LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA GENERAL II

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA GENERAL II 

QU-0215 

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Práctica # 5. Introducción a la formación de derivados de ácidos carboxílicos I: Síntesis de benzocaína

• Resumen (5%):

Este experimento consiste en hacer una síntesis de benzocaína usando tres diferentes catalizadores (HCl, H2SO4 y HOAc) para analizar cual da un mejor resultado al momento de la práctica en el laboratorio. El ácido que se usa para dar origen a este compuesto es el ácido p-aminobenzoico, durante el proceso de síntesis se le aplican dos reflujos, inicialmente el ácido es disuelto con HCl 1:1 en agua y se aplica el primer reflujo de 30 min, el segundo reflujo es de 1 hora en el cual la disolución ya contiene el catalizador a usar y etanol. Por último se agrega Na2CO3 para lograr precipitar el producto que posteriormente es filtrado al vacío, se recristaliza una parte del producto y a ambos (producto crudo y producto recristalizado) se les mide el punto de fusión y se calcula el porcentaje de rendimiento.

Según los resultados obtenidos, con el disolvente de HCl se obtuvo un 57% de rendimiento de benzocaína con un punto de fusión de 42-44 °C, con el H2SO4 se obtuvo un 5% de rendimiento con un punto de fusión de 30-32 °C, con HOAc dio un punto de fusión de 89-94 °C aunque no obtuvo porcentaje de rendimiento ya que fue muy poco el producto obtenido.

• Introducción (10%):

Esta práctica tiene como objetivo que el estudiante realice una síntesis de un derivado de ácido carboxílico (en este caso la benzocaína), con el objetivo de que se familiarice con síntesis realizadas mediante la esterificación de Fisher.

Los anestésicos tienen características en común en la estructuras de sus moléculas, la primera de ellas es que poseen un anillo aromático, lipofilico, a excepción de la carticaína que tiene un tiofeno, lo segundo es que posee una cadena hidrocarbonatada intermedia donde el enlace puede ser un éster o una amida y por último, que poseen una amina terciaria hidrofilica. (4)

Hay diferentes tipos de anestésicos, se clasifican en dos grandes grupos: los esteres y las amidas, algunos ejemplos de esteres anestésicos son la procaína y la benzocaína, de amidas algunos ejemplos serian la lidocaína y prilocaína. Para efectos de esta práctica el compuesto de interés es la benzocaína proveniente del acido p-aminobenzoico, es muy eficaz como agente tópico. Su comienzo de acción es rápido (antes de un minuto)  pero su duración de acción es corta promedio de 10 minutos. (1)

La sintetisis de benzocaína se logra por medio de la esterificación de Fisher, en términos generales se basa en que los ácidos carboxílicos reaccionan con alcoholes, en presencia de un catalizador ácido, formando ésteres y agua. (2)

Las reacciones de esterificación se deben hacer en catálisis ácida, ya que en ausencia de ácidos fuertes este tipo de reacciones serían muy lentas. Si hay presente una cantidad catalítica de ácido el equilibrio se alcanza al cabo de unas horas, calentando a reflujo una mezcla del ácido carboxílico y del alcohol. Para lograr un mayor rendimiento de la formación del éster se debe añadir un exceso del ácido carboxílico o del alcohol. También se puede aumentar la proporción de éster en el equilibrio eliminando el agua formada en la reacción. (2)

Usando la pka como  medida de acidez el HOAc tiene una pka: 4,7 y esto ya es considerado un ácido débil en cambio el HCl es de los ácidos más fuertes con una pka:-6,1, el H2SO4 tiene una pka: -3. (3)

Si se desea esterificar un ácido hay que utilizar un exceso de alcohol y, si es posible, eliminar el agua de la reacción. Si se desea hidrolizar un éster hay que emplear un exceso de agua, por ejemplo reflujando el éster en una disolución acuosa de HCl o H2SO4 diluidos. (2)

El mecanismo se inicia con la protonación del grupo carbonilo del ácido carboxílico, lo que provoca un aumento de la electrofilia de este grupo. A continuación, el etanol ataca al grupo carbonilo protonado para formar un intermedio tetraédrico, que rápidamente, mediante un proceso de intercambio protónico forma un nuevo intermedio tetraédrico que contiene un excelente grupo saliente: el agua. La regeneración del grupo carbonilo provoca la expulsión de agua y la formación del éster protonado. Finalmente, el intercambio protónico con una molécula de agua regenera el catalizador ácido. (2)

Mecanismo:

• Sección experimental (5%):

El procedimiento se tomó del Manual de Laboratorio de Química Orgánica General II (QU-0215), página 55, experimento #4: Introducción a la formación de derivados de ácidos carboxílicos I: Síntesis de benzocaína. Entre el equipo usado se encuentra la Lámpara UV Marca Cole-Parmer código 9762006 para evaporar los líquidos restantes del producto, un calentador marca Fisher Scientific, una bomba de vacío marca LABOPORT® SD modelo JMN145 que se usó como parte del equipo al vacío,el equipo de destilación usado fue el set de macroquímica  CORNING PYREX ORGANIC CHEMISTRY KIT modelo 6949, un regulador modelo DIGI.SENNSE  con el que se midió la temperatura de reflujo y un Melp temp (termoscientific modelo IA91COXI)  que se usó para medir el punto de fusión.

• Resultados (20%):

Cuadro #1: Punto de Fusión y % de rendimiento del producto crudo obtenido en la síntesis de benzocaína usando HCl como catalizador.

• Cálculos para medir el % de rendimiento del producto crudo 

% R =              = 57 %[pic 3][pic 1][pic 2]

Cuadro #2: Punto de Fusión y % de rendimiento del producto crudo obtenido en la síntesis de benzocaína usando H2SO4 como catalizador.

• Cálculos para medir el % de rendimiento del producto crudo 

% R =              = 5 %[pic 6][pic 4][pic 5]

Cuadro #3: Punto de Fusión y % de rendimiento del producto crudo obtenido en la síntesis de benzocaína usando HOAc como catalizador

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