Seminario 4. Sintesis de Acetato de Isoamilo

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Nacional de Ciencias Biológicas Químico Bacteriólogo Parasitólogo Práctica N° 4. Síntesis de acetato de isoamilo (Esterificación de Fischer)

Equipo: 2

Grupo: 2QM1

1

Objetivos Generales Efectuar la síntesis de un éster por el método de Fischer. Analizar los factores que se requieren para conseguir que una reacción en equilibrio se desplace hacía la formación de los productos. Aplicar el método de Fischer en la preparación de un éster con importancia comercial.

2

Fundamentos Ácidos Carboxílicos (y sus derivados)

Cetonas y aldehídos

 Generalmente reaccionan mediante adición nucleofílica al grupo carbonilo.

 Suelen reaccionar por sustitución nucleofílica en el grupo acilo.  Un nucleófilo reemplaza a otro en el átomo de carbono carboxílico.

O

.. ..

.. ..

O

Nuc

R C Nuc

+

Y

..

+

..

R C Y

3

GRUPO

GRUPO SALIENTE

O

O

O

.. ..O - . X ..

R

O

R’

..

-

R

X

X= Cl, Br

... ..

O

Halogenuro de acido

O

Acido carboxílico

R

. OH ..

-

OH O

-

. ..OR’

...

Ésteres

R

...

Anhídrido de acido

ESTRUCTURA

R

OR’ O

-

. ..NH

...

Amidas

R

NH2

2

4

Esterificación de Fischer La condensación de un alcohol y un ácido carboxílico catalizada por ácidos produce un éster y agua.

H

Alcohol

..

..

Ácido carboxílico

R

H

+

R

..O .. Éster

R

+

.. ..

R

..OH + ..

.. O ..

O

..

.. O

H

O

5

Para proponer esté mecanismo se requiere de estos pasos: 1. Activación del grupo carbonilo por la protonación del oxígeno carbonílico. 2. Adición nucleofílica al carbonilo protonado para formar un intermediario tetraédrico. 3. Eliminación en el intermediario tetraédrico para restaurar el grupo carbonilo. 6

Otras reacciones para la formación de ésteres Alcoholes con Cloruros de Acilo

7

• Los anhídridos de ácidos carboxílicos reaccionan en forma similar.

8

Mecanismo de la esterificación catalizada por ácidos • El oxígeno del metoxi en el benzoato de metilo ¿viene del metanol, o se deriva del ácido benzoico?

9

10

Irving Roberts y Harold C. Urey, de la universidad de Columbia, proporcionaron una respuesta definitiva en 1938. Prepararon metanol que había sido enriquecido en el isotopo del oxígeno con masa 18. Cuando se esterifico esta muestra de etanol con acido benzoico, el benzoato de metilo contenía el marcador de 18O que había originalmente en el metanol.

Los resultados del experimento de Robert – Urey indican que el enlace C-O del alcohol se conserva durante la reacción. Y el oxigeno que se pierde en forma de molécula de agua, debe provenir del acido carboxílico .

Adición del alcohol al grupo carbonilo catalizada por un acido

..

.. ..

..

.. ..

+

R R

..

..

R

H

R

..

..

.. .. R

Hidrato del éster

..

+

.. ..

+

.. ..

R

R

R

.. ..

+

.. ..

H

.. .. + .. R

+

11

Deshidratación catalizada por un acido

..

.. R

+

..

R

R

..

..

..

R

+

..

.. R

.. .. Éster

R

+

.. ..

..

..

..

R

.. ..

R

+

..

H

.. +

..

..

..

+

H

+

12

Hidrólisis de ésteres catalizada por ácidos La hidrólisis de los ésteres en ácido acuoso diluido es la inversa de la esterificación de Fischer.

+

O

H

O

..

..

Éster

R

.. ..

R

..O ..

H

..

..

O

+

R

..OH + ..

Ácido carboxílico

R

.. O ..

H

Alcohol

13

Cuando el objetivo es la esterificación:  Se elimina el agua de la mezcla de reacción para promover la formación del éster.

Cuando el objetivo es la hidrólisis:  La reacción se efectúa en presencia de un gran exceso de agua.

Ambas reacciones ilustran la aplicación del principio de Le Châtelier.

14

Le chatelier Un sistema en equilibrio se ajusta a modo de minimizar cualquier tensión aplicada a él. Para los equilibrios hidratacióndeshidratación, el factor de tensión clave es la concentración del agua. Agregar agua a una mezcla en equilibrio hidratación-deshidratación causa que el sistema responda consumiendo el agua.

