Tabla de contenidos
Objetivo
Proporcionar un ejemplo de síntesis en múltiples pasos (utilizando grupos protectores) mediante la preparación de un compuesto orgánico, benzocaína, que está presente en muchos productos de consumo.
Antecedentes
La benzocaína (etil 4-aminobenzoato) es un anestésico que también se utiliza para aliviar el dolor de lesiones y quemaduras. La benzocaína es el derivado del ácido p-aminobenzoico y se puede sintetizar vía la reacción de esterificación de Fischer. Se puede preparar a partir de p-toluidina mediante una síntesis en cuatro pasos. El problema de una síntesis de este tipo es que el rendimiento general del producto final suele ser bastante bajo.
Procedimiento experimental
A) Síntesis de N-acetil-p-toluidina:
Colocar 4 g de p-toluidina en un matraz Erlenmeyer de 100 ml. Luego, en una campana de extracción, añadir lentamente 10 ml de anhídrido acético y agitar suavemente. La reacción es altamente exotérmica. Dejar reposar la mezcla de reacción durante 10 minutos y luego verter el crudo de reacción sobre 50 ml de agua/hielo. Si la mezcla de reacción cristaliza en el matraz, arrastrar el sólido con una pequeña cantidad de agua fría. Agitar la suspensión del producto en agua con una varilla y luego recoger el sólido resultante por filtración al vacío. Guardar el producto para llevar a cabo la siguiente etapa de la síntesis.
B) Síntesis del ácido p-acetamidobenzoico:
En un vaso de precipitados de 400 ml, colocar N-acetil-p-toluidina (4′-metilacetanilida), 200 ml de agua y una cantidad de 1,8 g de KMnO4 por gramo de N-acetil-p-toluidina. En un baño de agua con agitación magnética, calentar la mezcla hasta que adquiera un color marrón oscuro (aproximadamente 30 min). Filtrar al vacío la solución resultante caliente. Si la solución filtrada tiene un color violeta, añadir EtOH gota a gota y calentar suavemente hasta que el color desaparezca. Cuando el filtrado sea incoloro o ligeramente amarillo, dejar enfriar y acidificar con H2SO4 (20%). Filtrar al vacío el sólido blanco resultante.
C) Síntesis del clorhidrato de ácido p-aminobenzoico:
Ensamblar el sistema de reflujo en un matraz de 100 ml y proveer con una salida de gas a una trampa con una solución diluida de NaOH. Calentar el matraz durante 30 min con una mezcla de 2,5 g de ácido p-acetamidobenzoico y 25 ml de HCl (conc.). Enfriar y recoger el precipitado de clorhidrato de ácido p-aminobenzoico por filtración al vacío.
D) Síntesis de benzocaína:
En un matraz de 100 ml, mezcle 1,25 g de clorhidrato de p-aminobenzoico, 10 ml de EtOH y 0,5 ml de H2SO4 (conc.). Caliente la mezcla a reflujo durante 2 horas. Después de enfriar la mezcla, neutralice con una solución acuosa de carbonato de sodio (10%). Extraiga con CH2Cl2 (3 × 5 ml), seque la capa orgánica con sulfato de sodio anhidro y evapore en un rotavapor. Recristalice el sólido resultante del EtOH/agua.
Propiedades físico-químicas
La siguiente tabla recoge los datos de peso molecular (Mw), punto de fusión (P.F.) punto de ebullición (P.E.) y densidad de los reactivos y compuestos utilizados en este experimento de laboratorio.
| Name | Mw (g/mol) | M.p. (ºC) | B.p. (ºC) | Density (g/ml) |
| 4'-metilacetanilida | 149.19 | 149-151 | 307 | - |
| Anhídrido acético | 102.09 | -73.1 | 139.8 | 1.080 |
| Benzocaína | 165.19 | 88-90 | - | - |
| CaCO3 | 100.09 | 800 | - | 2.93 |
| CH2Cl2 | 84.93 | -97 | 40.0 | 1.33 |
| EtOH | 46.07 | -114.1 | 78.5 | 0.790 |
| H2SO4 | 98.08 | 3 | - | 1.80-1.84 |
| HCl | 36.46 | -30 | >100 | 1.200 |
| KMnO4 | 158.04 | 240 | - | 2.71 |
| Na2SO4 | 142.04 | 884 | - | 2.630 |
| NaOH | 40.00 | 318 | 1,390 | 2.130 |
| Ácido p-acetamidobenzoico | 179.17 | 259-262 | - | - |
| Ácido p-aminobenzoico | 137.14 | 187-189 | - | 1.374 |
| Clorhidrato de ácido p-aminobenzoico | 173.60 | - | - | - |
| p-Toluidina | 107.15 | 41-46 | 200 | - |
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 |
| 4'-metilacetanilida |  |
| Anhídrido acético |   |
| Benzocaína | No peligroso |
| CaCO3 | No peligroso |
| CH2Cl2 |  |
| EtOH | |
| H2SO4 | |
| HCl | |
| KMnO4 |   |
| Na2SO4 | No peligroso |
| NaOH | |
| Ácido p-acetamidobenzoico | No peligroso |
| Ácido p-aminobenzoico | |
| Clorhidrato de ácido p-aminobenzoico | |
| p-Toluidina |  |
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.
| 4'-metilacetanilida | YICAMJWHIUMFDI-UHFFFAOYSA-N |
| Anhídrido acético | WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N |
| Benzocaína | BLFLLBZGZJTVJG-UHFFFAOYSA-N |
| CaCO3 | VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L |
| CH2Cl2 | YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N |
| EtOH | LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N |
| H2SO4 | QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N |
| HCl | VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N |
| KMnO4 | VZJVWSHVAAUDKD-UHFFFAOYSA-N |
| Na2SO4 | PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L |
| NaOH | HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M |
| Ácido p-acetamidobenzoico | QCXJEYYXVJIFCE-UHFFFAOYSA-N |
| Ácido p-aminobenzoico | ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-N |
| Clorhidrato de ácido p-aminobenzoico | KBCPMQUSOLSAQO-UHFFFAOYSA-N |
| p-Toluidina | RZXMPPFPUUCRFN-UHFFFAOYSA-N |
Referencias
- Isac-García, J.; Dobado, J. A.; Calvo-Flores, F. G.; and Martínez-García, H. (2015). Experimental Organic Chemistry Laboratory Manual. Elsevier Science & Technology. ISBN: 978-0-12-803893-2
- P. Demare and I. Regla, Synthesis of two local anesthetics from toluene: an organic multistep synthesis in a project-oriented laboratory course, Journal of Chemical Education 89 (2012), no. 1, 147–149, DOI: 10.1021/ed100838a
