esterificación

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICAESTERIFICACIÓN

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RESUMEN


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INTRODUCCIÓN

La importancia del proceso de esterificación radica en su extenso uso comercial para la fabricación de diversos compuestos y sustancias. Muchos ésteres tienen un olor afrutado y se preparan sintéticamente en grandes cantidades para utilizarlos como esencias frutales artificiales, como condimentos y como ingredientes de los perfumes, ejemplo el acetato de isoamilo que se sintetizará en la siguiente práctica posee un aroma a plátano.

Todas las grasas y aceites naturales (exceptuando los aceites minerales) y la mayoría de las ceras son mezclas de ésteres. Los ésteres son los componentes principales de la grasa de res (sebo), de la grasa de cerdo (manteca), delos aceites de pescado (incluyendo el aceite de hígado de bacalao) y del aceite de linaza. En muchas de estas grasas se puede hallar el alcohol isoamilico, el cual puede ser aprovechado.

En la tesis doctoral realizada en la universidad nacional de Colombia nos indica el trabajo que se realizó con el aceite fusel, quien posee como principal componente el alcohol isoamílico para la síntesis de acetato de isoamilo, un producto de valor agregado con múltiples aplicaciones en la industria química, alimenticia y farmacéutica. Donde se propone el uso de un proceso simultáneo de reacción-separación con membranas denominado, ésto les facilitará para su caracterización. Nosotros trabajaremos con el método de fischer el cual nos ayudara a obtener un alto rendimiento al usar bien las leyes de Le chatelier.


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FUNDAMENTO TEÓRICOESTERIFICACIÓN DE FISCHER

La esterificación de Fischer-Speier o esterificación de Fischer es un tipo especial de esterificación que consiste en la formación de un éster por reflujo de un ácido carboxílico y un alcohol, en presencia de un catalizador ácido. La reacción fue descrita por vez primera por Emil Fischer Arthur Speier en 1895.

La mayoría de ácidos carboxílicos son aptos para la reacción, pero el alcohol debe ser generalmente un alcohol primario o secundario. Los alcoholes terciarios son susceptibles a la eliminación, y los fenoles suelen ser muy poco reactivos para dar rendimientos útiles. Los catalizadores más comúnmente usados para una esterificación de Fischer incluyen al ácido sulfúrico, ácido tósico y un ácido de Lewis como el triflato de escandio (III). Para sustratos más valiosos o sensibles (por ejemplo, biomateriales), suele usarse DCC. La reacción suele llevarse a cabo sin un solvente, particularmente cuando hay un gran exceso de reactante, o en un solvente no polar. Los tiempos de reacción comunes varían de 1 a 10 horas a temperaturas de 60-110°C. La acilación directa de los alcoholes con ácidos carboxílicos es preferida sobre las acilaciones con anhídrido (economía de átomos pobre) o cloruro de acilo (sensible a la humedad). La principal desventaja de la acilación directa es el equilibrio químico desfavorable, que debe ser remediado, por ejemplo, por un gran exceso de uno de los reactantes, o por eliminación del agua (por ejemplo, mediante la destilación de Dean-Stark, el uso de tamices moleculares, o el uso de una cantidad estequiométrica de ácido sulfúrico concentrado como catalizador).

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

El Principio de Le Chatelier se puede enunciar de la siguiente manera: Si en un sistema en equilibrio se modifica algún factor (presión, temperatura, concentración) el sistema evoluciona en el sentido que tienda a oponerse a dicha modificación.


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Cuando algún factor que afecte al equilibrio varía, éste se altera al menos momentáneamente. Entonces el sistema comienza a reaccionar hasta que se reestablece el equilibrio, pero las condiciones de este nuevo estado de equilibrio son distintas a las condiciones del equilibrio inicial. Se dice que el equilibrio se desplaza hacia la derecha (si aumenta la concentración de los productos y disminuye la de los reactivos con respecto al equilibrio inicial), o hacia la izquierda (si aumenta la concentración de los reactivos y disminuye la de los productos).

