Descarboxilación De Hofmann

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA QUIMICA

Laboratorio de Química Orgánica II

DESCARBOXILACIÓN DE HOFMANN

Francesco Razolli

Carlos Mario Torres Arboleda

Profesor:

Rubén Darío Zapata

18 de junio de 2014

Medellín

DESCARBOXILACIÓN DE HOFMANN

1. Objetivos.

• Analizar la reacción de descarboxilación de Hofmann mediante la conversión de acetamida en metilamina

• Correlacionar el mecanismo de esta reacción con el de Curtis

• Caracterizar el producto de la reacción.

2. Resumen teórico.

Las reacciones de eliminación se dan mediante mecanismos E1 yE2; y son características de haluros y alcoholes, los cuales eliminan halógenos y agua, respectivamente. Sin embargo, existen otras reacciones de eliminación en las que ese extrae nitrógeno, azufre y carbono que se conocen como desaminación, desulfuración y descarboxilación, respectivamente. Estas reacciones son muy diferentes a las E1 y E2, y tienen sus propias características. Son características de alquenos, alquinos terminales y ácidos carboxílicos, los cuales pierden un carbono del extremo en forma de CO2.

Las amidas primarias y las azidas de acilo descarboxilan por un mecanismo similar, se conocen como rearreglos de Hofmann y de Curtius.

NaOH, BR2 ó NaOCl

R-NH2 + CO2

---------------------------->

H2O

Calor

R-NH2 + CO2 + N2

---------------------------->

H2O

Mecanismos de reacción

Rearreglo de Hofmann

La base sustrae un protón N-H ácido, produciendo un anión amida

El anión reacciona con Bromo en una reacción de sustitución α para dar una N-bromoamida

La sustracción del protón N-H restante por una base da un anión bromoamida estabilizado por resonancia…..

…..el cual se rearregla cuando el grupo R unido al carbono del grupo carbonilo migra al nitrógeno al mismo tiempo que sale el ion bromuro. Se forma un isocianato.

Al isocianato formado en el rearreglo se le adiciona agua en un paso de adición nucleofílica para producir un ácido carbámico

El ácido carbámico pierde espontáneamente CO2 para dar una amina

3. Propiedades físicas y toxicidad de reactivos

HIDRÓXIDO DE SODIO

ESTADO FÍSICO

Sólido blanco e higroscópico, en diversas formas

Punto de ebullición: 1388°C

Punto de fusión: 318°C

Densidad: 2.1 g/cm3

Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 109 (muy elevada).

PELIGROS QUÍMICOS

La disolución en agua es una base fuerte que reacciona violentamente con ácidos y es corrosiva con metales tales como: aluminio, estaño, plomo y cinc, formando gas combustible. Reacciona con sales de amonio produciendo amoníaco, originando peligro de incendio. El contacto con la humedad o con el agua genera calor.

VÍAS DE EXPOSICIÓN

Efectos locales graves

RIESGO DE INHALACIÓN

Puede alcanzarse rápidamente una concentración nociva de partículas suspendidas en el aire cuando se dispersa.

EFECTOS DE EXPOSICIÓN DE CORTA DURACIÓN

La sustancia es corrosiva para los ojos, la piel y el tracto respiratorio.

Corrosivo por ingestión.

EFECTOS DE EXPOSICIÓN PROLONGADA O REPETIDA

El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis

HIPOCLORITO DE SODIO

ESTADO FISICO

Densidad relativa (agua = 1): 1.1

Solubilidad en agua, g/100 ml a 0°C: 29.3

ASPECTO Solución clara, ligeramente amarilla, de olor característico.

PELIGROS FISICOS PELIGROS QUIMICOS La sustancia se descompone al calentarla intensamente, en contacto con ácidos y bajo la influencia de luz, produciendo gases tóxicos y corrosivos, incluyendo cloro. La sustancia es un oxidante fuerte y reacciona con materiales combustibles y reductores. La disolución en agua es moderadamente básica.

LIMITES DE EXPOSICION TLV no establecido.

VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorber por inhalación del aerosol y por ingestión.

RIESGO DE INHALACION No puede indicarse la velocidad a la que se alcanza una concentración nociva en el aire por evaporación de esta sustancia a 20°C.

EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio.

EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDA El contacto prolongado o repetido puede producir sensibilización de la piel.

