INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABAQUÍMICA ORGÁNICA II REACCIONES DE SUSTITUCIÓN “SÍNTESIS DE UN AROMATIZANTE ARTIFICIAL” METODOLOGÍA No. 4 FECHA DE REALIZACIÓN 28 de Septiembre de 2015 OBJETIVO Sintetizar un éster que es uno de los derivados más importantes de los ácidos carboxílicos, mediante la reacción de Fisher para comprobación de la reacción de sustitución. FUNDAMENTO El método más importante para preparar un éster es la reacción catalizada por un ácido mineral que puede ser ac. sulfúrico o ac. clorhídrico entre un ác. Carboxílico y un alcohol, la cual recibe el nombre de “esterificación de Fisher”. La ecuación general es: + O O H CALOR (Ar-)R-C-OH + R´OH ---------- (Ar-)R-C-OR´ + H2O Ácido alcohol éster Este método es particularmente versátil debido a que la mayoría de los alcoholes pueden conseguirse en el mercado y son poco costosos. En términos experimentales, la reacción se lleva a cabo usando un gran exceso de alcohol con una pequeña cantidad de ac. Sulfúrico como catalizador. El alcohol a menudo sirve como disolvente para la reacción la cual es reversible. GENERALIDADES Investigación bibliografía correspondiente al tema, y todos los puntos necesarios para el complemento del desarrollo de la práctica. Esterificación de un ácido carboxílico. Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza un éster. Un éster es un compuesto derivado formalmente de la reacción química entre un ácido carboxílico y un alcohol. Comúnmente cuando se habla de ésteres se hace alusión a los ésteres de ácidos carboxílicos, substancias cuya estructura es R-COOR', donde R y R' son grupos alquilo. Sin embargo, se pueden formar en principio ésteres de prácticamente todos los oxácidos inorgánicos. Por ejemplo los ésteres carbónicos derivan del ácido carbónico y los ésteres fosfóricos, de gran importancia en Bioquímica, derivan del ácido fosfórico. Química de la esterificación Dada la importancia de los ésteres se han desarrollado muchos procesos para obtener ésteres. El más común es el calentamiento de una mezcla del alcohol y del ácido correspondiente en presencia de cantidades catalíticas de ácido sulfúrico, utilizando el reactivo más económico en exceso para aumentar el rendimiento de la reacción (esterificación de Fischer-Speier). El ácido sulfúrico sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que absorbe el agua formada en la reacción (a veces es sustituido por ácido fosfórico concentrado). En general, este procedimiento requiere de temperaturas elevadas y de tiempos de reacción largos presentando por tanto inconvenientes; El alcohol puede sufrir reacciones de eliminación formando olefinas, esterificación con el propio ácido sulfúrico o la formación del correspondiente éter simétrico. De igual modo el ácido orgánico que se pretende esterificar puede sufrir descarboxilación. Por esto a menudo se utilizan derivados del ácido más activos. En la síntesis del ácido acetilsalicílico por LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA Y APLICADA 26 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA QUÍMICA ORGÁNICA II ejemplo (el éster entre el grupo hidroxilo del ácido salicílico y del ácido acético) se parte del anhidruro del ácido acético y del ácido salicílico que actúa como alcohol. En este caso se libera clorhídrico que reacciona directamente con la piridina del medio para dar el hidrocloruro de piridina.Revisión final y calificación de la práctica MATERIAL REACTIVOS Acido Butírico Equipo QUICKFIT según esquema Acido Acético 1 Mechero con manguera Ac.Explicación general del desarrollo de la práctica 2.Proporcionar bibliografía para consultar datos teóricas sobre: a) Generalidades b) Reacciones c) Cuestionario 7.. APOYO DEL PROFESOR DURANTE LA PARTE EXPERIMENTAL 1. un plástico transparente que se emplea por ejemplo para fabricar botellas de bebida.. Solución saturada de NaCl 1 Matraz erlenmeyer de 125 ml Carbonato