Informe 3 Sintesis de Williamson

SINTESIS DE WILLIAMSON (OBTENCION DEL ÁCIDO FENOXIACETICO) Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de ciencias y educación Licenciatura en química Orgánica II Angie Viviana Cita Gómez (20142150119) 13 de marzo de 2017 RESUMEN: La síntesis de williamson es importante por su versatilidad, puede emplearse tanto para obtener éteres simétricos como asimétricos; en este caso reacciona el fenoxido preparado con el ácido monocloroacetico, esta solución se calienta a baño María y en reflujo durante cuarenta minutos; se diluye, se acidula, se decanta extrayendo las fases orgánicas, posteriormente se lavan con carbonato de sodio, nuevamente se acidula y se filtra el producto. Se presenta un mecanismo de reacción sustitución nucleofilica SN2. Finalmente se determina el punto de fusión, el cual da como resultado 96°C, que en comparación al teórico 98°C se encuentra un sesgo mínimo de diferencia de 2°C. Se realiza elucidación estructural mediante FTIR. PALABRAS CLAVE: síntesis, éter, filtración, mecanismo, fenoxido, fase orgánica. ABSTRACT: Williamson's synthesis is important because of its versatility; it can be used both for symmetrical and asymmetric ethers; In this case the prepared phenoxide reacts with the monochloroacetic acid, this extracting solution isthe heated to phases, water bath and with at reflux for carbonate, forty minutes; Is diluted, acidified, decanted organic washed sodium again acidified and the product is filtered. A nucleophilic substitution mechanism SN2 is presented. Finally the melting point is determined, which results in 96 ° C, which in comparison to the theoretical 98 ° C is a minimum difference bias of 2 ° C. Structural elucidation is performed by FTIR. KEYWORDS: Synthesis, ether, filtration, mechanism, phenoxide, organic phase. 1. INTRODUCCIÓN: SÍNTESIS DE ÉTERES DE WILLIAMSON: El método que más se utiliza para la preparación de éteres es por medio de la síntesis de éteres de Williamson, en la cual un ion alcóxido o fenoxido reacciona con un haluro de alquilo primario o un tosilato en una reacción SN2; por lo general el ion alcóxido se prepara por la reacción de un alcohol con una base fuerte como el hidruro de sodio, NaH. Debido a que la síntesis de Williamson es una reacción SN2, está sujeta a todas las restricciones usuales; los haluros primarios y los tosilatos funcionan mejor debido a que la reacción de eliminación E2 competitiva puede ocurrir con sustratos más impedidos; por tanto, los éteres asimétricos deben sintetizarse por la reacción entre el alcóxido

más impedido y el haluro menos impedido, y no a la inversa. (Carey, F. (2006)

La síntesis de Williamson implica la sustitución nucleofilica de un ion alcoxido o fenoxido por un ion halogenuro y es estrictamente análoga a la preparación de alcoholes por tratamiento de halogenuros de alquilo con hidróxido acuoso. En general no pueden utilizarse los halogenuros de arilo, debido a su poca reactividad hacia la sustitución nucleofilica. (Morrison, B. (1985))

casi siempre superior a la otra. (Morrison, B. (1985)) 2. MATERIALES Y REACTIVOS: 2.1 Reactivos: Fenol, ácido monocloroacético, éter etílico, NaOH al 33%, HCl concentrado, Na2CO3 al 15 % y agua Los alcoxidos de sodio se obtienen por acción directa del sodio metálico sobre alcoholes Secos:

Síntesis de éteres fenílicos Puede usarse un fenol (alcohol aromático) como el fragmento del alcoxido, pero no el fragmento de haluro, para la síntesis de Williamson de éteres. Los fenoles ácidos que alcoholes alifáticosson y más el hidróxido delossodio esto suficientemente básico para formar el ion fenoxido. Como con los otros alcoxidos, el electrófilo debe tener un grupo alquilo primario no impedido y un buen grupo saliente. (McMurry, J. (2008)).

Debido a la apreciable acidez de los fenoles, los fenoxidos de sodio se preparan por la acción del hidróxido de sodio acuoso sobre fenoles:

SI se desea obtener un éter di alquílico asimétrico, podemos elegir entre dos combinaciones de reactivos; una de ellas es

destilada 2.2 Equipos: 2 pipetas, 2 vaso de precipitado de 100 y 200 mL, Erlenmeyer de 50 mL vidrio de reloj, agitador, espátula, papel filtro cualitativo, plancha de calentamiento, equipo de punto de fusión, Equipo para reflujo (balón, refrigerante, mangueras, soportes, pinzas, nueces). 3. METODOLOGÍA: En un erlenmeyer de 250 mL se colocó 0,5 g de fenol en 2,5 mL de hidróxido de sodio al 33%, se inició la agitación vigorosa durante 5 minutos. Al término de la agitación se agregó 0,75 g de ácido monocloroacético y se agito otros 5 minutos más. Se calentó durante 40 minutos al baño maría con reflujo. Después se enfrió la solución, se diluyo con 10 mL de agua y aciduló con ácido clorhídrico concentrado, hasta que el pH fue considerablemente acido (se verifico con papel indicador). Se colocó la mezcla en el embudo de separación y extrajeron con tres porciones de 10 mL de éter etílico. Luego se juntaron los extractos en un embudo de separación y se lavó la fase orgánica con tres porciones de agua de 15 mL. Después de esto, se lavó de nuevo la fase orgánica con 15 mL de carbonato de sodio al 15%. En un vaso de precipitado se reunieron las porciones acuosas de carbonato de sodio (conteniendo el ácido fenoxiacético en forma de sal sódica), se acidulo con ácido clorhídrico concentrado gota a gota hasta total precipitación del producto puro. Posteriormente se filtró tradicionalmente el producto y se dejó secar para pesar. Finalmente se determinó el punto de fusión. Y se envió la muestra para determinación de FTIR.

