Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Académica de Química Orgánica y Polímeros Ingeniería Química Industrial Laboratorio de Química de Grupos Funcionales PRACTICA No. 3 “OBTENCIÓN DE ÉTER
METILNAFTÍLICO. SÍNTESIS DE
WILLIAMSON”
Prof.: Berenice Tierrablanca Gudiño Grupo: 2IV41 Equipo 6 Integrantes
Firma
Aguilar Rios Cristian Ivan Carreón Morales Jesús Juárez Terán María Martínez Ortega Marisol Fecha de Entrega: Octubre 14, 2017
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Contenido
1.
RESUMEN ................................................................................................................................. 3
2.
MARCO TEÓRICO ................................................................................................................. 4
3.
OBJETIVOS .............................................................................................................................. 7 Generales ......................................................................................................................................... 7 Particulares ...................................................................................................................................... 7
4.
MATERIALES Y METODOS ................................................................................................. 7 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ......................................................................................... 8
5.
DIAGRAMA DE FLUJO ......................................................................................................... 9 Propiedades físicas y toxicidad de reactivos ................................................................................. 10
6.
RESULTADOS ........................................................................................................................ 11 TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES ................................................................................. 11 TABLA DE RESULTADOS ........................................................................................................ 11
7.
CALCULOS ............................................................................................................................. 12 Determinación del reactivo limitante ............................................................................................ 12 Cálculos estequimetricos ............................................................................................................... 12 Calculo del peso práctico del Β -metoxinaftaleno .......................................................................... 12
Rendimiento .................................................................................................................................. 13
8.
DISCUSION ............................................................................................................................. 14
9.
CONCLUSION ........................................................................................................................ 15
10.
REFERENCIAS .................................................................................................................. 15
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1. RESUMEN En este experimento se logró la síntesis del Beta metoxi naftaleno por la síntesis de Williamson, además de llevar acabo una operación unitaria de filtración al separar el éter, además se realizó la síntesis del mismo con el método de reflujo en una columna de enfriamiento. En primera instancia se colocó en un matraz de fondo plano 1gramo de Beta naftanol junto con 5 mL de Metanol y con cuidado se agrego 1mL de acido sulfúrico concentrado gota por gota. Terminada la adicion del acido sulfúrico se coloco un condensador en forma de columna de reflujo, esto se montó en una parrilla de calentamiento y se llevo a una temperatura de entre 50 y 70 °C. Cuando inicio el reflujo se cronometro a 40 minutos. Terminados los 40 minutos se vacío el contenido del matraz en un vaso de precipitado con 20mL de agua helada. Se observó un precipitado rosado en el agua, este mismo con ayuda de un embudo y un papel filtro(pesado previamente) se filtro. A este filtrado se le adiciono 3 mL de agua helada. Para finalizar al precipitado filtrado se le añadió algunas gotas de hidróxido de sodio hasta que este mismo se filtro por el papel. Se dejo secar el papel con el precipitado y se peso. Se obtuvieron los siguientes resultados: Peso del éter seco
2.1059 g
Peso teórico del éter
1.0971 g
% de rendimiento
191.95 %
Por lo que se resolvió que aparte de no tener cuidado al llevar a cabo la reacción se generaron otros tipos de de reacciones a parte de la de sustitución nucleofílica nucleofílica como la eliminación por lo que se obtuvo más peso del que se pretendía teóricamente.
