Síntese de ácido fenilacético

[G.Patton]

Introdução

Existem duas vias eficazes para obter ácido fenilacético a partir de cloreto de benzeno. A primeira via, através do cianeto de benzilo, permite obter até 77% de rendimento. A segunda via, a partir do cloreto de benzilo, através do reagente de Grignard, descreve um rendimento teórico de 60%. Ambas as vias têm algumas vantagens e desvantagens. Por exemplo, a síntese do cianeto de benzilo exige muita experiência do químico, uma vez que este tem de trabalhar com cianeto de sódio, que é muito tóxico. Por outro lado, a síntese do cloreto de benzilo através do reagente de Grignard requer menos reagentes tóxicos, mas o químico tem de trabalhar com dióxido de carbono sólido ou com o aparelho de Kipp. Além disso, este método dá menos rendimento do que o primeiro. No nosso fórum pode encontrar outras formas de síntese do ácido fenilacético, como a via do ácido mandélico ou docianeto de benzilo por hidrólise alcalina.

Além disso, neste tópico pode encontrar a síntese detalhada do cloreto de benzilo a partir do benzeno. No final, quero avisar todos os químicos que queiram repetir esta síntese de que têm de utilizar todo o equipamento de segurança, como vidro químico, luvas, bata química e máscara respiratória. Efetuar as experiências sob sonda de extração ou sob exaustor em locais bem ventilados.

Aspeto: sólido branco com um forte odor a 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 benzilo a partir do benzeno

Equipamento e material de vidro.

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

Num balão de três gargalos de 1 litro, equipado com um condensador de refluxo (dupla superfície), um agitador mecânico (de preferência do tipo Hershberg) e um tubo de introdução de gás que se estende até perto do fundo do balão, colocar 200 g (227 ml) de benzeno seco, 20 g de paraformaldeído (pode também utilizar-se 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 finamente pulverizado. Apoiar o balão num banho-maria disposto de modo a que o nível da água nele contida fique aproximadamente à mesma altura que a reação. Aquecer o banho a 60 °C e fazer entrar (através de um frasco de lavagem vazio) uma corrente rápida de cloreto de hidrogénio até que não haja mais absorção de gás (cerca de 20 minutos): deixar arrefecer. Transferir a mistura reacional para uma ampola de decantação, lavá-la 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 resinifica em grande parte durante a destilação) e finalmente com 20 ml de água. Secar com cloreto de cálcio anidro ou sulfato de magnésio e destilar sob pressão normal num balão de Claisen com braço lateral de fracionamento até a temperatura atingir 100-110 °C. Depois de arrefecer um pouco, destilar sob pressão reduzida e recolher o cloreto de benzilo a 63-65 °C a 12 mmHg. O rendimento é de 70 g. O resíduo no balão contém um pouco (cerca de 4 g) de dicloreto de p-xileno, m.p. 100 °C, e uma pequena quantidade de difenilmetano.

Cianeto de benzilo apartir de cloreto de benzilo

Equipamento e material de vidro.

• Balão de fundo redondo de 5 L;
• Termómetro de laboratório (0 °C a 200 °C) com adaptador para balão;
• Condensador de refluxo;
• Banho-maria;
• Placa de aquecimento;
• Funil de 2 L;
• Balão de Buchner de 2 L e funil de Ø 25 cm (ou filtro de Shott);
• Aparelho de destilação;
• Suporte para retortas e pinça para fixar o aparelho;
• Papel de filtro;
• Funil convencional;
• Aspirador de jato de água;
• Balança de laboratório (1 - 1000 g é adequada);
• Agitador magnético;
• Proveta de 1 L;
• Copos de 2 L x2; Copos de 500 ml x2.

Reagentes.

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

Num balão de fundo redondo de 5000 ml, munido de uma rolha, de um condensador de refluxo e de uma ampola de decantação, colocam-se 500 g (10 moles) de cianeto de sódio em pó (96 % a 98 % de pureza) e 450 ml de água. Aquece-se a mistura num banho de água para dissolver a maior parte do cianeto de sódio e, em seguida, introduz-se no funil de decantação, durante 30-45 minutos, 1000 g (8 moles) de cloreto de benzilo (bp 170-180 °C) misturado com 1000 g de álcool a 95%. A mistura é então aquecida sob um condensador de refluxo no banho de vapor durante 4 horas, arrefecida e filtrada por sucção para remover a maior parte do cloreto de sódio. É conveniente lavar o sal filtrado com uma pequena porção de álcool, a fim de eliminar o cianeto de benzilo eventualmente retido mecanicamente.

O balão é agora munido de um condensador e destila-se a maior quantidade possível de álcool no banho de vapor. O líquido residual é arrefecido, filtrado, se necessário, e a camada de cianeto de benzilo é separada. Este cianeto de benzilo em bruto é colocado num balão de destilação de Claisen e destilado sob pressão reduzida, sendo primeiro a água e o álcool e depois o cianeto (é preferível destilar a última parte dos solventes e o cianeto de benzilo sob vácuo). É vantajoso utilizar uma coluna de fracionamento. O material é recolhido 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 benzilo com odor desagradável e para prolongar significativamente o prazo de validade do produto. O cianeto de benzilo, depois de destilado, é agitado vigorosamente durante cinco minutos com igual volume 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 benzilo 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. Secar e destilar sob pressão reduzida. A perda nas lavagens é negligenciável.

