SÍNTESE DO ÁCIDO SÍNTESE DO ÁCIDO BENZOÍL-AMINO-CINÂMICOBENZOÍL-AMINO-CINÂMICO

Duarte Correia

Síntese em Química Orgânica4º Ano/1º Semestre

Sumário

A síntese do ácido -Benzoil-amino-cinâmico foi realizada em 3 etapas. O primeiro passo teve como objectivo a obtenção do material de partida, ácido hipúrico, por reacção do cloreto de benzoil com a glicina. O rendimento foi de 63,56 % e o ponto de fusão obtido 188–190ºC.

Na segunda etapa porcedeu-se à síntese do intermediário 2-fenil-4-benzal-5-oxazolona fazendo reagir o ácido hipúrico com o benzaldeído, obtendo-se um rendimento de 94,30 % e um intervalo de fusão [162-168ºC]. Finalmente e por hidrólise do intermediário foi obtido o produto final :ácido -Benzoil-amino-cinâmico com um rendimento de 27,40% e um ponto de fusão de 220-222ºC.

1. Introdução

A síntese do ácido -Benzoil-amino-cinâmico partindo da glicina e do cloreto de benzoil envolve 3 etapas. No primeiro passo,

forma-se o ácido hipúrico por intermédio de uma reacção de acilação entre o aminoácido glicina e o cloreto de benzoílo.A glicina na forma Zwiteriónica (I) (dipolar) ao reagir, na presença do catalisador alcalino (NaOH), converte-se numa forma nucleófila (II), que ataca o cloreto de benzoílo formando uma amida (III)

A reacção termina com a regeneração do par de electrões do azoto e a acidificação do sal de carboxilato (IV) formando o ácido hipúrico (V) [1].

Numa segunda etapa é sintetizado o intermediário da reacção 2-fenil-4-benzal-5-

oxazolona, que é um importante intermediário na síntese de aminoácidos

designada por síntese de Erlenmeyer [2].

A obtenção desta oxazolona, via ácido hipúrico, é conseguida através da reacção deste último com benzaldeído na presença de anidrido acético e acetato de sódio anidro [3]. Esta reacção inicia-se com a ciclização do ácido hipúrico (V) com a formação de um composto com caracteristicas de um anião planar.(VI).

Este composto reage, então, por ataque do par de electrões do azoto ao carbono electrodeficiente do benzaldeído (VII), resultando na formação do reacção 2-fenil-4-benzal-5-oxazolona (VIII)

Finalmente o ácido -Benzoil-amino-cinâmico é obtido por reacção da oxazolona com uma base forte (NaOH), dando-se a formação de um sal que por acidificação regenera a função ácido.A adição do NaOH ao intermediário liberta o ião -OH da base, que ataca de imediato o

carbono electrodeficiente da oxazolona provocando a abertura do anel e formação do sal (IX). Com a adição do HCl, dá-se a formação do ácido -Benzoil-amino-cinâmico (X) [2,4].

2. Parte experimental [2, 5]

2.1. Considerações gerais

Todas as reacções foram efectuadas na

hotte recorrendo a técnicas de montagem standart.

A caracterização dos produtos e do material de partida foi efectuada por espectroscopia de infravermelho, em pastilhas de KBr, num espectrofotómetro Nicolet AVATAR 360 FT-IR esp. Foram ainda efectuadas medidas do ponto de fusão num medidor Electrothermal IA 9000 series.

2.2. Síntese do ácido hipúrico

Num erlenmeyer de 250 mL, contendo 22 mL de água destilada e 3 mL de uma solução aquosa de NaOH 6M, adicionou-se 2,1 g de

glicina e agitou-se até à total dissolução. De seguida a esta mistura reaccional, adicionou-se 3,7 mL de cloreto de benzoílo e 3 mL de NaOH (aq) e rolhou-se o erlenmeyer. Agitou-se a mistura permitindo a libertação dos gases formados no erelenmeyer até à completa

mistura das camadas formadas (incolor amarela). De forma a se obter uma solução alcalina, adicionou-se 6 mL da solução de NaOH durante cerca de 3 m, acompanhando sempre a evolução do pH na reacção tendo-

