UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO PROGRAMA DE QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA III ACETILACION DE LA ANILINA Y BROMACION DE LA ACETANILIDA González Abraham1, Ortega Viviana2, Reales Angie3, Ruiz Herman4 RESUMEN En esta práctica se realizará la acetilación de la anilina y una bromación, dicha síntesis que partió de la reacción entre la anilina y anhídrido acético, utilizando como purificante carbón activo por tener una estructura poral interna extensivamente desarrollada. Después de la condensación, el calentamiento y luego la inmersión en hielo se observo un sólido la acetanilida que se colecto por filtración al vacío, luego se midió el punto de fusión de los cristales obtenidos, dicho valor se confirmó y comparo con la base de datos y los reporten en los libros. El sólido obtenido la acetanilida se le hizo la bromación donde se utilizo una solución Bromo-Ácido acético para obtener la pbromoacetanilida. Palabras claves: acetilación de anilina, anilina, carbón activo, acetanilida, p-bromoacetanilida. ABSTRAC This practice will be the acetylation of aniline and a brominating, which left such synthesis reaction between aniline and acetic anhydride, using activated carbon as purifying as having internal poral structure extensively developed. After condensation, heating, and then immersion in ice was observed that acetanilide solid was collected by vacuum filtration, then measured the melting point of the crystals obtained, the value is confirmed and compared with the database and report on the books. The obtained solid was made acetanilide bromination use a solution where Bromo-acetic acid to obtain the p-bromoacetanilida. Keywords: acetylation of aniline, aniline, active carbon, acetanilide, p-bromoacetanilida. 1. Introducción
acetil derivados son sólidos que pueden identificarse por sus puntos de fusión. Para esto son más convenientes reacciones rápidas y habitualmente se preparan pequeñas cantidades de los acetil derivados de las aminas por acetilación con cloruro de acetilo y anhidro acético.
La anilina, fenilamina o aminobenceno es un compuesto orgánico, líquido entre incoloro y ligeramente amarillo de olor característico. No se evapora fácilmente a temperatura ambiente. La anilina es levemente soluble en agua y se disuelve fácilmente en la mayoría de los solventes orgánicos. La acetilación es un procedimiento útil para la identificación de las aminas primarias y secundarias, pues los
La protección consiste en la acetilación de la anilina con anhídrido acético en medio ácido, se trata de una reacción de sustitución 1
nucleofílica del grupo acilo, en este caso es el átomo del Nitrógeno de la anilina que actúa como nucleófilo atacando el carbono carbonílico del anhídrido acético. La manera de reaccionar de los compuestos acilo se debe a que todos poseen buenos grupos salientes unidos al átomo de carbono grupo carbonilo. En general una reacción de un anhídrido acido incluye la pérdida de un ion carboxilato o una molécula de un acido carboxílico, ambos son bases débiles y buenos grupos salientes. En esta práctica se realizará la acetilación de una amina primaria, anilina, usando como agente acetilante anhídrido acético así mismo se comprobara experimentalmente, el proceso de halogenación de compuestos aromáticos monosustituidos ya que se obtendrá de manera experimental el p-bromoacetanilida por bromación de la acetanilida.
formó el cloruro de anilinio y en presencia de carbón activado eliminó impurezas del medio, lo que se evidenció en el cambio de la coloración inicial de la solución, obteniéndose así el clorhidrato de anilina. Al adicionar el anhidro acético para acetilar el grupo amino. El carbono del grupo carbonilo tiene una carga parcial δ+ debido a que los oxígenos son grupos electroatractores o que atraen cargas; por lo tanto los pares libres del amino atacan el carbono del grupo carbonílico, forzando a subir los electrones π del carbonilo al oxígeno. Seguidamente ocurre una reacción tipo ácido-base en donde un hidrógeno del amino es atacado por los pares libres del oxígeno permitiendo que la especie acetato se convierta en un mejor grupo saliente como ácido acético. Seguidamente, un par de electrones libres del oxígeno con carga negativa forman de nuevo el doble enlace C=O desplazando una molécula de ácido acético para formar así la acetanilida.
