Reacciones de sustitución nucleofílica Dayanna K. Vásquez; Vásque z; Jaime A. García; Jerson S. Tovar 2 Andrés erna!. 1"2 #niversidad Dis$ri$a! %rancisco José de &a!das 1 's$udian$es; (uímica )r*ánica; 2 +ro,esor o*o$á D.&. - de )c$ure 2/1-
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Resumen: En este artículo se presentan los resultados obtenidos tras la síntesis del acetato de isobutilo mediante una esterificación de Fischer. El mecanismo de reacción que siguió el proceso fue una sustitución nucleofílica catalizada por el ácido sulfúrico. Al producto obtenido se le midió el punto de ebullición un espectro !R" obteni#ndose resultados similares a los teóricos un rendimiento de reacción del $%& debido a diferentes situaciones entre el traba'o de laboratorio las propiedades mismas del producto obtenido" además de corroborar la presencia el grupo funcional de los esteres con la prueba del hidro(ámato. )or todo esto se determinó que la esterificación de Fischer es un e(celente m#todo m#todo para obtener este tipo de compuestos orgánicos. )alabras cla*e: Esterificación" alcohol" ácido carbo(ílico" síntesis de Fischer" equilibrio químico" sustitución nucleofílica. Abstract: +his article presents the results obtained after the snthesis of acetate ac etate isobutl through a Fischer esterification. +he mechanism of reaction ,hich follo,ed the process ,as catalzed b sulfuric acid -ucleophilic substitution. +he product obtained ,as measured ,ith the boiling point and an !R spectrum" obtaining results similar to the theorists and a ield of reaction of $%& due to different situations bet,een laborator ,or and the same properties of the product obtained" in addition to corroborate the presence of functional group of esters ,ith the hidro(amato test. +his ,as determined that Fischer esterification is an e(cellent method of obtaining this tpe of organic compounds. /e,ords: Esterification" alcohol" carbo(lic acid snthesis of Fischer" Fischer" chemical equilibrium" -ucleophilic substitution. !ntroducción En quimic quimica a orgánica orgánica"" el termin termino o #ster #ster normalmente se refiere a un #ster de un áci ácido carbo arbo(í (íllico" ico" a meno menoss que que se especifique algún otro tipo de #ster. Al reemplazar el grupo 012 de un ácido carbo carbo(í (ílilico co por por el grupo grupo 01R 01R de un alcohol" se produce un #ster carbo(ílico. 3a siguie siguiente nte reacci reacción" ón" conoci conocida da como como este esteri rifificac cació ión n de Fisc Fischer her"" mues muestr tra a la rela relaci ción ón del del alco alcoho holl el ácid ácido o de la izquierda con el #ster el agua de la derecha. 45r. 6 7ade" 8%99
%i* %i* 1. 's$eri 's$eri,ic ,icaci aci0n 0n de %isc %iscer er.. 45r. 6 7ade"
8%99
3a esterificación directa de un ácido con un alcoh alcohol ol prim primar ario io o secu secund ndar ario io da resu resultltad ado o sati satisf sfac acto tori rio o si se real realiz iza a refl reflu uend endo o un e(ces e(ceso o de alco alcohol hol que que actúa como 4reacti*o disol*ente con el ácid ácido o carbo( carbo(ílílic ico o en prese presenc ncia ia de unas gotas de ácido sulfúrico concentrado. 3os alcoholes terciarios en
caliente en presencia de ácidos se deshidratan fácilmente; los fenoles reaccionan mu despacio se esterifican por otros m#todos. 49 ?on propósito de preparati*os" la posición del equilibrio puede hacerse más fa*orable usando a sea el alcohol o el ácido carbo(ílico en e(ceso. En el siguiente e'emplo" en el cual se empleó un e(ceso del alcohol" la producción indicada se basa en el ácido carbo(ílico como el reacti*o limitante. 4?are F. " 8%%@
%i* 2. eacci0n de! me$ano! y e! ácido enzoico.
4?are F. " 8%%@
iseBo e(perimental: Ce colocó 9% m3 del alcohol isobuitilíco en una probeta pre*iamente pesada. Este alcohol es adicionado a un balón que hace parte del monta'e de relu'o. En la misma probeta se pesó 8D m3 de ácido ac#tico glacial e igualmente se adiciono al balón. 3uego se adiciono 9 m3 de ácido sulfúrico concentrado se mezcló el contenido del balón con agitación magn#tica. ?on esto se da inicio al reflu'o por apro(imadamente $%D minutos. Al finalizar el tiempo se de'ó que la mezcla se enfriara a temperatura ambiente. )osteriormente" la mezcla se traspasó a un embudo de separación. Ce aBadió 9% m3 de agua tras agitación se de'ó que se separaran las fases. 3a fase acuosa
4inferior. A continuación" se e(tra'o la capa orgánica con 9D m3 de una solución de bicarbonato de sodio el D& tal como se hizo pre*iamente con agua. Gna *ez más se la*ó la fase orgánica con 9D m3 de una solución saturada de cloruro de sodio. 3a fase orgánica se transfirió a un erlenmeer limpio seco de 9%%9D% m3" el cual pre*iamente se le coloco apro(imadamente 9 g de sulfato de sodio anhidro granular. 3a mezcla se de'ó reposar por unos minutos entonces se lle*ó a destilación. El beaer donde se recolecto el destilado se encontraba en baBo de hielo además se le determino pre*iamente su peso con el propósito de terminar el rendimiento de la reacción. Al producto obtenido se le tomo un espectro !R. )ara poder corroborar la presencia del grupo funcional #ster con la prueba de hidro(ámato" esperando la aparición de una coloración morada. Resultados análisis de resultados El punto de ebullición del producto obtenido" teóricamente debió estar cerca de 99>H?" sin embrago" como este rango se determinó a $% mm2g" es necesario realizarle una corrección" a que un sitio como Iogotá" genera que la temperatura de ebullición se haga menor por tanto diferente a la reportada por la literatura. 4Ce*illa" 8%%. +eniendo en cuenta esto el punto de ebullición al cual se hubiese esperado que el halogenuro de alquilo ebullese era de 99%"D H?. Cin embargo" el determinado e(perimentalmente fue de 99> H?" por lo que se genera un porcenta'e de error de $"=& a causa de las impurezas errores en el procedimiento que no permitieron obtener el producto puro.
