Informe Práctica #3. OBTENCIÓN DE ÉTERES POR MEDIO DE LA SÍNTESIS DE WILLIAMSON. OBTENCIÓN DE ÁCIDO FENOXIACÉTICO.

Reacción

Mecanismo

Resultados

Se pesaron 0.5 gramos de fenol y 0.5 de ácido monocloroacético y como la reacción es uno a uno del mol de fenol se obtuvo un mol de ácido fenoxiacético pero vamos modificando la concentración del NaOH y a diferentes tiempos de calentamiento, los datos del rendimiento en porcentaje están registrados en la sig. tabla:

T de calentamiento (min)Dis. NaOH (mL) | 10 | 15 | 20 |

1.0 | 18.5%| 18.66% | |

1.5 | | 27.36% | 43.81% |

2.0 | 20.12% | 20.16% | |

2.5 | 13.6%| No se obtuvo | |

A nosotros nos tocó el de 1 mL de NaOH con 10 min de calentamiento y obtuvimos 0.15 g de producto con un rendimiento del 18.5% y un punto de fusión de 98°C.

0.5g1mol94g152g1mol=0.8085g de Ac. fenoxiacético

0.15g experimentales0.8085g teóricos x 100=18.5%

Cuestionario

1. ¿Qué reacción se lleva a cabo entre el fenol y el hidróxido de sodio?

Se lleva a cabo una reacción ácido-base para formar el alcóxido.

2. ¿Qué reacción se lleva a cabo entre el

ácido monocloroacético y el hidróxido de sodio?

Se lleva a cabo una reacción de sustitución nucleofílica bimolecular SN2.

3. Realice el cálculo para obtener la cantidad teórica de hidróxido de sodio al 33% P/V que se requiere para la reacción se lleve a cabo cuantitativamente (cantidad estequiométrica).

0.5 g fenol1 mol fenol94.11 g fenol1 mol NaOH1 mol fenol40 g NaOH1 mol NaOH100 mL NaOH33 g NaOH=0.644 g NaOH al 33%

4. ¿Qué sucede si se utiliza menor cantidad de hidróxido de sodio que la cantidad estequiométrica?

Si no se utiliza suficiente base, no se va a formar el alcóxido suficiente en la reacción ácido base para formar el producto en la reacción de sustitución nucleofílica bimolecular.

5. Realice un diagrama de flujo del proceso de aislamiento del ácido fenoxiacético de la mezcla de reacción.

6. En el proceso de aislamiento de ácido fenoxiacético se llevó a cabo una extracción ácido-base utilizando Na2CO3 al 15% como disolvente activo, que pasaría si en lugar de este disolvente se utilizara una disolución diluida de NaOH?

El NaOH es una base muy fuerte. Si se utilizara como disolvente activo, en lugar de llevarse

a cabo la reacción de sustitución, tendría lugar una reacción de eliminación.

7. En base a los resultados experimentales de todo el grupo, ¿cuáles son las condiciones de reacción necesarias para obtener el rendimiento más alto de ácido fenoxiacético? Explique la causa de estos resultados.

De acuerdo a los datos experimentales, el volumen de NaOH y el tiempo para obtener el mayor rendimiento fueron 1.5 mL de NaOH y 10 minutos de calentamiento. Los datos sobre el tiempo no muestran una tendencia creciente o decreciente respecto al tiempo. Según los resultados el

tiempo de calentamiento óptimo es 10 min, luego 20 y luego 15. En cuanto al volumen de sosa, con 1.5 mL de sosa se obtuvieron los mayores rendimientos debido a que era un poco de la cantidad estequiométrica pero no demasiado como para convertir la reacción en una eliminación.

8. Determine el efecto de la cantidad de hidróxido de sodio y del tiempo de reacción sobre el rendimiento de ácido fenoxiacético.

