Fotoreducción de la benzofenona

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Universidad de Costa Rica
Escuela de Química
Sección de Química Orgánica
Laboratorio de Química Orgánica II
Prof.: Dr. Jorge Cabezas.
QU-0255
Asistente: Emerson Zamora M.
Juan José Montero
B24316
3/09/15

SÍNTESIS DE LA BENOPINACOLA MEDIEANTE LA FOTOREDUCCIÓN DE LA BENZOFENONA
Introducción:
La síntesis de benzopinalcol a partir de benzofenona es una reacción fotoquímica o sea es una reacción iniciada por luz. También conocida como una reacción radicalaria. Muchas moléculas tienen la habilidad de absorber luz. La cual forma un radical que puede reaccionar. Esta reacción sucede cuando las especies tiene un número impar de electrones La reacción de la bezofenona se puede observar en la siguiente figura.

hvhv
hv
hv




Fiura 1: Formación de benzopinacola por fotoreducción
Las reacciónes radicalarias tienen tres etapas: iniciación, propagación y terminación. La iniciación, genera como un producto intermediario reactivo.Propagación, el intermediario reactivo reacciona con una molécula estable para formar un producto y otro intermediario reactivo, lo que permite continuar la cadena hasta que se agota el abasto reactivo. Terminación, las reacciones colaterales destruyen a los intermediarios reactivos y tienden a disminuir o detener la reacción.Se sintetiza la benzopinacola mediante la fotorreducción de la benzofenona.

Resultados:
Cuadro I. Síntesis de Benzopinacol.


Stqm.
1
1
MM (gmol-1)
182.22
366.45
Masa (g)
0.5
0.5
mMol
2.74
0.137
Dens (gcm-3)




Cuadro II. Porcentaje de rendimiento obtenido en la síntesis de Benzopinacol
Rendimiento teórico (g)
0.500
Rendimiento obtenido (g)
0,390
% Rendimiento
80%
Cuadro III. Punto de fusión obtenido para el aducto Benzopinacol
Pto. Fusión teórico (°C)
182(a)
Pto. Fusión obtenido (°C)
175.8-177.5
Porcentaje de error
2.8%
(a) Valor Tomado del CRC Handbook of Chemistry and Physics



Cuadro V. Picos de mayor importancia en el espectro infrarrojo de Benzofenona
No. Entrada
No. Onda (cm-1)
Tipo de Pico
1
3446.9
Intenso y ancho
2
1651.0
Muy Intenso y delgado
3
1318.7
Intenso y delgado

Cuadro IV. Picos de mayor importancia en el espectro infrarrojo de Benzopinacola
No. Entrada
No. Onda (cm-1)
Tipo de pico
4
3572.9
Intenso y delgado
5
1443.4
Intenso y delgado
6
1025.1
Intenso y delgado
7
1595.5
Debili y delgado
8
1491.6
Intenso y delgado

Discusión:
Un fotón de luz es absorbido por una especie química sólo si la energía del fotón corresponde a la diferencia energética entre los niveles electrónicos (orbitales) en una molécula. Si todos los electrones en una molécula están en su nivel de energía más bajo entonces la molécula está en su estado raso (ground state / S0). Es importante recalcar que todos los electrones están pareados en el estado raso. Los electrones que se encuentran en el orbital molecular de mayor energía son los más propensos a ser excitados por un fotón. En este caso, benzofenona, absorbe luz de largo de onda apropiado ( 355nm) y uno de sus electrones que se encuentra en el orbital molecular ocupado de mayor energía (HOMO) es promovido a un orbital de mayor energía desocupado (LUMO). Inicialmente el giro o "spin" del electrón no se altera o sea que todavía tiene un giro opuesto al electrón que permanece en el orbital inicial de menor energía.

El mecanismo de reacción es explicado antes tiene tres partes. Como se puede observar en la siguiente figura la iniciación.



