INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVASACADEMIA DE QUIMICAORGNICA Y DE POLMEROS

LABORATORIO DE QUMICA ORGNICA II

PRACTICA No. 4

Obtencin de un ter sntesis del b-metoxinaftaleno(nerolina) sntesis de williamson.

NOMBRE DEL ALUMNO: MARTINEZ VENEGAS URIELPROFESORA: APOLONIA VILLAGRANA MURILLOGRUPO: 41M1TURNO:MATUTINO

1.-OBJETIVOS1.-Objetivo Sintetizar un ter por el mtodo de Williamson.

2.-Preparacin de un ter mixto (aliftico-aromtico).

3.- Establecer los parmetros de control e indicios de reaccin que se llevan a cabo durante la prctica.

4.-Obtener la nerolina slida por medio de cristalizacin.

5.- Separar los cristales de nerolina de las aguas madres por medio de filtracin.

6.- Manejar el equipo semi-micro usado en esta y en las otras prcticas.

7.- Utilizar la tcnica de reflujo para la ejecucin de la sntesis de Williamson.

8.- Determinar el punto de fusin experimental y comparar con el punto de fusin terico de la nerolina

9.- Implementacin practica de todos los procesos que llevan a cabo la realizacin de esta prctica.

10.- Determinar el rendimiento de la reaccin.

2.- ALCANCES

* Apegarse al procedimiento descrito en la prctica. * Establecer los mtodos de sntesis para obtener teres, as como sus mecanismos. * Establecer los tipos de reacciones organicas que se llevan a cabo en la sntesis de la nerolina. * Establecer las principales propiedades de la nerolina y sus aplicaciones. * Aprender los tipos de operaciones unitarias realizadas en la prctica.

3.-METAS*Apoyarse de los temas vistos en clase para realizar en proceso de sntesis de un ter.* Desarrollar la prctica en base a la bitcora. * Documentarse en la bibliografa proporcionada por el profesor. * Elaborar un diagrama de bloques del procedimiento para elaborar la prctica. * Establecer los parmetros de control e indicios de reaccin de la prctica.

2.- INVESTIGACION BIBLIOGRAFICAPara empezar a comprender con lo que realizamos en el laboratorio debemos de estar completamente seguros de lo que es un ter y su nomenclatura, ascomo tambin explicar el mtodo de sntesis de williamson, tambin explicando el producto que obtuvimos durante la realizacin de la prctica que fue el B-metoxinaftaleno.ETERESLos teres estn comprendidos como una clase de compuestos en los cuales dos grupos del tipo de los hidrocarburos estn enlazados a un tomo de oxgeno, es decir su estructura general es del tipo.R-O-R

En los teres simtricos los dos grupos son idnticos mientras que en los asimtricos son diferentes. * NOMENCLATURALos ejemplos que siguen ilustran los nombres comunes de algunos teres.

Observe que los nombres se derivan de los grupos alquilo o arilo adjunto al tomo de oxgeno.

La nomenclatura IUPAC (International Unin of Pure and Applied Chemistry) establece que para llamar a los teres se comience por numerar el carbono que tiene el grupo alcoxilo (RO-) o el aroxilo (ArO-), seguido por el nombre correspondiente al alcano formado por la cadena ms larga de carbonos acoplada al oxgeno y utilizando para esta ltimo la misma nomenclatura de los alcanos.

En los siguientes ejemplos se explica claramente.

* FUENTES NATURALES Y USOS DE LOS ETERESLos teres de forma compleja son muy abundantes en la vida vegetal formando parte de las resinas de las plantas, colorantes de flores y otros.

El ter etlico (o simplemente ter), se obtiene sintticamente, y es un depresor del sistema nervioso central, por este motivo ha sido utilizado como anestsico.

Probablemente el ter sea la sustanciams utilizada en el laboratorio para los procesos de extraccin con solvente, aun siendo potencialmente peligroso por su inflamabilidad y volatilidad. * PROPIEDADES FISICASEl ter metlico (P.e. -24C) y el ter metil etlico (P.e. 8C) son gases a temperatura normal. Ya el ter etlico (P.e. 35C) es un lquido muy voltil. Los teres con cadenas carbonadas mayores van teniendo mayor punto de ebullicin a medida que aumenta la longitud de la cadena.

Los teres de cadena recta tienen un punto de ebullicin bastante similar a los alcanos con peso molecular comparable. Por ejemplo: el ter C2-H5-O-C2-H5, con peso molecular 74 tiene un punto de ebullicin de 35C, y el alcano CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 de peso molecular 72 tiene un punto de ebullicin de 36C.

