benzofenona y NaBH4? ¿Por

qué razón se utiliza un exceso de agente reductor (NaBH4) en la reacción? 4. Hidruro, ¿es un nucleófilo o es un electrófilo?

5. ¿Se podría utilizar LiAlH4 en vez de NaBH4, siendo metanol (MeOH) el solvente

de reacción?

319

REDUCCIÓN DE CETONAS: SÍNTESIS DE BENCIDROL

O

1. NaBH4 / MeOH2. HCl

OH

Informe de laboratorio Nombre: ____________________________________ Fecha: __________ Sección: __________

Resultados experimentales 1. Masa de benzofenona: __________________ 2. Masa de bencidrol: __________________ 3. Rendimiento teórico de bencidrol: ___________________ 4. Porciento de rendimiento de la reacción: ___________________ 5. Punto de fusión teórico de bencidrol: ___________________ 6. Punto de fusión experimental de bencidrol: __________________ 7. Apariencia de bencidrol: ___________________

320

Preguntas finales 1. Utilizando el espectro de IR, las tablas provistas y conociendo las estructuras

químicas de los distintos compuestos, indique cuales son los picos más importantes del espectro de IR de benzofenona y de bencidrol que esperaría observar.

2. Utilizando la tabla provista, identifique y asigne los picos del espectro de 1H RMN y de 13C RMN de bencidrol.

3. Indique al menos tres (3) métodos físicos o espectroscópicos que se pueden utilizar para diferenciar entre benzofenona y bencidrol. Explique cómo los diferenciaría.

4. ¿Cuál es el propósito de utilizar HCl al finalizar el periodo de reacción? ¿Qué

ventaja tiene el utilizar HCl en vez de agua?

321

5. ¿Cuáles son las impurezas más probables se puedan encontrar en el producto? ¿Cómo afectarán el punto de fusión? ¿Cómo afectarán el rendimiento? ¿Cómo se puede reducir su presencia en el producto final?

6. Complete las siguientes reacciones indicando los productos orgánicos. De haber

más de un producto, indique cual es el producto principal.

a.

b.

c.

d.

O

O M e

2 . H 3 O + 1 . N a B H 4 / M e O H

O

O M e 1 . L A H

2 . H 3 O +

O

H 1 . L A H

2 . H 3 O +

O

1 . L A H

2 . H 3 O +

322

e. Conclusión. En el espacio provisto a continuación discuta los aspectos más importantes encontrados en el presente experimento (no menos de 500 palabras)

O

H

2 . H 3 O + 1 . N a B D 4 / M e O H