Síntesis de Acetanilida

REPORTE DE LABORATORI LABORATORIO O DE SÍNTESIS ORGÁNIC ORGÁNICA. A.

SÍNTESIS DE UN PASO

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR 

Síntesis Orgánica

Síntesis de Un Paso Instructores de laboratorio: - Dr. Guillermo Díaz Crespín - Dr. Alex Osorio Landaverde

 Jennifer Rosabel Gabriel Giannine Departamento de Química Orgánica y Bioquímica, Escuela de Química, Facultad de Ciencias Naturales y Matemática, San Salvador

RESUMEN Se presenta la metodología de síntesis de la Acetanilida. Se mostrará la reacción de anilina como ejemplo de las reacciones de amidas (acilación), en la que se da una reacción acido base tipo de Lewis. Lew is. Se utilizó anilina, recientemente destilada y se hizo reaccionar con anhídrido acético y ácido acético glacial; calentándose a reflujo. El producto obtenido se cristalizó, utilizando agua como disolvente y obteniéndose un sólido blanco, aislado por filtración, en forma de cristales blancos brillantes. Se comprobó su formación, tomando su punto de fusión y haciendo un análisis de Infrarrojo. Palabras clave: Amidas, Anilina, Anhídrico Acético, Ácido Acético, Síntesis Orgánica, Infrarrojo

1. INTRODUCCIÓN

Estructura

La acilación de una amina es una reacción ácido-base del tipo de Lewis, en la que el grupo amino básico efectúa un ataque nucleofílico sobre el átomo carbonílico, que es el centro ácido. La reacción, en general; transcurre rápidamente con cloruros de ácido, más lentamente con anhídridos de ácido y tan lentamente con los ácidos mismos que para que se produzca se requiere una temperatura elevada.

Este compuesto es soluble en agua caliente, alcohol, éter, glicerol y benceno. Los cristales puros son de color blanco.

La Acetanilida es una sustancia química sólida con apariencia de hojuelas o copos, y un característico olor. También es conocida como N-fenilacetamida y antiguamente era conocida por el nombre de marca antifebrin. La acetanilida puede producirse reaccionando cloruro de fenilamonio o anilina con anhídrido acético; para el caso, se va a describir la síntesis haciendo reaccionar anhídrico acético con anilina recientemente destilada.

La fórmula química de la Acetanilida es C8H9NO, presenta una masa molecular de 135,17 g/mol, y una densidad de 1.219 g/cm³. Tiene un punto de fusión de 113-115°C y un punto de ebullición de 302°C. Es capaz de autoinflamarse si alcanza una temperatura mayor a 400 °C, de lo contrario, es estable bajo la mayoría de condiciones.

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Se comprende mejor el comportamiento químico de la acetanilida considerando las estructuras electrónicas que contribuyen a sus propiedades. El grupo amino de la acetanilida está situado entre dos aceptores de electrones (el anillo y el grupo carbonilo) cuando su estructura es de tipo Kekulé con su par de electrones no compartidos sobre el átomo de

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nitrógeno, contribuya solo moderadamente al estado promedio de la molécula. Esta predicción está de acuerdo con el hecho observado de que la acetanilida no es básica y no forma sales con lo ácido, además el grupo carbonilo es un fuerte aceptor de electrones y, por lo tanto la sustitución en el anillo de la cetanilida es mucho menos rápida que la anilida y se obtiene fácilmente un producto monosustituido, principalmente en (para). El procedimiento habitual para la preparación de la p-bromoanilina y de la p-nitroanilina utiliza esta propiedad.

SÍNTESIS DE UN PASO Esquema general de reacción

Mecanismo general de reacción

 Aplicaciones

La acetanilida se usa como un inhibidor en el peróxido de hidrógeno y para estabilizar barnices de éster de celulosa. También se han encontrado usos en la intermediación como acelerador de la síntesis del caucho, tintes y síntesis intermedia de tinte y síntesis de alcanfor. La acetanilida fue usada como un precursor en la síntesis de la penicilina y otros medicamentos y sus intermedios. Es el fármaco madre de los derivados paraaminofenol (fenacetina, acetaminofeno). La acetanilida tiene propiedades analgésicas y de reducción de fiebre; está en la misma clase de fármacos como el acetaminofén (paracetamol). Bajo el nombre acetanilida antiguamente figuraba en la fórmula de varios medicamentos específicos y sobre drogas de venta libre. En 1948, Julius Axelrod y Bernard Brodie descubrieron que la acetanilida es mucho más tóxica en estas aplicaciones que otros fármacos, causando metemoglobinemia y en última instancia produciendo daños al hígado y los riñones. Por eso, la acetanilida ha sido reemplazada en gran parte por fármacos menos tóxicos, en particular acetaminofén, que es un metabolito de la acetanilida y el uso del cual Axelrod y Brodie sugirieron en el mismo estudio.