Ya vimos que la cantidad óptima de sosa que reacciona con el fenol es aproximadamente 1.5 mL. Si se adicionará menor cantidad de sosa el rendimiento baja considerablaemente. Si

se agregará una menor cantidad de sosa a la cantidad estequimétrica, no se llevaría a cabo la formación del alcóxido. Esto se debe a que la constante de rapidez de la reacción para este tipo de reacciones depende de ambos reactivos. Por el otro lado, si se adiciona un exceso de sosa, la reacción se volverá una eliminación y no se obtendrá el producto deseado. Al parecer el tiempo de calentamiento más adecuado son 10 minutos. De esta manera se pierde menos producto durante el calentamiento.

Conclusiones

Mediante esta práctica llevamos a cabo una reacción de sustitución bimolecular la cual depende de las concentraciones del nucleófilo y del sustrato, en este caso, del ion fenóxido y del ácido monocloroacético.. Pudimos observar que el rendimiento de la reacción dependía en gran medida de dos variables: el volumen de sosa y el tiempo de calentamiento. El volumen de sosa debe ser mayor al estequiométrico para que la reacción sea cuantitativa. En cuanto al tiempo, entre menor sea el tiempo, más cuantitativa será la reacción.

Bibliografía

Wade, L.G., Química Orgánica, Volumen 1, 7a edición, Editorial Pearson, México: 2012, pp. 229-242, 635-636

Universidad VeracruzanaFacultad de Q.F.B. Xalapa

PRÁCTICA 3 SÍNTESIS DE WILLIAMSON OBTENCIÓN DE ÁCIDO FENOXIACETICO

Laboratorio Química Orgánica II

9/09/2014- 30/09/2014

Objetivos:a) Preparar mediante una reacción de sustitución nucleofílica bimolecular un éter (Síntesis de Williamson). b) Purificar el producto obtenido por el método de extracción selectiva. c) Distinguir las propiedades ácidas de fenoles y ácidos carboxílicos.FundamentoLos éteres, compuestos caracterizados por la unión de dos grupos funcionales unidos por un oxigeno (R-O-R) por sus propiedades estructurales son solubles en agua tanto como un alcohol del que proceden, industrialmente se preparan mediante la deshidratación de alcoholes con ácido sulfúrico, otro método para su preparación es la alcosimercuracion-desmercuracion, los alquenos reacciona con el trifluoacetato mercurio en presencia de un alcohol para dar compuestos alcoximercuricos, que se trasforman en éteres por reducción. El método de optencion mas versátil es la síntesis de Williamson ya que permite la preparación de esteres simétricos como asimétricos, la cual implica la sustitución nucleofilica de un ion alcoxido y fenoxido por un ion halogenuro, la elecion del cual será la cadena halogenada dependerá de la competencia de la eliminación y la sustitución que existe durante el proceso y es estrictamente análoga a la preparación de alcoholes, en el caso de un éter de cadena los alcoxidos de sodio se obtiene por acción directa del sodio metálico sobrealcoholes secos, en el caso de los éteres con anillo se preparan a partir de fenoles. Los fenoles son compuestos de formula general ArOH donde Ar es fenilo, fenilo sustituido o algún otro grupo arilo. Los fenoles difieren de los alcoholes en que tiene el grupo -OH directamente unido al anillo aromático. Son fenoles más sencillos son líquidos o solidos de bajo punto de fusión pero de alto punto de ebullición debido a que forman puentes de hidrogeno esencialmente insolubles de agua, de carácter acido y se oxidan con cierta facilidad.Los hidróxidos reaccionan con los fenoles en sus sales y los ácidos minerales acosos lo reconvierten nuevamente en fenoles libres, las sales de fenol contrario a los fenoles si son solubles en agua e insolubles en disolventes orgánicos. Esta propiedad es útil en la separación de estos compuestos por separación con disolventes activos, que tiene como principio el empleo de solventes que interactúan molecularmente con compuestos específicos en una mezcla generando compuestos reversibles, para su posterior análisis.El fenol se puede obtener de forma sintética mediante la fusión del bencenosulfanato de sodio con álcali o mediante la reacción del clorobenceno con hidróxido de sodio acuso a latas temperatura denominado proceso Dow, el método más usado es partiendo del cumeno

