INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS ACADEMIA DE QUÍMICA ORGÁNICA Y POLÍMEROS LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA II PRÁCTICA 3
¨ OBTENCIÓN DE ÉTER METILNAFTÍLICO. SÍNTESIS DE WILLIAMSON ¨ PROFESORA: Berenice Tierrablanca Gudiño GRUPO: 2IV43 EQUIPO: 8 INTEGRANTES: - Mariana Alcántara Mejía - Olivia Pérez Contreras - Jennifer Alejandra Mendoza León - Brenda Enciso Ortiz - Alfonso Pérez Aparicio
FECHA DE ELABORACIÓN DE LA PRÁCTICA: 5 de Mayo de 2015 FECHA DE ENTREGA DE REPORTE: 12 de Mayo de 2015
OBJETIVOS 1. Obtener el éter β-metoxinaftaleno por el método de Williamson. 2. Comprobar la reactividad de los éteres frente a compuestos ácidos, básicos, oxidantes y reductores. 3. Proponer en la obtención del éter β-metoxinaftaleno otro método importante para la elaboración de éteres. 4. Identificar mediante pruebas específicas el producto obtenido. INTRODUCCION Los éteres pueden obtenerse por deshidratación de los alcoholes, por la acción de un halogenuro de alquilo sobre un alcoxido metálico. Los éteres metálicos y etílicos se pueden sintetizar por reacción de acogidos alcalinos o fenoles con sulfato de metilo o sulfato de etilo. El primer método solo es útil para obtener éteres simples, teniendo el inconveniente de que los alcoholes con más átomos de carbono se deshidrata a temperaturas elevadas, favoreciéndose la formación de productos secundarios y principalmente la oxidación del alcohol. El segundo método da buenos rendimientos y se puede emplear para preparar éteres mixtos. El grupo alcoxi desplaza o sustituye al halógeno, por un mecanismo SN1 o SN2. En el caso del beta naftol, se esterifica con el sulfato de metilo formando en el seno de la reacción. Los éteres aromáticos son sustancias de aroma agradables, muchos de ellos se encuentran en la naturaleza formando parte de los aceites esenciales, por ejemplo, el acetol, safrol, etc. Siendo empleados en la fabricación de esencias artificiales. ETERES Los éteres están comprendidos como una clase de compuestos en los cuales dos grupos del tipo de los hidrocarburos están enlazados a un átomo de oxígeno, es decir su estructura general es del tipo. R-O-R En los éteres simétricos los dos grupos son idénticos mientras que en los asimétricos son diferentes. * FUENTES NATURALES Y USOS DE LOS ETERES Los éteres de forma compleja son muy abundantes en la vida vegetal formando parte de las resinas de las plantas, colorantes de flores y otros. El éter etílico (o simplemente éter), se obtiene sintéticamente, y es un depresor del sistema nervioso central, por este motivo ha sido utilizado como anestésico.
Probablemente el éter sea la sustancia más utilizada en el laboratorio para los procesos de extracción con solvente, aun siendo potencialmente peligroso por su inflamabilidad y volatilidad. * PROPIEDADES FISICAS El éter metílico (P.e. -24°C) y el éter metil etílico (P.e. 8°C) son gases a temperatura normal. Ya el éter etílico (P.e. 35°C) es un líquido muy volátil. Los éteres con cadenas carbonadas mayores van teniendo mayor punto de ebullición a medida que aumenta la longitud de la cadena. Los éteres de cadena recta tienen un punto de ebullición bastante similar a los alcanos con peso molecular comparable. Por ejemplo: el éter C2-H5-O-C2-H5, con peso molecular 74 tiene un punto de ebullición de 35°C, y el alcano CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 de peso molecular 72 tiene un punto de ebullición de 36°C. Los éteres tienen una solubilidad en agua comparable con los alcoholes para peso molecular similar, así el éter C2-H5-O-C2-H5 tiene la misma solubilidad que el alcohol CH3-CH2-CH2-CH2-OH unos 8g/100ml de agua a 25°C. * PROPIEDADES QUIMICAS Los éteres son muy inertes químicamente y solo tiene unas pocas reacciones características. * REACCION CON LOS HALUROS DE HIDROGENO Los haluros de hidrógeno (cuyas reactividades están en el orden HI>HBr>HCl) son capaces de romper los enlaces del oxígeno del éter y formar dos moléculas independientes. Los éteres alifáticos se rompen en dos moléculas del haluro de alquilo correspondiente, mientras que en los éteres alquilo arilo se forman el alquil haluro correspondiente y fenol. Las reacciones que siguen con el HI sirven para ilustrar. R-O-R'+ HI -----> R-I + R'-I + H2O Ar-O-R + HI ----> Ar-OH + R-I * REACCION CON EL OXIGENO DEL AIRE Cuando los éteres están en contacto con el aire, espontánea y lentamente se produce su oxidación que genera un peróxido derivado muy inestable. La presencia de estos peróxidos es un elevado peligro potencial cuando el éter se somete a un proceso de destilación. En este caso, los peróxidos en el líquido no destilado aun, se van concentrando y pueden producir una violenta explosión.
