INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA
QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVASACADEMIA DE QUIMICAORGNICA Y DE
POLMEROS
LABORATORIO DE QUMICA ORGNICA II
PRACTICA No. 4
Obtencin de un ter sntesis del b-metoxinaftaleno(nerolina)
sntesis de williamson.
NOMBRE DEL ALUMNO: MARTINEZ VENEGAS URIELPROFESORA: APOLONIA
VILLAGRANA MURILLOGRUPO: 41M1TURNO:MATUTINO
1.-OBJETIVOS1.-Objetivo Sintetizar un ter por el mtodo de
Williamson.
2.-Preparacin de un ter mixto (aliftico-aromtico).
3.- Establecer los parmetros de control e indicios de reaccin
que se llevan a cabo durante la prctica.
4.-Obtener la nerolina slida por medio de cristalizacin.
5.- Separar los cristales de nerolina de las aguas madres por
medio de filtracin.
6.- Manejar el equipo semi-micro usado en esta y en las otras
prcticas.
7.- Utilizar la tcnica de reflujo para la ejecucin de la sntesis
de Williamson.
8.- Determinar el punto de fusin experimental y comparar con el
punto de fusin terico de la nerolina
9.- Implementacin practica de todos los procesos que llevan a
cabo la realizacin de esta prctica.
10.- Determinar el rendimiento de la reaccin.
2.- ALCANCES
* Apegarse al procedimiento descrito en la prctica. * Establecer
los mtodos de sntesis para obtener teres, as como sus mecanismos. *
Establecer los tipos de reacciones organicas que se llevan a cabo
en la sntesis de la nerolina. * Establecer las principales
propiedades de la nerolina y sus aplicaciones. * Aprender los tipos
de operaciones unitarias realizadas en la prctica.
3.-METAS*Apoyarse de los temas vistos en clase para realizar en
proceso de sntesis de un ter.* Desarrollar la prctica en base a la
bitcora. * Documentarse en la bibliografa proporcionada por el
profesor. * Elaborar un diagrama de bloques del procedimiento para
elaborar la prctica. * Establecer los parmetros de control e
indicios de reaccin de la prctica.
2.- INVESTIGACION BIBLIOGRAFICAPara empezar a comprender con lo
que realizamos en el laboratorio debemos de estar completamente
seguros de lo que es un ter y su nomenclatura, ascomo tambin
explicar el mtodo de sntesis de williamson, tambin explicando el
producto que obtuvimos durante la realizacin de la prctica que fue
el B-metoxinaftaleno.ETERESLos teres estn comprendidos como una
clase de compuestos en los cuales dos grupos del tipo de los
hidrocarburos estn enlazados a un tomo de oxgeno, es decir su
estructura general es del tipo.R-O-R
En los teres simtricos los dos grupos son idnticos mientras que
en los asimtricos son diferentes. * NOMENCLATURALos ejemplos que
siguen ilustran los nombres comunes de algunos teres.
Observe que los nombres se derivan de los grupos alquilo o arilo
adjunto al tomo de oxgeno.
La nomenclatura IUPAC (International Unin of Pure and Applied
Chemistry) establece que para llamar a los teres se comience por
numerar el carbono que tiene el grupo alcoxilo (RO-) o el aroxilo
(ArO-), seguido por el nombre correspondiente al alcano formado por
la cadena ms larga de carbonos acoplada al oxgeno y utilizando para
esta ltimo la misma nomenclatura de los alcanos.
En los siguientes ejemplos se explica claramente.
* FUENTES NATURALES Y USOS DE LOS ETERESLos teres de forma
compleja son muy abundantes en la vida vegetal formando parte de
las resinas de las plantas, colorantes de flores y otros.
El ter etlico (o simplemente ter), se obtiene sintticamente, y
es un depresor del sistema nervioso central, por este motivo ha
sido utilizado como anestsico.
Probablemente el ter sea la sustanciams utilizada en el
laboratorio para los procesos de extraccin con solvente, aun siendo
potencialmente peligroso por su inflamabilidad y volatilidad. *
PROPIEDADES FISICASEl ter metlico (P.e. -24C) y el ter metil etlico
(P.e. 8C) son gases a temperatura normal. Ya el ter etlico (P.e.
35C) es un lquido muy voltil. Los teres con cadenas carbonadas
mayores van teniendo mayor punto de ebullicin a medida que aumenta
la longitud de la cadena.