ACETAMIDA

PROPIEDADES FÍSICAS

Punto de ebullición: 222°C

Punto de fusión: 81°C

Densidad: 1.16 g/cm3

Solubilidad en agua, g/100 ml: 200

Presión de vapor, Pa a 65°C: 133

ESTADO FÍSICO; ASPECTO:

Cristales incoloros, delicuescentes.

PELIGROS QUÍMICOS:

La sustancia se descompone al arder, produciendo humos tóxicos incluyendo óxidos de nitrógeno. Reacciona con ácidos y oxidantes fuertes.

LÍMITES DE EXPOSICIÓN:

TLV no establecido.

MAK: Cancerígeno: categoría 3B

VÍAS DE EXPOSICIÓN:

La sustancia se puede absorber por inhalación del aerosol.

RIESGO DE INHALACIÓN:

La evaporación a 20°C es despreciable; sin embargo, se puede alcanzar rápidamente una concentración molesta de partículas en el aire cuando se dispersa, especialmente si está en forma de polvo.

EFECTOS DE EXPOSICIÓN DE CORTA DURACIÓN:

La sustancia irrita los ojos y la piel.

EFECTOS DE EXPOSICIÓN PROLONGADA O REPETIDA:

Esta sustancia es posiblemente carcinógena para los seres humanos.

ACETONA

PROPIEDADES FÍSICAS

Punto de ebullición: 56°C

Punto de fusión: -95°C

Densidad relativa (agua = 1): 0.8

Solubilidad en agua: miscible.

Presión de vapor, kPa a 20°C: 24

Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.0

Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.2

Punto de inflamación: -18°C c.c.

Temperatura de autoignición: 465°C

Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 2.2-13

Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: -0.24

Viscosidad, mm2/s a 40 °C: 0.34

ESTADO FÍSICO; ASPECTO

Líquido incoloro de olor característico.

PELIGROS FÍSICOS

El vapor es más denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo. Posible ignición en punto distante.

PELIGROS QUÍMICOS

La sustancia puede formar peróxidos explosivos en contacto con oxidantes fuertes tales como ácido acético, ácido nítrico y peróxido de hidrógeno. Reacciona con cloroformo y bromoformo en medio básico, originando peligro de incendio y explosión. Ataca a los plásticos.

LÍMITES DE EXPOSICIÓN

TLV: 500 ppm como TWA, 750 ppm como STEL.

A4 (no clasificable como cancerígeno humano).

BEI establecido (ACGIH 2009).

LEP UE: 500 ppm, 1210 mg/m³ como TWA (EU 2000).

VÍAS DE EXPOSICIÓN

La sustancia se puede absorber por inhalación.

RIESGO DE INHALACIÓN

Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar bastante rápidamente una concentración nociva en el aire, sin embargo, más rápidamente por pulverización o cuando se dispersa.

EFECTOS DE EXPOSICIÓN DE CORTA DURACIÓN

La sustancia irrita los ojos y el tracto respiratorio. La exposición a altas concentraciones puede producir disminución del estado de alerta.

EFECTOS DE EXPOSICIÓN PROLONGADA O REPETIDA

El líquido desengrasa la piel. El contacto repetido puede producir piel seca y agrietada.

NITROPRUSIATO DE SODIO

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS

Estado físico: cristales

Color: rojo

Olor: inodoro

Valor pH a 50 g/l H2O (20 ºC)

Densidad (20 ºC) 1.71 g/cm3

Densidad de amontonamiento ~ 1000 kg/m3

Solubilidad en Agua (20 ºC) 400 g/l (lenta descomposición)

Descomposición térmica > 160 ºC

TOXICIDAD AGUDA:

LD 50 (oral, rata): 99 mg/kg (sustancia anhidra).

LDLo (oral, rata): 20 mg/kg.

Informaciones adicionales sobre toxicidad

Tras ingestión e inhalación: descenso de la tensión sanguínea, paro cardiovascular, colapso.

La sustancia puede desprender en condiciones desfavorables: cianuro de hidrógeno. Posibles síntomas: cefaleas, vértigo, taquicardia, dificultades respiratorias, pérdida de conocimiento, espasmos, paro respiratorio.

No puede excluirse: efectos sobre el sistema nervioso central.

