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PRÁCTICA 1 OBTENCION DE BENZOINA A PARTIR DE BENZALDEHIDO Introducción El grupo carbonilo caracterizado por un doble enlace carbono-oxígeno se encuentra presente en una variedad de grupos funcionales entre los cuales se cuentan los aldehídos y cetonas. La reactividad de los aldehídos y cetonas se origina esencialmente en la estructura del grupo carbonilo que al estar constituido por un enlace polar se comporta como electrófilo en el núcleo de carbono con carga parcial positiva. La insaturación en el enlace carbono-oxígeno unida a la mencionada polaridad del enlace permite la adición de un nucleófilo. Entre los compuestos carbonílicos, los aldehídos y cetonas se comportan químicamente de manera similar y por ello se estudian de manera paralela. El benzaldehído no tiene hidrógenos α, y por lo tanto no se dimeriza (condensación aldólica- Aldehídos y cetonas condensan en medios básicos formando aldoles). El benzaldehído en solución fuertemente básica, como otros aldehídos que carecen de hidrógenos α, pasa por la reacción de Cannizzaro, dando alcohol bencílico y benzoato de sodio. Sin embargo en presencia de iones cianuro, el benzaldehído sufre una única reacción de condensación, llamada condensación benzoínica, de la que se obtiene una α-hidroxicetona llamada benzoína. El mecanismo completo para esta reacción se lleva a cabo en dos pasos: primero, la formación de la cianohidrina y segundo, el anión de la cianohidrina sufre una adición nucleofílica a una segunda molécula de benzaldehído. La benzoína se utiliza como antiséptico, intermediario, catalizador para foto polimerización y saborizantes. ACTIVIDADES PREVIAS ¿Qué son las reacciones de condensación? En química orgánica, se conoce como reacciones de condensación a aquellas que se llevan a cabo entre dos compuestos, los cuales tienen el grupo funcional carbonilo dentro de su estructura ( C=O). En este tipo de reacciones esta involucrada una combinación de dos procesos, una adición nucleofílica y una sustitución. En estas, un reactante ( el nucleófilo) es convertido a su ion enolato y sufre una sustitución por reaccionar con el otro reactante, el cual sufre una reacción de adición. Todas las formas de compuestos que contienen dentro de su estructura química a grupos funcionales carbonilo pueden sufrir reacciones de condensación. Entre ellos podemos mencionar a aldehídos, cetonas, esteres, amidas, anhídridos, tiol esteres y nitrilos. Es por eso, que las reacciones de condensación se pueden clasificar en varios tipos, en función del tipo de compuesto carbonílico que este involucrado. CONDENSACIÓN ALDÓLICA. CONDENSACIÓN ALDÓLICA CATALIZADA POR BASE CONDENSACIÓN ALDÓLICA CATALIZADA POR ÁCIDO. CONDENSACIÓN BENZOICA Carbanión Un carbanión es un anión de un compuesto orgánico donde la carga negativa recae sobre un átomo de carbono. Un carbanión, dada su carga negativa, es un nucleófilo. Por tanto al reaccionar con carbonos electrófilos formará nuevos enlaces C-C. Un carbanión es un importante intermedio de reacción. Lo podemos encontrar por ejemplo en la reacción de Michael o en la química organometálica en la reacción de Grignard o en los compuestos de alquil-litio (u organolíticos). Mecanismo de reacción La condensación benzoínica genera a-hidroxicetonas a partir de aldehídos aromáticos por tratamiento con cianuro de sodio o cianuro de potasio Mecanismo: 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 Diagrama de bloques Tabla de comprensión (reactivos y productos) Propiedades Benzaldehído Alcohol etílico Cianuro de potasio Benzoína Formula quimica C6H5CHO C2H5OH KCN C14H12O2 Peso molecular 106.13 g/mol 46.07 g/mol 65.12 g/mol 212.24 g/mol Cantidad utilizada 1.6 ml 6 ml 0.2 gr A obtener Estado físico Líquido incoloro, olor característico a almendras Liquido incoloro Solido blanco cristalino Solido blanco Densidad 1041.5 kg/m³; 1.0415 g/cm³ 789 kg/m³; 0.789 g/cm³ 1520 kg/m³; 1.520 g/cm³ 1301 kg/m³; 1,310 g/cm³ Reactivo limitante - - X - Reactivo en exceso X - - - Solubilidad Poco soluble en agua, pero miscible en alcohol Miscible en agua Soluble en agua 71.6 g/ml a 25 °C 0.3 g/l Punto de ebullición 178.1 °C 78 °C 1625 °C 344 °C Punto de fusión -26 °C -114 °C 634 °C 133 °C Toxicidad efectos irritantes, Insuficiencia respiratoria, Dermatitis, Somnolencia, Vértigo, Inconsciencia, narcosis, Dolor de