Pra c t i c a # 6 S í n tesis del B e n zoato de Metilo

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PRÁCTICA # 5: SISTESIS DEL BENZOATO DE METILO

OBJETIVOS

Objetivo general:

Obtención de un éster (benzoato de metilo) a partir de un ácido (ácido benzoico) y

de un alcohol (alcohol metílico) según el método de esterificación de Fischer.

Objetivos Específicos:

Obtener Benzoato de metilo a partir del ácido Benzoico y metanol anhidro.

Separación y purificación del producto por medio de destilación a presión atmosférica.

Determinar el porcentaje de rendimiento del producto obtenido.

Medir el índice de refracción al producto.

Realizar prueba especificas para identificación de esteres.

ANTECEDENTES

Reacciones de adición nucleofílica sobre el grupo carbonilo.

Reacciones de adición-eliminación en grupos carbonilo.

¿Qué son los reactivos nucleofílicos? Orden de nucleofilicidad.

¿Qué son los grupos salientes?, ¿Cuáles son los más usados?, ¿Cuál es el orden de facilidad de salida de los mismos?.

Catálisis ácida en las reacciones de adición nucleofílica.

Reacciones en equilibrio; cómo desplazar un equilibrio.

Principales derivados de los ácidos carboxílicos.

¿Qué derivados de los ácidos carboxílicos se pueden transformar en otros

derivados?, ¿Cómo se llevan a cabo dichas transformaciones?

¿Cómo se puede eliminar el agua en una reacción de equilibrio?

Diferentes rutas sintéticas para obtener los derivados de los ácidos

carboxílicos.

+

2

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REACCIÓN A EFECTUAR Y ESTEQUIMETRIA

OH

+ H3C OH

O

H2SO4

O

+ H2O

O CH3

Acido benzoico Metanol Acido sulfúrico Benzoato de metiloPM 122 32 98 136Peso (g) 3 5.51 1.84 3.346Moles 2.46 x 10-2 17.22 x 10-2 1.88 x 10-2 2.46 x 10-2

MECANISMO

Como la diferencia de electrones en el átomo de carbono del grupo carbonilo del

ácido (1) no es muy alta, o sea su electrofilia es baja, en consecuencia su reactividad es

baja. Por esta razón se emplea un catalizador ácido, para incrementar la electrofilia de dicho

grupo funcional. Dado que el ácido mineral utilizado (ácido sulfúrico) es más fuerte que el

ácido (1), se lleva a cabo una reacción de ácido-base, para formar el intermediario (2) y el

anión bisulfito. Como se puede ver, el intermediario (2) implica la formación de un grupo

carbonilo protonado, el cual se encuentra en resonancia con un carbocatión,

incrementándose así su electrofilia.

H H H+

O: O O

O:+ H O

O

S O H

O

+

H C

HO O

(1) (2)O

- O S O H

O

Así, una vez que se forma el carbocatión (2), el cual puede actuar como un

electrófilo, éste reacciona con un nucleófilo débil como el metanol, para formar un enlace

C-O y dar lugar al intermediario (3). A través de un equilibrio ácido-base se puede protonar

cualquiera de los dos grupos hidroxilos presentes en la estructura del intermediario (3), para

formar así el intermediario (4), el cual tiene dentro de su estructura agua como grupo

saliente.

+

HO

+C

HO + H O CH3

H H O

O

H+ O

O -

H O

O

S O H

O

O

S O H

(2)

H3C O

(3)

H H+

O

H

O O + H O

O

S O H +O

- O S O H

O O H3C

(4)

Dentro del intermediario (4), cuando se rompe heterolíticamente el enlace C-O, sale

agua como grupo saliente y se forma un carbocatión el cual es estabilizado por el grupo

hidroxilo, para formar así el intermediario (5), el que es en realidad el benzoato de metilo

protonado. El éster protonado (5) se encuentra en un equilibrio ácido-base con el agua, para

formar el producto final, el benzoato de metilo (6).

H H +O

+ O

H

H

H CH3 O

O

CH3 H

+ H

OO

O

H3C

O O

H +H

(4) (5) (6)

Como se puede observar en el mecanismo de reacción para explicar la formación

del éster, todas las reacciones son reversibles y se establece un equilibrio, que puede

desplazarse hacia el ácido y el alcohol, en este caso las dos materias primas, lo cual sería en

realidad la reacción de hidrólisis ácida de los ésteres; o bien desplazarse hacia la formación

del éster (6).

Una manera de evitar el equilibrio o, más bien, de desplazarlo es eliminar el agua

del medio de reacción (formando un azeótropo o bien por el uso de mallas moleculares).

Otra estrategia es la de desplazar el equilibrio hacia la derecha poniendo el alcohol en

exceso, como es el caso del experimento que aquí se va a efectuar.

PARTE EXPERIMENTAL

MATERIAL

Matraz de fondo redondo de 50 mL 1 Anillo de hierro 1Refrigerante para agua con mangueras 1 Probeta de 25 Ml 1T de destilación 1 Pipeta de 10 mL 1Colector 3 Vasos de precipitados 150 mL 2Pinzas de tres dedos con nuez 1 Espátula 1Embudo de tallo corto 1 Matraz Erlenmeyer de 50 mL 1Agitador de vidrio 1 Recipiente de peltre 1Baño con resistencia electrico 1 Embudo de separación con tapón 1Vidrio de reloj 1 Termómetro 1

SUSTANCIAS

Cantidad CalidadAcido benzoico 3.0 g Q.P.Metanol absoluto 7.0 mL Q.P.Acido sulfúrico (H2SO4) 1.0 mL Q.P.Eter etílico 30.0 mL Q.P.Solución de bicarbonato de sodio al 10% 30.0 mL TécnicoSulfato de sodio anhidro 10.0 g Q.P.

PROCEDIMIENTO

Coloque en el matraz esmerilado

3 g de ácido benzoico y 7 mL de

metanol. Enfríe la mezcla sobre hielo, y

adicione lenta y cuidadosamente, por las

paredes del matraz, un mL de ácido

sulfúrico (H2SO4) y agite. Adicione

piedras de ebullición, coloque el

refrigerante de agua en posición de

reflujo y caliente hasta tener un reflujo

vigoroso, manteniendo éste durante una

hora (Ver figura).

Pasado este tiempo, enfríe la solución y

verifique que el pH sea ácido, lave

nuevamente con agua hasta pH neutro, y

decante a un embudo de separación que

contenga 10 mL de agua, verifique que la llave

del embudo selle bien y que la temperatura de

la mezcla de reacción sea baja (+ 10 °C), ya

que, al entrar en contacto con el agua, la

mezcla se puede calentar.

Extraiga dos veces la mezcla de

reacción con 10 mL de éter etílico cada una.

Agite, separe las fases y elimine la fase

acuosa. Lave la fase etérea con 5 mL de

agua y posteriormente con 5 mL de

solución de bicarbonato de sodio al 10

%. Deseche los lavados y trasvase la

fase orgánica a un Erlenmeyer de 50

mL.

Destile el disolvente a baño María, y

cuando éste haya sido totalmente eliminado

detenga la destilación 8el punto de ebullición

del benzoato de metilo es de 199 °C).

Enfríe el sistema y observe el producto

obtenido. Si no es completamente

transparente, adicione más sulfato de sodio

anhidro hasta que seque, deje reposar 3 a 5

minutos y decante a una probeta.

5 6 5 64 7 4 7

3 8 3 8

2 9 2 9

1 111 10

Séquela con sulfato de sodio

anhidro, deje reposar de 3 a 5 minutos y

decántela a un matraz esmerilado seco.

Lave el sulfato de sodio con 5 mL más

de éter y reúnalo con la fase orgánica

anterior.

5 6 5 64 7 4 7

3 8 3 8

2 9 2 9

1 111 10

Mida el volumen del benzoato de

metilo sintetizado. Calcule rendimiento. Si se

requiere, el producto obtenido se puede

purificar por destilación al vacío.

PRECAUCIONES

ESPECIALES.

Añadir el H2SO4 al disolvente y

no al revés.

Una vez agregado el ácido

sulfúrico homogeneizar bien la mezcla

para evitar que el ácido queme los

reactivos por sobre concentración local.

Manejar el H2SO4 con guantes y

en vitrina.

Al destilar no dejar que se seque el

matraz, porque podría romperse.

5 6 5 64 7 4 7

3 8 3 8

2 9 2 9

Tras lavar con NaOH comprobar

que la fase acuosa es neutra o básica, lo

que indica que no quedan restos de

ácido.

1 11 1 10

Añadir al matraz plato poroso

tanto al iniciar el reflujo como en la

destilación.

DIAGRAMA ECOLÓGICO

D1, D2, D3: pueden contener materia prima o producto, en este caso se recupera el

producto. Absorba la solución con carbón activado y confínelo para incineración.

Neutralice la solución deseche.

CUESTIONARIO

1. ¿Podria utilizarse ácido sulfúrico diluido?

2. Si se desea eliminar agua de la reacción para desplazar el equilibrio hacia el éster,

¿Cómo modificaria la tecnica utilizada?

3. ¿Daria buenos resultados usar ácido benzoico en exceso en vez de metanol?

4. ¿Para que extrae la fase etérea con solución de bicarbonato de sodio?

5. ¿Por qué luego de extraer con bicarbonato de sodio se debe lavar con agua hasta pH

neutro?

6. ¿Por qué se debe secar muy bien el benzoato de metilo antes de destilarlo?

7. ¿Como se deben tratar los desechos de D1 a D3?

ESPECTROS DE I.R.

a) Acido Benzoico

b) Metanol

c) Benzoato de metilo

BIBLIOGRAFÍA

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8. Vogel, A.I., Elementary Practical Organic Chemistry, Part I, Small Scale Preparation,

2ª. Ed., Longman Londres, Inglaterra, 1970, pp. 263-265.

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