se observando uma variação na coloração da mistura reaccional de translúcida a amarelada.Num outro erlenmeyer preparou-se uma mistura ácido/gelo, tendo-se para tal adicionado 15 g de gelo e 15 mL de HCl (cc). A este último erlenmeyer adicionou-se a mistura reaccional e obteve-se um sólido esbranquiçado. Posteriormente, filtrou-se o sólido lavando-o com 3 porções de 6 mL de éter. A recristalização do produto foi conseguida por dissolução a quente do sólido numa quantidade mínima de uma solução 1:3 (v/v) etanol / água, com posterior arrefecimento, cristalização e filtração.

Após secagem numa estufa a 60 ºC, obteve-se um pó esbranquiçado ( 3,41 g ) com um intervalo de fusão [188-190 ºC]. Todo este processo experimental teve a duração média de 4 horas.

2.3. Síntese da 2-fenil-4-benzal-5-oxazolona

Num erlenmeyer de 250 mL, adicionou-se 2 mL de benzaldeído, 3,40 g de ácido hipúrico, 5,7 mL de anidrido acético e 1,6 g de acetato de sódio anidro. De seguida, com aquecimento e sob agitação dissolveu-se a solução com algumas dificuldades e transferiu-se para um balão de uma tubuladura. Adaptou-se a este um condensador de refluxo, tendo-se deixado a mistura reaccional em banho-maria durante cerca de 2 horas. Posteriormente, interrompeu-se o aquecimento e adicionou-se lentamente 7,5 mL de etanol que reagiu de imediato com o sólido, com a libertação de gases. Alguns momentos depois tapou-se o balão reaccional e deixou-se em repouso durante a noite. Após o periodo de repouso, efectuou-se a filtração do sólido obtido, lavando-o com 2 porções de 2+1 mL de etanol e água em ebulição.Nesta fase obteve-se um sólido amarelado com cerca de 4,46 g e com um intervalo de fusão [162-168 ºC]. Esta etapa experimental teve a duração média de 4,5 horas

2.4. Síntese do ácido -Benzoil-amino-cinâmico

A obtenção do ácido -Benzoil-amino-cinâmico, iniciou-se com a adição de 4,44 g de 2-fenil-4-benzal-5-oxazolona, 43 mL de água destilada e 8,6 mL de NaOH 6M a um erlenmeyer de 250 mL. A mistura reaccional foi então aquecida, sempre com agitação, até uma temperatura próxima à do ponto de ebulição, sem contudo conseguir a total dissolução do intermediário.Posteriormente, preparou-se um erlenmeyer contendo uma mistura HCl / gelo (21,5 mL /50 g) e filtrou-se imediatamente a mistura reaccional aquecida. Após a filtração

a vácuo, formou-se um precipitado branco no erlenmeyer, ficando porém retido no funil um sólido amarelo. Seguiu-se um período de repouso para a reacção total e filtrou-se o precipitado lavando-o com água destilada gelada. Com a secagem deste numa estufa a 60 ºC, obteve-se um sólido esbranquiçado ( 1,31 g ) com um intervalo de fusão de [220-222ºC].Todo este processo experimental teve a duração média de 3 horas.

3. Resultados e discussão

3.1. Técnicas e processos laboratóriais

A síntese do ácido -Benzoil-amino-cinâmico foi efectuada em 3 partes distintas, pelo que a análise do procedimento laboratorial será efectuada por etapas.Assim numa primeira etapa, relativa à síntese do material de partida, ácido hipúrico, verificou-se que o processo laboratorial é simples, obtendo-se, deste modo, um bom rendimento (segundo a literatura temos rendimentos na ordem dos 76%[vogel]). Assim se justifica o rendimento obtido para a reacção 63,56 %. Relativamente ao teste do ponto de fusão, constactou-se que o ácido hipúrico apresenta um intervalo de fusão [188-190 ºC] que se situa no intervalo de fusão da literatura (188-191 ºC)[6].Numa outra etapa do trabalho laboratorial, foi efectuada a síntese da 2-fenil-4-benzal-5-oxazolona, tendo-se deparado com algumas dificuldades. Tal situação deve-se ao facto de tanto a dissolução da mistura reaccional, como a transferência desta para o balão ter sido complicada pois permitiu a perda de reagente.No entanto, obteve-se um bom rendimento, cerca de 94,30 % (Apendice I), que quando