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2. MARCO TEÓRICO Éteres Los éteres son compuestos que contienen un puente de oxigeno entre dos carbonos C-O-C. Se consideran como derivados estructurales de la molécula del agua en la que los hidrógenos se sustituyen por radicales alquílicos. El ángulo entre los enlaces C-O-C es mayor que en el agua debido a las repulsiones
estéricas entre grupos voluminosos. El éter más conocido es el etílico, que se uso en medicina como anestésico. Son compuestos de formula general ROR, donde R representa un radical alquílico 1°, 2° o 3°, ya sean insaturados o aromáticos, y O el grupo funcional. En el caso de los epóxidos la característica más relevante es la tensión del anillo, debida a
ángulos de enlace muy distantes a los 109º. Los éteres son moléculas muy polares. Así, el Dietil éter éter presenta un momento dipolar de 1,2 D. Este momento dipolar es aún más importante en éteres cíclicos (oxaciclopropano, tetrahidrofurano) que presentan momentos dipolares sobre 1,8 D, similares al agua. Tienen gran aplicación ya que ni los álcalis ni los reactivos nucleofílicos los afectan, el ácido clorhídrico no reacciona con ellos, se usan como disolventes para llevar a cabo las reacciones por ser compuestos estables.
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Pero los epóxidos son sumamente reactivos y reaccionan con una gran variedad de reactivos, por lo que son de gran interés industrial. Estructura y propiedades fiscas de los éteres presentan unos puntos de ebullición inferiores a los alcoholes con igual número de átomos de carbono, aunque su solubilidad en agua es similar. Dada su importante importante estabilidad en medios básicos, se emplean como disolventes inertes en numerosas reacciones. Presentan una polaridad menor que sus alcoholes y menor que sus alcanos ya que su enlace -C-O-C- no es de 180°, si no de 110°. Como consecuencia de su estructura, las moléculas no pueden formar puentes de hidrogeno entre sí. Esta es la razón por la que sus puntos de ebullición son mucho menores que los alcoholes isoméricos.
Preparación de éteres Por deshidratación de alcoholes Con este método normalmente se preparan los éteres simétricos. Y consiste en la reacción de un alcohol con ácido sulfúrico y calor. La temperatura es determinante para evitar la alqueno. formación de un
Mecanismo de reacción Por la síntesis de Williamson Consiste en reaccionar un derivado halogenado con un alcóxido metálico mediante sustitución nucleofílica, por lo tanto, hay necesidad de planear los reactivos adecuados para
evitar la competitividad con la eliminación.
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El sodio reacciona rápidamente con los alcoholes primarios y algunos secundarios. El potasio es mas reactivo que el sodio y normalmente se usa con alcoholes terciarios y algunos secundarios. Si se requiere formar un alcoxido con un alcohol primario, es suficiente manejar la reactividad del sodio.
Los alcoholes secundarios y terciarios reaccionan mas lentamente con el sodio. El potasio normalmente se suele utilizar con los acoholes secundarios y terciarios debido a que es mas reactivo que el sodio y la reacción se puede llevar a cabo en un intervalo de tiempo
razonable. Algunos alcoholes reaccionan lentamente tanto con el sodio como con el potasio. En estos casos una buena alternativa es el hidruro de sodio, normalmente en solución de THF. El hidruro de sodio reacciona rápidamente para formar el alcoxido, incluso en alcoholes impedidos.
La importante basicidad de los alcóxidos produce reacciones de eliminación formando alquenos en lugar de éteres.
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Con haloalcanos primarios y sobre todo con haloalcanos que carecen de hidrógenos b el rendimiento de Williamson es muy bueno.
3. OBJETIVOS Generales
Preparar mediante una reacción de sustitución nucleofílica bimolecular un éter. Separar un éter mediante una técnica de succión o filtración
Particulares
Obtener el B-motoxinaftaleno mediante la síntesis de Williamson Utilizar la técnica de reflujo para la ejecución de la síntesis de Williamson.