de Sodio al 10% 1 Embudo de separación de 250 ml Sulfato de Sodio anhidro 2 Mangueras de látex Papel pH 1 Par de guantes de carnaza Agua destilada 2 Gafas de seguridad 5 Perlas de vidrio 1 Cuba para baño María PROCEDIMIENTO LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA Y APLICADA 27 .. otro ácido de Lewis o trazas de base. Las condiciones de esta reacción son muy suaves ya que no requiere la presencia de ácidos o bases fuertes y se puede llevar a cabo a temperatura ambiente o incluso inferior... Se libera el alcohol previamente unido en forma del éster. de 50 o 100 ml Alcohol Amílico 1 Agitador Alcohol Isopropílico 2 Pinzas universales con nuez Alcohol Etílico 1 Matraz erlenmeyer de 250 ml. Por esto permite la síntesis de compuestos en presencia de grupos funcionales muy sensibles.. Este proceso se emplea industrialmente sobre todo en la obtención del PET (polietilentereftalato). etcétera. que igualmente forman ésteres.Supervisión del desarrollo correcto de la metodología 3. También se utilizan procesos de transesterificación donde se hace reaccionar un éster con un alcohol en presencia de un catalizador como el tetracloruro de germanio. Sulfúrico conc. Existen aún procesos de menor importancia como la adición de un ácido a una olefina.Checar el mecanismo de reacción 4..Resolver dudas generadas durante la práctica 6. En vez de agua se libera una molécula de ácido acético que puede ser separada fácilmente del producto: O(OCCH3)2 + HO(C6H4)COOH -> HOOCCH3) + H3CCOO(C6H4)COOH Otro proceso es la utilización del cloruro del ácido (R-COCl)(variante de Einhorn) y el alcohol en la presencia de piridina. 1 Tela de alambre con asbesto Alcohol Butílico 1 Embudo talle corto o largo 3 Vasos de pp.Certificación de la reacción del producto obtenido por medio del punto de ebullición 5. .75 ml de ác sulfúrico conc. Agitar el agua y corroborar su olor. agregar lentamente y con cuidado 15 ml de agua y agitar.Colectar la fracción que destile a la temperatura que corresponda a la mezcla elegida (consultar la tabla) *Hacer la destilación a Baño María..Es conveniente dejar una pequeña cantidad residual de líquido en el matraz de destilación. TRATAMIENTO DE RESIDUOS Medir el pH del agua del filtrado.Comparar el olor de todos los productos obtenidos y entregar el producto restante al maestro. 4..Agregar lentamente y con agitación constante 3. 6.. La destilación se hará siempre y cuando se obtenga suficiente producto... 9.Mezclar en un embudo de separación la cantidad del ácido y del alcohol indicado en la lista.Secar la fase orgánica con una pizca de sulfato de sodio anhidro y decantarla al matraz de destilación. LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA Y APLICADA 28 .Separar la capa orgánica.. 1 2 3 4 5 6 124-125 120-145 75-78* 86-89 185 120-121 8...Pasado este tiempo.. 2. 10. lavarla primero con 15 ml de la solución saturada de sal y luego con 15 ml de la solución de carbonato de sodio al 10% (hasta un pH neutro o ligeramente alcalino). 3.Poner en reposo esta mezcla durante 30 min. y lavarla otra vez con 15 ml de agua hasta un pH neutro. neutralizar y desechar en el recipiente de acopio de residuos de laboratorio. 5.INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA QUÍMICA ORGÁNICA II A) ACIDO ML ALCOHOL ML 1 ACÉTICO 15 BUTILICO 10 2 ACÉTICO 20 AMÍLICO 10 3 ACÉTICO 15 ETÍLICO 10 4 ACÉTICO 15 ISOPROPÍLICO 10 5 BUTÍRICO 15 ETÍLICO 10 6 BUTIRICO 15 AMÍLICO 10 1.Colocar una gota de destilado en un matraz erlenmeyer de 250 ml y agregar 100 ml de agua. cuidando que no pase el sulfato. agitándola cada 5 min. 7. . INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA QUÍMICA ORGÁNICA II OBSERVACIONES: En el caso del equipo 5 hicimos 2 síntesis con distintas sustancias. dejamos reposar durante 30 min y logramos observar que una cambio su color a amarillo y la otra continuo transparente Se agregaron los 15 ml de agua destilada y separamos