DISEÑO Y SÍNTESIS DE PENTACENO POR MEDIO DE CLORURO DE BENZOILO, 1,3-DIBENZOIL-4,6-DIMETILBENCENO Y LA REACCIÓN DE ELBS

RESUMEN:

El objetivo principal de esta práctica fue identificar la mejor forma de sintetizar pentaceno. Con la bibliografía encontrada por el conjunto de los alumnos asignados al curso de Química Orgánica III se elaboró una guía para la síntesis del pentaceno y se realizaron diferentes modificaciones. Como reactivos se utilizaron ácido benzoico, pentacloruro de fosforo para sintetizar el cloruro de benzoilo. Luego se utilizó cloruro de aluminio, diclorometano, meta xileno, ácido clorhídrico y sulfato de magnesio para la síntesis del 1,3-dibenzoil-4,6-dimetilbenceno. Finalmente se utilizó cobre y atmósfera de nitrógeno para la síntesis del pentaceno. No se logró sintetizar el pentaceno y se recomienda utilizar zinc como catalizador para la reacción de Elbs en lugar de cobre.

PALABRAS CLAVE: cloruro de benzoilo, 1,3-dibenzoil-4,6-dimetilbenceno, síntesis, pentaceno, reacción de Elbs.

INTRODUCCIÓN

El objetivo de este experimento fue sintetizar pentaceno. El pentaceno es un sólido color azul con punto de fusión de 213°C. Se puede identificar por medio de cromatografía de gases considerando que el pico se observará a 213°C. (Skrbic, 2006)

El pentaceno es utilizado recientemente en la investigación de fotoemisiones espectroscópicas por el ordenamiento de sus orbitales. Es utilizado para transistores de película fina de base orgánica. Se obtienen entonces compuestos fotovoltaicos debido a la alta movilidad del pentaceno a temperatura ambiente (1.4 cm2/V.s) y a muy bajas temperaturas (104-105 cm2/V.s). (Schroeder, 2002)

Para la formación del pentaceno se realizaron diferentes reacciones. Primero se formó un cloruro a partir de un ácido carboxílico que se utiliza en síntesis cuando el ácido no es suficientemente reactivo. La formación del cloruro se da por tratamiento con pentacloruro de fósforo o cloruro de tionilo. (Rodger W. 1981)

Después se realizó una acilación de Friedel-Crafts, reacción que utiliza el cloruro de ácido como una fuente de electrófilos para la unión de cadenas R y teniendo cetonas menos reactivas que el benceno sustituido. (Ege S, 1997)

Finalmente la reacción de Elbs es una reacción descubierta por Bradsher con procedimientos de síntesis valiosos. La reacción de Elbs consiste en una ciclodeshidratación aromática que implica alta temperatura de pirolisis sin presencia de disolvente o catalizador. Sin embargo puede realizarse con presencia de zinc como catalizador. (Vingiello, 1965)

En este reporte se recopilaron los resultados y observaciones realizadas en la práctica de síntesis de pentaceno por medio de cloruro de benzoilo, del 1,3-dibenzoil-4,6-dimetilbenceno y de la reacción de Elbs.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El objetivo de esta práctica fue sintetizar pentaceno por medio de la síntesis de cloruro de benzoilo, de 1,3-dibenzoil-4,6-dimetilbenceno y por medio de la reacción de Elbs.

Para la síntesis de cloruro de benzoilo se mezclaron 13.92g del ácido benzoico con 23.74g de pentacloruro de fósforo como fuente de cloro. Conforme se iba completando la reacción por la energía de activación proporcionada por medio de calor y agitación se observó un líquido incoloro lo que concuerda con el color de cloruro de benzoilo. En esta parte la purificación consistía en una destilación de dos etapas, una para extraer el oxicloruro de fosforo (105.8°C para Lenga R, 1991) como subproducto de la reacción y una segunda para extraer el producto cloruro de benzoilo (198°C para Lenga R, 1991). En esta purificación se realizó sólo una destilación por falta de tiempo entonces no se terminó la purificación del mismo y no se pudo realizar la identificación.

En la reacción de formación del 1,3-dibenzoil-4,6-dimetilbenceno se utilizaron 6.196g de cloruro de aluminio para captar el cloruro del ácido como carbo-catión, 17ml de diclorometano como disolvente y el cloruro de benzoilo obtenido en la etapa anterior mezclado con m-xileno. Para la formación de este intermediario se proporcionó energía de activación por medio de agitación y calentamiento. Vale mencionar que el cloruro de benzoilo se agregó gota a gota debido a que la reacción es exotérmica y brusca. Se observó la formación de un gas por medio de la trampa que se diseñó, de esta forma se puede referir a la formación de ácido clorhídrico y asegurando a su vez que en la primera etapa es probable que se tenga cloruro de benzoilo. Por medio de la reacción se empezó a ver que la solución se tornaba color café oscuro que a su vez reacciona con efervescencia por la formación de gases. Ya habiendo terminado la reacción se agregó ácido clorhídrico concentrado para separar completamente el ácido clorhídrico formado. Esta etapa se realizó con presencia de hielo y agua fría y con constante agitación por la alta temperatura de la solución y la formación brusca de gas. De esta forma se forman dos capas, una acuosa y una orgánica y se pretendía que el producto deseado estuviera en la capa orgánica y se lavó con una solución al 5% de bicarbonato de sodio para neutralizar residuos de ácido clorhídrico en capa orgánica y que migrara a la capa acuosa. En el momento de separación la capa acuosa tenía color amarillo y la capa orgánica color café oscuro. Después de ser separada la capa orgánica por medio de decantación tuvo que haber sido purificada por destilación, sin embargo esta etapa no se realizó por falta de tiempo y se obtiene entonces una acumulación de impurezas. Luego se indujo la cristalización del 1,3-dibenzoil-4,6-dimetilbenceno por medio de etanol y calentamiento, sin embargo la cristalización nunca dio lugar y se asume que sea por la falta de purificación de los diferentes intermediarios.

Finalmente para la formación del pentaceno se trabajó por medio de la reacción de Elbs en una mufla con atmósfera de nitrógeno para evitar la oxidación del intermediario 1.3-dibenzoil-4,6-dimetilbenceno. En este punto se utilizó cobre como catalizador, sin embargo la reacción debía durar 7 horas y después de aproximadamente

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