Práctica 5. Laboratorio de Química Orgánica 3
Adrián PitalúaDocumentos de Investigación23 de Marzo de 2020
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Práctica 5. Obtención de Sulfonamida (primera parte)
Laboratorio de Química Orgánica III. Por Adrián Pitalúa Calleja.
7 de octubre de 2019
Objetivo: a) Ilustrar una reacción de clorosulfonación en un anillo aromático. b) Efectuar la preparación de un cloruro de sulfonilo intermediario derivado de acetanilida. c) Efectuar una sustitución nucleofílica sobre un cloruro de ácido sulfónico.
Hipótesis: Se llevará a cabo la formación de cloruro sulfónico a través de ácido sulfónico. Se llevará a cabo una sustitución nucleofílica por parte de la especie amonio sobre un cloruro de un ácido sulfónico.
Reacciones
[pic 1]
Técnica | Análisis |
La clorosulfonación se realiza en seco y en la campana. | La reacción de clorosulfonación desprende gases y es muy sensible al agua. |
En un Erlenmeyer de 50 mL colocar 1 g acetanilida seca y calentar suavemente hasta fundirla. Distribuir la amida en las paredes bajas del matraz. | De esta manera se esparce la amida en el matraz y aumenta su superficie de contacto. |
Enfriar el matraz en baño de hielo y adaptar una trampa de gases. Adicionar cuidadosamente 3.5 mL de ácido clorosulfónico al matraz con acetanilida. Conectar trampa y sacar el matraz del hielo para reaccionar. | El ácido clorosulfónico es muy reactivo. Enfriando el matraz se asegura una reacción menos violenta, y con la trampa de gases se asegura que los gases expulsados por la reacción no se evaporen. Debe ser en una sola operación para que el ácido no reaccione con el agua del medio. |
Calentar matraz después de 15 min. En baño de vapor 15 minutos. | De esta manera aseguramos que reaccione la acetanilida restante. |
En la campaña con precaución verter lo del matraz gota a gota y con agitación 30 g de hielo en un vaso de 150 mL. Continuar agitación hasta que se logre un sólido blanco de N-acetilsulfanililo. | Al agregar agua se quita el exceso de ácido y se forma el sólido blanco por separación de éste. Se lleva a cabo la reacción en frío para controlar la reacción. |
Separar y filtrar, lavar con agua fría hasta un pH=5,6. | Se lleva a pH=5,6 para asegurar toda la formación de la sulfonamida, pues éste es su pKa. |
Pasar cloruro de N-acetilsulfanililo en matraz de 125 mL. Agregar 7 mL de NH4OH en 10 mL de agua. Calentar suavemente, agitando 10 minutos. | Se forma la amida. Se agrega NH4OH para que se lleve a cabo la sustitución nucelofílica. |
Enfriar, filtrar y lavar con agua helada hasta pH=7,8. | Se lleva a pH=7,8 para indicar que toda la sulfonamida se formó, precipitó y el medio está neutro. |
Resultados
*No se midió la masa del producto en esta parte, puesto que se continuó con la parte 2 de la práctica directamente.
Análisis de resultados
Se llevó a cabo la clorosulfonación de la acetanilida, a partir de una sustitución electrofílica aromática. Dado que como subproductos de la reacción se libera ácido clorhídrico y ácido sulfúrico se coloca una trampa de gases en la formación de ácido clorosulfónico, con hidróxido de sodio, para que los vapores que se liberen se puedan neutralizar con éste. Además, la reacción es bastante exotérmica y violenta, por lo que se hace ésta en un baño de hielo. Al término de la reacción se calienta ligeramente el medio de reacción, para asegurar que tosa la acetanilida haya reaccionado con el ácido clorosulfónico, en un baño de vapor. Posteriormente se agrega la mezcla de reacción en un vaso con hielo, gota a gota y con agitación constante, debido a que es una reacción exotérmica. En esta parte de la reacción se desprende ácido clorhídrico, por lo que se maneja en la campana. Se agrega la mezcla de reacción a un vaso con hielo para controlar la reacción violenta por medio de la temperatura y para que se libere el exceso de ácido que se quedó sin reaccionar. Al término de esta parte de la reacción se forma un sólido blanco, el cual corresponde al cloruro de N-acetilsulfanililo. Se separa y se filtra. En la filtración se lava con agua fría (para quitar exceso de ácido y no solubilizar el producto) hasta un pH entre 5 y 6. Se lleva a este pH debido al pKa que posee el N-acetilsulfanililo, pues a este pH se da la formación de esta especie, pues el pKa de las amidas tiene valores entre 3 y 4, por lo que el producto debería tener un pKa más alto dados los grupos que posee en el anillo. Finalmente se lleva a un matraz donde se agrega al cloruro de N-acetilsulfanililo NH4OH, en donde se lleva a cabo la sustitución nucleofílica en el azufre por parte del amonio, y libera al cloruro, resultando la sulfanilamida. De esta manera se ilustra una sustitución nucleofílica sobre un cloruro de un ácido sulfónico, utilizando hidróxido de amonio para posteriormente convertirlo en una amina, se necesita calor en la reacción para que el producto se pueda formar en su mayoría, pues es muy regioselectiva.
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