4. MATERIALES Y METODOS Sustancias
Equipo
B-naftol H2SO4 CH3OH NaOH H2O
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Matraz de fondo plano Barra magnética Termómetro Parrilla de agitación Embudo de separación Vaso de precipitado Papel filtro Pinzas de tres dedos Bomba
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
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5. DIAGRAMA DE FLUJO
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Propiedades físicas y toxicidad de reactivos
Sustancia
Acido sulfúrico
Edo. Físico y color Liquido viscoso incoloro
Peso molecular
98.08
P eb °C
P fus °C
338
10.36
Densidad g/mL 1.841
Solubilidad*
Agua
Solventes
Corrosivo, toxico por contacto e ingestión
+++fría +++caliente
Metanol
Liquido incoloro
32.04
64.5
-97.8
0.7924
+++
++Etanol, cetonas, benceno, otros disolventes orgánicos y éter
Beta Naftol
Solido, cristalino
144.19
275
123
1.217
-fría y caliente
++metanol y éter
Hidroxido de sodio
Solido (lentejas) blanco, delicuescente
Beta metoxi naftaleno
40
---
318.4
2.13
+++fria y caliente
158.2
272 - 274
70 - 73
0.15
insolbule
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Toxicidad
+etanol y glicerina -acetona y benceno
Muy toxico por ingestión, inhalación y contacto Por ingestión e inhalación Corrosivo por contacto
Por ingestion
6. RESULTADOS TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES Se muestran los datos más generales de las sustancias (reactivos) empleados en la experimentación. Reactivos
W (gramos)
V (mililitros )
Β- naftol
1g
CH3OH
3.962 g
5 ml
H2SO4
1.841 g
1 ml
NaOH
4 ml
H2O
3 ml
Tabla No. 1 W Seco
W Con producto
1° Papel filtro
0.46g
0.9716 g
2° papel filtro
0.46g
1.600 g
Peso del producto sin papel 0.4543 g filtro Tabla No. 2 TABLA DE RESULTADOS Se muestran los resultados más generales de los productos obtenidos al finalizar la experimentación. wβ-
wβ-
metoxinaftaleno practico
metoxinaftaleno teórico
2.1059 g
1.0971 g
%Rendimiento
191.95 %
Tabla No. 3 Reactivo limitante: mediante la reacción y la cantidad de moles alimentadas, se logró determinar que nuestro reactivo limitante fue el Β - naftol. Puesto que al solo alimentar 1 g (0.006935 moles) que fue la mínima la cantidad que se alimentó, a diferencia de los otros reactivos como el CH3OH (0.1236 moles) y H2SO4 (0.01877 moles).
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7. CALCULOS Para determinar el peso del H2SO4 se hace en función de la densidad que es igual a 1.841 g/ml, se despeja el peso y queda como
= =1.841 1 1 = 1.841 841 Al igual que al ácido sulfúrico el peso del metanol se calcula en función de la densidad que es igual a 0.7924 g/ml
= =0.7924 5 = 3.962 962 Determinación del reactivo limitante
. = 0.01877 . 0.01877 . 0.1236 CH3OH: . = 0.1236 H2SO4:
1 = 0.0069 = 144.19 35 0.006935 Cálculos estequimetricos
− = 1− (158.2 144.19 ) = 1.0971 0971 Calculo del peso práctico del Β -metoxinaftaleno PESO DEL 1° PAPEL FILTRO = 0.46 g
= | | | | = |0.46 0.46 0.9716 0.9716 | = 0.5116 PESO DEL 2° PAPEL FILTRO = 0.46 g
= | | = |0.46 0.46 1.600 1.600 | = 1.14 Peso del producto recuperado (sin papel filtro) wβ-metoxinaftaleno = 0.4543 g
Peso total del producto
− = 0.5116 116 + 1.14 + 0.454 4543 = 2.105 .10599 12
Rendimiento PRACTICO
TEORICO
wβ-metoxinaftaleno =2.1059 g
wβ-metoxinaftaleno= 1.0971 g
metoxi metoxinaft naftale aleno no practi practico co 100 % = wβ wβ metoxi metoxinaft naftale aleno no teorico teorico g 100 % = 2.1059 191.95 95 % 1.0971 g 100 = 191.