comparado com o da literatura é muito superior. Esta situação poderá ser explicada em termos de reactividade. Isto é, se se tiver em conta que o arrefecimento sob refluxo durante cerca de 2 horas foi efectuado com um baixo nível de homogeniedade da mistura, pode-se então induzir que parte da reacção pode ter ocorrido, mas a reacção não foi completa, podendo haver quantidades vestigiais de reagente no produto. Assim se justifica o intervalo de fusão [162-168ºC] ligeiramente grande que, no entanto, se aproxima do valor da literatura (165-166ºC) [3, 5].No que respeita à síntese do ácido -Benzoil-amino-cinâmico, foi obtido um rendimento baixo 27,50 % (Apêndice I) face ao valor da literatura (80-85 %) [2].Tal situação pode ser justificada, uma vez que se verificou a presença de uma grande quantidade de sólido (possível intermediário) retida no funil de Hirisch aquando da filtração da solução ainda quente.

Atendendo ao intervalo de fusão obtido para este produto [160-165ºC] e à sua cor amarelada, pode-se inferir que este poderá ser ainda o intermediário. Em termos de análise do ponto de fusão obtido para o produto desejado, verificou-se que este era superior 220-222ºC quando comparado com a literatura (215ºC)[2] o que sugere que o produto possa estar contaminado.

3.2. Caracterização espectroscópica

Nesta etapa da experiência foram efectuados os espectros de infravermelho em KBr do material de partida, do intermediário e do produto final.Para o ácido hipúrico sintetizado, obteve-se o seguinte espectro de I.V.

Figura 1- Espectro de I.V. do ácido hipúrico, em pastilha de KBr.

Para o intermediário 2-fenil-4-benzal-5-ozazolona obteve-se o seguinte espectro de I.V.

Figura 2- Espectro de I.V. da 2-fenil-4-benzal-5-ozazolona, em pastilha de KBr.

Para o “possível intermediário” obtido no funil de Hirisch.

Figura 3- Espectro de I.V. do “possível intermediário”, em pastilha de KBr.Por fim efectuou-se o espectro de infravermelho do produto final, isto é do ácido -Benzoil-amino-cinâmico e obteve-se o seguinte resultado.

Figura 4- Espectro de I.V. do ácido -Benzoil-amino-cinâmico, em pastilha de KBr.

Ao se analisar o espectro de I.V. obtido para o ácido hipúrico, verifica-se que as bandas mais caracteristicas dos grupos do composto são facilmente identificáveis. Assim, é

possível observar as bandas relativas ao estiramento N-H bem como C-H aromático a 3341 e 3088 cm-1 respectivamenteTal como para o ácido hipúrico, pôde-se identificar, com maior ou menor dificuldade,

as bandas características para os restantes compostos, as quais se encontram resumidas na tabela seguinte

Tabela 1 – Bandas caracteristicas no infravermelho para os produtos síntetizados [7].

BandasTipos deVibração

Número de onda (cm-1)/ intensidade

Ácido hipúrico2-fenil-4-benzal-

5-ozazolona

Ácido -Benzoil-amino-

cinâmico-OH Estiramento 3341 (F) - 3446 (F)NH Estiramento 3341 (F) 3443 (F) 3302 (m)-CH

(aromático) Estiramento 3088 (F) ? ?

-CH Estiramento 2929 (m) 2925 (F) 2925 (m)C=O Estiramento 1744 (M) 1794 (m) 1668 (F)

BandasTipos deVibração

Número de onda (cm-1)/ intensidade

Ácido hipúrico2-fenil-4-benzal-

5-ozazolona

Ácido -Benzoil-amino-

cinâmico

C=N Estiramento - 1652 (m-F) -C=C Estiramento 1557 (F) 1554 (m) 1477 (F)C-C Estiramento 994 (m-F) 930 (f) 932 (m-F)

C6H5Deformação no anel

- 686 (m-F) 680 (m-F)

C-O-C Deformação - 1305 (m) -C-N Deformação 1181 (m) 1163 (m) 1203 (m-f)N-H Deformação 1599 (m) 1554 (m) 1508 (m)

Legenda: F- forte; f- fraca; mf- média a fraca; m- média; ?- não identificada mas existente.