PROTECCIÓN PERSONAL: Los tipos de auxiliares para protección del cuerpo deben elegirse específicamente según el puesto de trabajo en función de la concentración y cantidad de la sustancia peligrosa. Debería aclararse con el suministrador la estabilidad de los medios protectores frente a los productos químicos.

PROTECCIÓN RESPIRATORIA: Necesaria en presencia de polvo.

PROTECCIÓN DE LOS OJOS: Precisa

PROTECCIÓN DE LAS MANOS: Para contacto pleno:

Guantes: Caucho nitrilo

Espesor: 0.11mm

Tiempo de penetración: > 480 Min.

En caso de salpicaduras:

Guantes: Caucho nitrilo

Espesor: 0.11mm

Tiempo de penetración: > 480 Min.

ÁCIDO CLORHÍDRICO

PROPIEDADES FÍSICAS

Punto de ebullición: -85°C

Punto de fusión: -114°C

Densidad: 1.00045 g/l (gas)

Solubilidad en agua, g/100 ml a 30°C: 67

Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.3

ESTADO FÍSICO; ASPECTO:

Gas licuado comprimido incoloro, de olor acre.

PELIGROS FÍSICOS:

El gas es más denso que el aire

PELIGROS QUÍMICOS:

La disolución en agua es un ácido fuerte, reacciona violentamente con bases y es corrosiva.

Reacciona violentamente con oxidantes formando gas tóxico de cloro.

Ataca a muchos metales en presencia de agua formando gas inflamable/explosivo de hidrógeno.

LÍMITES DE EXPOSICIÓN:

TLV: 2 ppm (valor techo); A4 (ACGIH 2004).

MAK: 2 ppm, 3 mg/m³, Categoría de limitación de pico: I(2),

Riesgo para el embarazo: grupo C (DFG 2004).

VÍAS DE EXPOSICIÓN:

La sustancia se puede absorber por inhalación.

RIESGO DE INHALACIÓN:

Al producirse una pérdida de gas se alcanza muy rápidamente una concentración nociva de éste en el aire.

EFECTOS DE EXPOSICIÓN DE CORTA DURACIÓN:

La evaporación rápida del líquido puede producir congelación. La sustancia es corrosiva para los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La inhalación de altas concentraciones del gas puede originar neumonitis y edema pulmonar, dando lugar a síndrome de disfunción reactiva de las vías aéreas (RADS).

Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica.

EFECTOS DE EXPOSICIÓN PROLONGADA O REPETIDA:

La sustancia puede afectar al pulmón, dando lugar a bronquitis crónica. La sustancia puede causar erosiones dentales.

NITRITO DE SODIO

PROPIEDADES FISICAS

Se descompone por debajo del punto de ebullición a 320°C Punto de fusión: 271°C

Densidad relativa (agua = 1): 2.17 Solubilidad en agua: Elevada (82 g/100 ml at 20°C)

ESTADO FISICO

ASPECTO Sólido higroscópico, entre blanco y amarillo en diversas formas.

PELIGROS FISICOS PELIGROS QUIMICOS Puede estallar por calentamiento intenso por encima de 530°C. La sustancia se descompone en contacto con ácidos débiles produciendo humos tóxicos (óxidos de nitrógeno). La sustancia es un oxidante fuerte y reacciona con materiales combustibles y reductores causando riesgo de explosión e incendio.

LIMITES DE EXPOSICION TLV no establecido.

VIAS DE EXPOSICION La sustancia se puede absorber por inhalación del aerosol y por ingestión.

RIESGO DE INHALACION No puede indicarse la velocidad a la que se alcanza una concentración nociva en el aire por evaporación de esta sustancia a 20°C.

EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La sustancia puede tener efectos sobre la sangre y el sistema nervioso, dando lugar a caída de la tensión sanguínea, relajación de la musculatura lisa y alteraciones visuales con formación de metahemoglobina. La exposición puede producir la muerte. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica.

4. Sección experimental

Materiales:

Tubo de ensayo

2 soportes universales

2 pinzas y nueces

Plancha de calentamiento

Condensador

Adaptador

Erlenmeyer

Balón de destilación

Sustancias:

Hipoclorito de Sodio comercial

Solución de NaOH al 25%

Acetamida

Acetona

Solución de Nitroprusiato de Sodio

HCl al 10%

Nitrito de Sodio al 5%

Mezcla de reactivos:

Se introdujo en un Erlenmeyer 15 ml de NaOCl, 15 ml de NaOH al 25% y 1.0 gramos de acetamida hasta completa disolución

Obtención y separación de la metilamina:

Se transfirió el contenido del Erlenmeyer a un balón de destilación y se destila suavemente.