Los teres de cadena recta tienen un punto de ebullicin bastante
similar a los alcanos con peso molecular comparable. Por ejemplo:
el ter C2-H5-O-C2-H5, con peso molecular 74 tiene un punto de
ebullicin de 35C, y el alcano CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 de peso molecular
72 tiene un punto de ebullicin de 36C.
Los teres tienen una solubilidad en agua comparable con los
alcoholes para peso molecular similar, as el ter C2-H5-O-C2-H5
tiene la misma solubilidad que el alcohol CH3-CH2-CH2-CH2-OH unos
8g/100ml de agua a 25C. * PROPIEDADES QUIMICASLos teres son muy
inertes qumicamente y solo tiene unas pocas reacciones
caractersticas. * REACCION CON LOS HALUROS DE HIDROGENOLos haluros
de hidrgeno (cuyas reactividades estn en el orden HI>HBr>HCl)
son capaces de romper los enlaces del oxgeno del ter y formar dos
molculas independientes. Los teres alifticos se rompen en dos
molculas del haluro de alquilo correspondiente, mientras que en los
teres alquilo arilo se forman elalquil 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 AIRECuando los teres estn en
contacto con el aire, espontnea y lentamente se produce su oxidacin
que genera un perxido derivado muy inestable.
La presencia de estos perxidos son un elevado peligro potencial
cuando el ter se somete a un proceso de destilacin. En este caso,
los perxidos en el lquido no destilado aun, se van concentrando y
pueden producir una violenta explosin.
Una regla de seguridad bsica para hacer destilados con teres es
asegurarse de que en l no hayan perxidos, y en caso de haberlos,
eliminarlos antes de la destilacin.
ETERES CORONA
Aquellas molculas que tienen varios teres en su estructura y que
adems formen un ciclo se denominan teres corona. En el nombre del
ter corona, el primer nmero hace referencia al nmero de tomos que
conforman el ciclo, y el segundo nmero, al nmero de oxgenos en el
ciclo. Otros compuestos relacionados son los criptatos, que
contienen adems de tomos de oxgeno, tomos de nitrgeno. A los
criptatos y a los teres corona se les suele denominar
ionforos.Estos compuestos tienen orientados los tomos de oxgeno
hacia el interior del ciclo, y las cadenas alqulicas hacia el
exterior del ciclo, pudiendo complejar cationes en su interior. La
importancia de este hecho es que estos compuestos son capaces de
solubilizar sales insolublesen disolventes apolares. Dependiendo
del tamao y denticidad de la corona, sta puede tener mayor o menor
afinidad por un determinado catin. Por ejemplo, 12-corona-4 tiene
una gran afinidad por el catin litio, 15-corona-5 por el catin
sodio y el 18-corona-6 por el catin potasio.
En organismos biolgicos, suelen servir como transporte de
cationes alcalinos para que puedan atravesar las membranas
celulares y de esta forma mantener las concentraciones ptimas a
ambos lados. Por esta razn se pueden emplear como antibiticos, como
la valinomicina, aunque ciertos teres corona, como el 18-corona-6,
son considerados como txicos, precisamente por su excesiva afinidad
por cationes potasio y por desequilibrar su concentracin en las
membranas celulares.
POLIETERESSe pueden formar polmeros que contengan el grupo
funcional ter.Un ejemplo de formacin de estos polmeros:R-OH +
n(CH2)O R-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-..Los politeres ms
conocidos son las resinas epoxi, que se emplean principalmente como
adhesivos.Se preparan a partir de un epxido y de un dialcohol.
REACCIONES DE ETERESRuptura por HBr y HI
Auto oxidacin
SINTESIS DE ETERESHay varias sntesis para obtener un ter de las
cuales puedo mencionar: * Sntesis de teres mediante
aloximercuriacin-desmercuriacin.En el proceso de
aloximercuriacin-desmercuriacin se aade una molcula de un alcohol a
un doble enlace de un alqueno. Se obtiene un ter tal como se
muestra a continuacin:
* Sntesisindustrial:Deshidratacin bimolecular de alcoholes.
Tambin hay las sntesis de Williamson que es con la cual
trabajamos en laboratorio para realizar la prctica que a
continuacin describimos. * Sntesis de Williamson.Es la sntesis de
teres ms fiable y verstil. Este mtodo implica un ataque SN2 de un
ion alcxido a un haluro de alquilo primario no impedido o
tosialato. Los haluros de alquilo secundarios y los tosialatos se
utilizan ocasionalmente en la sntesis de Williamson, pero hay
competencia en las reacciones de eliminacin, por lo que los
rendimientos con frecuencia son bajos.El alcxido generalmente se
obtiene aadiendo Na, K o NaOH al alcohol.
