Práctica 2. Síntesis de Williamson PDF

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UNIVERSIDAD DE SONORADEPARTAMENTO CIENCIAS QUÍMICO-BIOLÓGICAS.DIVISIÓN CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD.LIC. QUÍMICO BIÓLOGO CLÍNICO.Laboratorio de Química Orgánica IIIPráctica 2. Obtención de ésteres mediante síntesis de Williamson.Dr. Ramon Francisco Dórame MirandaEquipo: Domínguez Alcantar Alexi...

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UNIVERSIDAD DE SONORA DEPARTAMENTO CIENCIAS QUÍMICO-BIOLÓGICAS. DIVISIÓN CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD.

LIC. QUÍMICO BIÓLOGO CLÍNICO. Laboratorio de Química Orgánica III

Práctica 2. Obtención de ésteres mediante síntesis de Williamson.

Dr. Ramon Francisco Dórame Miranda

Equipo: • • •

Domínguez Alcantar Alexia Araceli Montiel López Josué Misael Ruiz Quiñones Itzel

Hermosillo, Sonora. 04 de febrero del 2021

OBJETIVOS • Preparar una reacción de éteres mediante síntesis de Williamson. • Purificar el producto obtenido por el método de extracción selectiva. • Distinguir las propiedades ácidas de los fenoles y ácidos carboxílicos. INTRODUCCIÓN El método utilizado en esta práctica fue desarrollado por el químico inglés Alexander Williamson en el año 1850. Esta aportación fue muy importante en la química orgánica, ya que gracias a este método se pudo probar la estructura de los éteres, además de que es la técnica más utilizada para la formación de estos mismos. El método consiste en la reacción entre un haloalcano primario y un alcóxido; esta reacción se lleva a cabo a través del mecanismo SN2. Esta reacción solo se puede llevar a cabo con haloalcanos primarios ya que los alcóxidos son bases fuertes y producen cantidades importantes de eliminación con sustratos secundarios y terciarios, aunque existen excepciones como el alcóxido impedido tert-butóxido, el cuál produce una importante eliminación incluso con alcoholes primarios. El mecanismo de la síntesis consiste en dos etapas: 1.- Obtención del alcóxido.

Figura 1. Obtención de alcóxido

2.- Etapa SN2 intramolecular.

Figura 2. Mecanismo SN2 en síntesis de Williamson

MATERIALES • 2 Matraz Erlenmeyer 50 mL • Tapón de corcho • Baño maría • Pipeta pasteur • Tiras de pH • Embudo de separación

REACTIVOS • Fenol • HCl concentrado • Solución de NaOH al 33% • Éter etílico • Ácido monocloroacético • Solución de Na2CO3 al 15%

MÉTODO Diagrama de flujo Disolver 0.5 g de fenol con 3.5 mL de NaOH al 33% en un matraz Erlenmeyer de 50 mL Con un tapón de corcho, tapar el matraz y agitar vigorosamente por 5 min. Agregar 0.75 g de ácido 1- cloroacético; tapar y agitar nuevamente Colocar el matraz en un baño maría por 40 min. Después enfriar la solución y diluir con 5 a 7 mL de agua Acidifica la muestra agregando gota a gota HCl concentrado hasta obtener un pH igual a 1 Transferir la muestra a un embudo de separación y hacer una extracción con 10 mL de éter La capa etera obtenida de lava con 10 mL de agua La fracción orgánica se extrae con 10 mL de Na2CO3 al 15 % y recuperar la fracción acuosa El precipitado obtenido e filtra con vacío, y el producto solido se seca al aire para determinar el porcentaje de rendimiento experimental y el punto de fusión.

RESULTADOS • • • •

Rendimiento %: 23.04% Reactivo limitante: Fenol Cantidad de acido fenoxiacetico: 0.1863 g Punto de fusion del accido fenoxiacetico: 98°C

Figura 3. Mecanismo por el cual a partir de fenol y NaOH y ácido monocloroacetico se obtiene el acido fenoxiacetico.

Dió como resultado:

Figura 4. Se muestran los productos de la reaccion del HCl y Na2CO3+, asi coomo la descomposicion del H2CO3-

• • •

Se formó espuma mientras se le agregaba el HCl a la fase acuosa ocurriendo la siguiente reacción Como el H2CO3 - se descompone en agua: Razón por la cual se observa efervescencia Se forma el sólido (Acido Fenoxiacético) y al no ser soluble en agua, precipita, al filtrar en la bomba de vacío se obtiene cristales blancos y el residuo es HCl y agua.

DISCUSIONES La manera en que ocurre esta reacción de formación de un éter es a través de una sustitución nucleofilica biomolecular o bien llamada reacción SN2. La síntesis de Williamson consta de dos pasos: 1. En el primer paso se observó que el fenol (alcohol secundario) se convirtió en un alcóxido al reaccionar con el NaOH, esta reacción es de tipo ácidobase en donde se forma el fenóxido de sodio y agua, aquí se forma un enlace iónico con cargas electrostáticas y el oxígeno adquiere una carga negativa que le da la propiedad de ser un mejor nucleófilo para continuar después con el procedimiento para obtener el éter. 2. En el segundo paso es en donde ocurre una reacción SN2 entre el fenóxido de sodio y el ácido monocloroacético que es un halogenuro de alquilo primario, esta condición favorece a las reacciones SN2 , el fenóxido entró por la parte posterior saliendo así el cloro, el ácido en solución básica se encuentra ionizado por lo que se debe agregar HCl concentrado y llevarlo a pH= 1, esto debido a que el ácido protona al ácido y da lugar a la formación final del ácido fenoxiacético. El ácido fenoxiacético al no ser soluble en agua precipita.