Los teres tienen una solubilidad en agua comparable con los alcoholes para peso molecular similar, as el ter C2-H5-O-C2-H5 tiene la misma solubilidad que el alcohol CH3-CH2-CH2-CH2-OH unos 8g/100ml de agua a 25C. * PROPIEDADES QUIMICASLos teres son muy inertes qumicamente y solo tiene unas pocas reacciones caractersticas. * REACCION CON LOS HALUROS DE HIDROGENOLos haluros de hidrgeno (cuyas reactividades estn en el orden HI>HBr>HCl) son capaces de romper los enlaces del oxgeno del ter y formar dos molculas independientes. Los teres alifticos se rompen en dos molculas del haluro de alquilo correspondiente, mientras que en los teres alquilo arilo se forman elalquil haluro correspondiente y fenol.

Las reacciones que siguen con el HI sirven para ilustrar.

R-O-R'+ HI -----> R-I + R'-I + H2O

Ar-O-R + HI ----> Ar-OH + R-I

* REACCION CON EL OXIGENO DEL AIRECuando los teres estn en contacto con el aire, espontnea y lentamente se produce su oxidacin que genera un perxido derivado muy inestable.

La presencia de estos perxidos son un elevado peligro potencial cuando el ter se somete a un proceso de destilacin. En este caso, los perxidos en el lquido no destilado aun, se van concentrando y pueden producir una violenta explosin.

Una regla de seguridad bsica para hacer destilados con teres es asegurarse de que en l no hayan perxidos, y en caso de haberlos, eliminarlos antes de la destilacin.

ETERES CORONA

Aquellas molculas que tienen varios teres en su estructura y que adems formen un ciclo se denominan teres corona. En el nombre del ter corona, el primer nmero hace referencia al nmero de tomos que conforman el ciclo, y el segundo nmero, al nmero de oxgenos en el ciclo. Otros compuestos relacionados son los criptatos, que contienen adems de tomos de oxgeno, tomos de nitrgeno. A los criptatos y a los teres corona se les suele denominar ionforos.Estos compuestos tienen orientados los tomos de oxgeno hacia el interior del ciclo, y las cadenas alqulicas hacia el exterior del ciclo, pudiendo complejar cationes en su interior. La importancia de este hecho es que estos compuestos son capaces de solubilizar sales insolublesen disolventes apolares. Dependiendo del tamao y denticidad de la corona, sta puede tener mayor o menor afinidad por un determinado catin. Por ejemplo, 12-corona-4 tiene una gran afinidad por el catin litio, 15-corona-5 por el catin sodio y el 18-corona-6 por el catin potasio.

En organismos biolgicos, suelen servir como transporte de cationes alcalinos para que puedan atravesar las membranas celulares y de esta forma mantener las concentraciones ptimas a ambos lados. Por esta razn se pueden emplear como antibiticos, como la valinomicina, aunque ciertos teres corona, como el 18-corona-6, son considerados como txicos, precisamente por su excesiva afinidad por cationes potasio y por desequilibrar su concentracin en las membranas celulares.

POLIETERESSe pueden formar polmeros que contengan el grupo funcional ter.Un ejemplo de formacin de estos polmeros:R-OH + n(CH2)O R-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-..Los politeres ms conocidos son las resinas epoxi, que se emplean principalmente como adhesivos.Se preparan a partir de un epxido y de un dialcohol.

REACCIONES DE ETERESRuptura por HBr y HI

Auto oxidacin

SINTESIS DE ETERESHay varias sntesis para obtener un ter de las cuales puedo mencionar: * Sntesis de teres mediante aloximercuriacin-desmercuriacin.En el proceso de aloximercuriacin-desmercuriacin se aade una molcula de un alcohol a un doble enlace de un alqueno. Se obtiene un ter tal como se muestra a continuacin:

* Sntesisindustrial:Deshidratacin bimolecular de alcoholes.

Tambin hay las sntesis de Williamson que es con la cual trabajamos en laboratorio para realizar la prctica que a continuacin describimos. * Sntesis de Williamson.Es la sntesis de teres ms fiable y verstil. Este mtodo implica un ataque SN2 de un ion alcxido a un haluro de alquilo primario no impedido o tosialato. Los haluros de alquilo secundarios y los tosialatos se utilizan ocasionalmente en la sntesis de Williamson, pero hay competencia en las reacciones de eliminacin, por lo que los rendimientos con frecuencia son bajos.El alcxido generalmente se obtiene aadiendo Na, K o NaOH al alcohol.