2. Resultados y Discusión Las aminas pueden ser aciladas de varios modos. Entre estos, está el uso de anhídrido acético, cloruro de acetilo o ácido acético glacial. El procedimiento con ácido acético glacial es de interés comercial porque es económico. Sin embargo, requiere calentar por mucho tiempo. Cloruro de acetilo no es recomendable por varias rezones. Principalmente, reacciona vigorosamente liberando HCl; esto convierte la mitad de la amina a su sal de hidrocloruro tornándola incapaz de participar en la reacción. Anhídrido acético es el método preferido para síntesis en el laboratorio y es el método que se utiliza en este experimento. Su velocidad de hidrólisis es lo suficientemente bajo como para permitir que la acetilación de aminas se pueda llevar a cabo en soluciones acuosas.
En cuanto a la bromación, las aminas por ser grupos que actúan como orientadores poderosos y activadores o-p, efectos que se ven marcados en la estabilización del ión carbonilo en dos estructuras resonantes en las que el nitrógeno tiene una carga positiva y está unida al anillo por medio del doble enlace, esa deslocalización de la carga permite justificar la basicidad de las aminas aromáticas. Ahora si la amina esta unida al grupo aceto formando acetamido, también activante y orientador o, p pero menos poderoso que un grupo amino libre. La atracción electrónica por parte del oxígeno carbonílico convierte el nitrógeno amídico en una fuente de electrones mucho más pobre que el nitrógeno de una amina. Como los electrones están menos disponibles para ser compartidos con el anillo aromático, el grupo acetamido activa menos el anillo aromático que el grupo amino. La solución
La acetilación se purificó, primeramente la anilina con la mezcla de HCl en agua, la cual 2
bromo-ácido acético fue hecha con el fin de promover la formación de cargas parciales en la molécula de bromo, ya que esta normalmente es completamente apolar. Eso es realizado por los pares libres del oxígeno del grupo carboxilato, los cuales al acercarse a la molécula diatómica apolar, distorsionan su nube electrónica generando dichas cargas parciales. Es muy importante proveer al bromo de dicha polaridad debido a que de lo contrario, el bromo no podría reaccionar con el anillo bencénico en una reacción de sustitución nucleofílica aromática.
para restablecer la aromaticidad del anillo y formar HBr como grupo saliente. En esta parte se obtuvo la p-bromoacetanilida y como impureza HBr. Para eliminar las impurezas, se adicionó bisulfito de sodio (NaHSO3) con el fin de neutralizar el HBr. Las condiciones de reacción fueron bastante suaves, debido a que la activación del anillo producida por el grupo – NH2COCH3 evita el uso de catalizadores, además que el bromo de por sí es un sustituyente muy reactivo. Por otra parte cuando se colocó el balón con el producto (acetanilida) al agua fría este precipitó rápidamente, luego se hizo una filtración al vacio donde se recolecto el producto y se seco, este tuvo un rendimiento de 85.39% esta cantidad no dio cercana al porcentaje máximo de rendimiento ya sea porque cuando se hizo el filtrado el embudo o el montaje no era el adecuado y se perdió muestra o ya sea que el producto sea soluble en etanol, el cual se uso para lavar el precipitado. Luego en la bromación se pudo notar que al sumergir el balón al hielo el precipitado de 4-bromo-acetanilida demoro; se filtro y lavo, cuando se seco se peso y tuvo un rendimiento de 63.17% este porcentaje bajo se puede explicar porque la acetanilida con la cual se hizo la bromación no fue guardada adecuadamente o durante el lavado, filtrado y secado del 4-bromo-acetanilida se perdió parte muestra.