Comparado o espectro obtido com o da literatura (Apêndice II)[8] verifica-se que estes são muito semelhantes. A análise dos restantes produtos obtidos apenas basear-se-à nos tipos de vibração que cada uma das moléculas em questão pode possuir, uma vez que não foram encontrados os respectivos espectros na literatura. Numa primeira análise ao comparar-se o espectro do intermediário e do ácido -Benzoil-amino-cinâmico (figura 2 e 4 respectivamente), verifica-se que a sobreposição destas indica claramente que o produto final poderá não conter vestígios do 2-fenil-4-benzal-5-oxazolona. Por outro lado, a presença de bandas características da oxazolona, como é o caso da C-O-C e C=N, justifica em pleno o pressuposto anterior. No entanto, é posível observar para os dois compostos em discussão a existência de uma banda larga entre os 3500 – 3100 cm-1 não sendo esperada no caso do composto intermediário. Esta situação dever-se-à á presença de água no composto, fruto de uma desidratação menos conseguida e também à presença de água no KBr (como se verificou no espectro de KBr).Por outro lado ao comparar-se os espectros da 2-fenil-4-benzal-5-oxazolona e do “possível intermediário” (figura 2 e 3 respectivamente), facilmente se verifica que a sobreposição deste indica que está-se perante o mesmo composto. Somente destaca-se num dos compostos uma banda na zona dos 2359 que refere-se contudo à presença de CO2.

4. Conclusão

Com a realização do procedimento experimental, verifica-se que o método utilizado para a síntese do ácido -Benzoil-amino-cinâmico é relativamente simples e dá bons rendimentos, embora na situação em análise o rendimento final ter sido baixo.

Relativamente á síntese do material de partida, pode-se afirmar que a reacção entre cloretos de acilo e as aminas são um bom método para a síntese de aminas, com rendimentos elevados. Face à proximidade com a literatura, relativamente aos intervalos de fusão obtidos bem como espectros, conclui-se que o ácido hipúrico foi obtido com uma elevada pureza. Porém estes níveis de pureza dos produtos desejados foram diminuindo ao longo do procedimento afectando assim o resultado final.Quanto ao produto que se obteve no final da reacção no funil de Hirisch, veio-se a confirmar, que na realidade está-se perante a 2-fenil-4-benzal-5-oxazolona.Finalmente, no que respeitaà obtenção do ácido -Benzoil-amino-cinâmico, apenas pode-se aferir que muito possívelmente está-se perante o composto desejado, mas com algumas impurezas. Seria então pertinente, recorrer a outras técnicas para se confirmar os resultados, tais como RMN ou a espectroscopia de Massa.

5. Referências bibliográficas

[1]- Mohrig, R., Hammond, C.N., Neckers, D. C., Experimental Organic Chemistry: a balanced approach, macroscale and microscale, W.H. Freeman and Company, New York, 1998.[2]- Soares, Bluma Guenther, et all, Química Orgânica-Teoria e Técnicas de Preparação, Purificação e Identificação de Compostos Orgânicos, Editora Guanabara, Rio de Janeiro, 1988.[3]- Vogel, Arthur I., Vogel-Química Orgânica-Análise Orgânica Qualitativa, V.3, Editora da Universidade de São Paulo, Rio de Janeiro, 1981.[4]- Morrison, R. and Boyd, R.; Química Orgânica , 8ª ed., Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1996.[5]- Furniss, Brian S., Antony J.Hannaford, Peter W.G.Smith, Austin R. Tatchell,

Vogel's-Textbook of Practical Organic Chemistry & Technical, England, 1989;[6]- Catálogo de Química Fina 1996-1997, Aldrich, Espanha;[7]- Lambert, Joseph B. et all, "Organic Structural Spectroscopy", Prentice Hill, New Jersey, USA,1998;[8]- www.aist.go.jp/RIODB/db004/img[9]Reactivos–Diagnóstico–Produtos Químicos, Merck, Madrid, 1990-1991;