Para que se entienda un poco mejor este mtodo (WILLIAMSON) podemos decir:La sntesis de Williamson es una reaccin orgnica que transcurre a travs del mecanismo SN2 reaccin, por la cual se forma un ter a partir de un haloalcano primario y un alcxido (o un alcohol en un medio bsico) .Fue desarrollada por el qumico ingls Alexander Williamson en 1850 y es muy importante ya que ayud a probar la estructura de los teres, adems de que es el mtodo ms sencillo para formar estos.Esta reaccin implica el ataque de un ion de alcxido hacia el haloalcano. Como disolvente se puede emplear el alcohol del que deriva el alcxido, pero mejora el rendimiento de la reaccin si utilizamos disolventes aprticos como DMF, DMSO.El mecanismo general de la reacciones el siguiente.

La reaccin de Williamson cubreun vasto campo, es ampliamente usada tanto en sntesis industriales como de laboratorio, y se mantiene como el mtodo ms simple y popular de preparar teres, ya sea si se trata de teres simtricos o asimtricos. La reaccin intramolecular de las halohidrinas en particular, produce epxidos.En el caso de teres asimtricos hay dos posibilidades para la eleccin de los reactivos, y una es usualmente preferible en lugar de las bases de disponibilidad o reactividad. La reaccin de Williamson es tambin usada frecuentemente para preparar un ter indirectamente a partir de dos alcoholes. Uno de los alcoholes es primeramente convertido en un grupo saliente (generalmente tosilo), luego ambos reaccionan juntos.El alcxido puede ser primario, secundario o terciario, mientras que por otro lado se prefiere que el agente alquilante sea primario. Los agentes alquilantes secundarios tambin reaccionan, pero los terciarios son usualmente muy propensos a provocar reacciones secundarios como para ser de uso prctico. Lo normal es que el grupo saliente sea un haluro o un ster de sulfonato que est sintetizado para el cumplir el propsito de la reaccin. Debido a que las condiciones de la reaccin son bastante fuertes, se usan con frecuencia grupos protectores que pacifican otras partes de las molculas que reaccionan. (como alcoholes, aminas, etc.)

Este mtodo tiene varias condiciones para que se lleve a cabo. Ya que los alcxidos son altamente reactivos, estos son frecuentemente preparados justo antesde comenzar la reaccin, o son generados in situ. En qumica de laboratorio, la generacin in situ es llevada acabo generalmente mediante el uso de un carbonato o hidrxido de potasio, mientras que en la sntesis industrial es muy comn la catlisis de transferencia de fase. Pueden usarse un amplio rango de solventes, pero los solventes prticos y los solventes polares tienden volver muy lento el proceso de la reaccin, como resultado de la ralentizacin de la los nuclefilos libres. Por esta razn, el acetonitrilo y la N,N-Dimetilformamida son bastante usados.Una reaccin de Williamson tpica es llevada a cabo de 50 a 100C y es completada en un tiempo de una a ocho horas. Normalmente la desaparicin completa de los materiales iniciales es difcil de conseguir, y son comunes las reacciones secundarias. En sntesis de laboratorio se logra generalmente un rendimiento de 50 a 95%, mientras que las cercanas conversiones cuantitativas pueden ser logradas en procedimientos industriales.La catlisis usualmente no es necesaria en sntesis de laboratorio. Sin embargo, si un agente alquilante no reactivo es usado (como el cloruro de alquilo), entonces puede aumentar enormemente la velocidad de la reaccin mediante la adicin de una cantidad cataltica de una sal de yoduro soluble (la cual experimenta un intercambio de haluro con el cloruro para obtener un yoduro mucho ms reactivo, una variante de la reaccin de Finkelstein). En casos extremos, pueden ser aadidas sales de plata, como el oxido de plata por ejemplo.

El ion de plata se coordina con el grupo saliente de haluro para hacer su salida ms sencilla. Finalmente, algunas veces se usa la catlisis de transferencia de fase (como bromuro de tetra-n-butilamonio o 18-corona-6) a fin de incrementar la solubilidad del alcxido ofreciendo un contrain ms suave.

