REACCIÓN GLOBAL

O O

C-Cl C +

+ AlCl3 AlCl4

Tricloruro de

aluminio

O

O

C +

+

Benceno Ión Acilo Benzofenona

MECANISMO DE REACCIÓN

O

O

C-Cl

+

AlCl3

Tricloruro de aluminio

Benceno Cloruro de benzoilo Benzofenona

O O

C-Cl Cl

i) + AlCl3 |||| Cl ||||Al-Cl

Tricloruro de Cl

Aluminio Intermediario

O

+ +AlCl4 sal cuaternaria

O

C + H O O

ii) C H C

+ + +

Benceno Ión Acilo

H O O

iii) C

Cl

iv) H+ + |Cl-Al-Cl H-Cl|+ AlCl3

Cl

DIAGRAMA DE BLOQUES

Preparación de reactivos

Adición del benceno

1. Colocar en un matraz de fondo redondo ó plano previamente sumergido en un baño de agua helada, 5g de tricloruro de aluminio anhidro finamente pulverizado y 15 ml de benceno recién destilado.

2. Agregar lentamente, mediante el embudo de separación, 3.5ml de cloruro de benzoilo, agitando constantemente el sistema durante la adición.

3. Retirar el baño de agua helada y reflujar a baño maría durante 60 min, manteniendo la temperatura a 70°C .

4. Dejar enfriar la mezcla y transferirla a un matraz Erlenmeyer que contenga 10g de hielo, 30ml de agua y 5ml de ácido clorhídrico conc.

5. Agitar perfectamente la mezcla.

Separación del producto

6. Verter el contenido del vaso de precipitados a un embudo de separación y adicionar 20ml de benceno para aumentar la separación de las fases.

7. Eliminar la capa inferior.

8.Lavar la capa orgánica con 15ml de agua, desechando la capa inferior.

9. Secar la fase orgánica con sulfato de sodio anhidro.

10. Decantar en un cristalizador la fase orgánica

11. Dejar cristalizar la benzofenona obtenida.

12. Pesar y sacar rendimiento.

INTRODUCCIÓN

Cetonas:

El grupo funcional característico de las cetonas es el grupo carbonilo. Para las cetonas el grupo carbonilo nunca será un carbono terminal ya que debe de estar enlazado a otros átomos de carbono.

La fórmula condensada para una cetona se abrevia como R-CO-R´.

Propiedades físicas de las cetonas

Las cetonas tienen propiedades casi idénticas a los aldehídos y se diferencian de estos por su suave olor.

Los compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes de su mismo peso molecular.No hay grandes diferencias entre los puntos de ebullición de aldehídos y cetonas de igual peso molecular. Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la longitud de la cadena disminuye la solubilidad.

Las primeras diez son líquidas y a partir del carbono 11 son sólidas. Son solubles en éter, alcohol y cloroformo; la acetona es soluble en agua en cualquier proporción pero las siguientes son menos solubles. Las primeras tienen olor agradable que a medida que aumenta el número de átomos de carbono se vuelve desagradable. Las superiores son inodoras. Todas las cetonas alifáticas son menos densas que el agua.La acetona es muy buen disolvente de esmaltes, yodo y aceites.

Propiedades químicas de las cetonas

Al hallarse el grupo carbonilo en un carbono secundario son menos reactivas que los aldehídos. Solo pueden ser oxidadas por oxidantes fuertes como el permanganato de potasio dando como productos dos ácidos con menor número de átomos de carbono. Por reducción dan alcoholes secundarios.No reaccionan con el reactivo de Tollens para dar el espejo de plata como los aldehídos, lo que se utiliza para diferenciarlos. Tampoco reaccionan con los reactivos de Fehling y Schiff.

Las reacciones químicas de las cetonas son función del grupo carbonilo.

Por su mayor electronegatividad, el oxígeno atrae el par electrónico más hacia él alejándolo del carbono. En consecuencia, la distribución electrónica del enlace no resulta simétrica; el oxígeno es ligeramente negativo y el carbono ligeramente positivo. El grupo carbonilo puede representarse como dos formas resonantes, una neutra y otra con doble carga de la siguiente manera.

Métodos de obtención de las cetonas

Oxidación de alcoholes secundarios

Los alcoholes secundarios pueden oxidarse a cetonas. La oxidación de un alcohol secundario o primario se puede llevar a acabo con un gran número de reactivos como el KMNO4, CrO3 y Na2Cr2O7. Es fácil oxidar alcoholes secundarios y el rendimiento de producción de cetonas es elevado, por ello para oxidaciones en gran escala se usa como reactivo el Na2Cr2O7 en ácido acético acuoso, debido a que es de un costo menor.

