Síntese de ácido fenilacético

[G.Patton]

Introdução

Há duas rotas eficazes para obter o ácido fenilacético a partir do cloreto de benzeno. A primeira via, via cianeto de benzila, permite obter até 77% de rendimento. A segunda via, a partir do cloreto de benzila via reagente de Grignard, descreve um rendimento teórico de 60%. Ambas as formas têm algumas vantagens e desvantagens. Por exemplo, a síntese de cianeto de benzila exige muita experiência do químico, pois ele precisa trabalhar com cianeto de sódio, que é muito tóxico. Por outro lado, o caminho do cloreto de benzila via reagente de Grignard requer menos reagentes tóxicos, mas o químico precisa trabalhar com dióxido de carbono sólido ou com o aparelho de Kipp. Além disso, esse método produz menos rendimento do que o primeiro. Em nosso fórum, você pode encontrar outras formas de síntese do ácido fenilacético, como a rota do ácido mandélico ou o cianeto de benzila via hidrólise alcalina.

Além disso, neste tópico você pode encontrar a síntese detalhada do cloreto de benzila a partir do benzeno. No final, quero avisar a todos os químicos que queiram repetir essa síntese que é preciso usar todos os equipamentos de segurança, como vidro químico, luvas, jaleco químico e máscara respiratória. Realize os experimentos sob uma sonda de extração ou sob uma capela de exaustão em locais bem ventilados.

Aparência: sólido branco com forte odor de mel.

Ponto de ebulição: 265,5 °C/760 mm Hg; 144,2-144,8 °C/12 mm Hg;
Ponto de fusão: 76-77 °C;
Peso molecular: 136,15 g/mol;
Densidade: 1,091 g/ml (20 °C).

Cloreto de benzila do benzeno

Equipamento e material de vidro.

• Balão de três gargalos de 1 L;
• Termômetro de laboratório (0 °C a 200 °C) com adaptador de balão;
• Condensador de refluxo (superfície dupla);
• Agitador mecânico;
• Tubo de entrada de gás;
• Banho-maria;
• Placa de aquecimento;
• Gerador deHCl para laboratório;
• Funil de separação de 1 L;
• Aparelho de destilação;
• Suporte de retorta e grampo para fixação do aparelho;
• Aspirador de jato de água;
• Balança de laboratório (1 a 200 g é adequada);
• Frascos Erlenmeyer de 100 ml x2 e 200 ml x2 com tampa;
• Cilindro de medição de 500 ml.

Reagentes.

• 200 g (227 ml) de benzeno;
• 38 g de formalina a 40% ou 20 g de paraformaldeído;
• 50 g de cloreto de zinco anidro (ZnCl2);
• 100 g de bicarbonato de sódio (NaHCO3);
• 1 L de água destilada;
• 100 g de cloreto de cálcio anidro (CaCl2)/sulfato de magnésio (MgSO4).

Em um balão de três gargalos de 1 litro, equipado com um condensador de refluxo (superfície dupla), um agitador mecânico (de preferência do tipo Hershberg) e um tubo de entrada de gás que se estende até próximo ao fundo do balão, coloque 200 g (227 ml) de benzeno seco, 20 g de paraformaldeído (também pode ser usada formalina a 40%; As proporções são, então, 200 g de benzeno, 38 g de formalina a 40% e 50 g de cloreto de zinco pulverizado) e 20 g de cloreto de zinco anidro em pó fino. Apoie o frasco em um banho-maria disposto de tal forma que o nível da água no frasco fique aproximadamente na mesma altura da reação. Aqueça o banho a 60 °C e passe um fluxo rápido de cloreto de hidrogênio (através de um frasco de lavagem vazio) até que não haja mais absorção de gás (cerca de 20 minutos): deixe esfriar. Transfira a mistura de reação para um funil de separação, lave-a sucessivamente com duas porções de 50 ml de água fria, duas porções de 50 ml de solução saturada de bicarbonato de sódio (é essencial remover todos os sais de zinco no processo de lavagem, caso contrário, o produto se resinificará em grande parte durante a destilação) e, finalmente, com 20 ml de água. Seque com cloreto de cálcio anidro ou sulfato de magnésio e destile sob pressão normal em um balão de Claisen com braço lateral de fracionamento até que a temperatura suba para 100-110 °C. Depois de esfriar um pouco, destile sob pressão reduzida e colete o cloreto de benzila a 63-65 °C a 12 mmHg. Orendimento é de 70 g. Um pouco (cerca de 4 g) de dicloreto de p-xileno, m.p. 100 °C, e uma pequena quantidade de difenilmetano estão presentes no resíduo do frasco.

Cianeto de benzila a partir de cloreto de benzila

Equipamento e material de vidro.