15

Propiedades de los reactivos

16

COMPUESTO PROPIEDAD

ACIDO ACETICO GLACIAL 60

ALCOHOL ISOAMILICO

88

ACETATO DE ISOAMILO

130

TOLUENO

ALCOHOL n-AMILICO

ACIDO SULFURICO

92

88

98

Insoluble en agua Soluble en éter etílico

Soluble en etanol y éter etílico

Soluble en agua y en etanol

PESO MOLECULAR (g/mol)

Soluble en Soluble en etanol y éter etanol y éter etílico; etílico insoluble en agua

SOLUBILIDAD

Soluble en agua y etanol

DENSIDAD g/Ml (20ºC)

1.05

0.81

0.8756

0.87

0.81

1.84

PUNTO DE EBULLICION (°c)

117

131

145

111

138

310

2

2

3

3

2

RIESGOS

3

0

1

1

1

0

2

0

1

1

17

3

0 2 • 17

Mecanismo de reacción

..

..

+

.. ..

+

.. ..

.. ..

.. ..

+

H

18

1. Protonación del oxigeno del grupo carbonilo

..

.. ..

+

..

H

..

.. ..

+

.. ..

+

.. ..

2. Ataque nucleofílico del alcohol isoamílico:

..

..

.. .. ..

.. ..

.. ..

..

.. +

+ 19

3. Perdida de un protón

..

..

..

..

+

..

..

..

.. ..

+

+

..

..

4. Ganancia de protón y perdida de una molécula de agua

+

+

.. ..

.. ..

.. ..

..

..

.. ..

+

20

..

.. ..

..

..

+

.. ..

+

..

5. Perdida de un protón, formación del éster

..

.. ..

..

.. ..

+

+

+

Acetato de isoamilo

21

..

Calculo del rendimiento

..

.. .. P.M = 88 g/mol V. = 7.4 ml D = 0.81 g/ml M = 5.994 g

..

P.M = 60 g/mol V. = 6 ml D =1.05 g/ml M= 6.3 g

+

.. ..

.. .. +

H

P.M = 130 g/mol

3.8922 ml de ácido acético 22

Calculo del rendimiento

Rendimiento teórico = 8.8547 gr acetato de isoamilo

Rendimiento teórico = 8.4 ml acetato de isoamilo 23

Diagrama de flujo

22

COLOCAR +

Alcohol isoamílico 7.4 ml

+

Acido acético glacial + 6 ml

Tolueno 10 ml

+

H2SO4 concentrado 10 gotas

+

Acido p-toluenosulfonico Pizca

ADAPTAR Trampa de Dean Stark en matraz balón Verter el tolueno por la parte superior hasta el nivel del tubo lateral

Tolueno Agua

DETENER CALENTAMIENTO Cuando no aumente el volumen en el tubo separador

Trampa de Dean Stark Baño de aceite 110ºC COLOCAR CUERPOS DE EBULLICIÓN

25

TRANSFERIR

LAVAR Fase orgánica 1. 2. 3.

15 ml de H2O 15 ml de H2O 15 ml de NaHCO3

Lavar una vez mas con agua

SEPARAR Fase orgánica Pasar a vaso de precipitados para secar

SECAR 100 ml

Con sulfato de sodio anhidro

Fase acuosa 100 ml

Neutralizar con NaHCO3 (Hasta que no haya efervescencia y desechar

26

TRANSFERIR

DESTILAR

Probeta

Destilación fraccionada

(Medir rendimiento)

Matraz de residuo

Acetato de isoamilo Baño de aceite a 120ºC

(Destilación simple) Acetato de isoamilo

Fase orgánica (Anhidra)

IDENTIFICAR Por olor

Tolueno, éster, alcohol sin esterificar

Tolueno Desechar en residuos no clorados

No oler directamente (Plátano)

Por solubilidad (insoluble en agua)

27

GUARDAR

OBTENER a)

El resto del éster en frasco bien sellado

b) c)

Volumen teórico de acetato de isoamilo Volumen real obtenido de acetato de isoamilo Rendimiento teórico del acetato de isoamilo

28

Bibliografía • Francis A. Carey., Química Orgánica, 6° Ed. 2006, Editorial Mc. Graw Hill. Páginas 648 – 650, 664, 824 – 827 • L. C. Wade, Jr., Química Orgánica, 5° Ed. 2004, Editorial Pearson Prentice Hall. Páginas 921 – 925, 474, 981 – 982, • www.ub.edu/talq/es/node/238 29