Se recogieron aproximadamente 10 ml del destilado (solución acuosa de metilamina)

Caracterización:

Test de Rimini: En un tubo de ensayo se colocaron 4 gotas del destilado, se adicionaron 12 gotas de acetona y 3 gotas de nitroprusiato de sodio. Se agitó la mezcla y se verificó la aparición de un color violeta, lo que indica que la sustancia es una amina primaria, tal como lo reporta la literatura.

Test del ácido nitroso: En un tubo de ensayo se colocaron 20 gotas del destilado, se adicionó HCl al 10% hasta pH ácido. Se puso la mezcla en un baño de hielo y se añadieron 5 gotas de una solución al 5% de nitrito de sodio. Se observó desprendimiento de burbujas (N2) verificando de nuevo, según reporta la literatura, la presencia de una amina primaria

5. Conclusiones y discusión.

Los resultados obtenidos son coherentes con la información bibliográfica encontrada para la práctica.

Se evidencia la aplicabilidad y efectividad de los diferentes test.

6. Preguntas y/o consulta.

Reagrupamiento de Schmidt de los ácidos carboxílicos: se obtienen aminas primarias por acción del ácido nitrhídrico sobre ácidos carboxílicos en presencia de ácido sulfúrico concentrado

La reacción transcurre posiblemente a través de los intermedios siguientes:

En primer lugar, el HN3, ataca como nucleófilo al átomo de C del grupo carboxilo y a continuación, por pérdida de agua y nitrógeno, con transposición nucleofílica, se forma el isocianato de alquilo, que se hidroliza.

La lisina se obtiene por la introducción de un grupo amino en posición α del ácido ε-aminocaprónico o en su amida cíclica, la ε-caprolactama

Esto ocurre, después de proteger el grupo amino libre, en varios pasos con halogenación e intercambio con amoniaco

Escriba la reacción para el test del ácido nitroso para aminas primarias, secundarias y terciarias

Una reacción muy importante de las aminas es la que tiene lugar con el ácido nitroso. A tal proceso se le denomina nitrosación.

El ácido nitroso se descompone en medio ácido, dando lugar al catión nitrosilo, fuertemente electrófilo.

Dependiendo de si la amina es primaria, secundaria o terciaria, la sal de N-nitrosoamonio evoluciona de manera diferente.

Aminas primarias

Los dos hidrógenos de la amina primaria permiten la eliminación de una molécula de agua. Así se obtiene una sal de diazonio muy reactiva, que pierde nitrógeno con facilidad, dando lugar a un carbocatión que reaccionará con cualquier nucleófilo que exista en el medio

Las sales de diazonio alifáticas son muy inestables, incluso a baja temperatura, y se descomponen rápidamente. El carbocatión resultante reacciona de forma descontrolada con los nucleófilos presentes en el medio (agua y cloruro) produciendo una mezcla de alcoholes, cloruros de alquilo y también alquenos por eliminación.

Las sales de diazonio aromáticas, derivadas de anilinas, son más estables y pueden reaccionar de forma controlada con una gran cantidad de nucleófilos.

Se consigue así la sustitución formal del grupo NH2 por una gran variedad de grupos funcionales

Aminas secundarias

La presencia de un sólo hidrógeno sobre la amina hace que la reacción se detenga en la N-nitrosoamina

Las N-nitrosoaminas son muy peligrosas porque está demostrado que son agentes cancerígenos muy potentes. Los nitritos son agentes conservantes de carnes y embutidos muy comunes, que evitan la proliferación de microorganismos que producen toxinas botulínicas, mortales para el ser humano.

Aminas terciarias

Las aminas terciarias no tienen ningún hidrógeno sobre el nitrógeno y la sal de N-nitrosoamonio no puede evolucionar. Sin embargo, se descomponen con facilidad. La reacción no tiene utilidad sintética.

