OBTENCIÓN DE ACETATO DE ISOBUTILO MEDIANTE LA SÍNTESIS DE FISCHER Resume Res umen: n: La esterificación de Fischer-Speier o esterificación de Fischer es un tipo especial de esterificación que consiste en la formación de un éster por reflujo de un ácido carboxílico y un alcohol, en presencia de un cataliador ácido! "urante el desarrollo del laboratorio se utiliara este procedimiento para obtener acetato de isobutilo a partir de alcohol isobutilico y ácido acético #lacial!
Palabras Clave: IR al!"#"l $s"bu%&l$!" '!$(" a!)%$!" SN esterification or Fischer esterification is a special type of esterification, %hich consist in the Abs%ra!%: $he Fischer-Speier esterification formation of an ester by refluxin# a carboxylic acid and an alcohol in the presence of an acid catalyst! "urin# the de&elopment of this laboratory this procedure is used to obtain isobutyl acetate from isobutyl alcohol and #lacial acetic acid!
*e+ ,"r(s: IR $s"bu%+l a!e%a%e a!e%$! a!$( $s"bu%+l al!"#"l SN INTRODUCCIÓN En química orgánica, el termino éster normalmente se refiere refiere a un éster de un ácido carboxílico, carboxílico, a menos que se especifique algún otro tipo de éster. Al reemplazar el grupo —O de un ácido carboxílico por el grupo —O! de un alco"ol, se produce un éster carboxílico.
ImaIma-en en .: Re Rea! a!!$ !$/n /n 0e 0ene nera rall Es%e Es%er$ r$1$ 1$!a !a!$ !$/n /n (e F$s!#er2 #a reac reacci ci$n $n fue fue desc descri rita ta por por %ez %ez prim primer era a por por Emil Emil &isc"er ' Art"ur (peier en )*+. #a ma'oría de ácidos carboxílicos son aptos para la reacci reacci$n, $n, pero pero el alco"ol alco"ol debe debe ser genera generalme lmente nte un alco"ol primario o secundario. #os alco"oles terciarios son susceptibles a la eliminaci$n, ' los fenoles suelen ser mu' poco reacti%os para dar rendimientos útiles. #os cata cataliz lizad ador ores es más más comú comúnm nmen ente te usad usados os para para una una esteri esterific ficaci aci$n $n de &isc"e &isc"err inclu' inclu'en en al ácido ácido sulfúr sulfúrico, ico, ácido t$sico ' un ácido de #e-is como el triflato de escandio ///0.1ara sustratos más %aliosos o sensibles por por e2empl e2emplo, o, biomat biomateri eriales ales0, 0, suele suele usarse usarse 344. #a reac reacci ci$n $n suel suele e lle% lle%ar arse se a cabo cabo sin sin un sol% sol%en ente te,, part partic icul ular arme ment nte e cuan cuando do "a' "a' un gran gran exce exceso so de reactante, o en un sol%ente no polar. #os tiempos de reacci$n comunes %aríande ) a )5 "oras a temperaturas de 657))584. 9): #a esterificaci$n de &isc"er con%ierte de manera directa a los ácidos carboxílicos ' a los alco"oles en ésteres por medio de una sustituci$n nucleofílica sobre el grupo acilo catalizada por ácido. El grupo carbonilo del ácido carboxílico no es lo suficientemente electrofílico para ser atacado por un alco"ol. El catalizador ácido protona el grupo carbonilo ' lo acti%a "acia el ataque nucleofílico.
El ataque por el alco"ol, seguido por la pérdida de un prot$n, produce "idrato de un éster. #a pérdida del agua del "idrato del éster ocurre por el mismo mecanismo que la perdida de agua del "idrato de una cetona. #a protonaci$n de cualquiera de los dos grupos "idroxilo perm permitite e que que salg salga a como como agua agua,, form forman ando do un cati cati$n $n estabi estabiliz lizado ado por resona resonanci ncia. a. #a pérdid pérdida a del segund segundo o grupo "idroxilo forma el éster. 9;: #a reac reacci ci$n $n es de equi equililibr brio io por por lo que que una una %ez %ez alcanzado éste, aún quedarán cantidades apreciables de los reacti%os de partida 2unto con los productos de reacci$n. #a reacci$n no obstante, se puede desplazar "acia la formaci$n de productos mediante la adici$n de un exceso de uno de los reacti%os, el más barato '<$ más más fácil ácil de elim elimiinar nar de la mez mezcla cla de reacc eacci$ i$n n normalmente.9=: #os pasos para la esterificaci$n de &isc"er son>
Ima-en 3: Me!an$sm" 0eneral (e es%er$1$!a!$/n (e F$s!#er2 ?ecanismo El mecanis mecanismo mo de reacc reacci$n i$n para para esta esta reacci reacci$n $n tiene tiene %arios pasos> ). (e trans transfier fiere e un prot$n prot$n del del cataliz catalizado adorr ácido ácido al oxíg oxígen eno o del del grup grupo o carb carbon onililo o carb carbox oxíl ílic ico, o,
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incrementando el carácter electr$filo del carbono carbonílico. El carbono carbonílico es, a continuaci$n, atacado por el átomo de oxígeno nucleofílico del alco"ol. (e transfiere un prot$n del cati$n oxonio a una segunda molécula de alco"ol, dando lugar a un comple2o acti%ado. #a protonaci$n de uno de los grupos "idroxilo del comple2o acti%ado conduce a un nue%o ion oxonio. #a pérdida de agua del último ion oxonio, ' la posterior desprotonaci$n da lugar al éster
#as reacciones de esterificaci$n se efectúan ba2o catálisis ácida, puesto que en ausencia de ácidos fuertes estas reacciones proceden de forma mu' lenta. (i está presente una cantidad catalítica de ácido el equilibrio se alcanza al cabo de unas "oras, calentando a reflu2o una mezcla del ácido carboxílico ' del alco"ol. 1ara desplazar el equilibrio "acia la formaci$n del éster se aade un exceso del ácido carboxílico o del alco"ol. Bambién se puede aumentar la proporci$n de éster en el equilibrio eliminando el agua formada en la reacci$n.