Para que se entienda un poco mejor este mtodo (WILLIAMSON)
podemos decir:La sntesis de Williamson es una reaccin orgnica que
transcurre a travs del mecanismo SN2 reaccin, por la cual se forma
un ter a partir de un haloalcano primario y un alcxido (o un
alcohol en un medio bsico) .Fue desarrollada por el qumico ingls
Alexander Williamson en 1850 y es muy importante ya que ayud a
probar la estructura de los teres, adems de que es el mtodo ms
sencillo para formar estos.Esta reaccin implica el ataque de un ion
de alcxido hacia el haloalcano. Como disolvente se puede emplear el
alcohol del que deriva el alcxido, pero mejora el rendimiento de la
reaccin si utilizamos disolventes aprticos como DMF, DMSO.El
mecanismo general de la reacciones el siguiente.
La reaccin de Williamson cubreun vasto campo, es ampliamente
usada tanto en sntesis industriales como de laboratorio, y se
mantiene como el mtodo ms simple y popular de preparar teres, ya
sea si se trata de teres simtricos o asimtricos. La reaccin
intramolecular de las halohidrinas en particular, produce
epxidos.En el caso de teres asimtricos hay dos posibilidades para
la eleccin de los reactivos, y una es usualmente preferible en
lugar de las bases de disponibilidad o reactividad. La reaccin de
Williamson es tambin usada frecuentemente para preparar un ter
indirectamente a partir de dos alcoholes. Uno de los alcoholes es
primeramente convertido en un grupo saliente (generalmente tosilo),
luego ambos reaccionan juntos.El alcxido puede ser primario,
secundario o terciario, mientras que por otro lado se prefiere que
el agente alquilante sea primario. Los agentes alquilantes
secundarios tambin reaccionan, pero los terciarios son usualmente
muy propensos a provocar reacciones secundarios como para ser de
uso prctico. Lo normal es que el grupo saliente sea un haluro o un
ster de sulfonato que est sintetizado para el cumplir el propsito
de la reaccin. Debido a que las condiciones de la reaccin son
bastante fuertes, se usan con frecuencia grupos protectores que
pacifican otras partes de las molculas que reaccionan. (como
alcoholes, aminas, etc.)
Este mtodo tiene varias condiciones para que se lleve a cabo. Ya
que los alcxidos son altamente reactivos, estos son frecuentemente
preparados justo antesde comenzar la reaccin, o son generados in
situ. En qumica de laboratorio, la generacin in situ es llevada
acabo generalmente mediante el uso de un carbonato o hidrxido de
potasio, mientras que en la sntesis industrial es muy comn la
catlisis de transferencia de fase. Pueden usarse un amplio rango de
solventes, pero los solventes prticos y los solventes polares
tienden volver muy lento el proceso de la reaccin, como resultado
de la ralentizacin de la los nuclefilos libres. Por esta razn, el
acetonitrilo y la N,N-Dimetilformamida son bastante usados.Una
reaccin de Williamson tpica es llevada a cabo de 50 a 100C y es
completada en un tiempo de una a ocho horas. Normalmente la
desaparicin completa de los materiales iniciales es difcil de
conseguir, y son comunes las reacciones secundarias. En sntesis de
laboratorio se logra generalmente un rendimiento de 50 a 95%,
mientras que las cercanas conversiones cuantitativas pueden ser
logradas en procedimientos industriales.La catlisis usualmente no
es necesaria en sntesis 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 reaccin
mediante la adicin de una cantidad cataltica de una sal de yoduro
soluble (la cual experimenta un intercambio de haluro con el
cloruro para obtener un yoduro mucho ms reactivo, una variante de
la reaccin de Finkelstein). En casos extremos, pueden ser aadidas
sales de plata, como el oxido de plata por ejemplo.
El ion de plata se coordina con el grupo saliente de haluro para
hacer su salida ms sencilla. Finalmente, algunas veces se usa la
catlisis de transferencia de fase (como bromuro de
tetra-n-butilamonio o 18-corona-6) a fin de incrementar la
solubilidad del alcxido ofreciendo un contrain ms suave.