El rearreglo de Curtius, al igual que el rearreglo de Hofmann, involucra la migración de un grupo –R del átomo de carbono del C=O al nitrógeno vecino con la pérdida simultánea de un grupo saliente. La reacción tiene lugar calentando una azida de acilo que es preparada por la sustitución nucleofílica en el grupo acilo de un cloruro de ácido.

Test de Rimini

1. Las aminas primarias forman una iminas (base schiff) al reaccionar con acetona y liberan grupos hidroxilo.

2. Los sodios del nitroprusiato forman hidróxido de sodio mientras que las dos iminas ocupan sus puestos (nótese la carga positiva sobre los nitrógenos) formando un nuevo complejo coloreado de violeta- rojizo.

+ 2 OH- 

3. Como condición para el ensayo la acetona debe estar libre de acetaldehído, pues estos también reaccionan con aminas primarias alifáticas interfiriendo en la reacción y formando un compuesto o precipitado de color negruzco.

Ensayo de Hinsberg

La mejor forma de saber si una amina es primaria, secundaria o terciaria, es utilizando el ensayo de Hinsberg: se agita la amina con cloruro de bencensulfonilo en presencia de hidróxido de sodio o potasio acuoso. Las aminas primarias y secundarias forman sulfonamidas sustituidas, mientras que las terciarias no, siempre que el ensayo se haga correctamente. Para esto se debe suspender la sospechada amina en una disolución de hidróxido sódico o potásico y añadir cloruro de benceno sulfonilo

1. Las aminas primarias forman sulfonamidas que permanecen disueltas en la disolución fuertemente alcalina. Al acidular, precipita la sulfonamida sólida blanca.

2. Las aminas secundarias forman sulfonamidas que no quedan en la disolución sino que precipitan directamente como sólidos blancos a partir de la mezcla reaccionante alcalina, insolubles en agua, álcalis y ácidos diluidos.

3. Las aminas terciarias no reaccionan, permanecen sin disolver y se disuelven al acidular.

PROCEDIMIENTO

En un tubo de ensayo coloque 0.3g (aproximadamente 6 gotas) de la amina o mezcla de ellas. Agregue 5 ml de hidróxido de sodio al 10% y 0.56g (aproximadamente 8 gotas de cloruro de bencensulfonilo) ó 0.6g de cloruro de ptoluensulfonilo. Tape el tubo con un tapón de corcho y agite enérgicamente. Destape y caliente a baño María de 5 a 10 minutos. Enfríe al chorro de agua, deje reposar y observe. Si aparece(n) otra(s) fase(s), sólida(s) o líquida(s) y ésta(s) permanece(n) después de diluir con 10 ml de agua, entonces se separa(n) de la fase acuosa, por filtración o extracción según sea el caso.

Acidule la fase acuosa con HCl al 10% hasta pH=3 y si aparece un precipitado u otra fase, esto indicará la presencia de amina primaria.

Mezcle las fases diferentes a la acuosa y agregue HCl al 10% hasta pH=3, (medir con papel pH). Si no hay disolución, es indicio de amina secundaria, si la disolución es total, indica la presencia de amina terciaria. Si la disolución es parcial, esto es indicio de la presencia de ambos tipos de aminas. Verifique la presencia de aminas terciarias separando la amina secundaria que no se disolvió y alcalinizando la porción soluble en la fase acuosa ácida con NaOH al 10%. La aparición de otra fase distinta a la acuosa confirmará la presencia de amina terciaria.

* La prueba de Hinsberg falla para algunas aminas que contienen grupos - OH, - NO2 y - COOH, pues se comportan como aminas primarias aunque no lo sean.

7. Bibliografía.

Tomado de:

http://www.quimicosjm.net/qjm/index.php?option=com_content&view=article&id=43&Itemid=103

http://books.google.com.co/books?id=okQZdnD_MvQC&pg=PA962&lpg=PA962&dq=descarboxilacion+de+hofmann&source=bl&ots=Yb2qdMaZo9&sig=0rZsRUp0J0ara45jqM4l5tbRgmU&hl=es&sa=X&ei=r8SPU_HBtDNsQS_xoGoDg&ved=0CFMQ6AEwCA#v=onepage&q=descarboxilacion%20de%20hofmann&f=false

http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l8/reac3.html

http://clubensayos.com/Ciencia/Identificacion-De-Aminas/52929.html

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