METODOLO0ÍA (e colocan )5 m# de alco"ol isobutílico en una probeta ' se registra el peso. El alco"ol se adiciona a un bal$n que "ace parte del monta2e para reflu2o. En la misma probeta graduada, sin limpiar o la%ar, se pesa o se mide la cantidad en mililitros calculado de ácido acético glacial a emplear en la síntesis, de acuerdo con la relaci$n estequiométrica ),5 alco"ol isobutílico0> ;, ácido acético glacial0 ' adicionar el contenido de la probeta al bal$n. #uego usando una pipeta graduada se adiciona ) m# de ácido sulfúrico concentrado, se mezcla inmediatamente el contenido del bal$n con agitaci$n manual por %arios segundos. (e aade un par de piedras porosas preferiblemente de %idrio 'a que el medio ácido ataca los carbonatos del mármol o de la porcelana0 o un agitador magnético ' se %uel%e a conectar el bal$n al sistema. En seguida, se lle%a a cabo el reflu2o. El sistema es expuesto al calentamiento continuo ba2o reflu2o por 657C minutos. (e debe permitir que la mezcla llegue a temperatura ambiente. Dna %ez el sistema se encuentra a temperatura ambiente se procede a desarmar el aparato de reflu2o ' empleando un embudo con%encional se transfiere la mezcla de reacci$n, con cuidado de no tras%asar las piedras de ebullici$n, a un embudo de separaci$n. Asegurese de que la lla%e de paso del embudo este cerrada. (e aade )5 m# de agua, se tapa el embudo ' se mezclan las fases mediante agitaci$n sua%e ' con %entilaci$n
peri$dica. 3e2e que se separen las fases ' seguido se destapa el embudo ' se separa la capa acuosa inferior a tra%és de la lla%e de paso en un %aso de precipitados u otro recipiente adecuado. A continuaci$n, se extrae la capa orgánica con ) m# de una soluci$n de bicarbonato de sodio el tal como se "izo pre%iamente con agua. (e #a%a la fase orgánica una %ez más con ) m# de una soluci$n saturada de cloruro de sodio. #a fase orgánica que ma'oritariamente es el éster crudo se transfiere a un erlenme'er limpio ' seco de )557)5 m#, el cual pre%iamente se "a colocado aproximadamente ) g de sulfato de sodio an"idro granular. #a mezcla se debe de2ar reposar durante )57) minutos, mientras se prepara el aparato de destilaci$n simple. (i en la mezcla presenta resistencia a fluir, turbidez o gotas de agua ob%ias, se debe transferir el éster a un nue%o Erlenme'er limpio ' seco ' aadir de nue%o 5, g de sulfato de sodio an"idro para completar el secado. #uego de armar el aparato para lle%ar a cabo la destilaci$n, la muestra de éster crudo es transferida al bal$n de destilaci$n. El bal$n recolector donde se recogerá el producto se debe sumergir en un %aso con "ielo para garantizar la condensaci$n ' para reducir los olores. El bal$n debe ser pesado pre%iamente para poder determinar al final de la destilaci$n el rendimiento de la reacci$n. (e debe buscar el punto de ebullici$n de su producto esperado. (e continúa la destilaci$n "asta que s$lo una o dos gotas de líquido permanecerán en el bal$n de destilaci$n. (e calcula el porcenta2e del rendimiento del éster, se toma un espectro infrarro2o con el ob2eto de /nterpretarlo ' además compararlo con el espectro que se reproduce en la literatura o bases de datos0. &inalmente el grupo funcional más rele%ante se debe confirmar con la prueba de "idroxámato, un ensa'o de identificaci$n positi%o para ésteres. #os ésteres reaccionan con "idroxilamina en presencia de bases fuertes produciendo ácidos "idroxámicos, los cuales forman comple2os de color púrpura intenso con el ion férrico constitu'endo esto una prueba de reconocimiento de ésteres conocida como el Fensa'o del "idroxamatoG
RESULTADOS 4 AN5LSIS #a sustancia que se trat$ de sintetizar fue el acetato de isobutílo.
