Tp 3 Sintesis De Acetato De Etilo

Laboratorio / Campo II

Química Orgánica

T.P. Nº 3: ESTERIFICACION DE FISCHER Noviembre 2008 Evangelina Breda

INTRODUCCION Los ésteres son compuestos que naturalmente se encuentran ampliamente distribuidos; la mayoría de ellos originan olores agradables y es de ahí que se desprende su vasta utilización en la industria de las fragancias. Por otro lado la estructura básica de este grupo de compuesto nos da indicios de sus propiedades físicas; es así que se puede apreciar la incapacidad de estos para formar puentes de hidrogeno intermoleculares y su relativa poca polaridad. Materiales y métodos o Se armo un aparato de calentamiento a reflujo verificando que todo el material este BIEN SECO. Según la siguiente figura

o

Se colocaron en el balón 6,5 ml de ácido acético glacial, 9 ml de etanol y 0,8 ml de H2SO4 concentrado. Luego se agrego una pequeña cantidad de material poroso (cerámica) y se verifico que las uniones estén adecuadamente selladas.

o

o o

o o o

o o

Se calentó a reflujo durante 30 minutos. (Es importante evitar el calentamiento brusco, dado que el H2SO4 por su carácter oxidante carbonizará la materia orgánica presente en el balón) Una vez finalizado el calentamiento, se destilo el contenido del balón y se recogió la fracción que destile hasta 90° C. Se trasvaso a una ampolla de decantación y se le agrego 5 ml de solución saturada de carbonato de sodio. Se agito y separo la fase acuosa (fase inferior). Se lavo la fase orgánica con 5 ml de agua destilada. La fase acuosa se descarto. Se agregaron 4 ml de solución de cloruro de calcio 50%. Se volvio a agitar y descartar. Se recogió la fase orgánica en un erlenmeyer y se la seco con sulfato de sodio anhidro. Se filtro recogiendo el filtrado en un balón BIEN SECO. Destilamos, obteniendo la fracción 80° C – 70° C. Se recogió y midió el volumen obtenido.

RECONOCIMIENTO. Ensayo del ácido crómico-sulfúrico:

Se colocaron 0,5 ml del compuesto a ensayar en un tubo de ensayos y se adicionaron 2 gotas del reactivo crómico-sulfúrico. Al agitar, se observa un cambio de color. Reacción positiva: color verde MECANISMOS DE REACCION.

Ácido carboxílico

Alcohol

Ester

Agua

Los ácidos carboxílicos se convierten directamente en ésteres mediante la esterificación de Fischer, al reaccionar con un alcohol en presencia de un poco de ácido mineral, por lo general ácido sulfúrico concentrado o cloruro de hidrógeno seco. Esta reacción es reversible y alcanza el equilibrio cuando aun quedan cantidades apreciables de reactivo. La reacción de la esterificación pasa por un ataque nucleofílico del oxígeno de una molécula del alcohol al carbono del grupo carboxílico. El protón migra al grupo hidroxilo del ácido que luego es eliminado como agua. El rol del catalizador es el de aumentar la actividad carbonílica (la carga parcial positiva sobre el átomo de carbono)

por protonación de uno de los oxígenos del ácido. Lo mismo se puede conseguir utilizando derivados más activos del ácido como los haluros o los anhidruros. Tabla de reactivos y propiedades relevantes.

Ácido acético

Etanol

Ester

Agua

FM

C2H4O2

C2H5OH

C4H8O2

H 2O

PM Eq(mol) ρ Vol Masa

60,05 1 mol 1,049 g/ml 6,5 ml 6,8185 g A

46,07 1 mol 0,810 g/ml 9 ml 7,29 g B

88,1 1 mol 0,897 g/ml 8,5 ml

18,02 1 mol 1,00 g/ml -

T0

0,11355 mol C

0,15824 mol D

0

0

0,11355 mol – X

0,15824 mol – X

X

X

La cantidad de moles iniciales en la reacción de cada sustancia

TeqE cantidad de moles en el equilibrio de la reacción.

Para hallar las masas de los compuestos se utilizaron los datos de densidad y volumen reemplazando en la ecuación de densidad = masa/volumen Para hallar la cantidad de moles de los compuestos se hizo una regla de tres simple sabiendo que 1 mol es igual al peso molecular en gramos. La reacción, al ser reversible puede calcularse con la siguiente formula, sabiendo que la Keq de la misma es 4. Entonces, se utiliza el número de moles en lugar de concentración molar. aA + bB

cC + dD

Keq = [(nº moles C/Vol) x 1000ml]c x [(nº moles D/Vol) x 1000ml]d [(nº moles A/Vol) x 1000ml]a x [(nº moles B/Vol) x 1000ml]b Keq = 4 =

X2 __ (0,11355 mol – X) . (0,15824 mol – X)

4 . (0,11355 mol – X) . (0,15824 mol – X) = X2 4 . [ 0,017968 mol2 – 0,11355 mol . X – 0,15824 mol . X + X2 ] – X2 = 0 4 . [ 0,017968 mol2 – 0,27179 mol . X + X2 ] – X2 = 0

0,071872 mol2 – 1,08716 mol . X + 4 X2 – X2 = 0 0,071872 mol2 – 1,08716 mol . X + 3 X2 = 0 A partir de esta ecuación cuadrática se puede obtener X. X1 = 0,275393

X2 = 0,086993

Se utiliza X2. Por lo tanto, la cantidad de moles de acetato de etilo obtenida debería ser 0,086993 mol. Se lo pasa a masa utilizando el peso molecular y finalmente con la densidad del Ester, se pasa a volumen. Volumen = 7,6641 g / 0,897 g/ml = 8.5441 ml

¿De qué tipo de reacción se trata desde un punto de vista de su rendimiento?