Observaciones durante la experimentación experimentación OBSERVACIONES Al empezar la reacción la mezcla obtuvo un color café, y empezó a una temperatura de 33 ° C A la 18:58 hrs empezó el reflujo y se comenzó a tomar el tiempo de 40 min, la mezcla tenía la misma coloración que al principio con una temperatura de 50°C A las 19:38 hrs se terminó el tiempo del reflujo y la reacción llego a su punto final a una temperatura de 65°C Al verter la mezcla a los 20 ml de H2O se tornó una solución acuosa grumosa de color rosa pálido Al filtrar la solución, se obtuvo mucho producto asi que se tuvo que realizar una segunda filtración, que a cada una de estas se le agrego 1.5 ml de H2O y 2 ml de NaOH. La temperatura no se excedió de los 65 °C, casi al llegar a su punto final la reacción se mantuvo entre una temperatura de 60 a 65 °C
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8. DISCUSION Se obtuvo el B-metoxinaftaleno mediante la síntesis de Williamson, se hizo reaccionar el B- naftol en presencia de un alcohol que fue CH3OH con ácido sulfúrico, en este caso el Bnaftol se esterifico con el sulfato de metilo formado en el seno de la reacción. Los pesos de las soluciones del ácido sulfúrico y metanol se obtuvieron en función de sus densidades, ya que solo se contaba con el volumen, y se obtuvieron de 1.841 g y 3.962 g respectivamente, con ayuda de estos datos se determinó cual fue el reactivo limitante y el reactivo en exceso, se llegó a que el B-naftol fue el reactivo limitante, con una alimentación de 0.006935 moles, menor a los demás reactivos , sin embargo al realizar el cálculo del rendimiento se obtuvo más del 100 % , esto se debe a varios factores como el a ver agregado un exceso de B- naftol o metanol, aunque este ya se encontraba en exceso, también pudo a ver afectado este resultado de rendimiento las impurezas que se generaron al momento de filtrar, o sea que no se tuvieron las precauciones necesarias para no contaminar nuestro producto, aunque también al dejarlo secar a temperatura ambiente se pudo infiltrar alguna partícula que afecto al momento de pesar el producto obteniendo un peso mayor al esperado. Mediante cálculos estequiometricos se obtuvo el peso teórico del β- metoxinaftaleno que fue de 1.0971 g, peso que se estimaba obtener, sin embargo por factores mencionados con anterioridad se obtuvo un peso practico mayor, que fue de 2.1059 g. Con los datos anteriores, teórico y práctico se determinó el % de rendimiento lo cual resulto de 191.95 % se obtuvo este resultado mayor al 100 % ya que no se tuvieron las suficientes precauciones y medidas adecuadas que requiere la reacción, así como el filtrado. Al realizar los filtrados se obtuvo una solución grumosa color rosa pálido, junto con el papel filtro se dejó secar a temperatura ambiente, sin embargo esto afecto mucho en los resultados, ya que no se obtuvieron adecuadamente. Para reiterar lo anterior, se tuvo un exceso del producto final, ya que este contenía muchas impurezas. El producto final se identificó gracias a su aroma característico, ya que estos compuestos son de aroma agradable.
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9. CONCLUSION
Con los resultados obtenidos podemos observar que el rendimiento es muy alto por lo que hay que tener cuidado al momento de llevar acabo la reacción en el reactor. No usamos un haluro de alquil como se dice en la teoría, en vez de eso usamos otro alcohol y ácido sulfúrico, por lo que desde el punto de vista teórico no realizamos una obtención de un éter por la síntesis de Williamson. El éter tenía un aroma ar oma prácticamente agradable probablemente por la parte aromática que estaba pegada por lo que no es sorpresa que se use en la industria como un buen aromatizante. La obtención de un éter mediante la síntesis de Williamson tiene una vía de reacción de sustitución nucleofílica nucleofílica por lo que se pueden generar la competitividad con la eliminación.
10. REFERENCIAS
Heliodoro Hernández Luna, Roberto Flores Rangel, Flor del Monte Arrazola Domínguez, Víctor Manuel Martínez Reyes, Cesar Gustavo Gómez Sierra. (2010). Grupos Funcionales 1. Tresguerras 27, Centro Histórico 06040, México, DF: Talleres Gráficos de la Dirección de Publicaciones del Instituto Politécnico Nacional.
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