Síntesis en Química Orgánica

Síntesis en Química Orgánica

Síntesis del benzoato de metilo

OBJETIVO.

- Obtención de un éster (benzoato de metilo) a partir de un ácido (ácido benzoico) y de un alcohol (alcohol metílico) según el método de esterificación de Fischer.

- Separación y purificación del producto por medio de destilación a presión atmosférica.

INTRODUCCIÓN

Los ésteres frecuentemente se obtienen a partir del ácido carboxílico y del alcohol correspondientes, en una reacción de equilibrio como la siguiente:

H+

RCOOH + R'OH * RCOOR' + H2O

En la reacción de esterificación entre un ácido carboxílico y un alcohol se elimina una molécula de agua. El protón sobre la doble flecha indica que los ácidos catalizan el proceso. Obsérvese que el agua producida tenderá a invertir el equilibrio, es decir, a hidrolizar nuevamente el éster a los productos de partida. El método de esterificación de Fischer, que emplea un gran exceso de alcohol, es uno de los más empleados en la preparación de ésteres etílicos y metílicos de ácidos carboxílicos. El gran exceso de alcohol favorece el desplazamiento del equilibrio hacia la formación del éster (principio de Le Chatelier). Dicho exceso es económicamente aceptable en el caso de etanol o metanol, ya que estos alcoholes son baratos. Por ejemplo, en la preparación del benzoato de metilo, se disuelve ácido benzoico en un gran exceso molar de metanol y, como catalizador, se añade una gota de un ácido mineral fuerte como el sulfúrico. La mezcla se calienta a reflujo de 1 a 2 horas y, tras eliminar el metanol residual, se obtiene por destilación el benzoato de metilo. La esterificación de Fischer es especialmente adecuada cuando el alcohol usado como disolvente es barato y volátil.

En principio, la formación de un éster puede formarse a partir de un solo equivalente tanto del ácido como del alcohol, siempre que se elimine el agua en una etapa previa. Por ejemplo, si se neutraliza el ácido carboxílico con óxido de plata, se forma el carboxilato de plata y se elimina agua. A continuación, la sal se hace reaccionar con un cloruro de alquilo, con formación de cloruro de plata insoluble y del éster. La esterificación mediante las sales de plata es muy útil pero muy cara.

2 RCOOH + Ag2O ! 2 RCOOAg + H2O

RCOOAg + R'Cl ! RCOOR' + AgCl

Un método especialmente apto para la síntesis de ésteres sería aquel que permitiese usar un haluro de alquilo y, como nucleófilo, la sal sódica o potásica del ácido carboxílico. El inconveniente tradicional de este método reside en el escaso carácter nucleófilo de los carboxilatos de sodio de potasio, en especial cuando la reacción se efectúa en disolución acuosa. Esta dificultad puede evitarse si la catálisis se efectúa por transferencia de fase. El uso de un medio apolar minimiza las fuerzas de solvatación, que, en general, disminuyen la actividad de los carboxilatos, de modo que la sustitución nucleofílica se hace eficaz.

Los ésteres orgánicos se caracterizan por contener el grupo funcional RCOOR', cuya estructura es:

Los grupos simbolizados como S y S' pueden ser alquilo, arilo, e incluso de tipo heterocíclico. El rasgo distintivo de la función éster es en realidad la presencia de un grupo carbonilo adyacente a un átomo de oxígeno. Dicho átomo comunica al grupo funcional una reactividad bastante diferente de la de una cetona, por dos razones. En primer lugar, el efecto dador de electrones del oxígeno unido al carbono carbonílico reduce el carácter electrófilo del carbono carbonílico, por lo que éste será menos reactivo frente a la adición nucleófila que el correspondiente en una cetona. En segundo lugar, cuando un nucleófilo se adiciona al carbonilo de un éster, el intermedio tetraédrico formado puede recuperar el doble enlace carbono - oxígeno de dos maneras distintas:

1.- Expulsando al nucleófilo que había entrado, con lo que se regenera el producto de partida.

2.- Reteniendo el nucleófilo en el producto y expulsando alcóxido, con lo que se obtiene un nuevo compuesto. Este tipo de reacciones son especialmente sencillas cuando S' es un grupo aromático, pues entonces el grupo saliente es un fenóxido.

Ésteres. Aromas y sabores.

Los ésteres sencillos acostumbran a tener olores agradables. En muchos casos, aunque no en todos, los aromas y sabores característicos de flores y frutos son debidos a compuestos que poseen en su estructura el grupo éster. Una excepción la constituyen los aceites esenciales. Las propiedades organolépticas (olor y sabor) de las flores y los frutos pueden atribuirse en algunos casos a un solo éster, pero lo más corriente es que sean debidas a una mezcla compleja de varios ésteres, aunque alguno de ellos predomine. En la Tabla 1 se detalla una lista de agentes aromatizantes. Los fabricantes de alimentos y bebidas están familiarizados con ellos, pues los emplean como aditivos que dan un determinado sabor a una bebida o postre. Muchas veces estos olores y sabores ni siquiera existen en la naturaleza, como es el caso del aroma de “fruta jugosa” que se obtiene del acetato de isopentilo. Un preparado para hacer un pastel con gusto de ron puede no contener nada de este licor; basta con añadir una mezcla adecuada de formiato de etilo y propionato de isobutilo, junto con otros componentes menores. De hecho, los aromas y sabores naturales no se pueden reproducir con exactitud, pero se puede engañar con sucedáneos a la mayor parte de la gente, ya que sólo las personas con un sentido del gusto muy sensible son capaces de notar la diferencia entre un aroma natural y su sucedáneo.

Raramente se emplea un único compuesto para obtener un aroma determinado. En la tabla 2 se indica una receta para obtener una imitación de la piña que llegaría a confundir a un experto. Incluye diez ésteres y ácidos carboxílicos de fácil síntesis en el laboratorio y siete aceites esenciales que se pueden extraer de sustancias naturales.

El sabor es en realidad una mezcla de las sensaciones de gusto y olor transmitidas por los receptores de la boca (papilas gustativas) y de las fosas nasales (receptores olfativos), si bien vulgarmente se suele relacionar el sabor sólo con el sentido del gusto. Los cuatro

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