ISTITUTO POLITENICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE QUIMICA DE LOS GRUPOS FUNCIONALES
PRACTICA 4 OBTENCIÓN DE ÉTER METILNAFTILICO, SÍNTESIS DE WILLIAMSON
GRUPO 2IM35 ALUMNA: GARCIA ESPINOZA ARIANA PROFESOR: JOSE MARIA MOTA FLORES
FECHA DE ENTREGA: 25-SEPRTIEMBRE-20 25-SEPRTIEMBRE-2012 12
Laboratorio de Química de los Grupos Funcionales Practica de Obtención de Éter Metilnaftilico, Síntesis de Williamson
Practica 4
Obtención de Éter Metilnaftilico. Síntesis de Williamson:
Introducción: Los éteres se utilizan como un medio para extraer, como medio de arrastre para la deshidratación de alcoholes etílicos e isopropilicos , como disolventes de sustancias orgánicas, como combustible inicial de motores de diesel , como fuertes pegamentos, y como desinflamatorio abdominal para después del parto exclusivamente externo. Cuando se usan reacciones de sustitución o de eliminación en síntesis debe tenerse cuidado de escoger reactivos y condiciones de reacción que maximicen el rendimiento del producto que se desea. Las reacciones de sustitución nucleofilica de haluros de alquilo pueden llevar a una gran variedad de compuestos orgánicos. Los éteres simétricos pueden prepararse por condensación de alcoholes bajo una reacción a 140 °C aproximadamente y con catálisis acida. A partir de alcoholes primarios son:
Alcoholes a partir de alcoholes secundarios o terciarios:
También pueden sintetizarse éteres mediante aloximercuraciondesmercuracion, donde se añade una molécula de un alcohol a un doble enlace de un alqueno.
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En 1850 Alexander Williamson descubrió una reacción que se sigue considerando como una de las mejores formas de sintetizar éteres tanto asimétricos como simétricos. La síntesis de Williamson de éteres es una reacción de sustitución nucleofilica; requiere una alta concentración de un buen nucleofilo, lo que indica que se lleva a cabo por una reacción SN2. Se hace reaccionar un halogenuro de alquilo con un alcoxido o un fenoxido de sodio.En general no puede utilizarse haluros de arilo debido a su poca reactividad hacia la sustitución nucleofilica. Para la preparación de aril metil éteres se suele utilizar sulfato de metilo (CH3)2SO4. Se debe de considerar el peligro de una competencia de la eliminación con la sustitución deseada; en este caso la eliminación debe ser particularmente seria, debido a la fuerte basicidad del alcóxido. Por lo que se descarta el uso de un halogenuro terciario, que debe dar principalmente o en su totalidad el producto de la eliminación, es entonces que debemos emplear otra combinación. Debemos recordar siempre la tendencia de los halogenuros de alquilo a la deshidrohalogenacion de alquilo a la deshidrohalogenacion es 3°>2°>1°. Puesto que los alcóxidos y fenóxidos se preparan con los alcoholes y fenoles correspondientes , y los halogenuros de alquilo con alcoholes, la síntesis de williamson implica la obtención de un éter mediante dos alcoholes .
Actividades Previas: EQUIPO 5
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a) Métodos de preparación de éteres Deshidratación de alcoholes Los éteres alifáticos simétricos pueden obtenerse por deshidratación de alcoholes, mediante la acción del ácido sulfúrico (como catalizador). Este es uno de los métodos comerciales de preparación del éter ordinario, dietiléter, por lo que se llama frecuentemente éter sulfúrico .Se lleva a cabo tratando el alcohol con ácido sulfúrico a 140°. La deshidratación es intermolecular H2SO4 2R
OH
R
O
R + H2O
Este proceso se ve fácilmente afectado por reacciones secundarias, como la formación de sulfatos de alquilo (especialmente si baja la temperatura), y la formación de olefinas (especialmente si sube la temperatura). La deshidratación de alcoholes puede también realizarse en fase vapor, sobre alúmina a 300°, aunque este procedimiento sólo es satisfactorio con alcoholes primarios, ya que los secundarios y los terciarios dan lugar a la formación de olefinas.
A partir de alcoholatos (Síntesis de Williamson) Los alcoholatos dan lugar a la formación de éteres al ser tratados con halogenuros de alquilo. Reacción llamada síntesis de Williamsom; es la reacción entre un haluro de alquilo y un alcoxido. R
X + Na
OR
R
O
R +NaX
b) Propiedades físicas y químicas de los éteres Propiedades físicas Presentan unos puntos de ebullición inferiores a los alcoholes, aunque su solubilidad en agua es similar. Dada su importante estabilidad en medios básicos se emplean como disolventes inertes en numerosos reacciones. Debido a que el ángulo del enlace C-o-C no es de 180º, los momentos dipolares de los dos enlaces C-O no se anulan; en consecuencia, los éteres presentan un pequeño momento dipolar neto
Propiedades Químicas
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Son muy inertes químicamente y solo tienen unas pocas reacciones características. Se pueden hidrolizar a su ácido y su alcohol precursores. Tienen poca reactividad química. En contacto con el aire sufren una lenta oxidación en la que se forman los peróxidos muy inestables y pocos volátiles. Cuando se destila un éter, es un peligro pues se concentran en el residuo y pueden dar lugar a explosiones. Esto se evita guardando el éter con hilo de sodio o añadiendo una pequeña cantidad de reductor (SO4Fe, LiAlH4) antes de la destilación.
c) Síntesis de Williamsom La síntesis de Williamsom para éteres es importante por su versatilidad: puede emplearse tanto para obtener éteres simétricos como asimétricos. En la síntesis de Williamsom se hace reaccionar un halogenuro de alquilo (halogenuro de alquilo sustituido) con un alcoxido o un fenoxido de sodio:
La síntesis de Williamsom implica la sustitución nucleofilica de un ion alcóxido o fenóxido por un ion halogenuro y es estrictamente análoga a la preparación de alcholes por tratamiento de halogenuro de alquilo con hidróxido acuoso. En general no pueden utilizarse los halogenuros de arilo, debido a su poca reactividad hacia la sustitución nucleofílica. Los alcóxidos de sodio se obtienen por acción directa del sodio metálico sobre alcoholes secos:
Por otra parte, debido a la apreciable acidez de los fenoles, los
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fenóxidos de sodio se preparan por la acción del hidróxido de sodio acuoso sobre fenoles:
a) Propiedades y usos del éter metilnaftílico Propiedades Propiedades físicas Reactivo s
Edo. Físico Peso y color mol.
Punto de fusión
Punto de Densida ebullició d n
Solubilidad
Toxicidad
Insoluble en agua Por fría y caliente. ingestión e Soluble en metanol inhalación y éter.
(βnaftanol )
Sólido cristalino
144.19 g/mol
123 °C
275 °C
1.217 g/ml
Ácido Sulfúrico
Liquido viscoso incoloro
98.08 g/mol
10.36 °C
338 °C
1.841 g/ml
Muy soluble en agua Por fría y caliente ingestión
Agua
Liquido incoloro insípido
18.02 g/mol
0 °C
100 °C
1.0 g/ml
alcohol, acetonas, etc. y en la mayoría Ninguna de las sustancias
e
Sólido Hidroxi(letejas) do de blanco, Sodio delicuescent e
40 g/mol
Alcohol etílico
46.07 g/mol
Liquido incoloro
318.4 °C
----
2.13 g/ml
-----
78.5 °C
0.816 g/ml
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Muy soluble en agua fría y caliente. Poco soluble en etanol y glicerina. Insoluble en acetona y benceno
Por inhalación e ingestión. Corrosivo
Soluble en agua, Por éter, acetona y ingestión benceno
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Propiedades físicas
Product o
Edo. Físico color
Éter Metilna ftílico
Peso y mol.
Escamas 158.2 blancas con 0 olor g/mol agradable
Punto de fusión
Punto de ebullici ón
Densida Solubilidad d
Toxicida d
70-73 °C
272-274 °C
------g/ml
----
Insoluble en agua. Soluble en éter
Carbón Activado El carbón activado es el mejor adsorbente de uso general para remoción / reducción de muchos compuestos orgánicos y aún algunos inorgánicos de diferentes líquidos y soluciones. El carbón activado posee la virtud de adherir o retener en su superficie uno o más componentes (átomos, moléculas, iones) del líquido que está en contacto con él. Este fenómeno se denomina poder adsorbente. La adsorción es la responsable de purificar, deodorizar y decolorar el agua u otros sólidos, líquidos o gases que entren en contacto con el elemento adsorbente. Son las altas temperaturas, la atmósfera especial y la inyección de vapor del proceso de fabricación del carbón activado lo que “activa” y crea la porosidad. Entre las principales aplicaciones del Carbón Activado están: Tratamiento de aguas residuales Potabilización de agua Deodorización y decoloración de líquidos (jugos, vinos, vinagres, destilados) Decloración de agua Retención de contaminantes orgánicos como solventes y fenoles, producto de la descomposición de desechos animales y vegetales Eliminación de los trihalometanos formados de la reacción entre el cloro libre y la materia orgánica disuelta en el agua Purificación de medicamentos Clarificación de mieles (Industria Dulcera) Clarificación de aceites • • •
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Retención de excesos de Flúor en agua utilizada especialmente en la industria alimenticia (embotelladoras, cervecerías, productos lácteos, potabilizadoras estatales y municipales), para obtener niveles dentro de la norma. Eliminación de sabor, olor y ozono del agua Remoción de sólidos suspendidos Purificación de aire Purificación de gases industriales
Mecanismo de Reacción: Reacción Global
Mecanismo
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Desarrollo Experimental:
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Cálculos Estequimétricos: Efectuar el cálculo estequiométrico de la reacción.
g de β naftol= (4 g. metanol)
= 18.02 gr
g de metanol= (1 g. β naftol)
= 0.22 gr
g de β metoxinaftaleno = (1 g. β naftol)
= 1.05 gr
Eficiencia.
Teórico obtenido = 2.3gr ANALISIS DE LA REACCION MEDIANTE LA OBSERVAION DE LOS ESPECTROS DE INFRARROJO DE PRODUCCION Y RECTIVOS.
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En el primer diagrama muestra las características infrarrojas de la pastilla de KBr donde el nivel máximo de absorbancia es de 0.6m , mientras que el minimo es de 0.05. La pastilla esta ubicada en un rango de 4 a 5 en longitud de onda en microometros y teniendo 2500 en numero de onda cm-1. En el segundo diagrama infrarrojo tenemos los datos del fenol, este se encuentra en un nivel de absorbancia de 0.8 asta 0.4 , tiene una longitud de onda de 4μ y con frecuencia de 2500 cm-1.
Mencionar los usos más importantes del β metoxinaftaleno .
La nerolina es un éster muy importante en la formulación de perfumes ya que actúa como fijador encargándose de mantener a todos los ingredientes unidos y disminuir su velocidad de evaporación de la mayoría de los compuestos volátiles.
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Observaciones
Durante la experimentación en la obtención del éter al inicio al mezclar el β-naftol, el metanol y el acido sulfúrico en el matraz erlenmeyer la mezcla adquirió un color café obscuro ya que el β-naftol es de color café claro y los otros dos incoloros, la cual duro aproximadamente una hora en reflujo formando la reacción de williamsom. Al pasar este tiempo se vertió en agua helada lo cual provoco que se formara un precipitado, el cual era de color rosado muy claro el cual se filtro para ser lavado el precipitado obtenido con agua fría lo cual se llevo a cabo dos veces para eliminar impurezas y luego se lavo con hidróxido de sodio en agua, el cual tenía un aspecto de lentejas de color blanco, el cual sirvió para neutralizar el precipitado y eliminando los residuos de la mezcla acida y para obtener mejor rendimiento se volvió a lavar para que finalmente se purificara con el carbón activado y alcohol etílico. Y el precipitado quedo de color rosa muy claro ya que en la elaboración de este adquirió una impureza por lo que no quedo blanquizco.
CONCLUSION
Aprendí que para la elaboración de éter se puede llevar a cabo por la deshidratación de alcoholes o por la reacción de un haluro de alquilo con un alcoxido que es conocida como reacción de Williamson, que fue la que se utilizo en esta práctica ya que es más fácil para obtener éteres y se obtiene mejores rendimientos, para la elaboración del éter metilnaftilico donde se ocupa el acido sulfúrico como catalizador. Además que los éteres tienen su punto de ebullición muy bajo y cuando se destila puede provocar explosiones y para evitarlo se le adición un reductor, además de que se utilizan como disolventes, como combustible inicial de motores diesel. Y que por otra parte el carbón activado tiene diferentes usos desde una purificación, como decolorante de líquidos, y en especial sirve para la eliminación del olor, sabor, hasta la purificación de medicamentos ya que el carbón activado es muy adsorbente
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