PRÁCTICA No.6 CONDENSACIÓN ALDOLICA: SINTESIS DE DIBENZALACETONA David Colorado - 10120042, Jonathan Guauque – 10120026. Universidad Icesi Facultad de Ciencias Naturales Laboratorio de Química Orgánica II Santiago de Cali, Colombia Marzo de 2012
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[email protected] 1mol 0.158 g Act × =0.0027 mol Act 58.04 g 1. Objetivos Analizar la función del Carbono α en la condensación aldolica. LA ACETONA ES EL REACTIVO LIMITANTE Comprender la importancia de las reacciones en donde se da la formación de enlaces C-C. Moles y Gramos de Dibenzalacetona Analizar la formación y el comportamiento de un Enolato como nucleofilo dentro de una reacción. 0.0027 mol Act × Identificar el producto, Dibenzalacetona, mediante el uso de un fusiómetro. 2. Resultados 1mol dibenz =0.0027 mol dibenz 1 mol Act 0.0027 mol dibenz × 234.29 =0.63 g dibenz 1 mol dibenzt Valor teorico de Dibenzalacetona Gamos y moles de él Benzaldehído 1.05 g 0.6 ml Benz × =0.63 g Benz 1 mL 0.284 g dibenz(obtenido)× 0.63 g Benz × 1mol =0.0059 mol Benz 106.13 g Gamos y moles de la Acetona 0.63 g dibenz × 0.2 ml Act × 0.79 g =0.158 g Act 1 mL 1 mL =0.26 mL(obtenidos) 1.11 g 1 mL =0.57 mLdibenz( teorico) 1.11 g % de rendimiento de rendimiento= 0.26 ml dibenz ×100 =45.61 0.57 mL dibenz PROPIEDADES Masa molar (g/mol) Densidad (g/mL) Punto de Fusión (ºC) Punto de Ebullición (ºC) Masa (g) Volumen (mL) Moles (mol) Cantidad de sustancia(g) BENZALDEHÍDO ACETONA DIBENZALACETONA 106.13 1.05 -26 178 0.63g 0.6 mL 0.0059 mol 0.63g 58.04 0.79 -94.9 56.3 0.158g 0.2 mL 0.0027 mol 0.158g 234.29 1.11 112-114 ---0.26mL 0.0027 mol 0.284g 3. Análisis de Resultados Una condensación aldolica se da gracias a la forma enolica que puede adoptar un aldehído o una cetona, estos compuestos pierden fácilmente un protón en presencia de una base y el ion que se forma es estabilizado por resonancia; este puede atacar entonces al carbono del grupo carbonilo de una segunda molécula; es decir por ejemplo: Figura No 1 Es importante destacar que la acción del hidroxilo (-OH) es como catalizador; además hay tres factores a considerar: la polarización del carbonilo, enolización y estabilidad de los compuestos carbonilicos α,β-insaturados1. No obstante, la enolización es el fenómeno por el cual es posible la reacción, pues permite la posibilidad de un ataque nucleofilo, este fenómeno se entiende como sigue2: Figura No 2 La función del enolato como nucleofilo es por parte del carbono α, que gracias a la resonancia, también puede estar unido al carbono carbonilico por medio de un doble enlace: Figura No 3 Por un lado, la posibilidad de que se forme el ion enolato se le atribuye a la acidez de los hidrógenos α (hidrógenos unidos a carbonos α) y tanto aldehídos como cetonas los pueden presentar, en el caso de la figura No 3, la acetona presenta dos carbonos α y por lo tanto seis hidrógenos α: ataque nucleofilo, además, en la práctica, para llevar a cabo este proceso de autocondensación de cetonas se necesitan de temperaturas muy altas y equipos especiales. Acetona - Figura No 4 Y debido a que cada grupo metilo (CH3) es equivalente también lo es la acidez de los hidrógenos α, independientemente de en qué carbono α se ubique. Este fenómeno se da gracias a que el grupo carbonilo (C=O) es polar (Véase Figura No 4) ya que el oxígeno es más electronegativo que el carbono y atrae los electrones del doble enlace, especialmente los del enlace π; haciendo de los compuestos carbonilicos bastante reactivos. Los aldehídos también puede mostrar esta característica de hidrógenos ácidos por las mismas razones que en las cetonas, y por lo tanto pueden llevar a cabo, homólogamente a las cetonas, un proceso de enolización; pero a diferencia de las cetonas, el carbono carbonilicos en los aldehídos no están acompañados de dos carbonos α como ocurre en las cetonas, debido a la estructura: Etanal – Figura No 5 Es de tomar en cuenta esta diferencia debido a que los grupos metilo estabilizan la carga parcial positiva en el carbono carbonilico, lo que quiere decir que una cetona tiene mayor estabilidad al lograr un enolato