ACETILACION DE LA ANILINA Y BROMACION DE LA ACETANILIDA

ACETILACION DE LA ANILINA Y BROMACION DE LA ACETANILIDA

Jobanna solarte - 13682- ([email protected])
Juan Carlos Vallejo Sandoval - 1328619 -([email protected])

Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Depto. Química, Universidad del Valle, Cali, Colombia
Octubre 4 de 2013
Resumen
Se llevó acabo la acetilación de la anilina con anilina, HCl, agua, una solución de acetato de sodio y anhídrido acético. Se obtuvo un solido blanco cristalino con un punto de fusión entre 112.4-113.5 °C y un rendimiento de 55.37 % .Se preparo p-bromoacetanilida con acetanilida previamente sintetizada, ácido acético glacial y una mezcla de bromo-ácido acético y se obtuvo posterior a realizar un tratamiento con bisulfito de sodio 33% un solido cristalino blanco con un punto de fusión entre 163.5-167.9 y un rendimiento de 62.99%.

Palabras clave: Amida, sustitución electrofílica aromática


Datos cálculos y resultados

Acetilación de la anilina

En un tubo de ensayo se adicionó 0,3 mL de anilina, 1,5 mL de agua y 6 gotas de HCl 37% posteriormente a la mezcla de reacción se le adicionaron 30 mg de carbón decolorante y se agitó durante algunos minutos. Posteriormente se filtro la solución recuperando el filtrado en un balón de 10 mL. Paralelamente en un tubo de ensayo se preparó una solución de acetato de sodio trihidratado colocando 450 mg de CH3COONa.3H2O en 1,5 mL de agua. A la solución en el balón de 10 mL se le adicionó 0,45 mL de anhídrido acético con agitación, seguida rápidamente por la adición de la solución de acetato preparada anteriormente. El precipitado obtenido se aisló por filtración al vacío y el solido obtenido se llevó a sequedad. Los datos obtenidos son reportados en la tabla [1]

Tabla [1] acetilación de la anilina
Compuesto
% rend
Pto de fusión
acetanilida
55, 37
112.4-113.5

Bromación de la acetanilida

En un erlenmeyer de 25 mL se adicionó 100 mg de acetanilida y 16 gotas de ácido acético glacial hasta translucidez de la mezcla, posteriormente se adicionaron 12 gotas de un reactivo bromo-ácido acético, se dejó el sistema a temperatura ambiente durante 10 min. Transcurrido el tiempo de enfriamiento se adicionó 2,0 mL de agua, 20 gotas de bisulfito de sodio acuoso (33%) a la mezcla de reacción. El precipitado obtenido se aisló por filtración al vacío y el solido obtenido se recristalizó en etanol. Los datos obtenidos son reportados en la tabla [2].

Tabla [2] Bromación de la acetanilida
Compuesto
% rend
Pto de fusión
p-bromoacetanilida
62,99
163.6-167.9

Discusión de resultados

Acetilación de la anilina
La formación de amidas se realiza teniendo en cuenta la elevada reactividad de los derivados de ácido. En la primera etapa de la reacción llevada a cabo en la práctica experimental, se promovió la formación de clorhidrato de anilina (I) haciendo reaccionar anilina la cual es una base débil (Pkb= 9,40) con HCl (Pka=-6), esto se realizó con el fin de abstraer contaminantes orgánicos en la anilina ya que al formar el ion amonio se incrementa la solvatación en agua de este compuesto y por consiguiente su presencia en la fase acuosa de la solución. Luego al emplear carbón activado se abstrae la fase orgánica y con esto se garantiza la inexistencia de contaminantes en la solución reactante.
La anilina es un nucleófilo (base de Lewis) debido al par solitario de electrones del nitrógeno, puede formar un enlace con un electrófilo. Para recuperar esta propiedad se utilizó acetato de sodio el cual reacciona con la sal de amonio y reforma la anilina como se muestra en la fig.1

