nitracion del benzoato de metilo

UNFV – FCCNNM QUIMICA ORGANICA IINitración del Benzoato de Metilo

NITRACION DEL BENZOATO DE METILO

OBJETIVOS:

Comprender la orientación y reactividad de los anillos bencénicos monosustituidos en la sustitución electrofílica aromática.

Usar métodos de purificación e identificación para los productos obtenidos

Obtener m - nitrobenzoato de metilo a través benzoato de metilo más Ac. Sulfúrico mediante una sustitución aromática electrofílica.

FUNDAMENTACION TEORICA:

La reacción más importante de los compuestos aromáticos es la sustitución electrofílica aromática. Esto es, un electrófilo (E+) reacciona con un anillo aromático y sustituye uno de los hidrógenos.

Mediante este tipo de reacción es posible anexar distintos sustituyentes al anillo aromático.

Se le puede Halogenar (sustituir con halógeno: -F, -Cl, -I, -Br, -At), Nitrar (sustituir por un grupo nitro: -NO2), Sulfonar (sustituir por un grupo ácido sulfonico -SO3H), Alquilar (sustituir por un grupo alquilo: -R), etc.

Nitración Aromática:

Los anillos se pueden nitrar con una mezcla de ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrados.

Se piensa que el electrofílo es el ión nitronio, NO2+, que se genera del

ácido nítrico, por protonación y perdida de agua.

Este ión genera un carbocatión intermediario, cuando este pierde un protón se genera el nitrobenceno como producto de sustitución.


Este proceso es realmente importante para la industria de explosivos, pigmentos y farmacia.

MATERIALES:

Vial de 5 mL

Pipetas

Vaso de precipitados

Beaker

Equipo de filtración al vacío

Papel filtro

Pinza

Balanza analítica

Espátulas

REACTIVOS

Benzoato de metilo

Ac. Sulfúrico concentrado ( H2SO4 )

Ac. Nítrico concentrado ( HNO3 )

Agua destilada helada

Hielo


PROCEDIMIENTO:

En un vial de 5 mL, preparar una solución de 1,2 mL de ac. Sulfúrico concentrado y 0,6g de benzoato de metilo.

Enfriar esta solución a 0 ºC en un baño de hielo. Adicionar gota a gota una mezcla de 0,4 mL de ac. Sulfúrico concentrado y 0.4 mL de ac. Nítrico, mantener la mezcla en un baño de hielo.

Agitar constantemente con una bagueta, mantenga la mezcla bien agitada durante la adición, y controlo la adición de la mezcla nitrante para que la temperatura de la mezcla no se eleve (comprobar al tacto).

Después de la adición del acido nítrico, retirar la mezcla del baño de hielo, y después de 15 minutos, vierta la mezcla sobre unos 5 g de hielo en un beaker pequeño.

Aislar el producto por filtración al vacío.

Lavar el producto con agua helada y metanol helado.

Pese el producto en crudo y retire una pequeña cantidad para el control cromatográfico por TLC.

Recristalizar el remanente a partir de metanol.

Filtrar al vacío el producto recristalizado y llevar a secar tomar punto de fusión y de ser posible correr el espectro IR.


RESULTADOS:

En la balanza analítica se introdujo el vial cuidadosamente y con un gotero pequeño se agregó 0.6mL de benzoato de metilo recién preparado (se trata de recoger con cuidado la fase liquida; para no contaminar nuestra muestra).

Después de haber pesado el benzoato de metilo y haberlo adicionado al vial, se agrega a este con una pipeta y cuidadosamente 1,2mL de ac. Sulfúrico; ya que este compuesto nos va a ayudar en la velocidad de la reacción (catalizador).

Inmediatamente se lleva a un baño de agua helada; ya que esta reacción es demasiado violenta este comienza a calentarse. Se tapa y se mantiene ahí por unos minutos hasta que su temperatura se normalice.

* Enfriamiento de la muestra.

Después se prepara la mezcla de 0,4 mL de ac. Sulfúrico y 0,4 mL de ac. Nítrico

*Adición de la mezcla sulfonítrica.

Utilizamos la mezcla sulfonítrica (ac. Nítrico con ac. Sulfúrico), ya que cuando estos dos compuestos se mezclan producen la


reacción en la cual se obtiene el ión nitronio más el ión hidronio más 2HSO4- el cual se le adiciona al benzoato de metilo.

Se lleva a una pipeta y se va agregando a nuestra muestra cada 0.1mL para evitar que esta se caliente demasiado y se desborde del vial y se pierda reactivo, el tiempo en el cual debemos adicionar esta reactivo es alrededor de 15 – 20 minutos.