Reacciones secundariasLa reaccin de Williamson con frecuencia
participa junto con la eliminacin catalizada por bases de los
agentes alquilantes,3 y la naturaleza de los grupos salientes tanto
como las condiciones de la reaccin (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 nuclefilo
es un ion de arxido, la reaccin de Williamson puede participar
adems junto con la alquilacin sobre el anillo, ya que el arxido es
un nuclefilo que puede atacar desde dos a ms sitios, lo que resulta
en la produccin de dos a ms productos.
Para entender mejor lo que hicimos durante la prctica explico lo
siguiente. * Los teres metlicos y etlicos se pueden preparar por
reaccin de alcxidos alcalinos o fenoles con sulfato de metilo o
sulfato de etilo.
* Los fenoles son nuclefilos dbiles pero sus sales (los fenxidos
o naftatos) son nuclefilos mspoderosos.
* El -naftol se esterifica con el sulfato de metilo formado en
el seno de la reaccin.
* Los teres aromticos sonsubstancias de aromas agradables,
muchos de ellos se encuentran en la naturaleza formando parte de
los llamados aceites esenciales.
3.- REACCION GLOBAL
4.-MECANISMO DE REACCIONiii)ii)i)
v)iv)
5.- DESAROLLO DE LA PRACTICA6.- PARAMETROS DE CONTROL E INDICIOS
DE REACCION DE LA PRACTICA
* A la temperatura de 140C ya se haban disuelto los cristales
que se observaban dentro del matraz y la solucin se torn de un
color caf claro * Despus de 1hora con 6 minutos ya estaba listo
nuestro reflujo, pues no ayudo mucho la bala magntica ya que de lo
contrario el proceso se hubiese tardado ms de lo previsto que era 1
hora despus.*La solucin obtenida del reflujo fue de un color caf
claro aunque despus de adicionar esta solucin al agua fra se
produjo un lquido blanco y casi de inmediatamente se empezaron a
formar los cristales blancos y se empezaron a precipitar.
7.- PARAMETROS DE CONTROL E INDICIOS DE REACCION ENFUNCION DEL
TIEMPO ILISTRADA DE LA PRACTICATIEMPOTEMPERATURA(C)INDISES DE
CONTROL
7:2025Se pes el vidrio de reloj y los vasos de precipitados
dando los siguientes resultados:Vidrio de reloj: 31.9g.Vaso de
250ml.:101.4g.Vaso de 250ml.:101.7g.Vaso de 100ml.:55.71g.Papel
filtro:2.8g.
7:3025Se coloca en el matraz esfrico el benaftol, el H2SO4 y el
Metanol
7:5095Empieza la agitacin de la mescla colocada en el matraz
esfrico y para aumentar la rapidez de la disolucin se coloca una
bala magntica dentro del matraz
8:00140Los cristales se disuelven y la mezcla toma una coloracin
caf claro.
8:03330Se aumenta la temperatura para calentar el agua que se
encuentra dentro de la charola
8:18200El agua de la charola ya est caliente por lo tanto se
procede a bajar la temperatura.
8:25200Aparece la primera gota del reflujo.
8:34200El reflujo es continuo.
8:37240Se aument la temperatura ya que el reflujo ha
disminuido.
8:41400Se aument an ms la temperatura para poder tener el
reflujo constante.
8:48400Se prepar el bao de hielo para el choque trmico.
8:52400Se vierte agua fra en un vaso de precipitados y este se
coloca en el bao de hielo
8:56400El reflujo ya est listo se procede a apagar la parrilla y
a retirar el matraz esfrico del reflujo para vaciarlo en caliente
al vaso con agua fra para producir el choque trmico
8:5720Se forman los primeros cristales de color blanco
9:0120Se filtran los cristales junto con el precipitado
formado
9:0520Se obtuvo un buen filtrado pues se observan pequeas
esferas en el
9:1125Se coloc dentro de la estufa el filtrado obtenido para
eliminar el agua de l, obtenindose despus un polvo de color
blanco.
9:1325Se ha re precipitado la solucin restante para comprobar
que no hay residuos en las aguas madres, dando una solucin clara
como el agua por lo tanto no hay residuos en las aguas madres.
9:1525Se vuelve a meter el polvo blanco obtenido para eliminar
la mxima cantidad de agua posible con lo cual se da por terminada
la prctica.
