OBTENCIN DE ACETATO DE ISOBUTILO MEDIANTE LA SNTESIS DE FISCHERResumen: La esterificacin de Fischer-Speier o esterificacin de Fischer es un tipo especial de esterificacin que consiste en la formacin de un ster por reflujo de un cido carboxlico y un alcohol, en presencia de un catalizador cido. Durante el desarrollo del laboratorio se utilizara este procedimiento para obtener acetato de isobutilo a partir de alcohol isobutilico y cido actico glacial.Palabras Clave: IR, alcohol isobutlico, cido actico, SNAbstract: The Fischer-Speier esterification or Fischer esterification is a special type of esterification, which consist in the formation of an ester by refluxing a carboxylic acid and an alcohol in the presence of an acid catalyst. During the development of this laboratory this procedure is used to obtain isobutyl acetate from isobutyl alcohol and glacial acetic acid.Key words: IR, isobutyl acetate, acetic acid , isobutyl alcohol, SN

INTRODUCCINEn qumica orgnica, el termino ster normalmente se refiere a un ster de un cido carboxlico, a menos que se especifique algn otro tipo de ster. Al reemplazar el grupo OH de un cido carboxlico por el grupo OR de un alcohol, se produce un ster carboxlico.

Imagen 1: Reaccin General Esterificacin de Fischer.La reaccin fue descrita por vez primera por Emil Fischer y Arthur Speier en 1895.La mayora de cidos carboxlicos son aptos para la reaccin, pero el alcohol debe ser generalmente un alcohol primario o secundario. Los alcoholes terciarios son susceptibles a la eliminacin, y los fenoles suelen ser muy poco reactivos para dar rendimientos tiles. Los catalizadores ms comnmente usados para una esterificacin de Fischer incluyen al cido sulfrico, cido tsico y un cido de Lewis como el triflato de escandio (III).Para sustratos ms valiosos o sensibles (por ejemplo, biomateriales), suele usarse DCC. La reaccin suele llevarse a cabo sin un solvente, particularmente cuando hay un gran exceso de reactante, o en un solvente no polar. Los tiempos de reaccin comunes varande 1 a 10 horas a temperaturas de 60-110C. [1]La esterificacin de Fischer convierte de manera directa a los cidos carboxlicos y a los alcoholes en steres por medio de una sustitucin nucleoflica sobre el grupo acilo catalizada por cido. El grupo carbonilo del cido carboxlico no es lo suficientemente electroflico para ser atacado por un alcohol. El catalizador cido protona el grupo carbonilo y lo activa hacia el ataque nucleoflico. El ataque por el alcohol, seguido por la prdida de un protn, produce hidrato de un ster. La prdida del agua del hidrato del ster ocurre por el mismo mecanismo que la perdida de agua del hidrato de una cetona. La protonacin de cualquiera de los dos grupos hidroxilo permite que salga como agua, formando un catin estabilizado por resonancia. La prdida del segundo grupo hidroxilo forma el ster. [2] La reaccin es de equilibrio por lo que una vez alcanzado ste, an quedarn cantidades apreciables de los reactivos de partida junto con los productos de reaccin. La reaccin no obstante, se puede desplazar hacia la formacin de productos mediante la adicin de un exceso de uno de los reactivos, el ms barato y/ ms fcil de eliminar de la mezcla de reaccin normalmente.[3]Los pasos para la esterificacin de Fischer son:

Imagen 2: Mecanismo General de esterificacin de Fischer.MecanismoEl mecanismo de reaccin para esta reaccin tiene varios pasos:1. Se transfiere un protn del catalizador cido al oxgeno del grupo carbonilo carboxlico, incrementando el carcter electrfilo del carbono carbonlico.2. El carbono carbonlico es, a continuacin, atacado por el tomo de oxgeno nucleoflico del alcohol.3. Se transfiere un protn del catin oxonio a una segunda molcula de alcohol, dando lugar a un complejo activado.4. La protonacin de uno de los grupos hidroxilo del complejo activado conduce a un nuevo ion oxonio.5. La prdida de agua del ltimo ion oxonio, y la posterior desprotonacin da lugar al sterLas reacciones de esterificacin se efectan bajo catlisis cida, puesto que en ausencia de cidos fuertes estas reacciones proceden de forma muy lenta. Si est presente una cantidad cataltica de cido el equilibrio se alcanza al cabo de unas horas, calentando a reflujo una mezcla del cido carboxlico y del alcohol. Para desplazar el equilibrio hacia la formacin del ster se aade un exceso del cido carboxlico o del alcohol. Tambin se puede aumentar la proporcin de ster en el equilibrio eliminando el agua formada en la reaccin.