6. Apêndices

6.1. Apêndice I

Cálculo do rendimento do ácido hipúrico

MM(C6H9NO3)=179,18 g/molMM(H2NCH2COOH) = 75,07g/molMM(C7H5ClO) = 140,57g/mol( C7H5ClO) = 1,2187 g.cm3

Massa de ácido hipúrico = 3,41 g

Mglicina = 2,1 g n = 0,0280 molV( C7H5ClO) = 3,7mL n = 0,0321 mol

Como a estequiometria da reacção é de 1:1, o reagente limitante é a glicina, uma vez que:

n (H2NCH2COOH) < n ( C7H5ClO)

1 mol (C2H5NO2) 1 mol (C6H9NO3) 75,07 g 179,18 g 2,10 g x x= 4,877 g

Deste modo:

Cálculo do rendimento da 2-fenil-4-benzal-5-oxazolona

Determinação do reagente limitante Tendo em conta que:

MM [C7H6O] = 106,12 g.mol-1

MM [C6H9NO3] = 179,18 g.mol-1

MM [C16H11O2N] = 249,25 g.mol-1

e que: v[C7H6O]utilizado= 2 mL

=>m[C7H6O]=2 x1,044=2,088 gn = m / MM n = 0,0197 mol

=> m[C6H9NO3] utilizada = 3,4 g n = 0,0189 mol

m[C16H11O2N]obtida = 0,4869 gComo a quantidade química de

benzaldeído é maior que a de ácido hipúrico, então o reagente limitante é o ácido hipúrico pois a reacção ocorre na proporção 1:1. Desta forma temos que o rendimento é dado por :

1 mol (C6H9NO3) 1 mol (C16H11O2N)179,18 g 249,25g 3,40 g x x= 4,73 gDeste modo, o rendimento da reacção é dado por:

Cálculo do rendimento do ácido -benzoil-amino-cinâmico

MM [C16H13O3N] = 267,16 g.mol-1

m[C16H11O2N] utilizada = 4,44 gm[C16H13O3N] obtida = 1,31 g

1 mol (C16H11O2N) 1 mol (C16H13O3N)249,25 g 267,16 g 4,44g x x= 4,76 g

Assim sendo, o rendimento é dado por:

6.2. Apêdice II

O espectro de I.V. em KBr do ácido hipúrico fornecido pela literatura[8] é dado pela seguinte figura:

6.3. Apêndice III

Na tabela seguinte, está representado a ficha técnica dos reagentes e produtos envolvidos na experiÊncia laboratorial.

Tabela 2: Ficha de Segurança de reagentes e produtos[9].

CompostoMassa Mol.

(g.mol-1)C.A.S.

Ponto de

ebulição(ºC)

Ponto de fusão

(ºC)

Riscos e segurança

Anidrido acético

(CH3CO)2O

102,09 [108-24-7] 138-140 -73R: 10-34S: 26-45

2-fenil-4-benzal-5-oxazolona

(C16H11O2N)

249,25 - - 165-166 -

Acetato de sódio anidro

(C2H4O2)82,03 [127-09-3] >300 - -

Ácido -benzoíl-amino-

cinâmico(C16H13O3N)

267,16 - - 215 -

Ácido cloridrico

(HCl)36,46

[7647-01-0]

R:34-37S-26-45

Ácido hipúrico

(C6H9NO3)179,18 [495-69-2] - 185-195 -

Benzaldeído(C7H6O)

106,12 [100-52-7] 178-179 -26 -

Cloreto de benzoílo

(C7H5OCl)140,57 [ ] 197 -0,5 -

Etanol(C2H6O)

46,07 [64-17-5] - - R 11

Éter dimetílico(C4H10O)

74,14 [11-96-6] 162,2 34,6 R 11

Glicina cristalina(C2H5NO2)

75,07 [56-40-6] - 262 -

Hidróxido de sódio

(NaOH)40,00

[1310-73-2]

318 -R 35

S 26,37/39,45