Este resultado se le atribuye que la reacción es reversible. Resultados del ensayo de caracterización. Fundamento. ¿Posee interferentes el mismo? ¿Se puede identificar a una sustancia con un ensayo de caracterización? Al añadir el ácido sulfúrico se observó un color amarillento en la mezcla y ésta tomo mayor temperatura (se volvio caliente). Al empezar a calentar la mezcla se tornó rojo remolacha. El ensayo de caracterización resulto positivo, tornándose de un color verde (tal como se explico anteriormente). Se basa en la oxidación del alcohol por acción de una solución de dicromato de potasio en medio ácido de ácido sulfúrico. Mediante esta reacción el alcohol es oxidado cuantitativamente a ácido acético y el dicromato (anaranjado) se reduce a cromo trivalente (verde). La presencia de acetaldehído o alcohol isopropílico da lugar a reacciones similares con formación de ácido acético y acetona respectivamente, con la consiguiente reducción del dicromato de potasio. La posibilidad de que ocurran estas reacciones le restan especificidad al método, es por eso que se los puede calificar como interferentes

Discusión de resultados y conclusión

Por ser una reacción de equilibrio, se puede aplicar el principio de Le Chatelier agregando un exceso de unos de los reactivos para que el equilibrio se desplace hacia la formación del Ester que es lo que se busca. Aplicando el mismo principio se justifica la técnica del reflujo, pues si observamos que el agua tiene menos punto de ebullición, respecto a los demás compuestos, por lo tanto al evaporarse del medio se contribuye más aun al desplazamiento del equilibrio hacia la derecha. Cuando se agrega agua destilada a la capa orgánica ya lavada se forma nuevamente dos capas, una incolora en la parte inferior y otra amarillo ocre en la parte superior La formación de dos fases en el proceso es lógico pues la reacción de esterificacion implica la formación de agua, que no es compatible con el acetato por lo que entonces se forman dichas fases; una inferior donde el ácido acético, el ácido sulfúrico y el alcohol. Esto explica también el comportamiento que ocurre en el momento de la separación y es este el fenómeno de que nos valimos para poder separar la capa orgánica de la acuosa. El arreglo de las capas de esa forma se debe a las diferentes densidades de compuestos involucrados. El aroma del acetato, es una característica predominante que poseen los esteres. Los esteres son compuestos distribuidos en la naturaleza que se encargan de dar olor y sabor característicos de frutas y flores aunque no siempre están presentes de manera sencilla sino una mezcla compleja pero con el grupo funcional del Ester presente.

Apoyo teórico ESTER

Éster en química orgánica, es compuesto formado (junto con agua) por la reacción de un ácido y un alcohol. Puesto que este proceso es análogo a la neutralización de un ácido por una base en la formación de una sal, antiguamente los ésteres eran denominados sales etéreas. Este término es incorrecto porque los ésteres, a diferencia de las sales, no se ionizan en disolución. Estos compuestos se pueden obtener a partir de ácidos orgánicos y de ácidos inorgánicos. Por ejemplo, un éster simple, el nitrato de etilo, se puede preparar a partir de etanol y ácido nítrico (un ácido inorgánico), y el etanoato de etilo haciendo reaccionar etanol y ácido etanoico (un ácido orgánico). Otro método de preparar ésteres es emplear no el ácido en sí, sino su cloruro. Por ejemplo, el etanoato de etilo se puede obtener por la acción del alcohol sobre el cloruro del ácido etanoico. Otro método importante de obtención consiste en hacer reaccionar las sales de plata de los ácidos con un halogenuro de alquilo (normalmente de yodo). Por ejemplo, el etanoato de etilo se puede preparar a partir de etanoato de plata y yoduro de etilo. Los ésteres se descomponen por la acción del agua en sus correspondientes ácidos y alcoholes, una reacción que es catalizada por la presencia de los ácidos. En general, los ésteres de los ácidos orgánicos son líquidos neutros, incoloros, con olor agradable e insolubles en agua, aunque se disuelven con facilidad en disolventes orgánicos. Muchos ésteres tienen un olor afrutado y se preparan sintéticamente en

grandes cantidades para utilizarlos como esencias frutales artificiales, como condimentos y como ingredientes de los perfumes

ESTERIFICACION.