Reacciones secundariasLa reaccin de Williamson con frecuencia participa junto con la eliminacin catalizada por bases de los agentes alquilantes,3 y la naturaleza de los grupos salientes tanto como las condiciones de la reaccin (particularmente la temperatura y los solventes) pueden tener un fuerte efecto sobre las reacciones que favorecen. Algunas estructuras de agentes alquilantes pueden ser particularmente propensas a ser eliminadas.Cuando el nuclefilo es un ion de arxido, la reaccin de Williamson puede participar adems junto con la alquilacin sobre el anillo, ya que el arxido es un nuclefilo que puede atacar desde dos a ms sitios, lo que resulta en la produccin de dos a ms productos.

Para entender mejor lo que hicimos durante la prctica explico lo siguiente. * Los teres metlicos y etlicos se pueden preparar por reaccin de alcxidos alcalinos o fenoles con sulfato de metilo o sulfato de etilo.

* Los fenoles son nuclefilos dbiles pero sus sales (los fenxidos o naftatos) son nuclefilos mspoderosos.

* El -naftol se esterifica con el sulfato de metilo formado en el seno de la reaccin.

* Los teres aromticos sonsubstancias de aromas agradables, muchos de ellos se encuentran en la naturaleza formando parte de los llamados aceites esenciales.

3.- REACCION GLOBAL

4.-MECANISMO DE REACCIONiii)ii)i)

v)iv)

5.- DESAROLLO DE LA PRACTICA6.- PARAMETROS DE CONTROL E INDICIOS DE REACCION DE LA PRACTICA

* A la temperatura de 140C ya se haban disuelto los cristales que se observaban dentro del matraz y la solucin se torn de un color caf claro * Despus de 1hora con 6 minutos ya estaba listo nuestro reflujo, pues no ayudo mucho la bala magntica ya que de lo contrario el proceso se hubiese tardado ms de lo previsto que era 1 hora despus.*La solucin obtenida del reflujo fue de un color caf claro aunque despus de adicionar esta solucin al agua fra se produjo un lquido blanco y casi de inmediatamente se empezaron a formar los cristales blancos y se empezaron a precipitar.

7.- PARAMETROS DE CONTROL E INDICIOS DE REACCION ENFUNCION DEL TIEMPO ILISTRADA DE LA PRACTICATIEMPOTEMPERATURA(C)INDISES DE CONTROL

7:2025Se pes el vidrio de reloj y los vasos de precipitados dando los siguientes resultados:Vidrio de reloj: 31.9g.Vaso de 250ml.:101.4g.Vaso de 250ml.:101.7g.Vaso de 100ml.:55.71g.Papel filtro:2.8g.

7:3025Se coloca en el matraz esfrico el benaftol, el H2SO4 y el Metanol

7:5095Empieza la agitacin de la mescla colocada en el matraz esfrico y para aumentar la rapidez de la disolucin se coloca una bala magntica dentro del matraz

8:00140Los cristales se disuelven y la mezcla toma una coloracin caf claro.

8:03330Se aumenta la temperatura para calentar el agua que se encuentra dentro de la charola

8:18200El agua de la charola ya est caliente por lo tanto se procede a bajar la temperatura.

8:25200Aparece la primera gota del reflujo.

8:34200El reflujo es continuo.

8:37240Se aument la temperatura ya que el reflujo ha disminuido.

8:41400Se aument an ms la temperatura para poder tener el reflujo constante.

8:48400Se prepar el bao de hielo para el choque trmico.

8:52400Se vierte agua fra en un vaso de precipitados y este se coloca en el bao de hielo

8:56400El reflujo ya est listo se procede a apagar la parrilla y a retirar el matraz esfrico del reflujo para vaciarlo en caliente al vaso con agua fra para producir el choque trmico

8:5720Se forman los primeros cristales de color blanco

9:0120Se filtran los cristales junto con el precipitado formado

9:0520Se obtuvo un buen filtrado pues se observan pequeas esferas en el

9:1125Se coloc dentro de la estufa el filtrado obtenido para eliminar el agua de l, obtenindose despus un polvo de color blanco.

9:1325Se ha re precipitado la solucin restante para comprobar que no hay residuos en las aguas madres, dando una solucin clara como el agua por lo tanto no hay residuos en las aguas madres.

9:1525Se vuelve a meter el polvo blanco obtenido para eliminar la mxima cantidad de agua posible con lo cual se da por terminada la prctica.