2. METODOLOGÍA

Para la síntesis de la Acetanilida, se siguió el siguiente procedimiento experimental, basado en el propuesto por Shriner, Hermann, Morrill, Curtin, & Fuson, en el libro The Systematic Identification of Organic Compounds (8th ed.). también se tomó en cuenta lo propuesto por W. Mayo, M. Pike y C. Forbes, en el libro Miroscale Organic Laboratory with Multistep and Multiscale Syntheses. La síntesis, se llevó a cabo el viernes, 10 de noviembre de 2017 en el Laboratorio de Polímeros de la Escuela de Química de la Universidad de El Salvador. El procedimiento experimental es el siguiente:

En el siglo XIX fue uno de los muchos compuestos usados como reveladores fotográficos experimentales. Página 2

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Se destiló la anilina, en un sistema de destilación simple.

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Para la síntesis de la Acetanilida, se utilizaron los siguientes reactivos, materiales y equipos: Reactivos  Anilina cido Acético Glacial  Anhídrido Acético  Agua Destilada

Se montó un sistema de reflujo, haciendo reaccionar la anilina recientemente destilada, con cantidades equivalentes de anhídrido acético y ácido acético glacial

Materiales Kit de destilación Beaker de diferentes volúmenes  Vidrio de reloj  Agitador de vidrio  Agitador magnético Soporte universal Pinzas de soporte y de extensión Baño María Hot Plate con agitación magnética Manta de calefacción

El sistema se calentó a ebullición por aproximandamente 30 minuros, hasta que se observó el cambio en la coloración de la mezcla de reacción.

Se dejó enfriar unos minutos y  luego, poco a poco, se vertió en un beaker con agua y hielo, agitando con una varilla de  vidrio.

Los cristales obtenidos, se recogieron por filtración y se lavaron con agua helada, hasta que se eliminó el color amarillo.

El producto obtenido, se purificó por recristalización, utilizando agua como disolvente.

Equipos Balanza: OHAUS PA214C Fisher-Jons Melting Point de Fisher-Scientific Infrarrojo: Nicolet iS 5 FT-IR 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Punto de fusión

Se tomó el punto de fusión, en repetido, del producto principal; obteniendo los siguientes resultados:

Punto de fusión 1 Punto de fusión 2 Media

Se recogieron por filtración los cristales obtenidos y se dejaron secar.

Producto principal 114 °C 113 °C 113.5 °C

 Análisis Infrarrojo

 Al producto obtenido, se le tomó el punto de fusión y se realizó análisis de Infrarrojo.

De igual manera, a ambos productos se les analizó mediante Infrarrojo, obteniendo los siguientes resultados, expresados mediante un espectro: Página 3

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 A partir de los valores de masa teórica y masa obtenida experimentalmente, es posible calcular el rendimiento de la síntesis. %   =

 Tensión C=O: 1680 - 1630 cm−1  Tensión N-H: Entre 3350 y 3180 cm−1. Las amidas primarias presentan dos bandas, mientras que las secundarias tienen una sóla banda. Flexión N-H: 1640 - 1550 cm−1 Rendimiento

Hacemos el cálculo de porcentaje de rendimiento de la reacción tomando la Anilina como nuestro reactivo limitante. Estequiométricamente, podemos decir que por cada mol de Anilina, se produce un mol de Acetanilida, entonces: 1mol C6H5NH2

×

1mol C6H5NH2 93.13g C6H5NH2

1.02167g C6H5NH2 1mL C6H5NH2

×

1mol C8H9NO

×100 % = 93.3 %

× 4.5 mL C6H5NH2

×0.049 mol C8H9NO

Esto da como resultado 6.62g de Acetanilida C8H9NO, lo que corresponde a el rendimiento teórico de la reacción. Experimentalmente, se obtuvo: 6.20g de Acetanilida.

Discusión de resultados

El porcentaje de rendimiento de la síntesis de la  Acetanilida, fue del 93.3%; lo cual indica una manipulación correcta del material de laboratorio, además de un trabajo ordenado, sistemático y realizado de manera correcta, habiendo trabajado con el mayor de los cuidados. El rendimiento no es el 100%, esto puede ser debido a la pérdida de material a la hora de cambiar el producto del balón fondo redondo al beaker, también a la hora de llevar a cabo la recristalización, o la cantidad de sólido que queda en el agitador de  vidrio; pero en términos generales, es un rendimiento bastante bueno. 4. CONCLUSIONES

Este análisis dimensional da como resultado: 0.049 mol C8H9NO. 135.17g C8H9NO

6.62 g

Por lo tanto, la reacción tiene un rendimiento de: 93.3%, tomando en cuenta el producto principal, además del recristalizado.

Según las tablas de IR:

1mol C8H9NO

6.18 g

La anilina presenta un carácter básico debido a la propiedad del Nitrógeno, para aceptar un protón como consecuencia del par electrones desapareados y libres que posee; pero por ser una amina aromática, disminuye su basicidad por esto es una base más débil que el amoníaco, debido a la deslocalización del par de electrones libres del átomo de nitrógeno respecto al anillo aromático. Esta interacción hace que este par de electrones este menos disponible para atraer y retener al anillo. La Acilación de una amina es una reacción ácidobase del tipo de Lewis, en la que el grupo amino básico, efectúa un ataque nucleófilo sobre el átomo de carbono carbonílico, que es el centro ácido (electrófilo). La reacción general, transcurre

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rápidamente con cloruros de ácido, es más lenta con anhídridos del ácido y tan lentamente con los ácidos carboxílicos, que para que se produzcan requieren tiempo y temperatura elevados. Los compuestos con el grupo amida, tal como la  Acetanilida, son débilmente básicos, esto se debe a que la capacidad de incorporar un protón gracias al par de electrones libres que están localizados en el átomo de nitrógeno, es disminuida por la existencia de una estructura resonante.