En el caso de los alcoholes más sensibles, se utiliza frecuentemente el clorocromato de piridinio, debido a que la reacción es más suave y se efectúa a temperaturas más bajas.

Acilación de Friedel –Crafts O

Recibe el nombre de reacción de Acilación debido a que el grupo R-C- se llama acilo y la reacción por medio de la cual se introduce un grupo acilo en un compuesto adopta dicho nombre. Los grupos acetilo y benzoilo son dos grupos comunes.

La reacción de Acilación de Friedel-Crafts es un medio efectivo para introducir un grupo acilo en un anillo aromático. Con frecuencia la reacción se lleva a cabo mediante el tratamiento del compuesto aromático con un haluro de acilo. A menos que el compuesto aromático sea muy reactivo, la reacción también requiere de la adición de por lo menos un equivalente de un ácido de Lewis. El producto de la reacción es una alquilaril cetona ó diaril cetona.

Cloruros de acilo con reactivos organocadmio

Dos reactivos organométalicos versátiles de uso constante en la síntesis orgánica son el reactivo de Grignard y el reactivo de organocadmio.

Cuando se trata el reactivo de Grignard con el cloruro de cadmio seco(CdCl2) se produce un intercambio metal-metal, por lo que el Mg se reemplaza por el Cd, obteniendo de esta forma el reactivo de organocadmio R2Cd :

Los reactivos organocadmio son utilizados para la síntesis de cetonas. La principal limitación del reactivo de organocadmio consiste en que pueden prepararse sólo de haluros o arilos primarios.

De los compuestos organométalicos comunes, el organocadmio es uno de los menos reactivos con respecto a varios grupos funcionales y el hecho de que reaccione exclusivamente con los cloruros de acilo lo pone como un reactivo muy útil para introducir un grupo ceto en moléculas que ya contienen un aldehído, éter u otra cetona como sustituyente.

Oxidación de alquenos

Esta reacción se lleva a cabo tratando un alqueno con ozono para ponerlo posteriormente en contacto con dimetilsulfuro y así obtener una cetona, como lo muestra la siguiente reacción.

Ozonólisis

El método más común para la localización del enlace doble de un alqueno requiere del uso del ozono(O3). El ozono reacciona energéticamente con los alquenos formando compuestos inestables llamados ozónidos iniciales, los cuales se reacomodan en forma espontánea produciendo compuestos conocidos como ozónidos, estos por sí mismos, son compuestos muy inestables y los de bajo peso molecular con frecuencia explotan en forma violenta. Debido a esta propiedad, por lo general no se les aísla, sino que se reducen directamente tratándolos con zinc y agua. La reducción produce compuestos carbonilo(aldehídos ó cetonas) que pueden aislarse e identificarse con seguridad.

El proceso anterior equivale a desconectar al enlace doble C=C de la siguiente manera:

Concepto ácido-base de Lewis

Un ácido de Lewis es un ion o molécula aceptor de pares electrónicos.

Una base de Lewis es un ión ó molécula dador de pares de electrones.

En una reacción ácido-base, el ácido y la base comparten el par electrónico aportado por la base, formando un enlace covalente, A+:B A-B.

Mecanismo de sustitución aromática y electrofílica.

Mecanismo de sustitución electrofílica aromática (SEA)

Este mecanismo comprende dos pasos esenciales:

1- Ataque de un reactivo electrofílico (ácido de Lewis) al anillo para formar el ion carbonio (carbocatión). Este es el paso lento.

2- Abstracción de un ion hidrógeno del carbocatión por alguna base.

El carbocatión que se forma no tiene la carga positiva localizada sobre un carbono, sino que se distribuye sobre la molécula, siendo partuicularmente intensa en las posiciones orto y para respecto al sustituyente. La dispersión de la carga positiva sobre la molécula por resonancia, estabiliza al ion con respecto a uno con la carga localizada.

Propiedades y usos de la benzofenona

La benzofenona actúa como filtro para las radiaciones UV ya que es capaz de absorberla (promoviendo sus electrones a un estado exitado) y disiparla en forma de calor (al volver sus electrones a el estado fundamental). Esto es posible debido a que la benzofenona posee sus estados de singlete y triplete energéticamente muy próximos entre sí.

Debido a esta propiedad, la benzofenona se utiliza en productos tales como perfumes y jabones para evitar que la luz ultravioleta degrade el olor y el color de estos productos. También se utiliza como componente de protectores solares y se puede añadir en los plásticos de embalaje para que estos bloqueen los rayos UV protegiendo el producto en el interior.