SÍNTESIS DE ACETATO DE ISOAMILO

El acetato de isoamilo se obtiene de forma natural de algunas frutas como el plátano (banana) y las peras. A pesar de ello se sintetiza también artificialmente,4 mediante una reacción catalizada en medio ácido (poresterificación Fischer) entre el alcohol isoamílico y el ácido acético glacial tal y como se muestra:

Generalmente se suele emplear ácido sulfúrico como catalizador de la reacción de síntesis. El intercambio de iones del ácido de algunas resinas permite emplearlas también como catalizador.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Isoamyl_acetate_synthesis.png


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PARTE EXPERIMENTAL

ESTERIFICACIÓN DE FISCHER: SÍNTESIS DEL ACETATO DE ISOAMILO

Materiales:

Matraz esférico de 250 ml Probeta graduada de 10ml Soporte universal y pinzas Mangueras Refrigerante Cocinilla eléctrica Pera de decantación de 100ml Matraz colector 2 vasos pyrex de 250ml Equipo de destilación simple Matraz de 50ml Balanza analítica Perlas de vidrio

Reactivos:

Alcohol isoamílico (R10, R20, R37,R66)

Ácido acético(R10, R35, S23c, S26, S45)

Ácido sulfúrico concentrado (R35,S1, S2, S26, S30, S45)

Bicarbonato de sodio(R36/37/38, R41, S28, S37, S39)

Cloruro de sodio Sulfato de sodio anhidro

Procedimiento experimental

1. En el matraz esférico se colocó 25 ml de ácido acético y 20 ml de alcohol isoamílico. (se agitó para mezclar bien los componentes), asimismo se agregó 5 mlde ácido sulfúrico concentrado. Véase figura

Figura


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2. Se agregó unos trozitos de vidrio y se acopló al refrigerante de reflujo con las uniones frotadas con vaselina, véase figura , y se calentó hasta ebullición durante una hora

3. Finalizado el tiempo, enfriamos el matraz con agua potable, tal como se ilustra en la siguiente figura.

4. Se transfirió todo el líquido a una pera de decantación con 50 ml de agua, se agitó, se dejó decantar y después se pasó a separar la fase acuosa, ubicada en la parte inferior, véase figuras

Figura

Figura


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5. Añadimos nuevamente 25 ml de agua destilada y separamos la capa inferior (fase acuosa), luego se le añadió 25 ml de una disolución de bicarbonato de sodio al 15%, se repitió 3 veces. Véase figuras

6. Se ensayó la fase orgánica, que quedó atrapada en la pera de decantación, con papel indcador de pH, y como no resultaba básico se repitió el lavado unas 4 veces más, agitando vigorosamente la pera de decantación para que el bicarbonato reaccione con el ácido remanente y abriendo suavemente la pera de decantación en posición invertida para eliminar el gas producido. Véase figuras

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7. Luego de corregir los procedimientos (en realida se ensaya la basicidad de la fase acuosa, lo cual se logró en el segundo lavado), se pasó a lavar la capa orgánica con dos porciones de 5 ml de cloruro de sodio al 25%.

8. Se pasó a un erlenmeyer de 50 ml y se secó con 1.02 g de sulfato de sodio anhidro granular durante diez minutos , procurando agitar la mezcla de vez en cuando manteniendola tapada con una luna de reloj). Véase figura

9. Pasado el tiempo, se dejó decantar y se pasó la fase orgánica a un vaso de precipitado de 150ml.

10. Armamos el equipo para hallar el punto de ebullición de la fase orgánica para lo cual se puso unas cuantas gotas de muestra en un capilar, véase figura

11. Se pasó la fase orgánica restante a un matraz esférico completamente seco y se acopló un equipo de destilación simple, manteniendo una elavación de temperatura constante y se pasó a recojer el destilado en una probeta de 100ml, véase figura