METODOLOGASe colocan 10 mL de alcohol isobutlico en una probeta y se registra el peso. El alcohol se adiciona a un baln que hace parte del montaje para reflujo. En la misma probeta graduada, sin limpiar o lavar, se pesa o se mide la cantidad en mililitros calculado de cido actico glacial a emplear en la sntesis, de acuerdo con la relacin estequiomtrica 1,0 (alcohol isobutlico): 2,5 (cido actico glacial) y adicionar el contenido de la probeta al baln. Luego usando una pipeta graduada se adiciona 1 mL de cido sulfrico concentrado, se mezcla inmediatamente el contenido del baln con agitacin manual por varios segundos. Se aade un par de piedras porosas (preferiblemente de vidrio ya que el medio cido ataca los carbonatos del mrmol o de la porcelana) o un agitador magntico y se vuelve a conectar el baln al sistema. En seguida, se lleva a cabo el reflujo. El sistema es expuesto al calentamiento continuo bajo reflujo por 60-75 minutos. Se debe permitir que la mezcla llegue a temperatura ambiente. Una vez el sistema se encuentra a temperatura ambiente se procede a desarmar el aparato de reflujo y empleando un embudo convencional se transfiere la mezcla de reaccin, con cuidado de no trasvasar las piedras de ebullicin, a un embudo de separacin. Asegurese de que la llave de paso del embudo este cerrada. Se aade 10 mL de agua, se tapa el embudo y se mezclan las fases mediante agitacin suave y con ventilacin peridica. Deje que se separen las fases y seguido se destapa el embudo y se separa la capa acuosa inferior a travs de la llave de paso en un vaso de precipitados u otro recipiente adecuado. A continuacin, se extrae la capa orgnica con 15 mL de una solucin de bicarbonato de sodio el 5% tal como se hizo previamente con agua. Se Lava la fase orgnica una vez ms con 15 mL de una solucin saturada de cloruro de sodio. La fase orgnica que mayoritariamente es el ster crudo se transfiere a un erlenmeyer limpio y seco de 100-150 mL, el cual previamente se ha colocado aproximadamente 1 g de sulfato de sodio anhidro granular. La mezcla se debe dejar reposar durante 10-15 minutos, mientras se prepara el aparato de destilacin simple. Si en la mezcla presenta resistencia a fluir, turbidez o gotas de agua obvias, se debe transferir el ster a un nuevo Erlenmeyer limpio y seco y aadir de nuevo 0,5 g de sulfato de sodio anhidro para completar el secado. Luego de armar el aparato para llevar a cabo la destilacin, la muestra de ster crudo es transferida al baln de destilacin. El baln recolector donde se recoger el producto se debe sumergir en un vaso con hielo para garantizar la condensacin y para reducir los olores. El baln debe ser pesado previamente para poder determinar al final de la destilacin el rendimiento de la reaccin. Se debe buscar el punto de ebullicin de su producto esperado. Se contina la destilacin hasta que slo una o dos gotas de lquido permanecern en el baln de destilacin. Se calcula el porcentaje del rendimiento del ster, se toma un espectro infrarrojo (con el objeto de Interpretarlo y adems compararlo con el espectro que se reproduce en la literatura o bases de datos). Finalmente el grupo funcional ms relevante se debe confirmar con la prueba de hidroxmato, un ensayo de identificacin positivo para steres. Los steres reaccionan con hidroxilamina en presencia de bases fuertes produciendo cidos hidroxmicos, los cuales forman complejos de color prpura intenso con el ion frrico constituyendo esto una prueba de reconocimiento de steres conocida como el ensayo del hidroxamatoRESULTADOS Y ANLSISLa sustancia que se trat de sintetizar fue el acetato de isobutlo.