El punto de ebullici$n te$rico del compuesto es de ))*84. Ho se logr$ determinar debido a que el reflu2o tom$ demasiado tiempo, pero ésta informaci$n siempre es necesaria para identificar la pureza del reacti%o.
Ima-en 6: F/rmula (el a!e%a%" (e Is"bu%$l"2
#a prueba con "idroxilamina para producir ácidos "idroxímicos, que dan una coloraci$n púrpura o ro2a intensa con &e4l=. 3ebe ad%ertirse que los ácidos carboxílicos, "aluros de acilo, fenoles ' enoles interfieren en esta reacci$nI si tenemos presente un ácido, también debería dar positi%o el test anterior0. 96:
El mecanismo que se propone es el siguiente>
Ima-en 9: $(en%$1$!a!$/n (e es%eres !"n la 1"rma!$/n (el '!$(" #$(r"'m$!"2 #a sustancia presenta el siguiente espectro /!>
Ima-en 7: Me!an$sm" 8ara la "b%en!$/n (e a!e%a%" (e $s"bu%$l"2 El mecanismo que se plantea para la obtenci$n de este compuesto es una esterificaci$n de &isc"er. En ella ocurre un mecanismo de tipo nucleofílico entre el oxígeno del alco"ol ' el carbono perteneciente al grupo carboxílico. El prot$n %a "acia el grupo "idroxilo que tiene el ácido, el cual luego será eliminado a modo de agua. El catalizador en estas reacciones se utiliza para incrementar la carga parcial positi%a existente sobre el carbono, a tra%és de protonaci$n de un oxígeno de la sustancia ácida.9: #a trasferencia de protones entre átomos de oxígeno es mu' rápida. El mecanismo al ser un equilibrio las contantes que se usan no son mu' grandes. 1uede desplazarse a la derec"a usando un exceso de alguno de los dos reacti%os o eliminando uno de los productos. 1or e2emplo, en la formaci$n de esteres de etilo, con frecuencia se utiliza etanol en exceso para desplazar el equilibrio lo más que se pueda "acia el éster. Alternamente, el agua puede eliminarse por destilaci$n o adicionando un agente des"idratante como sulfato de magnesio. Este mecanismo con alco"oles es el más econ$mico para la síntesis de esteres, la otra forma de síntesis pero es más costosa que la descrita es utilizando cloruros de ácido. 9;:
Imagen 6: Espectro IR por la SDBS El espectro IR nos identifca principalmente la banda ancha de carbonilo (C=O) sobre los 1746 cm-. ara los esteres tambi!n la banda "#e los identifca$ es #na ancha % otra corta$ "#e nos describe la tensi&n C-O entre los 1''' % 1'' cm-. a presencia de *r#po isopropilo se detecta por la aparici&n de #n doblete sim!trico (1+, % 16+ cm - 1). os carbonos p se enc#entran cercanos a los ''' % +'' cm-1 respecti/amente. CONCLUSIONES a s0ntesis de ischer es #na de las 2ormas m3s sencillas para obtener !steres haciendo reaccionar #n 3cido carbo0lico % #n alcohol
primario. 5sta s0ntesis es #n mecanismo de s#stit#ci&n de tipo nucleofílico entre el oxígeno del alco"ol ' el carbono perteneciente al g rupo carboxílico. #a prueba con la "idroxilamina nos permite identificar cualitati%amente el ésteres obtenido creando un ácido "idroxámico. En el laboratorio se debe tener en cuenta las condiciones en que se "ace el reflu2o, tratando de que los reacti%os tengan la ma'or pureza posible, 'a que pueden existir sustancias que inter%engan en el equilibrio que se plantea. El punto de ebullici$n ' el espectro /! son de gran importancia para la %erificaci$n del compuesto que se desea obtener.
BIBLIOGRAFÍA 9): Jade #.K. ;5))0. Luímica Orgánica M /. ?éxido 3.&> 1earson. 9;: Jade #.K. ;5))0. Luímica Orgánica M //. ?éxido 3.&> 1earson.
9=: DH/ME!(/3A3 3E NAH. 3epartamento de Luímica /norgánica ' Orgánica "ttp><<
[email protected] Ed Dni%ersidad Aut$noma de ?etropolitana Dnidad /ztapalapa. 9: Qe'er I Jolfgang J. )+*C0. ?anual de química orgánica. Qarcelona> Editorial !e%erté 96: ?orrison BI Qo'd H. )+*C0. Liuímica Orgánica. ?éxico 3.&> 1earson. 96: Dni%ersidad Aut$noma de ?éxico "ttp><<
