Esperienza n2
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Esperienza n°2
SINTESI DELL'ACIDO BENZOICO
PER OSSIDAZIONE DELL’ALCOL BENZILICO CON KMnO4.
Un acido carbossilico aromatico può essere in generale sintetizzato per ossidazione di
un alcol primario aromatico per mezzo di un ossidante forte come il KMnO4 in
soluzione acida.
In questa esperienza l'alcol benzilico viene ossidato ad acido benzoico da un eccesso di
KMnO4.
La reazione globale (da bilanciare) è la seguente:
C6H5CH2OH + MnO4 + H+ ---> C6H5COOH + Mn2+ + H2O
In realtà la reazione procede in più stadi (da bilanciare):
1)
2)
3)
C6H5CH2OH + MnO4 + H+
C6H5CH2OH + MnO2 + H+
C6H5CHO + MnO4 + H+
--->
--->
--->
C6H5CHO + MnO2
C6H5CHO + Mn2+
C6H5COOH + MnO2
(C6H5CHO è l'aldeide benzoica, composto che si forma in uno stadio intermedio)
Per determinare il numero di elettroni coinvolti nelle redox in cui sono presenti specie
organiche in cui non vengano eliminati atomi di C, come in questo caso, conviene:
1) assegnare carica +1 ad ogni H, -2 ad ogni O;
2) confrontare la variazione di carica tra i reattivi ed i prodotti:
C6H5CH2OH ha 8(+1) + 1(-2) = +6: dunque ci sono presenti 6 cariche - sui C data la
neutralità della molecola:
C6H5CHO ha 6(+1) + 1(-2) = + 4: sono presenti 4 cariche - sullo stesso numero di
C: la molecola ha perso globalmente 2 e- ed è stata quindi ossidata.
Nel caso di C6H5COOH: 6 (+1) + 2 (-2) = +2: sui C sono presenti dunque 2
cariche - : rispetto all'aldeide la molecola è stata ossidata con 2 e.
Alla fine della reazione resta un eccesso di MnO4 e di MnO2 che devono essere
eliminati dall'ambiente di reazione tramite riduzione con solfito di sodio Na2SO3 o con
sodio idrogeno solfito ( o bisolfito di sodio) NaHSO3. È possibile adoperare anche i
rispettivi sali di K con il medesimo risultato.
MnO4 + SO32 ---> Mn2+ + SO42
MnO2 + SO32 ---> Mn2+ + SO42
Reazioni da bilanciare
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L'odore pungente e l’effervescenza che si osservano durante l’aggiunta sono dovuti
allo sviluppo di SO2 (gas) che si forma dall' eccesso di SO32, che in ambiente acido
non è stabile e si decompone secondo la reazione parallela e parassita:
SO32 + 2H+ ---> SO2 + H2O
L'acido benzoico ottenuto deve essere precipitato, filtrato e ricristallizzato per
purificarlo e per poterlo poi caratterizzare misurandone il punto di fusione.
La sua identità e purezza potrebbero essere ulteriormente verificate con tecniche
spettrofotometriche come NMR ed IR.
Procedura
Attrezzatura occorrente:
pallone sferico da reazione da 250 ml ad un collo; anello in suberite; mantello elettrico
riscaldante; sostegno con pinza; refrigerante di Allihn; cilindro graduato; imbuto;
grasso; bechers; carta da filtro, boiling chip, bacchetta in vetro, beuta codata da vuoto,
imbuto di Büchner, Guko.
Reattivi:
KMnO4, alcol benzilico, H2SO4 conc., Na2SO3 o NaHSO3, H2O.
Lo studente trova sul banco un pallone sferico in vetro con un collo smerigliato
normalizzato 29/32 che contiene:
140 mL di H2O, 5.00 g di KMnO4, 2.0 mL di alcol benzilico e 10.0 ml di H2SO4
concentrato.
Indossare gli occhiali di sicurezza
- Introdurre nel pallone qualche spatolata di boiling chip
usando un imbuto per polveri o un piccolo imbuto di carta.
- Fare attenzione che il cono femmina del pallone sia pulito e
senza frammenti di boiling chip, altrimenti pulirlo con un po’
di carta.
- Introdurre il pallone nell’isomantello spento.
- Lubrificare il giunto conico smerigliato maschio del
refrigerante di Allihn con poco grasso al silicone (contenuto
nelle siringhe) solo nella parte superiore.
- Assicurarsi che l'acqua passi lentamente nel circuito
refrigerante e posizionare l'indice del regolatore della
temperatura dell'isomantello a circa 3/4 del valore massimo.
- Riscaldare la miscela fino all'ebollizione e controllare
continuamente che essa sia regolare modificando eventualmente la temperatura.
- Mescolare ogni tanto prendendo il pallone per il collo, usando una pinza di carta o di
stoffa per non scottarsi.
- Preparare 1 filtro a pieghe ed 1 filtro per l’imbuto di Buchner.
- Dopo 40 minuti dall’inizio dell’ebollizione disinserire il mantello riscaldante e
lasciare raffreddare il pallone per qualche istante.
- Dopo aver sganciato il pallone dalla colonna di refrigerazione, con cautela, portarlo
sotto la cappa assieme all’anello di suberite (attenzione che il pallone scotta !!!) .
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- Per eliminare l'eccesso di MnO4 e di MnO2 aggiungere piccole quantità di Na2SO3 o
NaHSO3 solido ed agitare ad ogni aggiunta finché la soluzione si decolora (in totale
circa 3 - 4 spatolate).
- È necessario eseguire l’operazione sotto cappa perché si forma SO2 che è tossica e
maleodorante e procura mal di testa).
- Svaporare per qualche secondo l’eccesso di SO2 che si forma agitando il pallone
sotto la cappa.
- Attenzione non tappare assolutamente il pallone perché la formazione di gas
potrebbe farlo scoppiare (è accaduto nell’a.a. 04-05).
- Tornare al proprio posto e filtrare immediatamente a caldo su filtro
a pieghe per eliminare i boiling chips e raccogliere il liquido in un
becher.
- Riempire un recipiente con una poltiglia di ghiaccio ed acqua e
metterci dentro il becher per raffreddarlo. Mescolare con una
bacchetta di vetro la soluzione grattando le pareti del recipiente per
aiutare la formazione dei cristalli bianchi di C6H5COOH (acido
benzoico) che precipita.
- Se la precipitazione non avviene o è lenta, continuare a grattare con la bacchetta.
- Quando la precipitazione è terminata (dopo circa 15 minuti), si può procedere alla
filtrazione per depressione della soluzione per recuperare
C6H5COOH.
- Collegare la beuta da vuoto con la pompa per vuoto ad
acqua, montare l'imbuto di Buchner con il Guko e porre
sulla piastra di porcellana al suo interno il dischetto di
carta da filtro di forma e misura uguali a quelli della piastra
stessa. Quindi bagnare il filtro con un po' d'acqua.
- Aprire la pompa ed accertarsi che eserciti depressione.
- Versare la soluzione con il prodotto nell'imbuto di
Büchner, lavarlo con un po' d'acqua fredda e quindi
lasciarlo sull'imbuto per 10 minuti premendo il solido con
un tappo di vetro per far uscire l'acqua.
- Mettere il prodotto in una bustina di carta riportante il cognome di chi ha eseguito la
sintesi
che va posta in un essiccatore per la futura ricristallizzazione.
essiccatori
pompa per vuoto ad acqua
limite di 20 mm Hg
pompa per vuoto
meccanica rotante: limite
di 10-2 - 10-3 mm Hg
pompa per vu
turbomolecola
di 10-9 - 10-10