(isopropilbenceno ), que se trasforma en hidroperóxido de cumeno por oxidación del aire que a su vez se trasforma en fenol y acetona con ácido acuoso.La propiedad química más notable de los fenoles es la reactividad extremadamente elevadade su anillo en la sustitución electrofilica. La ionización de un fenol genera un grupo –O- aun mas liberador de electrones que el –OH debido a su carga negativa. El carácter acido del fenol se debe al efecto neto de resonancia de su anillo que estabiliza al ion fenoxido que del fenol, por lo que el equilibro se desplaza en el sentido de la ionización resultando asi en Ka mayor que cualquier alcohol. Esto permite que una sal de carácter fuerte con la NaOH pueda desplazar el H+ con cierta facilidad. Permitiendo una variante más segura y económica de la síntesis de williamson, ya que no se requiere de sodio metálico para desplazar el protón de grupo –OH como es el caso de la mayoría de los alcoholes. Propiedades físicas, químicas, y toxicidad de reactivos y productos FENOLESTADO FÍSICO; ASPECTO: Cristales de incoloro a amarillo o ligeramente rosados, de olor CaracterísticoPunto de ebullición: 182°CPunto de fusión: 43°CDensidad: 1.06 g/cm³Solubilidad en agua: moderadaPresión de vapor, Pa a 20°C: 47Densidad relativa de vapor (aire = 1): 3,2PELIGROS QUÍMICOS: Por calentamiento intenso se producen humos tóxicos. La disolución en agua es un ácido débil. Reacciona con oxidantes, originando peligro de incendio y explosión, Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar bastante lentamente una concentración nociva en el aire.EFECTOS DE EXPOSICIÓN: La sustancia y el vapor son corrosivos para los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La inhalación del vapor puede originar edema pulmonar. La sustancia puede afectaral sistema nervioso central, corazón y rinón, dando lugar a convulsiones, alteraciones cardíacas, fallo respiratorio, colapso y coma. La exposición puede producir muerte. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica.HIDRÓXIDO DE SODIO ESTADO FÍSICO; ASPECTO: Sólido blanco e higroscópico, en diversas formasPunto de ebullición: 1388°CPunto de fusión: 318°CDensidad: 2.1 g/cm3Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 109 (muy elevada).PELIGROS QUÍMICOS: La disolución en agua es una base fuerte que reacciona violentamente con ácidos y es corrosiva con metales tales como: aluminio, estaño, plomo y cinc, formando gas combustible (hidrógeno - ver FISQ:0001). Reacciona con sales de amonio produciendo amoníaco, originando peligro de incendio. El contacto con la humedad o con el agua genera calor. Puede alcanzarse rápidamente una concentración nociva de partículas suspendidas en el aire cuando se