Fabricación de productos farmacéuticos (antihistamínicos, hiptóticos, pantallas solares), cosméticos e insecticidas, en análisis, química fina, etc.

Bibliografía

http://www.quimica.uns.edu.ar/Edicion/Apuntes/36/TEMA%2012.%20Aldehidos%20y%20cetonas%20%28G.%20Silbestri%29.pdf

http://www.telecable.es/personales/albatros1/quimica/grupofun/aldeceto/aldeceto.htm

http://galeon.hispavista.com/melaniocoronado/ALDEHIDOS.pdf

http://kira2629.wordpress.com/2009/06/20/propiedades-fisicas-y-quimicas-de-la-cetona/

http://quimicaparatodos.blogcindario.com/2009/09/00067-las-cetonas.html

http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r53778.PDF

http://www2.uah.es/edejesus/resumenes/IQI/tema_5.pdf

http://www.cosmos.com.mx/i/tec/cxp1.htm

http://www.monografias.com/trabajos66/el-benceno/el-benceno2.shtml

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

Parámetros de reacción

Condiciones bajo las cuales se sintetiza la benzofenona.

Preparación de reactivos

1. Presión atmosférica

La preparación de los reactivos se llevan a cabo a presión atmosférica.

2. Temperatura

La preparación de los reactivos se llevó a temperatura ambiente.

3. Concentración

5g de tricloruro de aluminio 15ml de benceno

Condiciones bajo las cuales se lleva la reacción de la síntesis de la benzofenona

1. Presión atmosférica

La reacción se lleva a presión atmosférica.

2. Temperatura

La reacción es endotérmica

Hora Temperatura7:40 Inicio del calentamiento y de adición a una Temp. de

parrilla=40°C8:10 Se sigue manteniendo una Temp. de parrilla =40°C8:23 Termino de la adición y se eleva la Temp. de parrilla

=70°C.8:25 Inicio del reflujo a una Temp. de parrilla=70°C

8:32 A una Temp. de parrilla=70°C, Desprendimiento de HCl en forma de gas.

9:01 Disminución del reflujo9:07 Comienzo nuevamente del reflujo9:20 Termina el calentamiento.

3. Velocidad de reacción

La velocidad de reacción estuvo controlada por medio de las concentraciones al momento de la adición.

4. Concentración

Se adicionan 4ml de cloruro de benzoilo gota a gota.

Extracción

Preparación de la solución de HCL-Agua.

1. Temperatura

Reacción exotérmica: El agua que se utilizo para la preparación del ácido clorhídrico se tuvo que poner a enfriar unos momentos, ya que al agregar el ácido clorhídrico la temperatura de la misma fue ascendiendo.

2. Concentración

5 ml de ácido clorhídrico 30ml de agua fría

Separación del producto

Primera separación del producto

1. Temperatura

La separación se llevo a cabo a temperatura ambiental.

2. Presión atmosférica

La separación del producto se llevó a cabo en condiciones de presión atmosférica.

3. Concentración:

35ml de solución de HCl-H2O 20ml de benceno

Segunda separación del producto

1. Temperatura

La separación se llevo a cabo a temperatura ambiental.

2. Presión atmosférica

La separación del producto se llevó a cabo en condiciones de presión atmosférica.

3. Concentración:

5ml de Benceno

Indicios de reacción

Condiciones bajo las cuales se sintetiza la benzofenona.

Preparación de reactivos

1. Coloración

Descripción

Al adicionar en el matraz el tricloruro de aluminio, junto con el benceno, no hay ningún cambio de coloración ya que sólo queda una solución líquida transparente con sólidos amarillos en el centro.

2. Estado físico

Tricloruro de aluminio :

Color: amarillo claro Textura: estado sólido

Benceno

Color: incoloro Textura: estado líquido

Benceno + tricloruro de aluminio

Color: transparente con amarillo en el fondo Textura: estado semilíquida

Condiciones bajo las cuales se lleva la reacción de la síntesis de la benzofenona

Adición

1. Coloración

DescripciónMientras se comienza la adición del cloruro de benzoilo al (tricloruro de aluminio junto con el benceno), se tornó una coloración amarilla a café-naranja.

2. Textura

La mezcla estaba en estado semilíquido ya que aún no se iniciaba el calentamiento y por tal forma aún no había disolución completa del tricloruro de aluminio.

3. Olor

Hay presencia de un olor desagradable.

Calentamiento

1. Coloración

Descripción

Posteriormente a la adición se llevo a calentamiento de la mezcla, para iniciar el reflujamiento, se torno una coloración café-naranja a café oxidado.