Una regla de seguridad básica para hacer destilados con éteres es asegurarse de que en él no hayan peróxidos, y en caso de haberlos, eliminarlos antes de la destilación. REACCIONES DE ETERES Ruptura por HBr y HI SINTESIS DE ETERES Hay varias síntesis para obtener un éter de las cuales puedo mencionar: * Síntesis de éteres mediante aloximercuriación-desmercuriación. En el proceso de aloximercuriación-desmercuriación se añade una molécula de un alcohol a un doble enlace de un alqueno. Se obtiene un éter tal como se muestra a continuación: * Síntesis industrial: Deshidratación bimolecular de alcoholes. También hay las síntesis de Williamson que es con la cual trabajamos en laboratorio para realizar la práctica que a continuación describimos. * Síntesis de Williamson. Es la síntesis de éteres más fiable y versátil. Este método implica un ataque SN2 de un ion alcóxido a un haluro de alquilo primario no impedido o tosialato. Los haluros de alquilo secundarios y los tosialatos se utilizan ocasionalmente en la síntesis de Williamson, pero hay competencia en las reacciones de eliminación, por lo que los rendimientos con frecuencia son bajos. El alcóxido generalmente se obtiene añadiendo Na, K o NaOH al alcohol. Para que se entienda un poco mejor este método (WILLIAMSON) podemos decir: La síntesis de Williamson es una reacción orgánica que transcurre a través del mecanismo SN2 reacción, por la cual se forma un éter a partir de un haloalcano primario y un alcóxido (o un alcohol en un medio básico) . Fue desarrollada por el químico inglés Alexander Williamson en 1850 y es muy importante ya que ayudó a probar la estructura de los éteres, además de que es el método más sencillo para formar estos. Esta reacción implica el ataque de un ion de alcóxido hacia el haloalcano. Como disolvente se puede emplear el alcohol del que deriva el alcóxido, pero mejora el rendimiento de la reacción si utilizamos disolventes apróticos como DMF, DMSO. La reacción de Williamson cubre un vasto campo, es ampliamente usada tanto en síntesis industriales como de laboratorio, y se mantiene como el método más simple y popular de preparar éteres, ya sea si se trata de éteres simétricos o asimétricos. La reacción intramolecular de las halohidrinas en particular, produce epóxidos. En el caso de éteres asimétricos hay dos posibilidades para la elección de los reactivos, y una es usualmente preferible en lugar de las bases de disponibilidad o reactividad. La reacción de Williamson es también usada frecuentemente para preparar un éter indirectamente a partir de dos alcoholes. Uno de los alcoholes es primeramente convertido en un grupo saliente (generalmente tosilo), luego ambos reaccionan juntos.