la fase orgánica. La primera fue ácido Butírico con alcohol etílico (lado izquierdo) La segunda fue con ácido acético y alcohol Amílico (lado derecho Se agregó en ácido sulfúrico en ambas Sustancias. LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA Y APLICADA 29 . Después se agregaron 15 ml de agua destilada Además. se la investigaron Se realizó destilación ylos los olores que deberían dar y se compararon los que en el laboratorio nos dieron.INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA QUÍMICA ORGÁNICA II Se lavaron con 15 ml de la solución saturada de sal y luego con 15 ml de la solución de carbonato de sodio al 10% hasta que se consiguió un pH alcalino casi neutro. Tabla de comparación entre los distintos resultados ÁCIDO Acético ALCOHOL Butílico Acético Etílico Butírico Isopropílico Acético Isopropílico Butírico Acético Etílico Amílico CONCLUSIONES LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA Y APLICADA 30 OLOR PRÁCTICO OLOR L Barniz de uñas Frutal más suave Medicina Frutal (especia manzan Dulce Frutal ( piña) Acetona y barniz Frutal de uñas Jugo de uva Frutal (p manzana Frutal (p . Los siguiente resultados de los demás esteres los obtuvimos comparando resultados con los demás equipos. resultados quedaron de la manera También se agregó el color característico que poseía cada como se muestra en la tabla sustancia. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA QUÍMICA ORGÁNICA II Se lograron obtener los 2 esteres durante la práctica en el primero que fue ácido butírico más alcohol etílico y dio como resultado Butanoato de Etilo y en el segundo se utilizó ácido acético con alcohol amílico y como producto se obtuvo acetato de amilo. CUESTIONARIO 1. en algunos casos. el olor resultante no fue el más óptimo como en el caso del éster que olía a medicina.Escribe cada una de las reacciones de los productos obtenidos ÁCIDO Acético ALCOHOL Butílico REACCIÓN H3C-COOH + CO-O Acético OH H2SO H 3C+ H2O + H2SO4 4 Etílico H3C-COOH + H2SO OH H3C-CO-O + H2O + H2SO4 4 Butírico Isopropílic o COOH + CO-O Acético H+ OH calor + Isopropílic o H2O H2SO4 H3C-COOH + OH CO-O + H2O + H2SO4 Butírico Etílico CO-O Acético COOH + + H2SO4 + H2SO H OH 2SO 4 4 Amílico H2SO4 H3C-COOH + + H2SO4 + H2O LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA Y APLICADA 31 OH CO-O . mediante la reacción de Fisher para comprobación de la reacción de sustitución.”. “ Sintetizar un éster que es uno de los derivados más importantes de los ácidos carboxílicos. que es. Se llevó a cabo con éxito y obtuvimos aromatizantes artificiales con olores.. El objetivo de la práctica. un tanto agradables pero en otros casos. . en caso de que el ácido estuviera diluido la reacción tardaría mucho más o en algunos casos no se presentaría. Editorial Reverté.. También se puede utilizar la adición de un ácido a una olefina BIBLIOGRAFÍA “Manual de Química Orgánica”.com/quimica-organica/esteres/ Vo. 374-394p.Klages. del Maestro Calificación ____________________ LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA Y APLICADA 32 . 4. Vo. 345-349 http://www.¿Para qué extraes la fase etérea con solución de carbonato y bicarbonato de sodio? Para una mayor purificación y que sea más eficiente la separación del éster y la fase de residuos.quimicayalgomas. Bo.. 19° Edición. así la reacción se presenta de manera rápida.INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA QUÍMICA ORGÁNICA II 2.¿Se podría utilizar ácido Sulfúrico diluido? Se utiliza ácido sulfúrico concentrado como catalizador. F. 3. del Maestro . Beyer Walter. Bo. “Tratado de Química Orgánica”.¿Qué otra ruta sintética puedes seguir para obtener esteres? Se puede utilizar una reacción de sustitución nucleofílica a partir de haluros de alquilo con iones carboxilatos. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA QUÍMICA ORGÁNICA II LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA Y APLICADA 33 .