Figura 2: Mecanismo de la iniciación de la benzofenonaFigura 2: Mecanismo de la iniciación de la benzofenona
Figura 2: Mecanismo de la iniciación de la benzofenona

Figura 2: Mecanismo de la iniciación de la benzofenona



Se puede observar como se forma el radical en el carbono C-O y en el oxígeno. En la figura 3 se ve la propagación del mecanismo.






Figura 3: Mecanismo de la propagación de la benzofenona
Como se puede observar el radical del oxígeno ataca al hidrogeno del segundo carbono enlazado al carbono. Esto sucede porque el oxígeno busca estabilidad y tener una carga neutra. El oxígeno con dos enlaces no tiene carga y por eso se enlaza con el hidrógeno. La razón por la cual el oxígeno con radical ataca a ese específico hidrógeno es porque esta más desprotegido. El hidrógeno enlazado al oxígeno tiene mucha estabilidad . El oxigeno es un grupo atractor de electrones y por lo tanto desprotege a el hidrógeno debido a la polarizabilidad de la nube electrónica y este hidrógeno se enlaza con el oxígeno radical. En la siguiente figura se observa la siguiente parte del mecanismo.









Figura 4: Mecanismo de la segunda parte de la propagación de a benzofenonaFigura 4: Mecanismo de la segunda parte de la propagación de a benzofenona
Figura 4: Mecanismo de la segunda parte de la propagación de a benzofenona

Figura 4: Mecanismo de la segunda parte de la propagación de a benzofenona

Como se puede observar en la anterior figura el radical del oxígeno de una segunda benzofenona ataca al hidrógeno enlazado al oxígeno. Esto porque cuando el carbono queda con solo tres enlaces tiene una gran inestabilidad. Entonces inmediatamente que el oxigeno radical de la benzofenona empieza a enlazarse con el hidrógeno el carbono y el oxígeno forman un doble enlace con cada uno de sus electrones radicales para estabilizarse. En la siguiente figura se observa la terminación del mecanismo.

Figura 5: Terminación del mecanismo de la benzofenona
En la terminación de este mecanismo los carbonos con radical se enlazan entre si para terminar de reaccionar y formar la benzopinacola.
Para mayor eficiencia de la reacción se agrega un catalizador. Se agrega ácido acético.
Para la espectroscopia se hizo un infrarrojo de la benzofenona y uno del benzopinacol. La benzofenona tiene tres picos característicos. En la entrada 1 ese pico curvo es contaminación de agua en la muestra. Esto porque la benzofenona no tiene enlaces O-H. En la entrada 2 se encuentra el pico característico del enlace C=O. El cual viene de el grupo funcional cetona de la benzofenona. Por último en la entrada 3 se encuentra el pico de la flexión del enlace C-CO-C caacterístico de una cetona.
Para el benzopinacol se puede observar una banda amplia que es la entrada 4 que nos indica la tensión que hay del enlace O-H. Ahora si correcto por los alcoholes terciarios de la benzopinacol. Se observa en la entrada 5 un pico pequeño que indica la presencia del enlace C=C de los grupos aromáticos todavía presentes en la molécula. De la entrada 6 la banda indica una tensión entre C-O que indica la presencia de fenoles, alcoholes o éteres. Al mismo tiempo en la entrada 7 se puede observar la presencia de unos pequeños picos los cuales son característicos de las vibraciones de compuestos aromáticos de 6 miembros. En la entrada 8 se encuentra el pico característico de los alcoholes terciarios. No se observa de el grupo carbonilo presente en la benzofenona.

Conclusiones




Wade, L. Química Orgánica. (Sétima ed., Vol. II). México: Pearson Educación 2011, 127-128

Mónica Gonzalez. La Guía Química. http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/mecanismo-de-reaccion (accesado Agosto 30 del 2015). Mecanismos de Reacción.http://chem-a-day.weebly.com/uploads/7/1/0/4/7104403/mecanismo_de_la_sntesis_de_benzopinacol.pdf

Química Orgánica, http://www.quimicaorganica.org/espectroscopia-infrarroja/785-espectro-infrarrojo-de-cetonas.html (Accesado 31 de Agosto 2015)