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Esterificación de Acetato de Isoamilo Química Orgánica...

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ESTERIFICACIÓN. SABORIZANTES ARTIFICIALES: SÍNTESIS DE ACETATO DE ISOAMILO

Resumen La esterificación de Fischer convierte de manera directa a los ácidos carboxílicos y a los alcoholes en ésteres por medio de reflujo y una sustitución nucleofílica sobre el grupo acilo catalizada por ácido, en este caso se utilizó ácido acético glacial y el alcohol isoamílico (3-metil-1-butanol). La reacción neta reemplaza al grupo -OH del ácido por el grupo -OR del alcohol. La esterificación se puede dividir en dos mecanismos; (1) adición catalizada por ácido del alcohol al grupo carbonilo y (2) deshidratación catalizada por ácido al final se obtiene ésteres, en esta práctica se obtuvo 3,9 ml acetato de isoamilo con un rendimiento del 54% ( denominado también aceite de plátano o de banana).

Introducción Los ésteres son compuestos ampliamente difundidos en la naturaleza la gran mayoría de estos tiene aromas característicos y muchos ésteres se encuentran en la naturaleza. Los de bajo peso molecular son bastante volátiles, y muchos tienen olor agradable. Con frecuencia, los ésteres forman una fracción considerable del aceite esencial de frutas y flores. Por ejemplo, el aroma de las naranjas contiene 30 ésteres diferentes, junto con 10 ácidos carboxílicos, 34 alcoholes, 34 aldehídos y cetonas y 36 hidrocarburos algunos ejemplos de esteres son el formiato de etilo con sabor a ron, el butanoato de etilo con sabor a manzana o el acetato de isoamilo con aroma a plátano o pera La preparación de esteres puede llevarse a cabo a partir de: 

Ácidos carboxílicos(Esterificación de Fischer)



Cloruros de Acilo



anhídridos de ácido carboxílico



Oxidación de cetonas de Baeyer-Villiger

Esterificación de fisher: La esterificación de fischer es un tipo especial de esterificación que consiste en la formación de ésteres por reflujo de un ácido carboxílico y un alcohol en presencia de un catalizador ácido comúnmente ácido sulfúrico o el ácido clorhídrico. Esta reacción

es reversible y, cuando se usan cantidades equivalentes de los reactivos, generalmente alcanza el equilibrio cuando hay cantidad apreciable tanto de reactivos (alcohol y ácido carboxílico) como de productos (éster y agua). Sin embargo, tiene la ventaja de ser una síntesis de un solo paso y, de acuerdo al principio de Le Châtelier, el equilibrio de la reacción se puede desplazar hacia la formación del producto deseado agregando un exceso de alguno de los reactivos, o eliminando del medio de reacción uno de los productos, ya sea el éster, o más comúnmente el agua. Por ejemplo, en la formación de ésteres de etilo, con frecuencia se usa etanol en exceso para desplazar el equilibrio lo más que se pueda hacia el éster. De manera alterna, el agua puede eliminarse por destilación, adicionando un agente deshidratante como sulfato de magnesio o tamices moleculares (cristales de zeolita deshidratados que absorben agua) o puede aprovecharse el hecho de que los alcoholes más pesados que el metanol forman azeótropos binarios con agua o azeótropos ternarios con agua y el éster. El desplazamiento de la esterificación de Fischer hacia un equilibrio favorable no es muy difícil, por lo que éste es un método común para la preparación de ésteres, tanto en el laboratorio como a nivel industrial.

Mecanismo de reacción esterificación de Fischer

El mecanismo aceptado para la reacción de Fischer es una sustitución nucleofílica de acilos que presenta los siguientes pasos: 1.- La protonación de un oxígeno carboxílico por un catalizador ácido, para hacer más electrófilo al carbono carboxílico. 2.- El ataque nucleofílico al carbono carboxílico por el oxígeno proveniente del alcohol. 3.- La transferencia de protones entre los átomos de oxígeno. 4.- La salida de una molécula de agua. 5.- La desprotonación de un oxígeno para dar el éster y regenerar al catalizador.

En las esterificaciones el orden de reactividad es el siguiente:

Respecto al alcohol: CH -OH > R-CH -OH > R -CH-OH > (R -C-OH) 3

2

2

3

Respecto al ácido: HCOOH > CH COOH > RCH COOH > R CHCOOH > R CCOOH 3

2

2

3

Por lo general, los alcoholes terciarios no pueden ser esterificados por este método debido a que, en condiciones ácidas, la deshidratación del alcohol terciario para formar alquenos (eliminación) es más favorable que la esterificación (sustitución nucleofílica de acilos).