cabeza, Convulsiones Afectación al sistema nervioso central. - DL50 Rata 10000 mg/kg Rombo de seguridad CÁLCULOS Benzaldehído Ρ= 1.0415g/ml V= 8ml ρ=m v Despejando m tenemos m=ρ*V m=(1.0415g/ml) * (8ml) = 8.33gr de benzaldehído Calculo de gramos teóricos de benzoína PMbenzoína =182.21gr 2 moles Benzaldehído → 1 mol Benzoína mBenzoina= mBenzaldehido∗PM Benzoina PM Benzaldehido mBenzoina=8.33 gr∗182.21 106.12∗2moles =7.15Gr Calculo de eficiencia Practico=4.2 gr %n=Practico Teorico ∗100 %n= 4.2 7.15 ∗100 %n=58.74% Observaciones: Por lo que pude observar en el video mostrado de esta práctica fue lo siguiente: La ebullición se llevó a 79°C aproximadamente en lo que se estabilizaba la temperatura de la parrilla electrica (por el punto de ebullición del etanol) Esta mezcla tomo un color amarillento transparente Justo después de aparecer la 1ra gota de evaporado la mezcla se llevó a baño helado para lograr el precipitado de la benzoína, y asi cambie su estructura molecular de liquida a solida El cristalizado de la benzoína se logró porque el etanol se enfrió y la benzoiína solo es soluble en etanol caliente. Se filtró la mezcla para separar el precipitado y se le aplicaron enjuagues de agua, esto fue para retirar el exceso de cianuro. Después de secar el producto tomo color rosa muy tenue, casi blanco. Posteriormente la profesora nos comentó que se haría una purificación para limpiar todo el benzaldehído Cuestionario 1. Escribir las reacciones que se llevan a cabo Reacción global: Mecanismo a) Adición nucleofílica del ion cianuro al carbono carboxílico de una molécula de aldehído para formar la cianhidrina correspondiente b) El hidrógeno del carbono alfa, en relación con el grupo ciano, es lo suficientemente ácido para separarlo con una base, formándose así el correspondiente carbanión c) El carbanión estabilizado por resonancia, reacciona con otra molécula de benzaldehído a través de un ataque nucleofílico al grupo carbonilo para formar un cianodiol. d) Debido a la presencia del ión alcóxido formado en el cianodiol y al medio acuoso, se llevan a cabo los equilibrios acido-base siguientes e) La eliminación del ión cianuro produce la benzoína o aciloína y se regenera el catalizador 2._ Mencionar usos más importantes del detergente sintético. Los detergentes sintéticos son muy útiles debido que tienen una acción surfactante que otros detergentes obtenidos mediante saponificación no poseen. Estos detergentes sintéticos poseen agentes surfactantes que ayudan a la penetración, emulsificación, dispersión, solubilización y formación de espuma, aparentemente en mejor calidad. Con todo esto los detergentes sintéticos remueven con mayor facilidad los agentes que son difícilmente limpiados con detergentes comunes o jabones. Conclusiones El benzaldehído se logró hacer reaccionar mediante una condensación a benzoína. La palabra condensación se refiere al efecto que tiene el mecanismo de reacción de disminuir en espacio, hablando a nivel molecular, las dos moléculas de benzaldehído que inicialmente se tienen para formar la benzoína. Esto es también promovido a ladeficiencia de carbones alfa en la estructura del benzaldehído, pues al generarse el carbanión en el único carbón del benzaldehído debido al ataque de una base, este anión tiene la única posibilidad de atacar al grupo carbonilo de una molécula de benzaldehído que esta vez es parcialmente positivo. Finalmente se agregan protones a la molécula para balancear las cargas y se retira el ión ciano para obtener la benzoína. La purificación ideal para este producto es la recristalización pues el solvente se puede retirar con facilidad, dejando un producto en forma de cristales. En la práctica realizada el benzaldehído actuó como electrófilo en la reacción para que a partir del KCN se formara el ión cianuro que tomó el papel de nucleófilo y dio lugar a la formación de un carbanión en la molécula del benzaldehído, el cual atacará después al grupo carbonilo de otra molécula de benzaldehído. Al hidrolizarse la molécula se formó un alcohol en un carbono, al tiempo en el que en el otro carbono sale el ion cianuro dando lugar a la formación de un doble enlace hacia el oxígeno. Por lo cual al no haber hidrógenos alfa, el benzaldehído no puede presentar condensación aldólica por sí mismo sin la ayuda de algún otro agente.
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