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MECANISMO DE REACCIÓN

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CÁLCULOS EXPERIMENTALES Y RESULTADOS

Tenemos como datos:

Para el ácido acético:

Volumen utilizado: 25ml Densidad: 1,049g/cm3

Peso molecular: 60g/molPara el alcohol isoamílico:

Volumen de ácido acético: 20ml Densidad del ácido acético: 0,8247g/cm3

Peso molecular: 88g/molPara el acetato de isoamilico:

Volumen obtenido: 15ml Densidad:0.876 g/cm3

Peso molecular: 130g/molHallando el reactivo limitante:

CH3-COOH = 26.225g/(60g/mol)=0,437mol

C5H11OH = 16,494g/(88g/mol)=0,187mol

Entonces el reactivo limitante es el alcohol isoamílico.

60g 88g 130g

26,225g 16,494g X

Entonces la masa teórica para el acetato de etilo es:

X=130g×16,494 g88 g

=24 ,366 g

CH 3COOH +C5H11OH↔CH 3COOC5H11+H2O

1CH 3COOH+1C5H11OH↔1CH 3COOC 5H11+1H2O


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La masa real o experimentamreal=15ml×0 ,876 g/cm3

= 13.14 g

Luego el rendimiento será:

%R= mrealmteòrica

=13 ,14 g24 .36g

x 100=53 ,94%

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

CONCLUSIONES

La esterificación de Fischer indica un bajo rendimiento pero que por el Principio de Le Chatelier hace que el equilibrio de la reacción se desplace hacia los productos


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por un exceso de alguno de los reactivos (de preferencia el más económico) y así se obtiene un mejor rendimiento.

El rendimiento en la obtención del acetato de isoamilo fue de 53.94 % el cual nos muestra una gran pérdida de muestra, y que con el método esterificación de Fischer, no es tan rentable a comparación del método azeotrópica.

en el punto de ebullición fue de 7,78% esto nos indica que se realizó un buen trabajo y que el margen de error se debe a las impurezas que todavía tiene el compuesto ya que no sea realizado la purificación debida (recristalización).

RECOMENDACIONES

Al momento de añadir el agua destilada así como el bicarbonato de sodio para el lavado de la muestra orgánica se debe agitar fuertemente para que se dé correctamente la reacción y poder eliminar en lo posible todo el CO2 que contiene.

APÉNDICE¿Cómo se prepara la solución sulfocrómica?

Solucion sulfocromica:Es util para renovar grasas, aceites, zarros, colorantes, destapar pipetas .Gran poder oxidante y fácil eliminación por simple neutralización.

Preparación:En un recipiente de vidrio o de plastico resistente , convenientemente sumergimos en un baño de agua para evitar sobrecalentamiento , utilizando guardapolvo , proteccion visual y guantes disolver:

1) 160 gramos de bicarbonato de potasio en 1800ml de agua destilada.2) Agregar, muy lentamente 2000ml de acudo sulfurico comercial agitando con varilla de

vidrio.3) Dejar enfriar y colocar en el recipiente doble .4) Sumergir lentamente, evitando salpicar, dejar actuar 24 horas o mas 5) Retirar con pinza de madera, usar proteccion en las amnos 6) Enjuagar y lavar como de costumbre.LA MEZCLA SULFOCROMICA DEBE RENOVARSE CUANDO ADQUIERWE UN ASPECTO TOTALMENTE NEGRO. (aunque aun asi tiene poder limpiador)

Es util para renovar grasas, aceites, zarros, colorantes, destapar pipetas .


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BIBLIOGRAFÍA http://www.bdigital.unal.edu.co/11753/1/02300307.2013.pdf “Desarrollo de un proceso intensificado para la producción de acetato de isoamilo

mediante tecnología de membranas”-Wilmar Osorio Viana - Bogotá, Colombia 2014Tesis de investigación presentada como requisito parcial para optar al título de: Doctor en Ingeniería Química( Grupo de Investigación en Aplicación de Nuevas Tecnologías – GIANT)

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