8.- CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS
H2SO4: 2g/98.08g/mol=0.0203 moles
Reactivo en exceso: MeOH: 4g/32.04g/mol=0.124 moles
Reactivo limitante:B-Naftol: 1 g/144.19g/mol=0.00693 moles
Teorica:
m(nerolina)= 0.00693 mol x 1.096g.Peso del producto con el papel
filtro: 2.3 g.Peso del papel filtro: 1.7 g.m(practico)= 2.3g
1.7g=0.6g de nerolina obtenida RENDIMIENTO
%RENDIMIENTO= 54.744%
9.-CUADRO DE PROPIEDADES FISICOQUIMICASPROPIEDADES
FISICOQUIMICASTEORICO
B-naftolH2S04MeOHNerolina
Estado fsico y colorSlido, cristalinoLiquido
viscoso,incoloroLiquido incoloroSlido cristalino.
Peso molecular144.19g/mol98.08g/mol32.04g/mol158.20
Punto de ebullicin275C @760mmHg338C64.5 C
1101c
Punto de fusin123C10.36C-97.8C------------------
densidad1.217g/[email protected]/[email protected]/ml
-------------------
Solubilidad aguaFra y caliente+++fra+++caliente +++Insoluble en
agua.
Solubilidad solventes++metanol y ter ----------------++etanol,
cetonas,ter, benceno yotros disolventesorgnicosSoluble en etanol de
1:7, ter, cloroformo, benceno y aceites.
ToxicidadPor ingestin e inhalacin
Corrosivo por contacto e ingestin
Muy toxico por ingestin, inhalacinY contacto.
10.- COSTO BENEFICIOUna reaccin de Williamson tpica es llevada a
cabo de 50 a 100C y es completada en un tiempo de una a ocho horas.
Normalmente la desaparicin completa de los materiales iniciales es
difcil de conseguir, y son comunes las reacciones secundarias. En
sntesis de laboratorio se logra generalmente un rendimiento de 50 a
95%, mientras que las cercanas conversiones cuantitativas pueden
ser logradas en procedimientos industriales.
11.- USOS Y APLICACIONESSe utilizan en la creacin de esencias y
gran variedad de productos aromticos actuando principalmente como
fijador de aroma.La reaccin de Williamson cubre un vasto campo, es
ampliamente usada tanto en sntesis industriales como de
laboratorio, y se mantiene como el mtodo ms simple y popular de
preparar teres, ya sea si se trata de teres simtricos o asimtricos.
La reaccin intramolecular de las halohidrinas en particular,
produce epxidos.
12.- CONCLUSIONESSe logr obtener la Nerolina por el mtodo de
Williamson apegndonos por completo al procedimiento descrito y
realizando un manejo adecuado del material proporcionado para este
fin.Para la obtencin de la Nerolina se pude concluir que un
parmetro muy importante es la temperatura ya que la temperatura est
ligada directamente con la cantidad de reflujo obtenido ya que si
se disminua la temperatura el reflujo disminua y la agitacin est
estrechamente ligada al tiempo de la sntesis pues si no se mantiene
una agitacin constante la sntesis tardara ms de lo estable sido lo
cual hubiese sido un gran problema porque no hubiramos podido
terminar la prctica a tiempo y no hubisemos apreciado la parte
final de la prctica que fue la purificacin donde se tuvo que secar
el precipitado para eliminar la mayor cantidad de agua posible y
adems se tuvo que re precipitar la solucin restante para estar
seguros que ya no haba residuos en las aguas madres y efectivamente
ya no se apreci residuo alguno en las aguas madres por consiguiente
al realizar el clculo del rendimiento este se pudo considerar como
bueno pues se obtuvo un valor del 54.74 % .13.- ObservacionesSe
pudo observar que para poder disolver los cristales contenidos
dentro del matraz esfrico se tena que aumentar la temperatura hasta
unos 350 C y mantener la agitacin constante todo esto para primero
calentar el agua contenida dentro del bao mara y despus para
mantener un reflujo constante ya que si disminuimos la temperatura
el reflujo tambin disminua.Una vez obtenido el reflujo se verti en
el vaso de precipitados con agua fra y se pudo observar que al
combinarse el agua fra con la solucin obtenida del reflujo se empez
a precipitar y ocurri un cambio de color, paso de ser caf claro a
ser blanco y casi inmediatamente se formaron los cristales.
14.- BIBLIOGRAFIATcnicas experimentales en sntesis orgnica pp
159 Xorge Alejandro, Experimentos de Q. Organica pp 61 Jose Gustavo
Avila, Qumica organica experimentos con un enfoque ecolgico pp 56,
34-36 Tehcniques in Organich Chemistry pp108-129; 193-195
Enciclopedia de tecnologia qumica pp 118, 911 Identifiacion de
grupos funcionales pp 190