dispersa.EFECTOS DE EXPOSICIÓN: La sustancia es corrosiva para los ojos, la piel y el tracto respiratorio. Corrosivo por ingestión.ÁCIDO CLORHÍDRICOESTADO FÍSICO; ASPECTO: Gas licuado comprimido incoloro, de olor acre. Punto de ebullición: -85°CPunto de fusión: -114°CDensidad: 1.00045 g/l (gas)Solubilidad en agua, g/100 ml a 30°C: 67Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.3PELIGROS QUÍMICOS:La disolución en agua es un ácido fuerte, reacciona violentamente con bases y es corrosiva. Reacciona violentamente con oxidantes formando gas tóxico de cloro. Ataca a muchos metales en presencia de aguaformando gas inflamable/explosivo de hidrógeno. Al producirse una pérdida de gas se alcanza muy rápidamente una concentración nociva de éste en el aire.EFECTOS DE EXPOSICIÓN DE CORTA DURACIÓN: La evaporación rápida del líquido puede producir congelación. La sustancia es corrosiva para los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La inhalación de altas concentraciones del gas puede originar neumonitis y edema pulmonar, dando lugar a síndrome de disfunción reactiva de las vías aéreas (RADS). Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica.ÉTER ETÍLICOESTADO FISICO; ASPECTO: Líquido incoloro, higroscópico muy volátil, de olor característico.Punto de ebullición: 35°C Punto de fusión: -116°C Densidad relativa (agua = 1): 0.7 Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 6.9 Presión de vapor, kPa a 20°C: 58.6 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.6PELIGROS QUIMICOS: La sustancia puede formar peróxidos explosivos bajo la influencia de la luz y el aire. Reacciona violentamente con halógenos, compuestos interhalogenados, compuestos de azufre y oxidantes, originando peligro de fuego y explosión. Ataca al plástico y caucho. El vapor es más denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo; posible ignición en punto distante. Como resultado del flujo, agitación, etc., se pueden generar cargas electrostáticas.EFECTOS DE EXPOSICION: La sustancia irrita los ojos y el tracto respiratorio. La ingestión del líquido puede originar aspiración dentro de los pulmones con riesgo de neumonitis química. La sustanciapuede causar efectos en el sistema nervioso central, dando lugar a narcosis.CARBONATO DE SODIO ESTADO FÍSICO; ASPECTO: Polvo cristalino blanco.Se descompone a >50°C (ver Notas).Densidad: 2.1 g/cm3Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 14 (elevada)

Presión de vapor, Pa a 25°C: despreciablePELIGROS QUÍMICOS: La sustancia se descompone en contacto con agua, causando peligro de incendio y explosión. La disolución en agua es una base débil. Reacciona con los metales y sus sales, compuestos orgánicos, ácidos y agentes reductores.EFECTOS DE EXPOSICIÓN: La sustancia irrita gravemente los ojos. La sustancia irrita el tracto respiratorio. La sustancia irrita levemente la piel.

Reacción

Mecanismo de reacción

Metodología En un matraz de pera de 50 ml una boca disuelva 0.5 g de fenol en 2.5 ml de NaOH al 40% (comprobar la alcalinidad de la solución con papel pH), tape el matraz con un tapón de látex y agite vigorosamente durante 5 min., Agregue 0.75 g de ácido monocloroacético, vuelva a tapar el matraz y continúe la agitación por 5 minutos más. Si la mezcla se hace pastosa, puede agregar de 1 a 3 ml de agua. Quite el tapón y coloque el matraz sobre una parrilla de calentamiento con un sistema de reflujo durante 40 min. Enfríe la solución y diluya con 5 ml de agua. Acidule con HCl concentrado hasta pH de 1 (aproximadamente 1ml) . Coloque la mezcla en el embudo de separación y: 1. Haga extracciones con éter etílico usando 3 porciones de 5 ml c/u. 2. Junte los extractos orgánicos y colóquelos en el embudo de separación. 3.Lave la fase orgánica 3 veces con 5 ml de agua cada vez (las fracciones acuosas se desechan). 4. La fracción orgánica se extrae con NaHCO3 al 15% (3 porciones de 2.5 ml c/u.). 5. El extracto acuoso alcalino se acidula con HCl concentrado, ¡PRECAUCION) sea cuidadoso porque se produce espuma hasta que precipita todo el producto. 6. El producto se aísla por filtración y se seca al aire. Se determina rendimiento y punto de fusión.Observaciones

Cálculos de rendimientoFenol (C6H6O): 94.1 g/mol Moles= == 5.313x10-3 mol100% = 0.0053 mol rendimiento teórico