En la mayoría de las reacciones de Fischer, K tiene un valor de aproximadamente 4 (K=4). Por tanto, si se emplean concentraciones iguales para el alcohol y para el ácido carboxílico, el rendimiento en éster, cuando se alcanza el equilibrio es del 67% aproximadamente. Este rendimiento se puede aumentar empleando un exceso de una de las sustancias reaccionantes o eliminando el agua a medida que se forma.

Aplicaciones de la esterificación:

Un ejemplo muy importante de una reacción de esterificación en la industria es la síntesis de la aspirina, medicamento analgésico y antipirético, y uno de los pocos productos farmaceúticos que se fabrican a la escala de un producto químico industrial. La síntesis industrial es la siguiente: se hace reaccionar el fenol con hidróxido de sodio para preparar el fenóxido de sodio. Después se efectúa la carboxilación del fenóxido mediante la reacción de Kolbe y se acidifica la sal doble de sodio para así obtener el ácido salicílico libre, el cual se hace reaccionar con anhídrido acético para obtener el ácido acetilsalicílico (aspirina).

La esterificación es común en la síntesis de muchos otros medicamentos. Desafortunadamente, esta reacción también se ha utilizado con fines inmorales de lucro y en grave perjuicio de la salud, en la producción de la heroína o diacetato de morfina. La heroína, cuya manufactura está prohibida por las leyes federales de casi todos los países, es una droga psicotrópica, narcótica y euforizante, de alta toxicidad y que produce verdadera adicción incluso con una sola dosis. Otras aplicaciones de la esterificación:



fabricación de polímeros semisintéticos como el acetato de celulosa (llamado "rayón"si es procesado como fibra y "celofán" si es procesado como película) y de polímeros sintéticos como los poliésteres, siendo el más común de éstos el PET o "poli (etilen tereftalato)"



Fabricación de poli-metaacrilatos y acrilatos de metilo que son plásticos duros y transparentes



El acetato de polivinilo es muy usado en pinturas vinílicas y como adhesivo. El copolímero de acetato de polivinilo con cloruro de vinilo se utiliza en discos fonográficos y en recubrimientos de tela, papel y alambre.



Los ésteres de resinas epoxi son utilizados en la fabricación de las resinas alquídicas.



fabrican en gran escala están los acetatos de etilo, de isopropilo, los butílicos y los amílicoslos cuales son disolventes importantes, sobre todo para lacas (incluyendo barnices de uñas y removedores de barniz).

Agentes saborizantes y mejoradores del sabor Los agentes saborizantes pueden ser sintéticos o naturales. Los saborizantes naturales, ya sea extractos o concentrados, son mezclas complejas que pueden tener hasta cientos de compuestos. Industrialmente se sintetizan varios saborizantes como la vainillina, el anisaldehído y el benzaldehído (con sabor a almendra). También se sintetiza el glutamato monosódico que es el único compuesto que acentúa en forma importante el sabor.

Los ésteres sintéticos se utilizan en la industria alimentaria sobre todo en refrescos, gomas de mascar, gelatinas, helados, pasteles y caramelos. Hay varias razones para utilizar saborizantes artificiales: muchos saborizantes naturales contienen compuestos que cambian de sabor al calentarse, haciendo estos saborizantes inadecuados para los productos que requieren un procesamiento a alta temperatura. Algunos tienen vida de anaquel o almacenaje muy corta.

ESTER propionato de isobutilo acetato de octilo

SABOR

ESTER

SABOR

Ron

salicilato de isopentilo

Fresa

butirato de isoamilo

Ciruela

Naranja

acetato de bencilo

Durazno

caproato de alilo

Piña

acetato de isoamilo

Plátano

succinato de propilo

Piña

acetato de n-propilo

Pera

butirato de etilo

Piña

formato de isobutilo

frambuesa valerato de isoamilo

manzana

El acetato de isoamilo: El acetato de isoamilo (denominado también aceite de banana o aceite de plátano) es un compuesto orgánico de fórmula CH3COOCH2CH2CH (CH3)2 que es un éster del alcohol isoamil y el ácido acético. Es un líquido incoloro con aroma a bananas (y ligeramente a pera) y por eso algunas industrias alimentarias lo emplean como aromatizante. La denominación aceite de banana o aceite de plátano se aplica tanto al acetato de isoamilo empleado como aromatizante, o a las mezclas de acetato de isoamilo, acetato de amilo y otros compuestos.

El principal uso del acetato de isoamilo es el de aromatizante de ciertos productos como refrescos. Se usa como solvente (como por ejemplo de la nitrocelulosa), en la elaboración de perfumes y en esencias artificiales de frutas. Se emplea como feromona y que es capaz de atraer abejas melíferas.