• Balão de fundo redondo de 5 L;
• Termômetro de laboratório (0 °C a 200 °C) com adaptador de balão;
• Condensador de refluxo;
• Banho-maria;
• Placa de aquecimento;
• Funil de gotejamento de 2 L;
• Balão de Buchner de 2 L e funil de Ø 25 cm (ou filtro Shott);
• Aparelho de destilação;
• Suporte de retorta e grampo para fixação do aparelho;
• Papel de filtro;
• Funil convencional;
• Aspirador de jato de água;
• Balança de laboratório (1 a 1000 g é adequada);
• Agitador magnético;
• Cilindro de medição de 1 L;
• Béqueres de 2 L x2; 500 ml x2.

Reagentes.

• 500 g (10 moles) de cianeto de sódio (NaCN);
• 450 ml de água destilada;
• 1000 g (8 moles) Cloreto de benzila;
• 1300 g de álcool 95 % (EtOH);
• 775 ml Ácido sulfúrico aq. 50 % (H2SO4);
• 100 g de bicarbonato de sódio (NaHCO3);
• 100 g de cloreto de sódio (NaCl).

Em um balão de fundo redondo de 5000 ml, equipado com uma tampa, um condensador de refluxo e um funil de separação, são colocados 500 g (10 moles) de cianeto de sódio em pó (96% a 98% de pureza) e 450 ml de água. A mistura é aquecida em um banho-maria para dissolver a maior parte do cianeto de sódio e, em seguida, 1000 g (8 moles) de cloreto de benzila (bp 170-180 °C) misturados com 1000 g de álcool 95% são introduzidos pelo funil de gotejamento durante 30 a 45 minutos. A mistura é então aquecida sob um condensador de refluxo no banho de vapor por quatro horas, resfriada e filtrada com sucção para remover a maior parte do cloreto de sódio. É aconselhável lavar o sal filtrado com uma pequena porção de álcool para remover qualquer cianeto de benzila que possa ter sido retido mecanicamente.

O frasco é agora equipado com um condensador e a maior quantidade possível de álcool é destilada no banho de vapor. O líquido residual é resfriado, filtrado, se necessário, e a camada de cianeto de benzila é separada. Esse cianeto de benzila bruto é agora colocado em um balão de destilação de Claisen e destilado sob pressão reduzida, com a água e o álcool passando primeiro e, por fim, o cianeto (é preferível destilar a última parte dos solventes e o cianeto de benzila sob vácuo). É vantajoso usar uma coluna de fracionamento. O material é coletado a 135-140 °C a 38 mm Hg (115-120 °C a 10 mm Hg). O rendimento é de 740-830 g (80-90% da quantidade teórica). É preferível lavar o produto final para remover o isocianeto de benzila com odor desagradável e aumentar significativamente o prazo de validade do produto. O cianeto de benzila, depois de destilado, é agitado vigorosamente por cinco minutos com um volume igual de ácido sulfúrico quente (60 °C) a 50%, preparado pela adição de 275 ml de ácido sulfúrico concentrado a 500 ml de água. O cianeto de benzila é separado e lavado com um volume igual de solução saturada de bicarbonato de sódio, seguido de um volume igual de solução semi-saturada de cloreto de sódio. Em seguida, ele é seco e destilado sob pressão reduzida. A perda nas lavagens é insignificante.

Ácido fenilacético a partir de cianeto de benzila

Equipamento e material de vidro.

• Balão de fundo redondo com três gargalos de 5 L;
• Agitador mecânico;
• Condensador de refluxo;
• Banho-maria;
• Placa de aquecimento;
• Balão de Buchner de 2 l e funil de Ø 25 cm (ou filtro Shott);
• Funil convencional;
• Papel de filtro;
• Aparelho de destilação;
• Suporte de retorta e grampo para fixação do aparelho;
• Cilindro de medição de 1 L;
• Béqueres de 2 L x2; 500 ml x2;
• Aspirador de jato de água;
• Balança de laboratório (adequada para 1 a 1000 g);
• Termômetro de laboratório (0 °C a 200 °C) com adaptador de frasco;
• Béqueres de 2 l x2; 500 ml x2.

Reagentes.

• 3500 ml Água destilada;
• 840 ml de ácido sulfúrico conc. (H2SO4);
• 700 g (6 mol) de cianeto de benzila.