Fig.1 reformación de la anilina

En el ataque el nucleófilo (anilina) se adiciona al grupo carbonilo (grupo C=O del anhídrido) el cual da lugar intermediario tetraédrico, que elimina el grupo saliente para regenerar el carbonilo. A través de este proceso de adición-eliminación, el reactivo nucleofílico sustituye al grupo saliente. Por lo tanto la etapa de adición con la etapa de eliminación pueden afectar la velocidad general de la reacción de la sustitución nucleofílica en el grupo acilo, pero la primera suele ser la limitante de la velocidad, por tanto, cualquier factor que facilite el ataque del grupo carbonilo por el nucleófilo favorece la reacción. El motivo por el que se utilizó anhídrido acético en lugar del ácido correspondiente, es que ataque nucleofílico depende de la basicidad del grupo saliente y a la estabilidad por resonancia de el compuesto, ya que el grupo hidroxilo es un mal grupo saliente por estar comprometido en la resonancia como se muestra en la fig.2 y además es un nucleófilo fuerte, la reacción no se vería favorecida en condiciones normales, necesitaría de un exceso del nucleófilo y altas temperaturas, en comparación al realizarla con el anhídrido acético el cual posee un grupo saliente (CH3COO-)que es un nucleófilo que posee los pares de electrones no enlazantes en el oxigeno en resonancia como se muestra en la fig.2 lo cual lo hace un buen grupo saliente al ser un nucleófilo menos fuerte que el grupo hidroxilo.

Fig.2 Comparación de grupos salientes

Por este motivo se utilizó anhídrido acético en lugar de ácido acético para la formación de la acetanilida. La anilina anteriormente regenerada ataca nucleofilicamente al grupo acilo del anhídrido acético y da lugar a un intermedio tetraédrico en el cual se elimina el grupo CH3COO- para la reformación del grupo carbonilo. El mecanismo de reacción es presentado en la fig.3

Fig.3 mecanismo de reacción (formación de acetanilida)

Se realizó una caracterización del compuesto utilizando espectroscopía infrarroja donde se observa (anexo 6.1.) una frecuencia de tensión del grupo carbonilo en 1664.20 Cm-1 absorbe a baja frecuencia con respecto al grupo carbonilo de las cetonas y aldehídos debido a las formas resonantes de la amida, además se puede apreciar una absorción en el infrarrojo a 3295.68 Cm-1 la cual es una señal característica del enlace N-H al ser una amida secundaria solo se observa un pico en esta región del espectro, A demás se pueden apreciar las señales características de un compuesto aromático, presenta una tensión C=C a 1599.32 Cm-1,tensiones =C-H superiores o aproximadas a 3100-3200 Cm-1 y una vibraciones de tensión C=C en 1950.62 denominadas armónicos o sobretonos.
Luego de la formación del compuesto se realizó el aislamiento, el rendimiento de la reacción fue bajo. A esto se le puede atribuir las constantes perdidas de reactivos al trasladar las soluciones de un instrumento a otro. El punto de fusión obtenido del compuesto sintetizado es acorde con el valor reportado en la literatura para la acetanilida el cual es 114.3 °C teniendo en cuenta que ha sido reportado teniendo condiciones e instrumentación diferente.

Bromación de la acetanilida
La presencia de grupos en el anillo aromático (benceno) aumenta o disminuyen la reactividad frente a una sustitución electrofílica. El grupo NH2 como sustituyente es un activador frente a un ataque con un electrófilo, ya que al poseer un par de electrones no compartidos sobre el nitrógeno proporcionan estabilización por resonancia al complejo sigma si el ataque se produce en las posiciones orto y para. Por este motivo al tratar anilina con bromo acuoso (sin necesidad de catalizador) da lugar al tribromuro y este grupo al ser un activador tan poderoso no da lugar experimentalmente al compuesto monosustituido. Por este motivo la reacción llevada a cabo experimentalmente se empleó acetanilida para llevar acabo una bromación sobre el anillo aromático. La acetanilida al igual que la anilina es un grupo activador frente a la sustitución electrofílica (ayuda a estabilizar el complejo sigma por resonancia), la diferencia radica en que ahora se reduce la disponibilidad, por parte del anillo, de los electrones del átomo de nitrógeno amídico, ahora la presencia de el grupo carbonilo (atractor de densidad de carga) hace disminuir la capacidad del nitrógeno para suministrar electrones al anillo. Ahora bien el grupo NHCOCH3 es un grupo para-orto orientador pero su efecto activador es menor al grupo NH2. El efecto de resonancia de sentido ´´opuesto´´ es presentado en la fig.4

Fig.4 resonancia de sentido ´´opuesto´´

Ahora al adicionar la mezcla de bromo-ácido acético solo se produce en la posición para con respecto al sustituyente (CH3CONH-), no ocurre en la posición orto debido al impedimento estérico generado principalmente por el bromo al ser un átomo voluminoso. El mecanismo de reacción se muestra en la fig.5