2. Textura

DescripciónA las 8:39 Al llevar el calentamiento un auge considerable, la mezcla comenzó a presentar una formación de espuma en la parte superior de la mezcla.

Desprendimiento de HCl

1. Coloración

Incoloro

2. Textura

DescripciónAl llevar el calentamiento y reflujamiento se muestra, el desprendimiento de HCl en forma de vapor en el vaso de precipitados que tenía hielo y agua.

Extracción

1. Textura

Descripción

Al terminar el posterior calentamiento y reflujamiento, se deja enfriar la mezcla y está se agrega a la solución de ácido clorhídrico con agua, previamente preparada y se forman dos fases una líquida y la otra semilíquida.

2. Coloración

DescripciónLa coloración de la fase superior es de color amarilla aceitosa y la fase inferior es blanco lechoso.

3. Olor

No hay presencia de olor

Separación del producto

Primera separación del producto

1. Coloración

DescripciónAl agregar el benceno, el agua y el HCL de pasar a de una coloración amarilla-blanca lechosa, pasó a ser una fase de coloración transparente.

2. Textura

Descripción

De nuevo están presentes dos fases, la fase superior está en estado líquido, la fase inferior está semilíquida.

3. Olor

No hay presencia de olor

Segunda separación del producto

1. Coloración

DescripciónYa separadas la fase orgánica de la inorgánica, a la inorgánica se le agregó más benceno, para ver si era posible la obtención de más producto y la coloración seguía en incolora y la fase inorgánica seguía en color blanco lechoso.

2. Textura

DescripciónLa fase superior era líquida, y la fase inferior semilíquida.

3. Olor

Presencia de olor a thiner

Cálculos

O

O

C-Cl

+

AlCl3

Tricloruro de aluminio

Benceno Cloruro de benzoilo PM=133.34g/mol Benzofenona

PM=78.11g/mol PM=140.57g/mol m=5g PM=133.34g/mol

ρ=0.8790g/ml ρ=1.21g/ml ρ=1.1108g/ml

V=16ml V=4ml

Densidad= masavolumen

Por lo tanto:

Masa=volumen∗densidad

Para la m del Cloruro de Benzoilo

mdel clorurode benzoilo=4 ml∗1.21gml

=4.84 g

ndel cloruro debenzoilo=4.84 gdel clorurode benzoilo∗1mol

(140.57 ggmol

)=0.03443mol

Para la m del Benceno

mdel Benceno=16 ml∗0.8790gml

=14.064 g

ndel benceno=14.064 gdel benceno∗1mol

(78.11 ggmol

)=0.1800mol

Para la n del AlCl3

m= 5g AlCl3

nde AlCl 3=5 gdel AlCl 3∗1mol

(133.34 ggmol

)=0.0374mol

*Por lo tanto el R.L es el Cloruro de benzoilo y el R. E. es el Benceno.

Producción teórica de benzofenona

nde benzofenona=0.03443 mol∗1moldebenzofenona1mol

=0.03443mol

mdebenzofenona=0.03443molde benzofenona∗182.21g /gmol1mol

=6.2734 g

Usos y Aplicaciones de la Benzofenona

La benzofenona actúa como filtro para las radiaciones UV ya que es capaz de absorberla (promoviendo sus electrones a un estado exitado) y disiparla en forma de calor (al volver sus electrones a el estado fundamental). Esto es posible debido a que la benzofenona posee sus estados de singlete y triplete energéticamente muy próximos entre sí.

Debido a esta propiedad, la benzofenona se utiliza en productos tales como perfumes y jabones para evitar que la luz ultravioleta degrade el olor y el color de estos productos. También se utiliza como componente de protectores solares y se puede añadir en los plásticos de embalaje para que estos bloqueen los rayos UV protegiendo el producto en el interior.

Fabricación de productos farmacéuticos (antihistamínicos, hiptóticos, pantallas solares), cosméticos e insecticidas, en análisis, química fina, etc.

Espectros

En la longitud de onda de (3-4)μ de (6-7) μ y de (12-20) μ es se presentan descensos en forma de picos largos que nos podrían indicar la aromaticidad del benceno.

En la longitud de onda de (3-40) se presentan descensos en forma de picos largos y cortos que nos podrían indicar la el grupo carbonilo junto con el halogenuro unido al grupo aromático.

En la longitud de onda de (3-4)μ y de (6-15) μ se presentan descensos en forma de picos largos que nos podrían indicar el grupo carbonilo unido a los dos grupos aromáticos(benceno).