Una vez activada la molécula de bromo y ser adicionada a la solución de la acetanilida, su parte positivamente cargada es atraída por la nube de electrones deslocalizados del anillo bencénico, provocando la disociación total de la molécula y generando un anión bromuro. El ataque del anillo bencénico a la molécula de bromo cargada produce que el enlace que se forma sea en la posición para, ya que el grupo amido es un grupo activador, director ortopara. El ataque en la posición orto no puede producirse por efecto de impedimento estérico por parte de este mismo grupo, además que de por sí el bromo es un átomo grande, y aunque esté parcialmente cargado positivamente, su tamaño relativo no disminuye mucho como para evadir dicho impedimento. Se producen en total tres estructuras resonantes de las cuales, la última donde se forma el ión NH2+ es más estable ya que la carga positiva queda sobre el nitrógeno y adicional a esto se forma un doble enlace con el par de electrones no enlazados del nitrógeno entre el ión NH2+, el grupo carbonilo y el anillo produciendo un sistema conjugado entre los tres grupos mencionados.
3. Cálculos 3.1.
Acetilación de la Anilina
Reactivo limite:
Una vez estabilizado el sistema resonante, el anión bromuro formado ataca el átomo de hidrógeno de la posición para al grupo amido 3
p. fusión teórico: 164ºC 4. Mecanismo O NH2
Como la estequiometria es 1:1
CH3
NH 1. (CH 3CO) 2O 2. Br 2 -
+
CH 3COO Na / EtOH CH 3COOH / NaHSO
3
Br Cl
+
NH 3 Cl
NH2 [HCl] H2O
-
H
-
CH 3COO Na
H N
+
+
O H
+
+
Na O
-
CH3
Esquema 1. Formación del Clorohidrato de Anilina
Rendimiento:
O
NH2
+
H3C
+
OH
NaCl
H3C O
H NH2
O
+
Punto de fusión:
H3C
O
N
O
O
+
O
-
CH3
H
CH3
Esquema 3. Rearreglo grupo aceto Esquema 2. Ataque nucleofilico H
P. fusión experimental: 110ºC
O O
N
H CH3
O
N
+
p. fusión teórico: 113ºC
+
H H3C
CH3
O
+
OH
O
-
CH3
Acetanilida
3.2.
Bromación de la Acetanilida
CH 3COOH Br
Esquema 4. Estabilización grupo amino
2
O
De la acetanilida obtenida fue utilizada para la Bromación:
+
H
CH3
N
O
+ NH
Br
+ Br-
OH
CH3
CH3
H
Br
O Esquema 5. Ataque al Br 2
O HN
O CH3
HN
O CH3
HN
CH3
+
C +
+
HC
CH Br H
Br H Esquema 6. Intermedio
Rendimiento: O
O
HN
CH3
+
CH
+
HN
Br-
Br H
Punto de fusión:
CH3
Br p-Bromo-Acetanilida
P. fusión experimental: 160ºC
Esquema 7. Estabilización
4
Br H
5. Conclusión
AQ6AEwAw#v=onepage&q=acetilacion %20de%20anilina&f=false
De la siguiente experiencia realizada en el laboratorio fue satisfactoria y se puede concluir que:
5. Preguntas I.
Las reacciones en presencia de aminas como la anilina ocurren de manera eficiente debido a que es un buen nucleófilo. La formación de la acetanilida procede sin condiciones drásticas de reacción.
¿Por qué en la síntesis de acetaminofen no se obtiene el éster correspondiente al producto de acetilación del grupo hidroxilo? Las reacción del p-aminofenol con anhídrido acético, produce la acetilación del primero, obteniéndose como productos el paracetamol y ácido acético. Aunque conviene proteger el grupo hidroxilo fenólico debido a su mayor poder nucleófilo, respecto al nitrógeno anilínico.
El producto sintetizado en la bromación de la acetanilida fue el 4-bromoacetanilida, lo cual ocurrió por sustitución electrofílica aromática, recalcando que la posición bromada es la más posible debido a que la posición orto se encuentra inhabilitada por impedimento estérico ocasionado por el tamaño del grupo acetoamido y del volumen del sustituyente bromo.