4. ANALISIS DE RESULTADOS: Observaciones: Se forma espuma mientras se le agregaba el HCl a la fase acuosa, generando a su vez una especie de efervescencia. El reflujo a baño maría demoro uno minutos más del estimado, dado que fue necesario

Figura1.mecanismo de reacción. Lo que ocurre inicialmente es la formación del ion fenoxido: al mezclar el fenol (ácido fuerte) con el hidróxido de sodio da lugar al fenoxido y agua (ácido débil) (Morrison, B. (1985)):

envolver el montaje con papel aluminio para que el reflujo iniciara. El mecanismo presente fue sustitución nucleofilica SN2:

Figuras 2 y 3. Reacción con el ácido monocloroacetico y montaje de reflujo 

El oxígeno adquiere una carga negativa lo cual le da la propiedad de ser un mejor nucleófilo para continuar después con la obtención del éter. Si no hay suficiente NaOH no reacciona la cantidad apropiada para llevar a cabo la reacción ácido base y por tanto se obtendrá una cantidad mínima o nula del producto.

El segundo paso esta dado entre el fenoxido formado y ácido monocloacetico que al ser un halogenuro primario favorece la sustitución SN2 (Carey, F. (2006) El fenoxido entra por la parte posterior saliendo así el Cl





Luego de la agitación y el calentamiento durante los 40 minutos se diluye con agua y se acidula con [HCl] al haber un pH muy alto, el ácido en solución básica se encuentra ionizado, por ello se le agrega el [HCl] hasta disminuir su pH considerablemente y así lograrla protonacion del ácido para formar finalmente el ácido fenoxiacético y cloruro de sodio. (L.G Wade) Después se hizo una extracción con éter etílico donde se separó la fase acuosa (donde queda el NaCl) de la orgánica; para separar los restos del ácido monocloroacetico y HCl se lava con tres porciones de agua La última extracción que se realizó fue con bicarbonato de sodio, desechándose la en la fase orgánica el éter etílico y el fenol.

Posteriormente se acidula con el HCl para que la solución quede protonada y no ionizada.  La espuma formada al agregar el HCl está dada por la descomposición del H 2CO3- en agua: NaHCO3



HCl



H 2 CO3





NaCl

 CO2   H 2 O

Se forma el sólido (ácido fenoxiacetico) que al no ser soluble en agua precipita, esto teniendo como criterio el producto de solubilidad del ácido fenoxiacetico. En un medio que tenga un pH< solubilidad del ácido debe aumentar, ya que aumenta [H+] y disminuye [OH]-. Al varias el pH de la solución la solubilidad del ácido fenoxiacetico aumenta precipitándose.

Figura 4. Filtración del ácido fenoxiacetico Se filtra obteniéndose el sólido donde los cristales cuentan con una característica de color brillante beis. Se determina la el FTIR del producto, donde la elucidación estructural da como resultado:

inmersos en el aire. Se puede notar una banda característica de alcohol 3600-3000 cm-1. Banda característica de tensión asimétrica ArO-C 1275-1200cm-1. “Cabe resaltar que Los espectros infrarrojos no muestran absorciones evidentes o confiables para los éteres, la falta de absorciones del grupo

carbonilo o del grupo hidroxilo en el IR sugiere un éter.” . ( L.G Wade). FTIR teórico:

Los espectros infrarrojos no muestran absorciones evidentes o confiables para los éteres. La mayoría de los éteres dan un estiramiento del C—O de moderado a intenso alrededor de 1000 a 1200 cm-1 (en la región de la huella digital), pero muchos compuestos distintos a los éteres dan absorciones similares. Sin embargo, el espectro de IR puede ser útil debido a que muestra la ausencia de grupos carbonilo (C = 0 ) y grupos hidroxilo (O—H). Si la formula molecular contiene un del átomo decarbonilo oxígeno, oladel falta de absorciones grupo grupo hidroxilo en el IR sugiere un éter. ( L.G Wade) CONCLUSIONES: 

Resuena entre 40003700cm-1 probablemente esto se debe a impurezas: humedad

o

pequeños

contaminantes

La síntesis de williamson es factible por sustitución con halogenuros primarios es decir de orden CH3>1°>2°>3°, dado que existe impedimento estérico entre mayor sea el número de carbonos da principalmente o en su totalidad el producto de la eliminación.







Según la literatura consultada el espectro IR de un éter puede ser interpretado si no presenta absorciones de grupo carbonilo o de un grupo hidroxilo. La espuma formada al agregar el HCl está dada por la descomposición del H2CO3- en agua. El método de williamson para sintetizar un éter fue práctico y eficaz, sin embargo cabe resaltar que la obtención pudo haber sido más certera reduciendo errores del analista y mejor equipamiento.

BIBLIOGRAFIA: 1. Carey, F. (2006). Química orgánica. México: McGrawHill. 2. McMurry, J. (2008). Química orgánica. México: CENGAGE 3. Morrison, B. (1985). Química orgánica. México: Pearson Addison Wesley 4. L.G Wade, Jr. Química orgânica. México. 7ed. Pearson