Química

Esterificación. Saborizantes artificiales. Síntesis de acetato de isoamilo. Elementos químicos. Pruebas de laboratorio

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Práctica # 7

ESTERIFICACIÓN. SABORIZANTES ARTIFICIALES. SÍNTESIS DE ACETATO DE ISOAMILO

ANÁLISIS DE RESULTADOS

La preparación del acetato de isoamilo se llevó a cabo satisfactoriamente, el olor a plátano fue fácil de identificar al final del proceso; se puede suponer que la calidad de este fue bastante buena ya que no se percibió olor a ácido ni ningún otro compuesto.

De la destilación se obtuvo un rendimiento del …..%, que calificamos como bastante bueno, ya que existió la posibilidad de pérdidas al trasladar las sustancias de un matraz a otro; aunado a esto, con la destilación se logró eliminar las impurezas (producto quemado) que añadían una tonalidad amarilla a la sustancia producto, obteniendo así un producto final transparente con olor característico.

La preparación de los otros dos ésteres también bastante satisfactoria, pues se obtuvieron los aromas deseados en cada uno, con un mínimo olor a ácido que no pudimos eliminar a pesar de que agregamos gran cantidad de bicarbonato de sodio.

1. Para desplazar el equilibrio de la reacción de esterificación, puede eliminarse el agua formada; para ello se emplea una trampa de Dean-Stark. Busque en algún manual de laboratorio cómo se hace esto y en qué principios se basa. Incluye la referencia bibliográfica.

- La trampa de destilación o recibidor de Dean-Stark es una pieza de laboratorio que se utiliza en síntesis químicas para recolectar agua (ocasionalmente otro líquido) de una reactor. Se usa en combinación con un condensador de reflujo y un reactor batch, para que la eliminación de agua sea continua durante la reacción llevada a cabo durante la temperatura de reflujo.

Existen dos tipos de trampas: una para solventes con menor densidad que la del agua y otra para solventes con mayor densidad. La trampa de Dean-Stark en un laboratorio consiste en una pieza cilíndrica vertical (trampa), por lo general con graduación volumétrica y una llave de precisión en abajo (muy parecido a una bureta). En la parte superior se pone un sistema de reflujo y en uno de los lados se tiene una conexión (brazo de unión) con un reactor.

'Química'
Durante la reacción los vapores que contienen el solvente reaccionante y el compuesto que se quiere remover viajan hacia el condensador y luego a la trampa de destilación, aquí los líquidos inmiscibles se separan en capas. Cuando la menos densa alcanza el nivel del brazo de unión puede fluir de regreso al reactor mientras que la capa inferior permanece en la trampa. La trampa esta en su capacidad máxima cuando la capa inferior alcanza el brazo de unión de forma que también fluiría hacia el reactor.

2. ¿Para qué se lava el producto primero con agua y luego con las soluciones de bicarbonato de sodio y de cloruro de sodio?

Debido a que en el producto se tienen distintos compuestos inorgánicos no deseados que se forman en la reacción, es necesario realizar un lavado con agua. Se utiliza el agua pues muchos de los compuestos son solubles en ésta. Además, al mismo tiempo que eliminamos los compuestos no deseados, nos facilitamos el trabajo de separar la fase acuosa, pues es mucho más sencillo distinguir dos fases en volúmenes grandes que en pequeños.

Como nuestro reactivo limitante es el alcohol isoamílico, el ácido acético se encuentra en exceso, por lo que el exceso de éste debe ser neutralizado al igual que los el ácido sulfúrico. Esto se lleva a cabo con la adición de bicarbonato de sodio, reaccionando de la siguiente forma:

H2SO4 + CH3COOH + 3 NaHCO3 Na2SO4 + CH3COONa + 3H2O + 3CO2

Como podemos observar, en ésta última reacción, se forma una sal, la cual eliminamos con la adición del cloruro de sodio que finalmente se eliminará en la fase acuosa.

3. Observe el diagrama de flujo incluido en este instructivo para el proceso de fabricación industrial del acetato de n-butilo y compárelo con la preparación que realizó en el laboratorio. Indique qué similitudes y qué diferencias relevantes encuentra.

DIFERENCIAS

- En la industria el reactivo que se utiliza en exceso es el alcohol, por el contrario en el laboratorio el alcohol fue nuestro reactivo limitante.

- El alcohol utilizado en la industria es el n-butanol, en el laboratorio se utilizó el alcohol isoamílico.

- En el laboratorio utilizamos una columna de reflujo y en la industria utilizan un reactor con una columna de destilación fraccionada

- En el laboratorio después de varios lavados se quito la fase acuosa con la que se eliminan los azeótropos formados (alcohol con agua y éster con agua y alcohol) en cambio, en la industria el agua se destila continuamente por lo que el agua es recuperada y el alcohol es regresado al reactor para seguir reaccionando.

SEMEJANZAS

- Se lleva acabo la misma reacción:

- El ácido que se utilizó en el laboratorio es el mismo que en la industria: ácido acético glacial, así como la mezcla de reactivos iniciales.

- En ambos casos, se intenta eliminar el agua y el azeótropo, aunque de distintas formas.

4. ¿Cómo se purifica en la industria una mezcla azeotrópica?

Las mezclas azeotrópicas por tener un único punto de ebullición constante y fijo, y que al pasar al estado vapor se comporta como un líquido puro (como si fuese un solo componente) puede hervir a una temperatura superior, intermedia o inferior a la de los constituyentes de la mezcla, permaneciendo el líquido con la misma composición inicial, al igual que el vapor, por lo que no es posible separarlos por destilación simple. Sin embargo la densidad de cada uno de los compuestos es diferente por lo que, ya habiéndose condensado y lavado, la decantación con embudo de separación es una buena opción que permite también el rehuso de los compuestos. Por otra parte la adición de otro producto químico también puede hacer posible la separación, por ejemplo la adición de benceno a la disolución anterior de alcohol/agua.