El espectro !R obtenido se muestra a continuación:
%i* 9. 's4ec$ro 5 de! ace$a$o de isou$i!o" 4rovenien$e de una ase de da$os.
Ce puede obser*ar que ha ciertas bandas similares" como la de 9%@ cm 9" 9@$ cm9" 9J% cm 9 8=$J cm9" sin embrago" no se obser*a la banda ancha a @D%% cm9 que si presenta nuestro espectro" la cual se debe a una mala deshidratación del producto. %i* 3. 's4ec$ro 5 de! ace$a$o de isou$i!o.
Este espectro presenta algunas seBales características propias de los esteres tales como: Señal (cm 9)
9%@" 9@$" D@ 98J%"8@ 9JD"D> 8=$J"D=
El mecanismo de reacción por el cual se forma el acetato isobuitilíco se muestra a continuación:
Interpretación
+ensión ?2 el doblete de balanceo de sobrilla 4del tipo iso Estiramiento sim#trico asim#trico. CeBal intensa" característica del grupo carbonilo. +ensión ?K1
Ta!a 1. Se6a!es carac$erís$icas en 5 de! ace$a$o de isou$i!o. 7'!aoraci0n 4ro4ia8
Es importante hacer una comparación del espectro !R de este compuesto obtenido de una base de datos:
%i* 9. :ecanismo de reaccion en es$erii,cacion de %iscer . 7An*e!a" 2/118
!a
3a reacción entre el isobutanol el ácido ac#tico" en un medio acido tiene *arios pasos los cuales son: )rimero" se transfiere un protón del catalizador ácido al o(ígeno del grupo
carbonilo carbo(ílico" incrementando el carácter electrófilo del carbono carbonílico; segundo" el carbono carbonílico es" a continuación" atacado por el átomo de o(ígeno nucleofílico del alcohol; tercero" se transfiere un protón del catión o(onio a una segunda mol#cula de alcohol" dando lugar a un estado transitorio; cuarto" la protonación de uno de los grupos hidro(ilo en el estado transitorio conduce a un nue*o ion o(onio; finalmente" la p#rdida de agua del último ion o(onio" la posterior deprotonación 4regenerándose el ácido da lugar al #ster" en este caso el acetato de isobutilo. 4Angela" 8%99 )uesto que el mecanismo de esterificación de Fischer es re*ersible" donde el #ster puede recombinarse con agua para producir el alcohol el ácido de partida 4hidrólisis del #ster. +eniendo en cuenta esto" con el propósito de obtener el maor rendimiento de reacción" se debe asegurara que el mecanismo se desplace hacia el lado del #ster" para lo cual se puede o utilizar un e(ceso del alcohol o eliminar el agua a medida que se forma. 4?are F. " 8%%@ En este caso el agua se eliminó a tra*#s del ácido sulfúrico" que se caracteriza por ser deshidratante" entre otras razones porque" suele *enir acompaBado de una cantidad *ariable de su forma anhidra" C1 @" que tiende a reaccionar con agua para dar la forma hidratada 28C1J. Al finalizar el reflu'o de'ar que la mezcla estu*iera a temperatura ambiente" se hizo necesario realizar la e(tracción del #ster del producto obtenido puesto que *iene acompaBado de algunas impurezas. 3os la*ados realizados pretendían eliminar algún
residuo del ácido sulfúrico así mismo deshidratar la muestra con sulfato de sodio. )osteriormente se realizó una destilación simple con el fin de separar el #ster de otras sustancias presentes" como por e'emplo le ácido ac#tico" a que no reacciono completamente porque el alcohol fue el reacti*o límite. )artiendo de que teóricamente se debió obtener 98"D8> g de producto" el rendimiento de la reacción se determina teniendo en cuenta lo siguiente: Lasa 4g !sobutanol
>"%8
Mcido ac#tico
8$"8D
)roducto obtenido
"D> g
Ta!a 2. Da$os medidos en e! !aora$orio. 7'!aoraci0n 4ro4ia8
%rendimiento =
7,569 g 12,528 g
100=60,42
∗
Finalmente" para comprobar la presencia del grupo funcional de los #steres se realizó la prueba de hidro(ámato" la cual dio positi*a por la coloración morada intensa que mostro el producto que se obtu*o. ?onclusiones A partir de la práctica se puede concluir que la esterificación de Fischer desarrollada para obtener #steres" en este caso acetato de isobutilo" por reacción de alcoholes ácidos carbo(ílicos con catalizador de ácido fuerte" es un buen practico m#todo" a que aspectos como el punto de ebullición el espectro !R medidos fueron cercanos similares a los teóricos" además de un porcenta'e de rendimiento bueno" relacionado directamente con el desarrollo
e(perimental que pudieron generar impurezas que afectaron el producto. Es importante tener en cuenta que la pureza de la muestra así como una correcta deshidratación será cla*es para obtener los resultados esperados en las pruebas espectrofotom#tricas así obtener espectros correctos.
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