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 

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5. REFERENCIAS 



Morrison y Boyd; “Química Orgánica” 5a



 John McMurry; “Química Orgánica” 6a







Edición, Capítulo 26, año 1998.

Edición, editorial Thomson, año 2004, Mexico, Capítulo 16.



 Juan A. Garbarino; “Quimica Organica” 1a



Edición, año 1998, Valparaiso Chile, Capítulo 1. Shriner, R., Hermann, C., Morrill, T., Curtin, D., & Fuson, R. (2004). The Systematic Identification of Organic Compounds (8th ed.). Wiley & Sons. Márquez Johans, Navarro María, Zuluaga María. Preparación y purificación de  Acetanilida a partir de anilina y anhidro acético. Universidad del Atlántico.

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 J. H. ROSS. Infrared Spectra for Analysis of  Aldehyde and Ketone 2,4=Dinitrop henyl hydrazones. Carbide and Carbon Chemicals Co., Division of Union Carbide and Carbon Corp., South Charleston, K'. Va. Cita 2  Wade. 2004, QUÍMICA ORGÁNICA. Pearson Prentice Hall. 5 edición, Madrid. Consultado en línea: Reactivos limitantes y rendimiento porcentual. https://es.khanacademy.org/science/chemis try/chemical-reactions-stoichiome/limitingreagent-stoichiometry/a/limiting-reagentsand-percent-yield Ibeth Martínez, Diana Staff, Prof.: Omar Chacón. Síntesis de la Acetanilida. Universidad Autónoma de Chiriquí. Facultad de Ciencias Naturales y Exactas. Escuela de Química. Consultado en línea: Preparación de la  Acetanilida. https://www.fisicanet.com.ar/quimica/orga nica/lb02_acetanilida.php Consultado en línea: Acetanilida. https://www.ecured.cu/Acetanilida  Yenny Brizuela. Laboratorio de Síntesis Orgánica: Acetanilida. Instituto Universitario de Tecnología José Antonio Anzoátegui. Depto. de Tecnología Química. Consultado en la Web: http://laboratoriodesintesisorganica.blogspo t.com/2009/06/practica-4-butanona.html

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6. ANEXO (Fotografías y Tablas) Fotografías del procedimiento experimental:

Destilación de la Anilina

Sistema de reflujo

El producto se adiciono a un beaker con agua y hielo

Sitema de filtración por gravedad

Recristalizando el producto en agua

Recristalizando el producto en agua

Sistema de filtración

Acetanilida recristalizada

Producto final

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Tabla N° 1. Frases R y S, precauciones y símbolos de seguridad.

Nombre

 Anilina

 Anhídrido  Acético  Ácido  Acético

 Acetanilida

Frases R

Frases S

Manipulación

En caso de contacto con los ojos lavar con abundante R 23/24/25-40-41agua y acudir al médico. Quitarse inmediatamente la ropa S 26-27-36/37/39-4543-48/23/24/25salpicada. Usar indumentaria de protección para cara, 46-61-63 68-50 ojos y manos. Evitar su liberación al medio ambiente. Símbolo: Tóxico, peligroso para el medio ambiente. En caso de contacto con los ojos lavar con abundante agua y acudir al médico. Quitarse inmediatamente la ropa R 10-20/22-34 S 26-36/37/39-45 salpicada. Usar indumentaria de protección para cara, ojos y manos. Símbolos: Corrosivo. No respirar los vapores. En caso de contacto con los ojos, lávense inmediata y abundantemente con agua y R 10-35 S 23-26-45 acúdase a un médico. En caso de accidente o malestar, acúdase inmediatamente al médico (si es posible, muéstresele la etiqueta). Símbolos: inflamable, corrosivo. R 22 Nocivo ingestión.

por

Nocivo

Nocivo al ingerir. Símbolo: Nocivo

Tabla N° 2. Reactivos utilizados e información adicional sobre propiedades físicas y químicas.

Masa Molar

Punto

(g/mol)

Fusión Ebullición (g/cm3 ) (°C) (°C)

Refracción en agua

Merck

93.13

-6.2

184

1.02

15.863

36 (g/L)

J.T Baker

102.08

-73

140

1.08

1.399

Hidrólisis

Merck

60.05

17

118

1.05

1.37

Alta

115

304

1.22

sólido

5 (g/L)

Pureza Nombre

 Anilina

Fórmula

C6H5NH2

(%  v/v) 99.5

 Anhídrido (CH3CO)2O 98.7  Acético  Ácido CH3COOH 99.8  Acético  Acetanilida C8H9NO

Alta

Marca

Sintetizada 135.16

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Punto

Densidad Índice

Solubilidad

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