Fig.5 formación de p-bromoanilida

Luego de la formación del compuesto se realizó el aislamiento, el rendimiento de la reacción es aceptable. A esto se le puede atribuir principalmente a las pérdidas ocasionadas en la recristalización en etanol, además de pérdidas experimentales en el traslado de las soluciones reactantes de un instrumento a otro. El punto de fusión obtenido del compuesto sintetizado es acorde con el valor reportado en la literatura para la acetanilida el cual es 165-170 °C teniendo en cuenta que ha sido reportado teniendo condiciones e instrumentación diferente.
Se realizó una caracterización del compuesto utilizando espectroscopía infrarroja donde se observa (anexo 6.2.) una frecuencia de tensión del grupo carbonilo en 1670.95 Cm-1 además de las señales características de una amida, absorción en el infrarrojo a 3304.10Cm-1 la cual es una señal característica del enlace N-H al ser una amida secundaria solo se observa un pico en esta región del espectro, Además se pueden apreciar las señales características de un compuesto aromático, presenta una tensión C=C a 1587.39 Cm-1,tensiones =C-H superiores o aproximadas a 3100-3200 Cm-1 y una vibraciones de tensión C=C en 1900.66 denominadas armónicos o sobretonos. No se observa con claridad la señal característica de tensión C-Br pero se sospecha que es la señal aguda a 437.37 Cm-1

Preguntas

Acetilación de la anilina

Como obtendría en el laboratorio la fenacetina
La síntesis de la fenacetina se realiza a partir de la 4-etoxianilina y el ácido acético, la reacción entre la amina y acido carboxílico requiere calentamiento vigoroso o activación del grupo carboxilo, se puede hacer la activación del carboxilo por conversión a cloruro de acilo, o bien utilizar un agente acilante como el anhidro acético, este es muy adecuado ya que el único subproducto es el ácido acético.


Por qué la síntesis de acetaminofén no se obtiene el éster correspondiente al producto de la acetilación del grupo hidroxilo?



Para recuperar el grupo hidroxilo el cual esta presente en el acetaminofén se debe realizar una hidrolisis en medio ácido, no se realiza de esta forma ya que al hidrolizar el compuesto tanto el grupo éster como el amido sufrirían la hidrolisis hasta el grupo hidroxilo y amino
Cómo prepararía la p-acetilanilina? Explique con ecuaciones.


La anilina se puede obtener por la reducción del grupo NO2 con ácido en presencia de un metal activo y el grupo nitro se puede obtener a su vez por tratamiento del benceno con una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico. Ahora para obtener la anilina con un grupo acilo en posición para se emplea la adición de un grupo acilo de friedel crafts la cual consiste en el tratamiento de un halogenuro de acilo con un ácido de Lewis el cual cataliza la reacción para que se de selectivamente sobre el anillo aromático.
Bromación de la acetanilida

Por qué se obtiene únicamente el isómero para y no el orto y el meta?

Se conoce que el grupo amino es un orientador orto-para en la sustitución electrofílica aromática, por la estabilización del carbocatión intermediario con las siguientes estructuras:

La estabilidad viene dada porque todos los átomos presentan el octeto a excepción del hidrogeno, en ambas estructuras el nitrógeno comparte más de un par de electrones del nitrógeno con el benceno.
Pero aunque el grupo acetoamido -NHCOCH3 también es activador orto-para, tiene menos actividad que el grupo amino solo; el nitrógeno del grupo amídico es mucho más pobre en electrones por el efecto electroatractor del oxígeno del grupo carbonilo, hay menos electrones para compartir con el anillo.
La sustitución se da en para y no en orto porque en la posición para se observa menor impedimento estérico y mayor estabilidad y compensación de cargas.
Formule las ecuaciones que muestren:

Cómo la p-bromoanilina se puede preparar a partir de bromobenceno?

Cómo la m-bromoanilina se puede preparar a partir de nitrobenceno?

Conclusiones

La obtención de acetanilida por tratamiento de anilina con un anhídrido es un método seguro y confiable.
El tratamiento previo de la anilina con HCl, agua y posteriormente carbón activado garantiza que el reactivo este libre de impurezas de tipo orgánico.
El grupo acetanilido es un activador orto-para menos poderoso que el grupo amino.

Referencias

L.C.WADE, JR., Química Orgánica, 5ta edición. Pearson 2004: México. PP. 957-959,730-733
R.T., MORRISON, R.N., BOYD., Química Orgánica, 5ta edición, addinson Wesley longman 1998: México. PP. 492,493,508,855












Anexos
IR acetanilida


IR p-bromoacetanilida