El alcóxido puede ser primario, secundario o terciario, mientras que por otro lado se prefiere que el agente alquilante sea primario. Los agentes alquilantes secundarios también reaccionan, pero los terciarios son usualmente muy propensos a provocar reacciones secundarios como para ser de uso práctico. Lo normal es que el grupo saliente sea un haluro o un éster de sulfonato que esté sintetizado para el cumplir el propósito de la reacción. Debido a que las condiciones de la reacción son bastante fuertes, se usan con frecuencia grupos protectores que pacifican otras partes de las moléculas que reaccionan (como alcoholes, aminas, etc.) Este método tiene varias condiciones para que se lleve a cabo. Ya que los alcóxidos son altamente reactivos, estos son frecuentemente preparados justo antes de comenzar la reacción, o son generados in situ. En química de laboratorio, la generación in situ es llevada a cabo generalmente mediante el uso de un carbonato o hidróxido de potasio, mientras que en la síntesis industrial es muy común la catálisis de transferencia de fase. Pueden usarse un amplio rango de solventes, pero los solventes próticos y los solventes polares tienden volver muy lento el proceso de la reacción, como resultado de la ralentización de la los nucleófilos libres. Por esta razón, el acetonitrilo y la N,N-Dimetilformamida son bastante usados. Una reacción de Williamson típica es llevada a cabo de 50 a 100°C y es completada en un tiempo de una a ocho horas. Normalmente la desaparición completa de los materiales iniciales es difícil de conseguir, y son comunes las reacciones secundarias. En síntesis de laboratorio se logra generalmente un rendimiento de 50 a 95%, mientras que las cercanas conversiones cuantitativas pueden ser logradas en procedimientos industriales. La catálisis usualmente no es necesaria en síntesis de laboratorio. Sin embargo, si un agente alquilante no reactivo es usado (como el cloruro de alquilo), entonces puede aumentar enormemente la velocidad de la reacción mediante la adición de una cantidad catalítica de una sal de yoduro soluble (la cual experimenta un intercambio de haluro con el cloruro para obtener un yoduro mucho más reactivo, una variante de la reacción de Finkelstein). En casos extremos, pueden ser añadidas sales de plata, como el óxido de plata por ejemplo.
El ion de plata se coordina con el grupo saliente de haluro para hacer su salida más sencilla. Finalmente, algunas veces se usa la catálisis de transferencia de fase (como bromuro de tetra-n-butilamonio o 18-corona-6) a fin de incrementar la solubilidad del alcóxido ofreciendo un contraión más suave. Reacciones secundarias La reacción de Williamson con frecuencia participa junto con la eliminación catalizada por bases de los agentes alquilantes, y la naturaleza de los grupos salientes tanto como las condiciones de la reacción (particularmente la temperatura y los solventes) pueden tener
un fuerte efecto sobre las reacciones que favorecen. Algunas estructuras de agentes alquilantes pueden ser particularmente propensas a ser eliminadas. Cuando el nucleófilo es un ion de aróxido, la reacción de Williamson puede participar además junto con la alquilación sobre el anillo, ya que el aróxido es un nucleófilo que puede atacar desde dos a más sitios, lo que resulta en la producción de dos a más productos. Para entender mejor lo que hicimos durante la práctica explico lo siguiente. * Los éteres metílicos y etílicos se pueden preparar por reacción de alcóxidos alcalinos o fenoles con sulfato de metilo o sulfato de etilo. * Los fenoles son nucleófilos débiles pero sus sales (los fenóxidos o naftatos) son nucleófilos más poderosos. * El β-naftol se esterifica con el sulfato de metilo formado en el seno de la reacción. * Los éteres aromáticos son sustancias de aromas agradables, muchos de ellos se encuentran en la naturaleza formando parte de los llamados aceites esenciales.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Montar el equipo de reflujo simple con calentamiento eléctrico. FORMACIÓN DEL ÉTER 1. Nerolina (β-metoxinaftaleno). En un matraz balón fondo plano provisto de un refrigerante a reflujo, de coloca 1 g de β-naftol, 5 mL de metanol y 1mL de ácido sulfúrico. 2. La mezcla se refluja 40 min a partir de que caiga la primer gota, luego se vierte sobre 20 mL de agua helada. FORMACIÓN Y SEPARACIÓN DEL PRODUCTO 3. El éter es precipitado, filtrar y lavar con 3 mL de agua helada, luego con 4 mL de hidróxido de sodio y otra vez con 3 mL agua helada. 4. Merter 5 min a la estufa, sacar y pesar. CALCULOS Rendimiento
rendimiento=
teorico−practico x 100 teorico
Pesamos 1.01 g de naftanol Peso del papel filtro: 1.4 g Peso del papel filtro con producto: 7.54 g Peso del producto: 7.54 g – 1.4 g = 6.14 g MECANISMO
BIBLIOGRAFIA http://www.monografias.com/trabajos15/elaboracion-champu/elaboracionchampu.shtml http://www.abacovital.com/fichastecnicas/tensioactivos/anionicos/Esteresacsulf/TEAla uri.htm Química Orgánica para estudiantes de Ingeniería Vega Juan