Imagen 3: Frmula del acetato de Isobutilo.El mecanismo que se propone es el siguiente:

Imagen 4: Mecanismo para la obtencin de acetato de isobutilo.El mecanismo que se plantea para la obtencin de este compuesto es una esterificacin de Fischer. En ella ocurre un mecanismo de tipo nucleoflico entre el oxgeno del alcohol y el carbono perteneciente al grupo carboxlico. El protn va hacia el grupo hidroxilo que tiene el cido, el cual luego ser eliminado a modo de agua. El catalizador en estas reacciones se utiliza para incrementar la carga parcial positiva existente sobre el carbono, a travs de protonacin de un oxgeno de la sustancia cida.[5] La trasferencia de protones entre tomos de oxgeno es muy rpida. El mecanismo al ser un equilibrio las contantes que se usan no son muy grandes. Puede desplazarse a la derecha usando un exceso de alguno de los dos reactivos o eliminando uno de los productos. Por ejemplo, en la formacin de esteres de etilo, con frecuencia se utiliza etanol en exceso para desplazar el equilibrio lo ms que se pueda hacia el ster. Alternamente, el agua puede eliminarse por destilacin o adicionando un agente deshidratante como sulfato de magnesio. Este mecanismo con alcoholes es el ms econmico para la sntesis de esteres, la otra forma de sntesis pero es ms costosa que la descrita es utilizando cloruros de cido. [2] El punto de ebullicin terico del compuesto es de 118C. No se logr determinar debido a que el reflujo tom demasiado tiempo, pero sta informacin siempre es necesaria para identificar la pureza del reactivo. La prueba con hidroxilamina para producir cidos hidroxmicos, que dan una coloracin prpura o roja intensa con FeCl3. (Debe advertirse que los cidos carboxlicos, haluros de acilo, fenoles y enoles interfieren en esta reaccin; si tenemos presente un cido, tambin debera dar positivo el test anterior). [6]

Imagen 5: identificacin de esteres con la formacin del cido hidroxmico. La sustancia presenta el siguiente espectro IR:

Imagen 6: Espectro IR por la SDBSEl espectro IR nos identifica principalmente la banda ancha de carbonilo (C=O) sobre los 1746 cm-. Para los esteres tambin la banda que los identifica, es una ancha y otra corta, que nos describe la tensin C-O entre los 1000 y 1300 cm-. La presencia de grupo isopropilo se detecta por la aparicin de un doblete simtrico (1385 y 1368 cm- 1). Los carbonos Sp3 se encuentran cercanos a los 3000 y 2800 cm-1 respectivamente. CONCLUSIONESLa sntesis de Fischer es una de las formas ms sencillas para obtener steres haciendo reaccionar un cido carboxlico y un alcohol primario. sta sntesis es un mecanismo de sustitucin de tipo nucleoflico entre el oxgeno del alcohol y el carbono perteneciente al grupo carboxlico. La prueba con la hidroxilamina nos permite identificar cualitativamente el steres obtenido creando un cido hidroxmico. En el laboratorio se debe tener en cuenta las condiciones en que se hace el reflujo, tratando de que los reactivos tengan la mayor pureza posible, ya que pueden existir sustancias que intervengan en el equilibrio que se plantea. El punto de ebullicin y el espectro IR son de gran importancia para la verificacin del compuesto que se desea obtener. BIBLIOGRAFA[1] Wade L.G. (2011). Qumica Orgnica V I. Mxido D.F: Pearson. [2] Wade L.G. (2011). Qumica Orgnica V II. Mxido D.F: Pearson.[3] UNIVERSIDAD DE JAN. Departamento de Qumica Inorgnica y Orgnica (http://www4.ujaen.es/~amarchal/Guion%20de%20practicas.pdf)[4] Cruz S; Lpez C; Haro C; Barba C. (2012). Manual de Prcticas de Laboratorio Qumica Orgnica I. Mxico D.F: Ed Universidad Autnoma de Metropolitana Unidad Iztapalapa. [5] Beyer H; Wolfgang W. (1987). Manual de qumica orgnica. Barcelona: Editorial Revert [6] Morrison T; Boyd N. (1987). Qiumica Orgnica. Mxico D.F: Pearson.[6] Universidad Autnoma de Mxico (http://depa.fquim.unam.mx/~fercor/RESUMENSN.pdf)[7] Spectral Database for Organic Compounds, SDBS. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan (http://sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi)