Reacción de CanizzaroReporte de la práctica X

Laboratorio de Química Aromática

Docentes:M en C. Isaac Espinosa Santana y Lic. en Q. Tzarina Salomon Shehin

Alumno:Ibal Rodríguez Carlos Alexis

Cuarto Semestre Grupo: 4° B

Turno Matutino 6 de mayo de 2014

Universidad Autónoma de Nayarit Unidad Académica de Ciencias Químico Biológicas y Farmacéuticas

Reacción de Canizzaro

Objetivo general

Obtener ácido benzoico a partir de la reacción oxidoreducción de un aldehído.

Fundamentos y antecedentes

La interacción de dos moléculas iguales para dar productos desiguales, tal como tiene lugar durante la reacción de Cannizzaro, es denominada reacción de dismutacion o desproporción. La reacción Cannizzaro es donde un aldehído se somete a un proceso de óxido reducción en presencia de una base por ejemplo: Hidróxido de Sodio. Esta reacción es característica de los aldehídos que posean hidrógenos en alfa. La mitad de las moléculas de aldehído se oxidan a ácido a expensas de que la otra mitad que se reduzcan hasta alcoholes. Por citar un ejemplo, el alcohol bencílico y el benzoato de sodio se producen a partir del benzaldehído.

Ilustración de la reacción de Canizzaro

La reacción se da cuando se calienta el aldehído con la base. Puesto que la reacción se da en disolución básica, los productos contienen la sal del ácido correspondiente pero no el ácido libre.

Se le da muy poco uso pero es de interés en el sector biológico debido a que sirve como analogía sencilla de laboratorio de la ruta biológica importante por la cual ocurren reducciones sobre grupos carbonilos en los organismos vivos.

Material

1 agitador 1 embudo de extracción

1 embudo buckner 1 matraz kitasato

1 probeta graduada 50 mL 2 pinzas de 3 dedos

1 mechero 1 soporte universal

1 termómetro 2 vaso precipitado 50 mL

1 vidrio reloj

Reactivos 5 mL benzaldehído

Nombre: Ácido clorhídricoFórmula: HCl Masa atómica: 36 gr/mol P. de Ebullición: 48 °C P. de Fusión: -26

°CCantidad: 10 ml Densidad: 1.12 gr/ml Peligrosidad

3 0 1 CORRPropiedades físicas y químicas: En condiciones normales, es un gas amarillo, corrosivo y no inflamable. Tiene un pH entre 1 y 3. Es usado como reactivo químico, se disocia en disolución acuosa. Es un ácido monoprótico, es decir, libera un ión de H+.

Riesgos y toxicidad: Es muy irritante y corrosivo en cualquier tejido. A bajos exposiciones provoca irritación en garganta, estrechamiento de bronquiolos.

Nombre: BenzaldehídoFórmula: C7H6O Masa atómica: 106.121 gr/mol P. de Ebullición: 178.1

°CP. de Fusión: -26°C

Cantidad: 5 ml Densidad: 1.04 gr/ml Peligrosidad2 2 1

Propiedades físicas y químicas:Es un anillo aromático con un sustituyente aldehído. Es un líquido incoloro, con olor a almendras. Se obtiene de varios procesos como la cloración u oxidación del tolueno. Al oxidarse se convierte en ácido benzoico.

Riesgos y toxicidad: El reactivo se debe someter a una temperatura moderada, ya que su naturaleza exotérmica genera explosión con el ambiente. Puede generar irritación ocular, en el área tracto respiratorio y también dérmica. No reacciona con agua pero si con disolventes orgánicos y es muy volátil.

Nombre: Sulfato de SodioFórmula: Na2SO4 Masa atómica: 142.04 gr/mol P. de Ebullición: 1429

°CP. de Fusión: 884 °C

Cantidad: 10 g Densidad: 2.664 gr/ml Peligrosidad2 0 1 R/H20

Propiedades físicas y químicas: Es una sustancia incolora, cristalina con buena solubilidad en el agua mala en disolventes orgánicos.

Riesgos y toxicidad: No es inflamable ni explosivo. Si se ingiere, puede llegar a ser tóxico, y causar indigestión.

Nombre: Hidróxido de sodioFórmula: NaOH Masa atómica: 39.99 gr/mol P Ebullición: 1390 °C P Fusión: 318 °CCantidad: 4.5 grs Densidad: 2.1 gr/mL Peligrosidad

3 0 1 R/H20Propiedades físicas y químicas: Es un sólido blanco, no tiene olor, absorbe la humedad del aire. Es una sustancia manufacturada. Cuando pasa a disolverse en agua o se neutraliza con un ácido, libera una calor capaz de encender materiales combustibles.

Riesgos y toxicidad: Es muy corrosivo. No es inflamable, pero si se encuentra en contacto con materiales combustibles, puede causar explosiones. Es un irritante ocular y de tejidos. Su inhalación de polvo o neblina provoca irritación o daño en el tracto respiratorio. Es necesario equipo especial debido a su toxicidad.

Nombre: ÉterFórmula: (R-O-R¨), posiblemente C4H10O

Masa atómica: 74.12 gr/mol P Ebullición: 34.6 °C P Fusión: -116°C

50 ml Densidad: 7.13 gr/ml Peligrosidad2 4 1 S/R

Propiedades físicas y químicas. Es un líquido de olor característico, es menos denso que el agua e insoluble en ella. Sus vapores son más densos que el aire, tiende a generar peróxidos en presencia de luz y aire, por lo que puede estabilizarse con limaduras de hierro, naftoles o aminas aromática.

Riesgos y toxicidad: Es un líquido inflamable, muy volátil, tiende a forma peróxidos explosivos. Es moderadamente tóxico, causa síntomas de narcosis y anestesia, no sufre cambios químicos en el cuerpo. Irrita levemente la piel, produciendo dermatititis, resequedad, también es un irritante ocular.

Procedimiento

En un vaso de precipitado mezclar 5 mL de benzaldehído con 4.5 g de NaOH previamente disueltos en 5 mL de agua. Agitar hasta que se forme una emulsión estable (aproximadamente 5 minutos) y continuar la agitación hasta la aparición de una masa sólida.

Adicionar al producto 50 mL de agua, verter la solución a un embudo de separación y extraer con 50 mL de Et2O.

Separar la fase orgánica de la acuosa y la fase orgánica secarla sobre Na2SO4 anhidro.

Decantar la fase orgánica y evaporar el disolvente (éter). Medir el producto (alcohol bencílico).

Colocar fase acuosa del punto 3 en un baño de hielo y adicionar HCl conc. Hasta precipitar por completo el producto (ácido benzoico).

Filtrar con vacio el producto obtenido y recristalizarlo en la mínima cantidad de agua caliente y luego dejándolo enfriar para su precipitación. Filtrar de nuevo el producto, secar y pesar para calcular el rendimiento.

Determinar el punto de fusión del ácido benzoico obtenido.

Blbliografía

Macy, R. (2005). Química orgánica simplificada. España: Editorial Reverté. Págs. 294-295.

McMurry, J. (2012). Química orgánica. Octava edición. México: Cengage Learning. Págs. 750-752.

Klages, F. (2006). Tratado de química orgánica. Tomo 1, parte 2. España: Editorial Reverté. Pág. 871.

Observaciones

Al iniciar la práctica, se mezclaron, en un vaso de precipitado, 4.5 g de NaOH, junto con 5 mL de benzaldehído y 5 mL de agua, esta mezcla se agitó durante cinco minutos observando la formación de un sólido transblanquecino, de aroma dulce, al cual se le agregó 50 mL de agua, pasándose a un embudo de separación, generando un coloide sólido suspendido, a esta mezcla se le agregó a su vez éter etílico (50mL), después la mezcla se agitó, procurando liberar el gas contenido en el interior, posteriormente la muestra se dejó reposar, observando una separación de dos fases, una fase orgánica y superior que contenía el éter y una fase líquida que se encontraba al fondo del embudo.

Primero se recogió la fase inferior liquida, la cual se colocó en un baño de hielo y se le agregó 10 mL de HCl obteniendo un precipitado sólido de color blanco cristalino, este compuesto se filtró al vacío, recogiendo la parte liquida, la cual se recristalizo usando agua caliente y posteriormente agregando agua fría y volviendo a filtrar al vacio, pero esta vez recogiendo la parte solida del compuesto que se encontraba en un papel filtro, previamente pesado (1.0124 gr), obteniendo un peso total de 1.2208 grs.