2. Objetivos: OBJETIVO GENERAL Obtener acetato de isoamilo a partir de alcohol isoamílico. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Efectuar síntesis de ésteres líquidos sencillos y utilizar técnicas comunes para la purificación del producto obtenido, entendiendo en qué principios se basan y su relación con las propiedades físicas (y por lo tanto con la estructura) de todos los compuestos involucrados (reactivos, productos, subproductos, catalizadores, impurezas, disolventes, etc.)



Aplicar el principio de Le Châtelier para desplazar el equilibrio de una reacción reversible hacia la formación del producto deseado

Procedimiento:



En un matraz de bola con fondo plano de 20 mL (con unión esmerilada roscada 14/10)), mezcla 5.3 mL de alcohol isoamílico (3-metil-1-butanol) con 7.3 mL de ácido acético glacial (material seco).



Añadir un agitador magnético. Sostener el matraz, centrado en la parrilla, con la pinza de tres 2 dedos e inicia una agitación suave sin calentar.



Medir 1.2 mL de ácido sulfúrico concentrado (cáustico), poner en un tubo de ensayo seco y, utilizando una pipeta Pasteur, añadir a la mezcla del matraz, gota a gota, agitando para que vaya disolviéndose.



Limpiar y engrasar las uniones del matraz y del refrigerante (use el mínimo de grasa, sólo la indispensable para que, al girar las uniones, una contra otra, se vean transparentes).



Conecte el refrigerante al matraz, colocándolo verticalmente (entrada del agua por abajo y flujo de agua mínimo). Reflujo durante una hora



Durante el calentamiento, la mezcla adquiere una coloración café debida a que algo del material orgánico se quema por el calentamiento con el ácido sulfúrico; las coloraciones azules o verdes que se observan a veces, se deben a los iones intermediarios (carbocationes y iones oxonio) que se forman durante la reacción.

Aislamiento del acetato de isoamilo:



Al terminar la hora de reflujo enfría la mezcla. Conviene enfriar primero en baño de agua y luego en baño de hielo. En un vaso de precipitado se ponen hielo y agua de la llave, esta agua helada se usa para los siguientes lavados.



Transfiera la mezcla del matraz a un embudo de separación (pruébelo antes con agua sola y no engrase la unión del embudo) el cual contiene 10 mL de agua helada.



Enjuague el matraz con 5 ml más de agua helada y embudo

de

agregarlos

al

separación.



Enjuague nuevamente con otros 5 mL de agua.



Agite la mezcla contenida en el embudo varias veces (libere frecuentemente la presión abriendo la llave con el embudo invertido). Separe la fase acuosa de la fase orgánica y elimine la fase acuosa (nunca

deseche

ninguna fase

sin antes estar seguro de que la ha identificado correctamente; esto se puede verificar añadiéndole un poco de agua; si ésta se disuelve, la fase es acuosa, y si se separa, la fase es orgánica. La fase acuosa se elimina en el drenaje con el agua corriendo).



Añada al embudo de separación con la fase orgánica 10 mL de una solución de bicarbonato de sodio al 10% y agite la mezcla (al principio muy suavemente y liberando frecuentemente el CO2

formado). Agite

(suavemente para evitar que se formen emulsiones estables, que tardan mucho en separarse) hasta que ya no se produzca más gas. Deje separar las fases y elimine la fase acuosa.



Agregue nuevamente 10 mL de la solución de bicarbonato de sodio y repite la misma operación las veces que sea necesario hasta que la solución acuosa presente un pH alcalino (aprox. pH 8, color verde claro en el papel pH, usa pedacitos muy chicos, tocando la gota que queda en la punta del embudo).



Lave por última vez la capa orgánica con 10 mL de solución de cloruro de sodio al 25%, deje que la separación sea máxima y elimine totalmente la fase acuosa.



A partir de este momento todo el material que se utilice debe estar completamente seco(para secarlo, escurre al máximo el agua, enjuague con un pequeño volumen de acetona, y termine de secar con el vacío)



Poner la fase orgánica en un matraz Erlenmeyer de 25 mL y agregue sulfato de sodio anhidro (aprox. la mitad de una espátula de 5 cm de ancho). Deje que el líquido esté en contacto con el agente secante por 10 min., agitando de vez en cuando, hasta que se elimine toda la turbidez (tapa el matraz con parafilm. Al agitar debe suspenderse algo del polvo fino del sulfato no hidratado excedente; el sulfato decahidratado es un cristal más grande y pesado. En caso necesario añada más sulfato cuidando de no usar demasiado porque todo el producto se quedaría absorbido en el sólido.