Se denomina esterificación al proceso por el cual se sintetiza un éster. Un éster es un compuesto derivado formalmente de la reacción química entre un oxácido y un alcohol. Comúnmente cuando se habla de ésteres se hace alusión a los ésteres de ácidos carboxílicos, substancias cuya estructura es R-COOR', donde R y R' son grupos alquilo. Sin embargo, se pueden formar en principio ésteres de prácticamente todos los oxácidos.

Detalle de la reacción de esterificacion. Producción de ésteres

La industria química produce grandes cantidades de ésteres, centenares de millones de kilogramos por año. Son de especial importancia el acetato de etilo, el acetato de butilo, el acetato de celulosa, el xantogenato de celulosa, el trinitrato de glicerilo, el acetato de vinilo y el nitrato de celulosa. El salicilato de metilo es un éster que se emplea principalmente como agente aromatizante y posee la ventaja de que se absorbe a través de la piel. Una vez absorbido, el salicilato de metilo puede hidrolizarse a ácido salicílico, el cual actúa como analgésico. Este producto puede extraerse de varias plantas medicinales. El ácido acetilsalicílico o aspirina, como es conocido comercialmente, es el más popular de los medicamentos sintéticos, debido a su acción analgésica, antipirética, antiinflamatoria y antirreumática, y por ser utilizado en la prevención y tratamiento del infarto agudo al miocardio, además de su bajo costo, consecuencia de su simplicidad estructural. La benzocaína o p-aminobenzoato de etilo es un anestésico local, empleado como calmante del dolor, obtenido también por esterificación. Química de la esterificación

Dada la importancia de los ésteres se han desarrollado muchos procesos para obtener ésteres. El más común es el calentamiento de una mezcla del alcohol y del ácido correspondiente con ácido sulfúrico, utilizando el reactivo más económico en exceso para aumentar el rendimiento (esterificación de Fischer). El ácido sulfúrico sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que absorbe el agua formada en la reacción. A veces es sustituido por ácido fosfórico concentrado. En la práctica este procedimiento tiene varios inconvenientes. El alcohol puede sufrir reacciones de eliminación formando olefinas, esterificación con el propio ácido sulfúrico o de formación del éter y el ácido orgánico puede sufrir descarboxilación. Además se requieren temperaturas elevadas y tiempos de reacción largos. Por esto a menudo se utilizan derivados del ácido más activos. En la síntesis del ácido acetilsalicílico por ejemplo (el éster entre el grupo hidroxilo del ácido salicílico y del ácido acético) se parte del anhidruro del ácido acético y del ácido salicílico que actúa como alcohol. En vez de agua se libera una molécula de ácido acético que puede ser separada fácilmente del producto: O(OCCH3)2 + HO(C6H4)COOH -> HOOCCH3) + H3CCOO(C6H4)COOH Otro proceso es la utilización del cloruro del ácido (R-COCl) (variante de Einhorn) y el alcohol en la presencia de piridina. En este caso se libera clorhídrico que reacciona directamente con la piridina del medio para dar el hidrocloruro de piridina. Las condiciones de esta reacción son muy suaves ya que no requiere la presencia de ácidos o bases fuertes y se puede llevar a cabo a temperatura ambiente o incluso inferior. Por esto permite la síntesis de compuestos en presencia de grupos funcionales muy sensibles. También se utilizan procesos de transesterificación donde se hace reaccionar un éster con un alcohol en presencia de un catalizador como el tetracloruro de germanio, otro ácido de Lewis o trazas de base. Se libera el alcohol previamente unido en forma del éster. Este proceso se emplea industrialmente sobre todo en la obtención del PET (polietilentereftalato), un plástico transparente que se emplea por ejemplo para fabricar botellas de bebida. Existen aún procesos de menor importancia como la adición de un ácido a una olefina, etcétera, que igualmente forman ésteres. PRINCIPIO DE LE CHATELIER

Hay una regla general que ayuda a predecir la direccion en la que se desplazara la reaccion en equilibrio cuando sucede un cambio en la concentración, la presion, el volumen o la temperatura. La regla, conocida como principio de Le Chatelier, establese que sis se aplica un esfuerzo externo a un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta por si mismo de tal modo que el esfuerzo se contrarresta parcialmente. La palabra “esfuerzo” en este lugar significa cambio en concentración, presion, volumen o temperatura, que desplaza al sistema en su estado de equilibrio.

Bibliografía y links utilizados.

• Wade L. Química Orgánica. 2º edición. Prentice−Hall Hispanoamericana, S.A.

México 1993. Pp. 970−971

• Pavia , D., LAMPMAN, G Yy otros, Introducción to Organic Laboratory Techniques a Microscale • Aproach. Saunders Golden Sunburst Series. United State of america. 1990, pp. 85−86. • Dean, Jonh, Lange Manual de Química. 1º edición en español. Tomo III. McGraw−Hill. México 1990. • http://es.wikipedia.org/wiki/Higrosc%C3%B3pico • http://es.wikipedia.org/wiki/Esterificaci%C3%B3n •

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_ac%C3%A9tico

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http://es.wikipedia.org/wiki/Etanol

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http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_calcio

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• Raymond Chang “Quimica”. Cuarta edicion. Raymond Chang, 1994. •

http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761565712/%C3%89ster.html