En la industria se utiliza un método que se llama preevaporación que consiste en unas membranas de separación que dejan pasar el agua pero retienen casi todas las moléculas orgánicas, logrando así separar el agua de la mezcla de líquidos orgánicos.

5. Respecto a la mezcla azeotrópica ternaria formada por agua, alcohol isoamílico y acetato de isoamilo, investigue el porcentaje de cada compuesto presente en la mezcla azeotrópica y su punto de ebullición.

Punto de ebullición 93.6 ºC

Acetato de Isamilo 24.0 %

Agua 44.8 %

Alcohol Isoamílico 31.2 %

obtenido de: http://www.dibam.cl/publicaciones/publ_rec_16_Lossolventes.pdf

6. Indique en el espectro IR del reactivo y el producto las bandas que indican la presencia de sus grupos funcionales. Si obtuviera los espectros de IR y/o RMN de su producto, en que regiones podría verse en estos espectros si hay algo del alcohol o del ácido iniciales como contaminantes? ¿Es factible qué con la técnica seguida haya uno o ambos de estos contaminantes?

Alcohol Isoamílico 'Química'

'Química'

'Química'

Las bandas características de este compuesto son las siguientes:

  • Banda ancha y muy marcada alrededor de los 3000 indica la presencia del grupo O-H.

  • Bandas entre 1075-1000 nos indica que es un alcohol primario, pues representan al grupo CH2-OH.

Ácido Acético 'Química'

'Química'

'Química'

Las bandas características de este compuesto son las siguientes:

  • Banda ancha, no tan marcada como en el alcohol alrededor de los 3000, nos indican la presencia de un grupo -OH.

  • Bandas muy marcadas entre 1760- 1690, se refieren al grupo O=C.

  • Entre 1320- 1210, indican la presencia del grupo C-O.

Acetato de Isoamilo 'Química'

'Química'

Las bandas características de este compuesto son las siguientes:

  • Entre 1785 -1815, indican la presencia del grupo C=O, que nos indica que hay un ácido.

  • Entre 1000- 1300, también corresponde al grupo C=O, pero de un éster.

  • Alrededor de 3000, nuevamente corresponde al grupo OH.

Las zonas en las que podríamos ver si el compuesto esta contaminado, es con bandas alrededor de 3000 que quiere decir que aun tenemos alcohol y que no reaccionó todo, o con las bandas entre 1785-1815, que corresponden al grupo C=O, pero de un ácido; nos indica que no neutralizamos correctamente por lo que todavía tenemos ácido.

Con la técnica utilizada, no debe haber alcohol por que supuestamente al añadir exceso de ácido logramos que reaccione todo el alcohol. Los lavados realizados son bastante efectivos, por lo que no debería existir la presencia de cualquier otro compuesto; sin embargo se pudo haber dejado algo de la fase acuosa al separar las fases ya que siempre existe un cierto grado de error por parte de la persona que observa la separación. Otra posibilidad a tomar en cuenta es que se haya excedido el punto de ebullición correcto durante la destilación.

* Anexo de tablas para la pregunta anterior

Alcoholes

Ácidos carboxílicos

Ésteres

O-H 3650-3100

C=O 1720-1706

C=O 1750-1735

C-O 1260-1000

O-H 1440-1395

C-CO-C 1300-1000

C-O 1320-1210

CONCLUSIONES

La primera parte de la práctica se llevó a cabo satisfactoriamente, se cumplieron los objetivos, obtuvimos el acetato de isoamilo con intenso aroma a plátano y totalmente transparente. Se obtuvo un rendimiento del …..%, el cual se puede considerar satisfactorio, ya que es inevitable sufrir pérdidas al trasladar la sustancia de un matraz a otro, perder un poco de sustancia en los lavados, así como parte del destilado permanece en el refrigerante; todo lo anterior por más mínimo que sea se ve reflejado en los resultados.

La síntesis de los otros dos ésteres también fue bastante exitosa, pues de primera instancia los olores obtenidos fueron justo los que se habían planeado (meter aquí nombre de los olores), lo que indica que se afinó la técnica a lo largo de los tres experimentos realizados.

La realización de ésta práctica fue muy interesante ya que pudimos comparar la forma en la que se obtienen los ésteres a nivel industrial con la forma en la que fueron obtenidos a nivel laboratorio. Se comprobó que ambos procesos se basan en los mismos principios y ocurre la misma reacción para el producto final. Además fue posible constatar por conocimiento a priori el hecho de que estos aromas realmente corresponden a varios alimentos familiares, tales como: chicles, dulces, aromatizantes, refrescos, etc.

Pudimos aplicar el principio de Le Chatelier, aprendido en el curso de Química Analítica, para favorecer el desplazamiento de la reacción hacia la derecha, en este caso se agregó exceso de uno de los reactivos.

Se interpretaron los espectros infrarrojo que se encontraban en la práctica, con el fin de identificar los grupos funcionales presentes tanto en los reactivos, como en el producto, aunque no se corrieron los productos finales.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

NIST

http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi

L.G. WADE, Jr. Química Orgánica, 2ª Edición, Prentice Hall Hispanoamericana, 1993.

Carey, Francis A. Organic Chemistry, 4ª edición. McGraw-Hill, U.S.A., 2000.

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