Obtenção deácido fenilacético a partir de cianeto de benzilo

Equipamento e material de vidro.

• Balão de fundo redondo de três gargalos de 5 L;
• Agitador mecânico;
• Condensador de refluxo;
• Banho-maria;
• Placa de aquecimento;
• Balão de Buchner de 2 l e funil Ø 25 cm (ou filtro de Shott);
• Funil convencional;
• Papel de filtro;
• Aparelho de destilação;
• Suporte para retortas e pinça para fixar o aparelho;
• Garrafa de medição de 1 L;
• Copos de 2 L x2; Copos de 500 ml x2;
• Aspirador de jato de água;
• Balança de laboratório (1 - 1000 g é adequada);
• Termómetro de laboratório (0 °C a 200 °C) com adaptador de balão;
• Béqueres de 2 l x2; 500 ml x2.

Reagentes.

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

Misturam-se 1150 ml de água, 840 ml de ácido sulfúrico técnico e 700 g (6 mol) de cianeto de benzilo num balão de 5 litros com três gargalos, equipado com um agitador mecânico. O balão é ligado a um condensador de refluxo e aquecido durante 3 horas com o agitador em funcionamento. Em seguida, o conteúdo do balão é arrefecido até à temperatura ambiente e vertido em 2 litros de água fria. Neste caso, a massa tem de ser agitada para evitar a formação de um bolo sólido. O ácido fenilacético obtido é filtrado num funil de Buchner. O produto da reação é fundido debaixo de água e lavado por decantação várias vezes com água quente. Após arrefecimento das lavagens, obtém-se uma pequena quantidade de ácido fenilacético, que é filtrada e adicionada à porção principal da substância. A água quente da última lavagem é drenada enquanto o produto ainda está fundido. O ácido líquido é vertido num balão de Claisen de 2 litros e destilado sob vácuo. Primeiro, destila-se uma pequena quantidade de água e rejeita-se. Em seguida, cerca de 20 ml de corte passam com uma quantidade apreciável de cianeto de benzilo. Esta fração é utilizada para a síntese seguinte. A fração seguinte (terceira) é destilada a uma temperatura de 176-189 °C (50 mm Hg); é recolhida separadamente. Após algum tempo de repouso, a fração solidifica.

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

Obtenção de ácido fenilacético apartir de cloreto de benzilo através do reagente de Grignard

Equipamento e material de vidro.

• Balão de fundo redondo de três gargalos de 250 ml;
• Suporte para retorta e pinça para fixar o aparelho;
• Agitador mecânico com uma junta;
• Funil de 500 ml com derivação;
• Condensador de refluxo;
• Tubo de cloreto de cálcio;
• Placa de aquecimento;
• Banho de água;
• 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 adequada);
• Papel de filtro;
• 100 ml Proveta graduada;
• Copos de 500 ml x2; Copos de 100 ml x2;
• Balão de Buchner de 1 L e funil (ou filtro de Shott).

Reagentes.

• 2,4 g de aparas de magnésio (Mg).
• 120 ml de éter dietílico.
• 12,7 g de cloreto de benzilo.
• 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.

Num balão de fundo redondo de três gargalos de 250 ml, equipado com um agitador mecânico com uma junta, uma ampola de decantação e um condensador de refluxo com um tubo de cloreto de cálcio, colocar 2,4 g de aparas de magnésio, juntar 30 ml de éter absoluto e adicionar 3-4 ml de uma solução de 12,7 g de cloreto de benzilo em 50 ml de éter absoluto. Após o início da reação, o éter torna-se turvo e entra em ebulição (se necessário, para iniciar a reação, o balão é imerso num banho de água morna), adiciona-se uma solução etérea de cloreto de benzilo, gota a gota, a uma velocidade tal que o éter entre em ebulição calma e uniforme. Após a adição de todo o cloreto de benzilo, a mistura é aquecida num banho de água durante 1-1,5 h até à dissolução completa do magnésio.

Arrefecerfortemente o balão com uma mistura de gelo e sal (-10 °C), substituir o funil de decantação por um tubo de gás e fazer passar, durante 3-4 horas, uma corrente não muito forte de dióxido de carbono seco proveniente de uma garrafa ou do aparelho de Kipp, secando o gás através de dois frascos de Wolfe com ácido sulfúrico concentrado (é possível obter um maior rendimento de ácido fenilacético introduzindo dióxido de carbono sólido na reação).

Em seguida, substituir o tubo de gás por um funil de gotejamento e, com forte arrefecimento e agitação, adicionar gota a gota uma solução de 10 g de HCl (d 1.19) em 20 ml de água. Quando a mistura reacional se dividir em duas camadas transparentes, transferir o conteúdo do balão para uma ampola de decantação, agitar bem e, após decantação, separar a camada aquosa. Esta última é extraída duas vezes com éter (porções de 20 ml). As soluções etéreas combinadas de ácido fenilacético são novamente agitadas com uma solução diluída de hidróxido de sódio, a solução alcalina é separada, acidificada com ácido clorídrico a 10% e arrefecida. O ácido fenilacético obtido é filtrado sob vácuo, lavado com água fria, bem espremido e recristalizado a partir de água quente. m.p. 75 °C, rendimento 8 g (60% teórico).