Cuestionario

1. Diga brevemente que es una cetona

Una cetona es un compuesto orgánico caracterizado por poseer un grupo funcional carbonilo unido a dos átomos de carbono

2. Describa el método de la obtención de cetonas, utilizado en la práctica.

La reacción de Acilación de Friedel-Crafts es un medio efectivo para introducir un grupo acilo en un anillo aromático. Con frecuencia la reacción se lleva a cabo mediante el tratamiento del compuesto aromático con un haluro de acilo. A menos que el compuesto aromático sea muy reactivo, la reacción también requiere de la adición de por lo menos un equivalente de un ácido de Lewis. El producto de la reacción es una alquilaril cetona ó diaril cetona.

3. Diga que es un ácido y una base de Lewis.

Un ácido de Lewis es un ion o molécula aceptor de pares electrónicos.

Una base de Lewis es un ión ó molécula dador de pares de electrones.

4. Mencione que solución se utilizó para la extracción del benceno.

Una solución de HCl con Agua.

5. Mencione algunas propiedades de la benzofenona.

Fabricación de productos farmacéuticos (antihistamínicos, hiptóticos, pantallas solares), cosméticos e insecticidas, en análisis, química fina, etc.

Observaciones

1. En la segunda separación se formaron 3 fases; 2 de benceno, una en la parte superior y otra en la fase inferior, y la fase inorgánica quedó en la parte de en medio.

2. La adición del cloruro de acilo ocurrió de manera muy rápida.

3. Se tuvo que mantener el agua el agua de reflujo a una temperatura muy fría.

4. Se agregó benceno en las dos separaciones que se hicieron.

5., Nuestro rendimiento fue de

Conclusiones

1.Es importante separar las dos fases correctamente, ya que de lo contrario se formaron tres fases en nuestra segunda separación.

2. El cloruro de acilo se agregó muy rápida, pero no afecto mucho a nuestra reacción, ya que no depende del tiempo y este se utilizó para darle tratamiento al compuesto aromático(benceno).

3. El agua fría del reflujo nos permitió tener un buen reflujamiento, ya que si se mantiene tibia el agua de relujo, el mismo reflujo va disminuyendo.

4. La adición de benceno tiene dos funciones en la separación, la primera para la obtención de más producto y la segunda para separar más rápidamente las fases.

5. Nuestro rendimiento fue

Objetivos

1. Introducción teórica; definición, clasificación, propiedades, características de las cetonas.

2. Clasificar cada método de obtención.

3. Analizar los catalizadores existentes y materias primas para cada método de obtención.

4. Analizar cada mecanismo de cada método de obtención de cetonas.

5. Distinguir las propiedades y usos de los alcoholes.

6. Analizar el método de Friedel-Crafts para la obtención de cetonas.

7. Señalar y analizar el mecanismo de reacción Friedel-Crafts.

8. Resumir las restricciones del método Friedel-Crafts

9. Analizar y resumir que es un ácido de Lewis.

10. Conocer los usos y propiedades de la benzofenona.

Alcances

1. Ejecutar los objetivos de la práctica

2. Establecer cada método de obtención

3. Establecer las materias primas y catalizadores que se utilizan en cada método de obtención

4. Apreciar y prestar atención a cada mecanismo de reacción.

5. Interesarse y valorar positivamente las propiedades de los alcoholes.

6. Inclinarse por el método de obtención Friedel- Crafts.

7. Conocer correctamente el mecanismo de reacción Friedel-Crafts.

8. Preocuparse y prestar atención a las restricciones del método Friedel-Crafts.

9. Establecer que es un ácido de Lewis.

10. Darse cuenta de las propiedades y usos de la benzofenona

Metas

1. Aplicar todos los conceptos teóricos-prácticos durante la experimentación.

2. Leer detenidamente el desarrollo experimental antes de realizar el mismo.

3. Montar adecuadamente el equipo a utilizar

4. Asegurarse que se tienen todos los reactivos necesarios para desarrollar la práctica

5. Prestar atención mientras se lleve a cabo la reacción.

6. Apreciar todos los cambios físicos o perceptibles que se estén llevando a cabo durante la experimentación.

7. Observar y manejar los productos esperados.

8.Conocer la eficiencia del producto obtenido.

9. Conocer el rendimiento de los productos obtenidos.

10. En base a todo lo anterior realizar las observaciones y conclusiones.

I N S T I T U T O P O L I T É C N I C O N A C I O N A L

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICAE INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

PRÁCTICA #5

“OBTENCIÓN DE LA BENZOFENONA MEDIANTE LA SÍNTESIS DE FRIEDEL-CRAFTS”

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA 2.

PROFESOR(A): APOLONIA MURILLO VILLAGRANA

ALUMNA: PAILLES RÍOS J. IVETTE

GRUPO: 4IM1