8.- CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS

H2SO4: 2g/98.08g/mol=0.0203 moles

Reactivo en exceso: MeOH: 4g/32.04g/mol=0.124 moles

Reactivo limitante:B-Naftol: 1 g/144.19g/mol=0.00693 moles

Teorica:

m(nerolina)= 0.00693 mol x 1.096g.Peso del producto con el papel filtro: 2.3 g.Peso del papel filtro: 1.7 g.m(practico)= 2.3g 1.7g=0.6g de nerolina obtenida RENDIMIENTO

%RENDIMIENTO= 54.744%

9.-CUADRO DE PROPIEDADES FISICOQUIMICASPROPIEDADES FISICOQUIMICASTEORICO

B-naftolH2S04MeOHNerolina

Estado fsico y colorSlido, cristalinoLiquido viscoso,incoloroLiquido incoloroSlido cristalino.

Peso molecular144.19g/mol98.08g/mol32.04g/mol158.20

Punto de ebullicin275C @760mmHg338C64.5 C

1101c

Punto de fusin123C10.36C-97.8C------------------

densidad1.217g/ml@25C1.841g/ml@20C0.7924g/ml -------------------

Solubilidad aguaFra y caliente+++fra+++caliente +++Insoluble en agua.

Solubilidad solventes++metanol y ter ----------------++etanol, cetonas,ter, benceno yotros disolventesorgnicosSoluble en etanol de 1:7, ter, cloroformo, benceno y aceites.

ToxicidadPor ingestin e inhalacin

Corrosivo por contacto e ingestin

Muy toxico por ingestin, inhalacinY contacto.

10.- COSTO BENEFICIOUna reaccin de Williamson tpica es llevada a cabo de 50 a 100C y es completada en un tiempo de una a ocho horas. Normalmente la desaparicin completa de los materiales iniciales es difcil de conseguir, y son comunes las reacciones secundarias. En sntesis de laboratorio se logra generalmente un rendimiento de 50 a 95%, mientras que las cercanas conversiones cuantitativas pueden ser logradas en procedimientos industriales.

11.- USOS Y APLICACIONESSe utilizan en la creacin de esencias y gran variedad de productos aromticos actuando principalmente como fijador de aroma.La reaccin de Williamson cubre un vasto campo, es ampliamente usada tanto en sntesis industriales como de laboratorio, y se mantiene como el mtodo ms simple y popular de preparar teres, ya sea si se trata de teres simtricos o asimtricos. La reaccin intramolecular de las halohidrinas en particular, produce epxidos.

12.- CONCLUSIONESSe logr obtener la Nerolina por el mtodo de Williamson apegndonos por completo al procedimiento descrito y realizando un manejo adecuado del material proporcionado para este fin.Para la obtencin de la Nerolina se pude concluir que un parmetro muy importante es la temperatura ya que la temperatura est ligada directamente con la cantidad de reflujo obtenido ya que si se disminua la temperatura el reflujo disminua y la agitacin est estrechamente ligada al tiempo de la sntesis pues si no se mantiene una agitacin constante la sntesis tardara ms de lo estable sido lo cual hubiese sido un gran problema porque no hubiramos podido terminar la prctica a tiempo y no hubisemos apreciado la parte final de la prctica que fue la purificacin donde se tuvo que secar el precipitado para eliminar la mayor cantidad de agua posible y adems se tuvo que re precipitar la solucin restante para estar seguros que ya no haba residuos en las aguas madres y efectivamente ya no se apreci residuo alguno en las aguas madres por consiguiente al realizar el clculo del rendimiento este se pudo considerar como bueno pues se obtuvo un valor del 54.74 % .13.- ObservacionesSe pudo observar que para poder disolver los cristales contenidos dentro del matraz esfrico se tena que aumentar la temperatura hasta unos 350 C y mantener la agitacin constante todo esto para primero calentar el agua contenida dentro del bao mara y despus para mantener un reflujo constante ya que si disminuimos la temperatura el reflujo tambin disminua.Una vez obtenido el reflujo se verti en el vaso de precipitados con agua fra y se pudo observar que al combinarse el agua fra con la solucin obtenida del reflujo se empez a precipitar y ocurri un cambio de color, paso de ser caf claro a ser blanco y casi inmediatamente se formaron los cristales.

14.- BIBLIOGRAFIATcnicas experimentales en sntesis orgnica pp 159 Xorge Alejandro, Experimentos de Q. Organica pp 61 Jose Gustavo Avila, Qumica organica experimentos con un enfoque ecolgico pp 56, 34-36 Tehcniques in Organich Chemistry pp108-129; 193-195 Enciclopedia de tecnologia qumica pp 118, 911 Identifiacion de grupos funcionales pp 190