Peso de vial 1 = 12.551 g Peso de vial 2 = 12.824 gGramos obtenido = 0.273 g

Ácido fenoxiacetico (C6H5OCH2COOH): 152.147g/mol Moles= = 1.512x10-3 mol0.0015 mol obtenidos 100% 0.0053X 0.0015X= 28.30% rendimiento obtenido Discusión En el proceso de obtención se lleva una competencia entre eliminación y la sustitución deseada por lo que al final de la reacción es posible que existirán residuos de los reactivos y otros compuestos creados, esto provoca el que no exista un rendimiento cercano al 100% ya que nunca se llevara por completo la síntesis de todo el fenol.Para purificar el compuesto y extraer lo de la fase orgánica para cristalizarlo se llevan a cabo una gran cantidad de trasvases por lo que una parte del producto se pierde en todos estos procesos. Por ultimo las propiedades delcompuesto obtenido nos garantiza que logramos sintetizar y purificar el compuesto deseado. ConclusiónSe obtuvo por síntesis de williamson ácido fenoxiacetico con un rendimiento de 28.3 % el cual se extrajo y purifico por medio de solventes activos, asegurando la pureza del ácido el cual reporto un punto de fusión de 96-98 oc Cuestionario 1) ¿Qué reacción ocurre entre el hidróxido de sodio y el fenol? Se provoca la desprotonación del grupo –OH del grupo fenol, aumentado la nucleofilidad del oxigeno permitiendo la sustitución del cloro en un segundo momento. 2) ¿Qué reacción ocurre entre el hidróxido de sodio y el ácido monocloroacético? La neutralización formando una sal NaCl 3) ¿Qué sucede si la mezcla de reacción no contiene la suficiente cantidad de hidróxido de sodio al iniciarse la reacción?No se producirá la desprotonación en todos los fenoles provocando un rendimiento menor al esperado.

4) Escriba un diagrama de separación que nos indique el proceso de purificación del ácido fenoxiacético.

5) Asigne las bandas principales presentes en los espectros de I.R. a los grupos funcionales de

reactivos y productosÁcido monocloroacètico

Práctica 3Obtención de ácido fenoxiacético Reacción:

Resultados: t de calientamiento(min)/ disolucion NaOH al 33% P/V(mL)101520cantidad estequiometrica

130.91%30.02%47.60%1.552.4% /47%19.93%56.01%253.77%20.84%

2.564.97%

masainicialmasafinal

Rendimiento0.51020.2501g30.91%

Cálculos

ol

Cuestionario: ¿Qué reacción se lleva a cabo entre el fenol y el hidróxido de sodio?Se lleva a cabo una reacción Ácido-Base para formal el alcóxido ¿Qué reacción se lleva a cabo entre el monocloroacético y el hidróxido de sodio?Se lleva a cabo una Reacción de sustitución nucleófilica bimolecular (SN2)Realice el cálculo para obtener la cantidad teórica del hidróxido de sodio al 33% P/V que se requiere para la reacción se lleve a cabo cuantitativamente (cantidad estequiométrica)

Que sucede si se utiliza menor cantidad de hidróxido de sodio que la cantidad estequiométrica.No se va a formar el alcóxido suficiente en la reacción acido base para formar el producto de la reacción de sustitución nucleófilica bimolecular (SN2)En el proceso de aislamiento del ácido fenoxiacético, se llevó a cabo una extracción acidobase utilizando Na2CO3 al 15% como disolvente activo. ¿Que pasaría si en lugar de este disolvente se utilizara una disolución diluida de NaOH?El NaOH es una base fuerte, si se utilizará como disolvente activo en lugar de llevarse a cabo una reacción de sustitución se llevaría a cabo una de eliminaciónEn base a los resultados experimentales de todo el grupo, indique cuales son las condiciones de reacción necesarias para obtener el rendimiento más alto del ácido fenoxiacético. Explique los resultadosse necesita un volumen de 1.5 mL, con esta cantidad ligeramente superior a la cantidad estequeometrica requerida, pero sobrepasando esta cantidad la reacción de competencia reduce el rendimientoRealice un diagrama de flujo de aislamiento del ácido fenoxiacético de la mezcla de reacción.