Por otra parte, la fase orgánica de la mezcla, contenida en el embudo y separada anteriormente, también se recogió en otro vaso de precipitado, al cual se le agregó Na2SO4 anhidro, después se pasó el líquido a otro vaso de precipitado, pesado anteriormente (49.8870 gr), dejando restos sólidos de Na2SO4

anhidro en las paredes del vaso, por otro lado, el vaso que contenía el líquido a analizar se pasó a un baño maría, hasta la evaporación de la mayor parte del compuesto, obteniendo un peso total de 52.3007 gr.

Resultados

Al inicio de esta práctica se hizo reaccionar NaOH y benzaldehído, esto para formar dos productos, uno con ácido benzoico y otro con alcohol bencílico, estos compuestos pueden separarse a pesar de formarse del mismo compuesto, ya que el alcohol bencílico puede fácilmente mezclarse en éter, mientras que el ácido benzoico tiene buena solubilidad en agua caliente o disolventes orgánicos.

Para este caso, el éter tiene un menor punto de ebullición que el alcohol bencílico (205 ºC), pr tanto el calentarlo a baño maría permite evaporar el éter, por otro lado el ácido tuvo que ser filtrado de agua para eliminar los residuos.

Para calcular la cantidad de ácido benzoico y de alcohol bencílico obtenida, primero se debe determinar la cantidad de moles del reactivo limitante, ya que este es quien dará la cantidad de moles obtenidos.

Βenzaldehido NaOHAcido benzoico

Alcohol bencílico

5 mL 4.5 gr X XEn este caso se tendrá que obtener el mol de los productos mediante la siguiente fórmula:

n= masapesomolecular

Al no obtener la masa de los reactivos, se tendrá que obtener a partir de esta fórmula:

m=( v )(ρ)

mbenzaldehido=(5ml )( 1.04 gml )=5.2g

Una vez hecho esto se obtiene los moles de cada reactivo:

nbenzaldehido=5.2g

106.121g /mol=0.0490mol nNaOH=

4.5 g40g /mol

=0.1125mol

Entonces tomaremos al benzaldehido como nuestro reactivo limitante, ya que, al tener menor número de moles, no se podrá formar más moles de los que se le permite la concentración de este compuesto, no obstante, en este caso en particular, aparecen dos productos del mismo benzaldehído, por lo cual debemos repartir la cantidad de moles de benzaldehído en proporciones 50:50, ya que por cada mol formado de ácido benzoico se forma un mol de alcohol bencílico

Βenzaldehido NaOHAcido benzoico

Alcohol bencílico

0.0490 mol0.1125 mol

0.0245 0.0245

Entonces, podemos obtener la cantidad de ácido benzoico teórica, formada, mediante la siguiente fórmula:

n= masapesomolecular

m=(0.0245mol )(122.12gmol )=3.00g deacidobenzoico

Mientras que la cantidad de alcohol bencílico teórica, se obtiene de la siguiente manera:

m=(0.0245mol )(108.14gmol )=2.64 g dealcoholbencilico

Una vez obtenida la cantidad de los especímenes obtenidos, procedemos a obtener el rendimiento obtenido, mediante una regla de tres, con base en los rendimientos teórico y real obtenidos durante esta práctica.

% rendimiento=( 2.64 g2.4137 g )(100 %

x )= (2.7431 g )(100 % )2.64 g

= 91.43% de alcohol

bencílico

% rendimiento=( 3.00g0.2084 g )( 100 %

x )= (0.2084 g )(100 % )3.00 g

= 6.82% de ácido

benzoico

Conclusión

En esta práctica, a diferencia de otras prácticas realizadas anteriormente, a través del mismo procedimiento se obtuvieron 2 productos diferentes, sin embargo, la obtención de ambos productos no fueron equitativas ya que por una parte se obtuvo 91.43% de alcohol bencílico y por otro lado se obtuvo solo 6.82% de ácido benzoico, esto pudo deberse a que el ácido benzoico tiene poca afinidad por el agua fría, es decir que pudo haberse perdido rendimiento al no usar agua caliente desde el principio en el embudo de separación.