1150 ml de água, 840 ml de ácido sulfúrico técnico e 700 g (6 mol) de cianeto de benzila são misturados em um balão de três gargalos de 5 litros equipado com um agitador mecânico. O frasco é conectado a um condensador de refluxo e aquecido por 3 horas com o agitador em funcionamento. Depois disso, o conteúdo do frasco é resfriado até a temperatura ambiente e, em seguida, despejado em 2 litros de água fria. Nesse caso, a massa deve ser agitada para evitar a formação de um bolo sólido. O ácido fenilacético obtido é filtrado em um funil de Buchner. O produto da reação é derretido sob a água e lavado por decantação várias vezes com água quente. Após o resfriamento das lavagens, obtém-se uma pequena quantidade de ácido fenilacético, que é filtrada e adicionada à porção principal da substância. A água quente do último enxágue é drenada enquanto o produto ainda está fundido. O ácido líquido é despejado em um balão de Claisen de 2 litros e destilado sob vácuo. Primeiro, uma pequena quantidade de água é destilada e descartada. Em seguida, cerca de 20 ml de corte passam com uma quantidade notável de cianeto de benzila. Essa fração é usada para a próxima síntese. A próxima (terceira) fração é destilada a uma temperatura de 176-189 °C (50 mm Hg); ela é coletada separadamente. Após algum tempo de espera, a fração se solidifica.

Assim, o produto obtido é um ácido fenilacético razoavelmente puro com m.p. 76-76,5 °C; o rendimento é de 630 g (77,5% da teoria). Como a segunda fração, que é usada na síntese subsequente, contém uma quantidade significativa de ácido fenilacético, o rendimento geral do produto é de pelo menos 80% do teórico. O ácido fenilacético tem um odor desagradável.

Ácido fenilacético a partir de cloreto de benzila via reagente de Grignard

Equipamento e material de vidro.

• Balão de fundo redondo de três gargalos de 250 ml;
• Suporte para retorta e grampo para fixar o aparelho;
• Agitador mecânico com uma junta;
• Funil de gotejamento de 500 ml com bypass;
• Condensador de refluxo;
• Tubo de cloreto de cálcio;
• Placa de aquecimento;
• Banho-maria;
• Banho de gelo e sal (-10 °C);
• Frasco de Wolfe x2;
• Aparelho de Kipp ou dióxido de carbono sólido;
• Funil de separação de 500 ml
• Aspirador de jato de água;
• Balança de laboratório (1 - 100 g é adequado);
• Papel de filtro;
• 100 ml Cilindro de medição;
• Béqueres de 500 ml x2; 100 ml x2;
• Balão de Buchner de 1 L e funil (ou filtro Shott).

Reagentes.

• 2,4 g de aparas de magnésio (Mg).
• 120 ml de éter dietílico.
• 12,7 g de cloreto de benzila.
• 200 ml de ácido sulfúrico conc. (H2SO4).
• 10 g de HCl (d 1,19) em 20 ml de água destilada e 100 ml de ácido clorídrico a 10%.
• 1 L de água destilada.

Em um balão de fundo redondo de três gargalos de 250 ml, equipado com um agitador mecânico com uma junta, um funil de gotejamento e um condensador de refluxo com um tubo de cloreto de cálcio, coloque 2,4 g de aparas de magnésio, adicione 30 ml de éter absoluto e adicione 3-4 ml de uma solução de 12,7 g de cloreto de benzila em 50 ml de éter absoluto. Depois que a reação começa, o éter fica turvo e ferve (se necessário, para iniciar a reação, o frasco é imerso em um banho de água morna), uma solução etérea de cloreto de benzila é adicionada gota a gota em uma velocidade tal que o éter ferve calma e uniformemente o tempo todo. Após a adição de todo o cloreto de benzila, a mistura é aquecida em um banho de água por 1-1,5 h até que o magnésio esteja completamente dissolvido.

Resfriefortemente o frasco com uma mistura de gelo e sal (-10 °C), substitua o funil de gotejamento por um tubo de gás e passe por 3 a 4 horas uma corrente não muito forte de dióxido de carbono seco de um cilindro ou do aparelho de Kipp, secando o gás por meio de dois frascos de Wolfe com ácido sulfúrico concentrado (é possível obter um rendimento maior de ácido fenilacético introduzindo dióxido de carbono sólido na reação).

Em seguida, substitua o tubo de gás por um funil de gotejamento e, com forte resfriamento e agitação, adicione, gota a gota, uma solução de 10 g de HCl (d 1,19) em 20 ml de água. Quando a mistura de reação estiver dividida em duas camadas transparentes, o conteúdo do frasco é transferido para um funil de separação, bem agitado e, após a decantação, a camada aquosa é separada. Essa última é extraída duas vezes com éter (porções de 20 ml). As soluções combinadas de éter de ácido fenilacético são agitadas novamente com uma solução diluída de hidróxido de sódio, a solução alcalina é separada, acidificada com ácido clorídrico a 10% e resfriada. Oácido fenilacético obtido é filtrado sob vácuo, lavado com água fria, bem torcido e recristalizado com água quente. m.p. 75 °C, rendimento de 8 g (60% teórico).