Cuando se produjo la adición de la mezcla sulfonítrica a la muestra se produce la nitración en donde el ión nitronio se une al benzoato de metilo y se forma el nitrobenzoato de metilo mediante el siguiente mecanismo:


Luego que se agrego los 0.8 mL de la muestra sulfonitrica a la mezcla se deja enfriando en el baño de hielo aprox. 20 minutos.

*Enfriamiento del producto.


En el transcurso del enfriado de la muestra, en la balanza analítica de pesa 5 g de hielo en un matraz y se agrega la muestra que se dejo enfriar.

Agitamos el matraz hasta la fusión del hielo con la muestra y se observa un precipitado granular casi blanco.

*Adición de hielo al producto.

A continuación se filtra al vacío, el embudo debe contener papel filtro humedecido anteriormente y se vierte la mitad de la muestra luego se vierte la otra mitad de la muestra teniendo en cuenta que no quede ningún resto del precipitado formado ya que este es lo que se quiere obtener.

*Filtración al vacío de la muestra resultante


Se realiza esta filtración ya que cuando se produjo la nitración del benzoato de metilo el producto fue m-nitrobenzoato de metilo que es el isómero más estable ya que el sustituyente –CO-OCH3 impulsa al grupo nitro a la posición meta que se puede observar como el precipitado blanco casi un aprox. de 70 %.

Pero también se obtuvieron los isómeros orto- y para- (30%) que vendrían a ser la parte liquida y que en este informe se consideran con impurezas.


Después de haber realizado la filtración se retira del embudo el papel filtro donde se encuentra el producto final y se coloca en una placa petri.

*Obtención del m-nitrobenzoato de metilo.

La practica concluyo en la obtención del m-nitrobenzoato de metilo por filtración al vacío.

Luego se separaría una pequeña cantidad de este para el análisis cromatográfico y la parte restante se volvería a recristalizar realizando el procedimiento anterior pero esta vez sería lavado con


metanol y agua (para eliminar impurezas) y este producto también sería utilizado para el análisis cromatografico.

A este producto recristalizado se le toma el punto de fusión; dado que no se le tomo se investigó y el punto de fusión del m-nitrobenzoato de metilo es de aprox. 78 - 80 º C y su punto de ebullición es de aprox. 279 º C.

Análisis cromatografico:

Se realizaría una cromatografía por TLC. Se disuelve en diclorometano la parte sin recristalización y también el producto recristalizado con diclorometano.

Se colocan en dos vasos diferentes y se colocan 2 papeles filtros en cada uno y se espera que se visualice las manchas.

Se observaría de la siguiente manera:


Estos gráficos nos indican que cuando todavía no se recristalizó con agua y metanol todavía aparecen rastros de los isómeros orto y para pero después de realizada la recristalización se aprecia solamente el isómero meta que es lo que se esta buscando obtener.

OBSERVACIONES

Debido a que el laboratorio no contaba con BENZOATO DE METILO se tuvo que preparar la muestra.

En el instante de adicionar el acido sulfúrico y al ac. Nítrico al benzoato de metilo mantener la muestra en hielo y destapada ya que esta es una reacción violenta y los compuestos se calientan, ebullicionan y se desbordan del vial y se puede perder material.

No se pudo realizar la prueba cromatográfica por TLC. Ya que no hubo tiempo necesario para efectuar esta ultima parte, pero en este informe se realizó teóricamente.


No se tomo el punto de fusión al producto obtenido por falta de tiempo, pero se investigo y se obtuvo el punto de fusión aproximado.

CONCLUSIÓN:


Se realizó un nitración de un compuesto aromático mediante una sustitución electrofilica aromática en donde a un compuesto aromático monosustituido de le agrega un acido nítrico con un catalizador y el ión que se desprende del acido se une al anillo bencénico formando un varios isómeros del producto de los cuales solo se consideró el m – nitrobenzoato de metilo porque debido al comportamiento de dichas reacciones depende del tipo de sustituyente que posee el anillo; en la orientación de posición que poseen los productos y el nivel de activación que proporcionan al anillo aromático.


BIBLIOGRAFÍA

Wade. Química Orgánica, 5ta Edición, Pearson Educación, Pág. 722 (sustitución electrofílica aromática).

Vogel’s. Textbook of Practical Organic Chemistry 5ta Edición, Longman, página 1071

Solomons. Química Orgánica 2da Edición, Limusa, Pág. 779 (nitración del benceno)

Robert Thornton Morrison. Química orgánica, 5ta Edición, Pearson Educación, Capitulo 14, Pág. 498

nitracion del benzoato de metilo

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