Por otro lado, ambos productos son utilizados en la industria, por un lado el ácido benzoico es utilizado en productos enlatados como persevante, y por otro lado el alcohol bencílico que es utilizado en formulaciones farmacéuticas, por lo que es indispensable el conocer su preparación, ya que, como químicos, debemos manipular la materia para obtener productos necesarios.

Cuestionario1. Dibuje el mecanismo de la reacción.

La reacción ocurre por tratamiento con una base fuerte, donde dos moléculas de aldehído que no tiene hidrógenos en su carbono alfa sufren una desprotonación, dando una reacción redox, donde una fue reducida a alcohol y otra oxidada a ácido carboxílico.

En la primera parte, ocurre una adición del ión hidróxilo del NaOH al carbónilo, el Na+ queda como electrófilo y queda el oxígeno del aldehído negativo, después se estabiliza el carbonilo, donde queda un grupo OH y un doble enlace de oxígeno, dejando un ácido carboxílico.

La otra molécula con la intervención del equilibrio ácido base, su oxígeno negativo se une a un H+, al igual que el carbonilo se estabiliza con H+, dando una molécula de alcohol.

2. En qué consiste la reacción de Canizzaro cruzada?

R= Esta reacción se efectúa entre dos aldehídos diferentes siempre que ninguno de ambos posean hidrógenos en posición alfa. Un ejemplo sería la utilización de

formaldehido, donde en reacción con otro aldehído sin átomos de hidrógeno en alfa se trata en condiciones de cannizaro, el formaldehído se oxida a formiato y el otro aldehído se reduce a alcohol neopentílico.

3. Describa la reacción de condensación aldólica.R= Es una reacción donde dos moléculas de un aldehído o cetona condensas entre sí, formando un compuesto aldol. Se realiza en medio básico a una temperatura baja. Ocurre con la formación de un enolato que ataca al carbonilo de otra molécula. Se forma un enlace entre el carbonilo de una molécula y el

carbono alfa de la otra.

La estructura sufre protonación proveniente de una molécula de agua, formando radicales hidroxilos.

La estructura formada es atacada por un nucleófilo carboxílico al segundo carbono, queda negativo y libera agua, lo mismo ocurre con el siguiente, quedando un doble enlace entre ambos carbonos. Dejando como producto al aldol.

Aldehído Formaldehído Neopentílico Formiato Ác. Carboxílico

4. ¿Cómo convertiría el alcohol bencílico en acido benzoico?

R= El alcohol bencílico se somete a un equilibrio ácido base y esta reacción es reversible. El medio básico provocaría la desprotonación del grupo OH del alcohol, dejando su oxígeno negativo, este se estabiliza tras la salida de de los hidrógeno de su estructura, quedando el carbono con un electrón libre, y se uniría un grupo OH procedente del medio, dejando como producto el ácido benzoico.

5. Describa la síntesis de benzoato de bencilo a partir de benzaldehí do.

R= La producción de benzoato de bencilo a partir de benzaldehído ocurre en condiciones especiales como baja temperatura y ausencia de un exceso de álcalo, es explicada asumiendo que cuando los iones bencilóxido son formados en la solución básica, estos pueden ser reemplazados por hidróxilos.

Mezclar en un vp 5 mL de benzaldehído con 4.5 g de NaOH disueltos en 5 mL de agua. Agitar hasta la formación de una emulsión estable (por 5 minutos) y continuar hasta la aparición de una masa sólida.

Reacción de Canizzaro

Adicionar al producto 50 mL de agua y viértalo a un embudo de separación y extraer con 50 mL de Et2O.

Decante la fase formada y evapore el disolvente, mida el producto (alcohol bencílico).

Filtre con vacío el producto de la fase líquida y recristalice en agua caliente, deje enfriar para su precipitación. Filtre de nuevo, seque y pese para obtener rendimiento así como su punto de fusión.

Separe la fase orgánica de la acuosa y séquela sobre Na2SO4 anhidro.

Coloque la fase acuosa en un baño de hielo y adicione HCl conc. Hasta precipitar el producto (ácido benzoico)