que un aldehído, no obstante, una auto-condensación (Véase: Figura No 1) es más factible para un aldehído que para una cetona debido al impedimento estérico que puede presentar la cetona a la hora del Por otro lado, la enolización solo es posible si la cetona o el aldehído tiene hidrógenos α; los siguientes son ejemplo de compuestos sin carbonos α, y por lo tanto imposibilitados para formar enolatos como se muestra en la figura No 2: Compuestos que no pueden formar enolatos Figura No 6 Antes de considerar el mecanismo de la condensación aldolica para la síntesis de Benzalacetona, es de considerar porque se forma el enolato y no una adición nucleofilica hacia el carbono carbonilico. Esta consideración nace a partir de los reactivos empleados durante la síntesis, los cuales son: Benzaldehído y acetona como especies reactantes principales, y además, hidróxido de sodio (NaOH) y etanol (CH3CH2OH) como el medio o solvente en donde tiene lugar la síntesis. Y debido a que el grupo hidroxilo (-OH) es un buen nucleofilo, ello sugiere que de darse una adición nucleofilica pudiese suceder lo siguiente2: Adición Nucleofilica – Figura No 7 En donde “Nu” es el nucleofilo, es decir, el OH, lo cual es un caso particular de adición nucleofilica, más precisamente la adición de un alcohol: forman las especies reactantes y concentración, lo que se demuestra continuación con el mecanismo de síntesis de Dibenzalacetona y explicación. su a la su Durante la presente práctica se realizó la síntesis de Dibenzalacetona mediante una condensación aldolica entre el Benzaldehído y la Acetona: Adición de Alcoholes en Cetonas y Aldehídos Figura No 8 Benzalacetona por Condensación Aldolica Figura No 10 En este caso, la mayoría de estos compuestos no poseen la estabilidad suficiente para ser aislados, entonces la reacción continua con otra molécula de alcohol: Figura No 9 Como se puede apreciar, de darse una adición nucleofilica entre el solvente y los reactivos principales, sería imposible la formación de alguna especie de enolato y por lo tanto la síntesis fracasaría o en el mejor de los casos se llevaría a cabo con un porcentaje de rendimiento demasiado bajo; sin embargo, la posibilidad de que esto suceda depende del orden en que se agreguen los reactivos al tubo de ensayo; en otras palabras, el control de la reacción para obtener el producto deseado se hace a partir del orden cronológico en que se La ecuación general, como su nombre lo indica, no especifica como sucede la producción de Dibenzalacetona, por lo tanto se explicara paso a paso lo metodología aplicada par su producción en donde se desarrollaran las razones de por las cuales su producción es posible. Como se puede observar en la figura No 10, es necesario de dos moléculas de Benzaldehído para formar una sola molécula de Dibenzalacetona; por lo tanto la explicación de su formación se dará en dos etapas; la primera etapa con la reacción entre una molécula de acetona y una molécula de benzaldehído y las segunda etapa con la reacción entre el producto de la primera etapa y su reacción con la segunda molécula de benzaldehído. La primera etapa contiene el principio crucial de la reacción, que se explico al principio del informe; y se trata de la formación del enolato. Al tener en cuenta los dos reactivos de la etapa uno, y según la figura No 6 y su posterior explicación; es fácil deducir que solo la Acetona puede formar un enolato gracias a la presencia de carbonos α (Véase Figura No 3). Por lo tanto, una vez formado el enolato, la reacción obedece al siguiente mecanismo: Como se menciono con anterioridad, la segunda etapa consiste en la reacción del producto obtenido en la Figura No 12 y una segunda molécula de Benzaldehído; es decir: Primera Etapa - Figura No 11 Segunda Etapa – Figura No 13 Como se puede observar, el producto formado en esta primera etapa conserva aun un carbono α con sus correspondientes hidrógenos α, los cuales conservan sus características acidas que permiten la formación de un segundo enolato, es decir: Gracias a la estabilidad de la molécula de Dibenzalacetona, que se debe a conformación conjugada