Transfiera la solución, sin el sólido, usando una pipeta Pasteur seca, a un matraz redondo, con unión esmerilada roscada 14/10, de fondo plano, de 10 o 20 mL.



Lave el sulfato de sodio con porciones de 2-3 mL de cloruro metileno,

para recuperar el acetato de

de

isoamilo que se quedó absorbido

en el sólido.



Con la pipeta Pasteur pase los lavados al matraz de destilación y poner un agitador magnético.



Destile el producto (no olvide engrasar las uniones y ajustar correctamente la altura del termómetro: la mitad del bulbo a la altura del borde inferior de la salida de la cabeza de destilación). El cloruro de metileno destila primero pero como su punto de ebullición es muy bajo

generalmente no se condensa. Recibe el producto destilado en una probeta graduada de 10 ml; anote todos los cambios de temperatura y el volumen destilado a cada temperatura.



Cuando la temperatura se estabilice vacíe a otro recipiente las primeras gotas del destilado, para así tener un producto más puro. REACTIVOS:

Compuesto Propiedad

Peso

Ácido

Alcohol

Acetato de

Acido

Bicarbonato

Sulfato de

Cloruro de

acético

Isoamilico

Isoamilo

Sulfúrico

de sodio

magnesio

sodio

glacial 60

88

130

32

84

anhidro 246.48

58.44

Soluble en

Soluble en

Soluble en

Soluble en

Soluble en

Soluble

Soluble en

agua y

etanol y

etanol y

agua y

agua

en agua

agua y

etanol

éter etílico

éter etílico,

etanol

molecular(g /moL) Solubilidad

etanol

insoluble en Densidad(g/

1.05

0.81

agua 0.876

1,84

2.16

ml) Riesgos

0ml

RESULTADOS



25.5g/10

Mecanismo de reacción de la síntesis de acetato de isoamilo



1.- Protonación del grupo carbonilo



2.-Ataque nucleofílico al alcohol isoamílico



3.-Pérdida de protón

2.16



4.-Ganancia de protón y perdida de una molécula de agua



5.-Pérdida de un protón, formación del éster



Volumen de producto destilado: Producto Destilado T(°C)

V(ml)

45

0.2

50

0.5

58

1,8

60

2.9 Segunda Fracción

59

0.5

58

0.5

Calculo del rendimiento de reacción



Compuesto

Ácido acético

Alcohol Isoamilico

Acetato de Isoamilo

Propiedad Peso

glacial 60

88

130

molecular(g/moL) Densidad(g/ml)

1.05

0.81

0.876

Volumen(ml)

7.3

5.3

3.9

Masa(g)

7,665

4,293

6,341

Calculo de la masa de acido acetico



m=δ∗v

m=1.05

g ∗7.3 ml ml

m=7,665 g de acido Acetico Calculo de la masa de Alcohol Isoamilico



m=δ∗v m=0.81

g ∗5.3 ml ml

m=4,293 g de C 5 H 12 O Reactivo limitante :alcohol isoamilico Volumen teorico de acetato de isoamilo C 7 H 14 O 2



4,293 g C5 H 12

v=

v=

O∗1 mol C 5 H 12 O ∗1 mol de C7 H 14 O 2 488 g C 5 H 12 O ∗130 g C 7 H 14 O 2 1 mol C 5 H 12 O =6.341 g C7 H 14 O 2 1 mol C 7 H 14 O 2

m δ 6.341 g C7 H 14 O2 g 0.876 ml

v =7.23 ml C 7 H 14 O 2



Rendimiento de la síntesis de acetato de isoamilo C 7 H 14 O 2

%R=

V real ∗100 V teorico

%R=

3.9 ml ∗100 7.23 ml

%R=54 % DISCUSIÓN DE RESULTADOS:  En la síntesis de acetato de isoamilo se hizo reaccionar ácido acético, alcohol amílico y ácido sulfúrico en donde se da una adición catalizada por ácido del alcohol al grupo carbonilo al final de este proceso obtenemos una mezcla azeotrópica de color café por la presencia de compuestos orgánicos que se queman en el calentamiento en esta mezcla se encuentra el acetato de isoamilo.  Para el aislamiento de acetato de isoamilo fue necesario someterlo a diversos métodos de separación en donde se enfrió la mezcla obteniendo la formación de dos fases una fase orgánica y otra acuosa que se separo por diferencia de densidades, en este caso la fase orgánica se encontró en la parte superior, se añadió bicarbonato de sodio al 10 % para eliminar el contenido de ácido en exceso y se añadió cloruro de sodio al 25%.  A continuación se realizó una deshidratación catalizada por ácido donde se usó un agente deshidratante (Sulfato de sodio anhidro) pa...