4. Bibliografía [1] Morrison R; Química orgánica; 2ed; México DF; pearson educación; 1976; pag. 779-780, 789.
II.
[2] Rakoff H. Química Orgánica Fundamental. Editorial Limusa. México. 2005.
Describa un procedimiento para obtener en el laboratorio fenacetina.
Se vendía como comprimidos en tabletas Por años fueron usadas como analgésicos para aliviar el dolor y como antipiréticos para reducir la fiebre.
[3] Química Orgánica novena edición hartcraine-hart. Edtoria Mc Graw Hill pag. 312-316.
Síntesis Williamson Éter: Fenacetina a partir de Acetaminofen: O
[4] John McMurry; Química Orgánica 7ed. Editorial Cengage Learning; pag 785.
NH
CH3
+
HN
CH3
O
CH3
K2CO 3 CH 3CH 2I
HO
[5] http://books.google.com.co/books?id=BIGcAaYJCwC&pg=PA188&lpg=PA188 &dq=acetilacion+de+anilina&source=bl& ots=kZkr8M9D7e&sig=XVTHYEx6W_uv yAWEUseasHtk0EM&hl=es&sa=X&ei=d 46tUNHCNOuA0AHA5ICICQ&ved=0CF
La conversión de acetaminofen en fenacetina es un ejemplo de la síntesis Williamson éter que usa un fenol como el alcohol. 5
O
O
O
O
O HN NH
CH3
+
CO 3
CH3
HN
+
HO O
HCO 3
+
CH 3CH 2I
O
-
O
Br H
O
I
-
HN
O CH3 H
HN
CH3
+
CH3 H
+
C
Br
HC
Posición Orto: Localización o puntualización de la carga. Inversión de energía para mantener este estado de transición. O
O
NH2
KCN
H 3O -
CH3
HN
CH3
+
HN
CH3
+
+
HC
+
H
HO
O
V.
¿Por qué solo se obtiene el isómero para y no el orto y el meta?
CH
H
+
CH
N
IV.
HN
+
CH
HN
OH
CH3 H Br
O
NH2
O
Br
¿Cómo prepararía p-acetilanilina? NH2
Br H
Posición Meta: Impedimento estérico convierte esta dirección en producto minoritario. Puntualización de la carga.
El ión fenoxido entonces actúa como el nucleófilo en la reacción SN2 con el yoduro de etilo para formar fenacetina. III.
HC
Br H
CH3
+
CH3
+
CH
HN
CH3
HN
C
-
O
CH3
+
O
+
HN
-
Inicialmente el acetaminofen reacciona con carbonato para formar el ión fenoxido correspondiente.
HN
CH3
2-
Br
Br
Br
H
H
Escriba el procedimiento para obtener pbromoanilina a partir de pbromoacetanilida. Br
O
El grupo –NHCOCH3 es un grupo orientador Orto –Para en el anillo de benceno que posee densidad electrónica capaz de estabilizar la carga generada en el intermedio de la reacción.
H3C
NH H2O -H
H H O
Br
OH
+
N
CH3 O
Posición Para: Distribución de la carga y estabilidad por el grupo donador. Producto mayoritario.
-
NH2
CH3 +
H N H
O
+ H3C
-CH 3COOH
OH Br
Br
6
OH
-
VI.
¿Cómo obtendría orto y para-bromofenol? NH2
+
NH2
N
OH
N
OH Br
Br 2
NaNO 2
H2O
FeBr 4
HCl
H
Br
VII.
y
+
Br
Br
Formule las ecuaciones que muestren: a. ¿Cómo p-bromoanilina se puede preparar a partir de bromobenceno? Br
Br
Br
HNO 3
SnCl 2
+
HCl
H
NO 2
NH2
b. ¿Cómo m-bromoanilina se puede preparar a partir de nitrobenceno? NH2
NO 2
NH2 Br
SnCl 2
Br 2
HCl
FeBr 3
7
