Reacción de Wittig para la obtención del ácido 4-vinilbenzoico

Objetivo

El propósito de esta práctica es la obtención de alquenos a partir de sales de fosfonio y compuestos carbonílicos, mediante la reacción de Wittig.

Antecedentes

La reacción de Wittig debe su nombre a su descubridor Georg Wittig (premio Nobel en 1979) y consiste en la obtención de alquenos a partir de sales de fosfonio y compuestos carbonílicos. El doble enlace carbono carbono C=C se forma selectivamente en el carbono con un grupo carbonílico C=O.

Los hidrógenos de los carbonos en posición α de las sales de fosfonio son ácidos debido a la estabilización por resonancia de las especies carbaniónicas, cuando son tratadas con una base.

Las sales de fosfonio se preparan por reacción de fosfinas trisustituídas, normalmente trifenilfosfina con haluros de alquilo. La desprotonación suele exigir condiciones fuertemente básicas, aunque en el caso de los iluros estabilizados (con grupos electrón-aceptante por resonancia) se pueden emplear bases más suaves.

Se puede considerar que la reacción comienza por el ataque nucleofílico sobre el carbono carbonílico para dar una betaína dipolar, seguido de la pérdida de óxido de fosfina, generándose un alqueno.

En esta fragmentación está implicado un oxafosfetano cíclico, el cual puede considerarse formalmente como un producto de cicloadición [2+2] del iluro sobre el compuesto carbonílico.

Debido a la fortaleza del enlace P=O, el paso final de la extrusión está termodinámicamente muy favorecido, permitiendo la síntesis de alquenos no disponibles por otros métodos, tales como alquenos tensionados, alquenos terminales o bien sistemas con dobles enlaces no conjugados.

En este experimento, el iluro se genera en presencia de un gran exceso de aldehído. El iluro está estabilizado por el efecto electrón-aceptante del ácido carboxílico (anillo aromático) y es, además, resistente a la hidrólisis. La sal de fosfonio se prepara a partir de ácido 4-bromometilbenzoico, el cual no es volátil y por tanto, relativamente seguro de manejar, aunque algo irritante.

El ácido 4-bromometilbenzoico se genera a partir del correspondiente ácido 4-metilbenzoico mediante una reacción radicalaria que utiliza como iniciador peróxido de benzoílo y como fuente de bromo el compuesto N-bromosuccinimida.

Procedimiento experimental

Preparación del ácido 4-bromometilbenzoico

Se colocan 2.7 g de ácido 4-metilbenzoico y 3.6 g de N-bromosuccinimida, en un matraz de fondo redondo de 100 ml. Añadir el peróxido de benzoílo (0.2 g) con cuidado de que no se adhiera al esmerilado del matraz. Por último, añadir 25 ml de clorobenceno, arrastrando el sólido que pudiera haber quedado en las paredes interiores del matraz.

Seguidamente se calienta la mezcla suavemente a reflujo durante 1 h con agitación magnética. Tras ese periodo se enfría el matraz en un baño de hielo durante 10 min.

El precipitado del crudo de reacción frío se filtra vacío. El residuo se lava con éter de petróleo (hexano) (3 x 10 ml) y se transfiere a un vaso de precipitados. Se añaden 50 ml de agua y se agita durante 10 min para disolver la succinimida. Se filtra, de nuevo a vacío y el precipitado se lava sucesivamente con agua (2 x 10 ml) y éter de petróleo (hexano) (2 x 10 ml).

Se seca el producto pasando una corriente de aire en el Büchner. Se usa en la siguiente etapa.

Preparación del bromuro de 4-carboxibenciltrifenoxofosfonio

Disolver el ácido 4-bromometilbenzoico (4.3 g, 20 mmol) y la trifenilfosfina (5.2 g, 20 mmol) en 60 ml de acetona en un matraz de fondo redondo de 100 ml. Refluir la mezcla durante 45 min. Tras ese periodo, enfriar el crudo de reacción.

El crudo de reacción frío se filtra a vacío obteniéndose la sal de fosfonio precipitada. Lavar el sólido con éter dietílico y secarlo mediante corriente de aire en el Büchner. Pesar el producto seco y usarlo en la siguiente etapa.

Preparación del ácido 4-vinilbenzoico

Colocar el bromuro de 4-carboxibenciltrifenilfosfonio (3.76 g, 8 mmol), el formaldehído acuoso (32 ml) y 15 ml de agua en un Erlenmeyer de 250 ml, equipado con agitación magnética. Agitar vigorosamente, sujetando el Erlenmeyer con una pinza y añadir una disolución de hidróxido sódico (2.5 g en 15 ml de agua). Agitar la mezcla durante 45 min.

El óxido de trifenilfosfina precipita en el crudo de reacción y se filtra a vacío, lavándola con agua (sólido que se desecha). Se acidifica tanto el filtrado como las aguas de lavado con HCl concentrado obteniéndose un sólido que corresponde al ácido 4-vinilbenzoico. El producto se filtra a vacío y se recristaliza de EtOH acuoso.

Propiedades físico-químicas

La siguiente tabla recoge los datos de peso molecular (M_w), punto de fusión (P.F.) punto de ebullición (P.E.) y densidad de los reactivos y compuestos utilizados en este experimento de laboratorio.

GHS pictogramas

Los pictogramas de peligro forman parte del Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos (GHS) y se recogen en la siguiente tabla para los compuestos químicos utilizados en este experimento.

Name	GHS
Ácido 4-(bromometil)benzoico
Ácido 4-Vinilbenzoico
Acetona
Peróxido de benzoilo
Clorobenceno
Éter dietílico
HCl
Hexano
N-Bromosuccimida
Trifenilfosfina

Identificador Químico Internacional

Los identificadores IUPAC InChI key de los principales compuestos utilizados en este experimento se proporcionan para facilitar la nomenclatura y formulación de los compuestos químicos y la búsqueda de información en Internet de los mismos.

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