de sus enlaces en toda la molécula, es poco probable que esta continúe reaccionando ya que ello le implicaría perder este tipo de estabilidad, lo cual, energéticamente, es desfavorable. No obstante, la explicación del porque no se forman sub-productos, o al menos en una cantidad muy reducida, se da gracias al orden en que se agregan los reactivos y el solvente (catalizador) al medio de reacción. Para la presente práctica se empleo el siguiente orden: 1) 3ml de NaOH CH ¿ 3 CH 2 OH ) 2) 4.8ml de etanol (¿ ¿ 3) 0.6ml Benzaldehído 4) 0.2ml Acetona Primera Etapa: Formación del segundo enolato Figura No 12 Lo cual obedece de forma análoga al comportamiento de la acetona frente al medio básico (Véase Figura No 3), con lo cual se obtiene el producto de la primera etapa para la formación de Dibenzalacetona. Ya es de saber que, entre estos compuestos, solo la acetona pude realizar un proceso de enolización; ya que el benzaldehído carece de hidrógenos α; lo que significa que dado el caso de que la acetona se encontrase en un medio básico, esta, al formar su respectivo enolato (Véase Figura No 3) pudiese reaccionar con otra molécula de enolato o hasta con otra acetona, lo cual provocaría una cadena de reacciones que terminarían por formar productos totalmente diferentes al enolato necesario para la producción de Dibenzalacetona; es por ello que se decide agregar de ultimo, en baja concentración y gota a gota a la acetona, pues esto último conduce que sea más probable que interaccione con moléculas de Benzaldehído que con sus mismas moléculas, además, el medio hace que la acetona este bastante diluida incrementando las posibilidades de que la condensación aldolica se de cómo se explica en la primera y segunda etapa. Otra posibilidad considerada es la adición nucleofilica del alcohol, en este caso el etanol, al benzaldehído o a la acetona. Se encontró que para este proceso (Véase Figura No 8 y Figura No 9) es necesario un medio acido3, y en el caso de los nucleofilos débiles, como es el caso del etanol, es necesario un acido de lewis3; lo cual, al revisar los reactivos empleados para la síntesis de Dibenzalacetona se encuentra que el medio de reacción es alcalino o básico; curiosamente esto permite de forma indirecta que el medio no conserve ninguna acidez, de manera que se suprime la presencia de H+ en el medio, y por lo tanto se evita un posible ataque nucleofilico por parte del etanol a alguna de las moléculas reactantes principales. El buen manejo del orden de los reactivos, así como de la preparación del medio de reacción, se puede considerar como un método para el control de la reacción y su efectividad se refleja en él % de rendimiento obtenido de 45.61%. No obstante, no sería correcto descartar la formación de sub-productos como un factor que reduce el porcentaje de rendimiento, pues es bastante la cantidad de productos que se pueden obtener cuando se trata de condensaciones aldolicas2; sin embargo, se le atribuye la mayor pérdida de producto a los procesos en donde se puedan presentar errores personales que involucran el uso de los instrumentos de laboratorio, como por ejemplo la filtración. 4. Conclusiones: El porcentaje de rendimiento de la síntesis de Dibenzalacetona, le debe su eficacia a el orden en que las especies reactantes se agregan al medio de reacción, a su concentración y en la forma en que se agregan (gota a gota, en el caso de la acetona), más que al comportamiento de las moléculas o los mecanismos de reacción plateados teóricamente. Debido a que la acetona posee dos carbonos α, es posible formar a partir de esta molécula dos nuevos enlaces carbonocarbono. Aunque la condensación aldolica se puede ver como un equilibrio acido-base, el producto final de la presente práctica (Figura No 13) se ve favorecido por su conformación de enlaces conjugados. 5. Referencias: 1. W. G. Rodger Jr; “Química Orgánica Moderna”; Editorial Reverte; 1981; pp. 330 – 333. 2. J. Luz Marina; “Química Orgánica General”; Universidad del Valle; Santiago de Cali; 2002. 3.http://qorganica.perruchos.com/boo k/export/html/234 | Visitada el viernes 6 de Abril de 2012.