Reacciones de Esterificación: Práctica de Laboratorio Química Organica

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                   Laboratorio de Química Orgánica Aplicada

                                  Universidad Iberoamericana

Práctica 4: Reacciones de Esterificación

Miguel Ángel Carrete, Sergi Carrasco, Pablo Reyes

Departamento de Ciencias Químicas, Laboratorio de Química Orgánica Aplicada,                                        Universidad Iberoamericana: Prolongación Paseo de la Reforma 880,                                                  Santa Fe, Contadero, CP 01219, Ciudad de México

1. Introducción

Los ésteres son compuestos orgánicos conformados de un grupo carbonilo dentro de la molécula, donde el carbono del carbonilo está directamente enlazado con un oxígeno que tiene enlazado a alguna otra cadena. Se forman cuando un grupo alquilo sustituye al protón ácido de un ácido oxigenado. Los ésteres son sustancias encontradas ampliamente dentro de la naturaleza y son las sustancias que generalmente son las responsables de los aromas en las frutas y las verduras. También se pueden encontrar en grasas de origen animal como los aceites, sebos y mantecas al igual que en las ceras.

La esterificación de Fischer-Speier o esterificación de Fischer es un tipo especial de esterificación que consiste en la formación de un éster por reflujo de un ácido carboxílico y un alcohol, en presencia de un catalizador ácido, con tiempos de reacción que varían de 1 a 10 horas a temperaturas de 60-110°C. La reacción fue descrita por vez primera por Emil Fischer y Arthur Speier en 1895.

Figura 1. Esterificación de Fischer para el Acetato de isoamilo

El mecanismo de reacción para la esterificación consta de varios pasos. En primer lugar el ácido utilizado como catalizador protona el átomo de oxígeno del carbonilo del ácido carboxílico. El ácido protonado es capaz de mantener formas resonantes en equilibrio. El alcohol presente en la disolución se adiciona  al carbono del grupo carbonilo realizando un ataque nucleofílico  y eliminando así el doble enlace del carbonilo.  En este  paso  del mecanismo el oxígeno del nucleófilo queda con una carga positiva que la elimina  al desprotonarse retornado el protón al catalizador. [pic 3]

En una tercera etapa el medio ácido  facilita la protonación de uno de los grupos hidroxilos de la molécula intermedia que luego se  elimina  como agua, dando lugar a la nueva formación del grupo carbonilo y el retorno del protón al medio. La presencia de agua es perjudicial para el rendimiento de la reacción por lo que se debe utilizar una vía para retirar el agua como el uso de sílica gel  para desviar el equilibrio a la derecha  aplicando el principio de Le Châtelier

       2.      Resultados y Discusión

El objetivo de la práctica era sintetizar diferentes ésteres con diferentes olores, a partir de diferentes ácidos carboxilicos y alchoholes, a partir de la esterificación de Fischer por reflujo y por microondas.

Se sintetizaron 5 diferentes ésteres, uno por el método de reflujo siendo el siendo el Acetato de Isoamilo y el resto por el método de microondas, siendo el Slicilato de Metilo, Acetato de Octilo, Benzoato de Etilo, y Acetato de Bencilo. En la tabla 1, se puede observar la estructura de los reactivos y la estructura del producto esperado, junto con su respectivo rendimiento experimental.

Para la caracterización de los productos se llevaron a cabo una serie de pruebas espectroscópicas para asegurarse de la obtención de los productos en cuestión; para los productos sintetizados en el laboratorio se realizó una prueba de IR mientras que solo se realizó una prueba de 13C RMN para el acetato de isoamilo y los 13C RMN y 1H RMN de los productos sintetizados de cada equipo fueron proporcionados por la profesora. Debido a cuestiones de tiempo, no se realizó la prueba de cromatografía de capa fina (CCF) para analizar la pureza de la muestra.

En el espectro de infrarrojo del acetato de isoamilo, se observa la tensión muy intensa del grupo carbonilo en 1747.69 cm-1 y a partir de aquí se identifica el grupo éster con las dos tensiones que se tienen en 1234.98 cm-1 y 1036.02 cm-1. Además, se tienen bandas en 2973.58 cm-1. y 2887.37 cm-1, indicando la presencia de los grupos alcanos que también conforman al acetato de isoamilo. En su 13C RMN, se identifican 6 señales de carbono. Primera, se observa claramente el derivado de ácido carboxílico, en este caso un éster, en 170 ppm.

Tabla 1. Reactivos utilizados y sus productos esperados con su rendimiento experimental

Segunda, hay una señal en 62.68 ppm y este vendría siendo el carbono terciario que está enlazado a otros tres carbonos y un único hidrógeno. Tercera y cuarta, una señal en 37.67 ppm que vendría siendo el carbono secundario que está unido al carbono terciario previamente mencionado y 25.23 ppm que vendría siendo el próximo carbono secundario unido a un oxígeno. Quinta, 22.35 ppm y estos son los dos carbonos primarios que se observan al final de la molécula, y se observa que la intensidad de la señal es mayor a las demás ya que los dos carbonos son simétricos. Por último, la sexta señal es de 20.43 y es el carbono primario que está enlazado al carbono formando el grupo éster.

Por parte del benzoato de etilo, se observan las siguientes señales en su espectro de infrarrojo. En 2996.83 cm-1 se observa la banda, relativamente débil, correspondiente a los dos alcanos que hay presentes en la molécula. Aunque no está marcado, se observan las tensiones del grupo aromático entre 2000 y 1800 cm-1. Por último, la tensión del grupo carbonilo en 1722.93 cm-1 y las tensiones del éster en 1276.28 y 1032.33 cm.1.

El 1H RMN del benzoato de etilo presenta 5 señales de hidrógeno, 3 de ellas correspondientes a los hidrógenos del aromático y 2 a los hidrógenos de los carbonos del etilo. El triplete que se observa en 1.4 ppm corresponde a los hidrógenos del carbono primario mientras que el cuadruplete en la señal de 4.4 ppm pertenecen al carbono secundario de la parte del etilo. Los dos tripletes que se observan en las señales del aromático (7.5 y 7.7 ppm) corresponden a los hidrógenos de los carbonos del aromático en posiciones meta y para con respecto al carbono unido al resto de la molécula. Por último, la señal de 8.1 ppm, que es un doblete, pertenece a los hidrógenos en posición orto. El 13C RMN presenta 6 señales. Como sabemos que se trata de un éster, observamos esta señal alrededor de 167 ppm. Las señales de los carbonos en el aromático están representados en las señales de 134, 130 y 127 ppm. El carbono secundario del etilo está representado en la señal de 61 ppm mientras que el carbono primario lo representa la señal en 14 ppm.

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