CUESTIONARIO: 1. ¿Qué otro producto podría formarse en la reacción?

Figura 5. Obtención del producto primario a partir de síntesis de Williamson

Figura 6. Obtención del producto secundario a partir de síntesis de Williamson

2. ¿Porque es necesario añadir hidróxido de sodio en la reacción? Los alcoholes funcionan como ácidos débiles por lo que tenemos que hacerlo reaccionar con una base fuerte (hidróxido de sodio) para formar una reacción acido-base que formara el alcóxido. 3. ¿Porque el producto principal de la reacción viene de la sustitución de halogenuro y no de la esterificación? Depende de la reactividad de los reactivos, en este caso nos lleva a realizar una sustitución, y además la esterificación se utiliza para sintetizar esteres por lo que no nos serviría en este caso. 4. ¿Para qué es necesario acidificar el producto de los lavados? Para neutralizar el hidróxido de sodio sobrante y para protonar el ácido fenoxiacético, ya que, cuando esta desprotonado es mayormente soluble en fase acuosa y cuando esta protonado es mayormente soluble en fase orgánica. 5. Dentro de todos los tipos de reacción que pueden llevar a cabo los halogenuros de alquilo ¿Cuál sería la reacción que sucede en la síntesis Williamson y porque? Los haluros de alquilo primario funcionan mejor. Se coloca el grupo R` del halogenuro de alquilo en lo que antes era un alcohol para formar un éter. Tenemos un anión alcóxido que interactúa con un ion sodio, hay interacción iónica entre ellos y es donde se introduce el halogenuro de alquilo; el halógeno será parcialmente negativo y el carbono parcialmente positivo lo cual significa que funcionara como electrófilo.

6. Anota el mecanismo de reacción de la síntesis de Williamson La síntesis de Williamson es una reacción orgánica basada en el mecanismo de reacción SN2 partiendo de un haloalcano primario y un alcóxido.

Figura 7. Esquema de la síntesis de Williamson

El alcóxido puede ser primario, secundario o terciario, pero se prefiere que el haloalcano sea primario, ya que los haloalcanos secundarios o terciarios son propensos a provocar reacciones indeseadas. 7. Si usted quiere sintetizar el éter pentil etílico ¿Cuáles serían sus materiales de partida y porque?

Figura 8. Obtención del éter pentil etílico por síntesis de Williamson

8. Y si usted quisiera sintetizar éter ter-pentil propílico ¿Cuáles serían sus materiales de partida y por qué?

Figura 9. Obtención del éter ter-pentil propílico por síntesis de Williamson

CONCLUSIÓN: En esta práctica aprendimos y reforzamos algunos conocimientos, aprendimos como utilizar la síntesis de Williamson para obtener éteres, reforzamos nuestro conocimiento sobre el mecanismo utilizado (SN2) y por medio de varias reacciones llegamos al producto principal, ya que, los fenoles son un ácido fuerte e implementábamos una base fuerte, una de estas reacciones era la de ácido-base que daba pie a formar el alcóxido, también recordamos que se puede generar un producto secundario aunque este sea muy raro. Después purificamos la sustancia a partir de extracciones y lavados que nos dejan un producto más puro. Y por último para poner aprueba o comprobar el método determinamos el punto de fusión y de esta manera comprobamos que efectivamente obtuvimos el producto esperado.

REFERENCIAS Síntesis de Williamson de éteres. (s. f.). Khan Academy. Recuperado el 03 de febrero del 2021: https://es.khanacademy.org/science/organicchemistry/alcohols-ethers-epoxides-sulfides/synthesis-cleavageethers/v/williamson-ether-synthesis • LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA II - UNA - SIUA. (2020, 22 agosto). PRÁCTICA 03 - SÍNTESIS DE ÉTERES - SÍNTESIS DE ÁCIDO FENOXIACÉTICO. YouTube. Recuperado el 03 de febrero del 2021: https://www.youtube.com/watch?v=6q6Y3jWm1O4 • A., A., A., & A. (2020, noviembre 1). Síntesis de Williamson • Quimicafacil.net Manual de laboratorio. Quimicafacil.net. Recuperado el 03 de febrero del 2021: https://quimicafacil.net/manual-de-laboratorio/sintesisde-williamson/ • Quimicaorganica.org. 2021. Reacciones Sustitución - SN2. [online] Available at: [Accessed 4 February 2021]. Sgpwe.izt.uam.mx. 2021. [online] Available at: http://sgpwe.izt.uam.mx/pages/cbs/cuhp/QuimOrgII/M_5Eter.pdf [Accessed 4 February 2021] • Fernández, G. (2009, 14 septiembre). Síntesis de Williamson | Química Orgánica. Química Orgánica. http://www.quimicaorganica.net/sintesiswilliamson.html •...