Universidad El Bosque. Montoya Sophia, Mosos Néstor, Camargo Tania, Morales Andrea. Síntesis de cloruro de terc-butilo Síntesis de cloruro de terc-butilo Montoya, Sophia; Mosos, Néstor; Camargo, Tania y Morales, Andrea {omontoya, nmosos, tcamargo, amoralesra}@unbosque.edu.co Universidad El Bosque Resumen- La reacción entre el alcohol terbutílico y el ácido clorhídrico, constituye un claro ejemplo de una reacción Sn1, donde la velocidad de la reacción está definida por la concentración del carbocatión terciario. En esta práctica de laboratorio, se sintetizó el cloruro de terbutilo a partir de la reacción con HCl y alcohol terbutílico. Se separaron las fases mediante un embudo de decantación y se sometió a la muestra obtenida a dos pruebas cualitativas: con nitrato de plata, donde se formó un precipitado blanco, y yodato de potasio, donde se formó un precipitado amarillo, indicandola presencia del producto de interés. Se analizó el espectro IR del producto y se concluye que, debido a la alta presencia de agua, no es posible elucidar apropiadamente el espectro. I. Partiendo de la reacción involucrada entre el alcohol terbutílico y ácido clorhídrico para formar cloruro de terbutilo en la síntesis dirigida por un mecanismo SN1, se puede analizar que esta reacción se lleva a cabo por este mecanismo debido a que el soluto corresponde a un carbono terciario, existe un buen nucleófilo (Cl) y un buen grupo saliente (OH) [1]. El mecanismo de reacción se evidencia a continuación: INTRODUCCIÓN La reacción entre el terbutanol y el ácido clorhídrico es un ejemplo de una reacción de sustitución nucleofílica unimolecular SN1, donde la velocidad de reacción está definida por la concentración del carbocatión terciario. En la formación del carbocatión terciario, el grupo saliente (-OH) deberá salir antes de que el nucleófilo (-Cl- ) se aproxime al carbocatión, lo cual es una etapa lenta. Posteriormente, el carbocatión será atacado por el nucleófilo, formando el cloruro de terbutilo. En esta práctica de laboratorio, se realizó la síntesis, separación y caracterización cualitativa de este compuesto, identificando los pasos claves de cada reacción, además de una comparación espectral entre el compuesto de partida y el producto obtenido II. Reacción de síntesis del cloruro de terc-butilo. Fuente: Autoría propia ANÁLISIS DE RESULTADOS Mecanismo de reacción síntesis del cloruro de terc-butilo. Fuente: Elaboración propia Se aseguró, para las 3 iteraciones realizadas, que suficiente cantidad de ácido clorhídrico fuera agregado al alcohol terbutílico en un balón de reacción, convirtiendo al último en el reactivo límite. Aunque la guía de laboratorio sugería el uso de cloruro de calcio como catalizador, no se empleó y, como se evidenciará en las pruebas cualitativas más adelante, no influenció en la obtención del producto de interés. Una vez tenido los reactivos en el balón de reacción, se agitó suavemente por 1 minuto para homogenizar la solución y luego fue sometida a agitación fuerte mediante un agitador magnético por 15 minutos, asegurando que la reacción se diera. Universidad El Bosque. Montoya Sophia, Mosos Néstor, Camargo Tania, Morales Andrea. Síntesis de cloruro de terc-butilo Reacción nitrato de plata. Fuente: Autoría propia Pasado el tiempo, se introdujo el contenido del recipiente en un embudo de decantación, agitándolo para permitir que la fase orgánica, conteniendo el cloruro de terbutilo, y la fase acuosa, conteniendo el exceso de ácido clorhídrico, se separaran. Con el propósito de neutralizar el ácido en exceso presente, se hicieron lavados adicionales con bicarbonato de sodio. Se evidenció que aún existía la presencia de ácido debido a la generación de burbujas de CO2 en la solución una vez añadido el bicarbonato [1]. Para separar dichas fases en el embudo, existieron problemas a la hora de evidenciar la separación entre la fase acuosa y fase orgánica, por lo que pudo haber fugas de la fase acuosa en la orgánica. Esto se vería reflejado más adelante en el espectro IR. Sin embargo, para evitar esto, se añadió sulfato de sodio anhidro con el propósito de secar más la muestra. La segunda prueba cualitativa realizada, fue la reacción de 0,5 ml del producto con 1 ml de yodato de potasio en acetona. Teóricamente, esta reacción desplaza el cloro del cloruro de terbutilo para la formación KCl y yodato de terbutilo. Debido a que el cloruro de potasio es una sustancia iónica insoluble en solventes apolares, como lo es la acetona, precipita como un sólido amarillento, indicando la presencia del producto de interés [2]. Sin embargo, en dos iteraciones realizadas no se observó un cambio relevante en cuanto a cambio de color o formación de precipitado. Solo en un experimento, donde la solución de yodato de potasio en acetona se había calentado previamente, se observó un precipitado de color amarillo 10 minutos después de agregado los reactivos. Se sospecha que la insuficiente temperatura en las dos primeras iteraciones realizadas, causó que no se llevara a cabo la reacción apropiadamente. Pruebas cualitativas Para determinar cualitativamente que se obtuvo el producto de interés, se le sometió a 2 pruebas cualitativas. La primera consistió en hacer reaccionar 0,5 ml del producto con 2 ml de nitrato de plata y 1 ml de agua. Para las 3 iteraciones realizadas, se evidenció la formación de un precipitado blanco inmediatamente después de añadir los reactivos. Esto se debe a que la plata, soluble en su forma AgNO3, fue capaz de reaccionar con el cloro de cloruro de terbutilo, desplazando el cloro, para formar cloruro de plata, un sólido poco soluble en solventes polares o apolares, y nitrato de terbutilo [2]. Esto en un indicativo de que si se obtuvo el producto esperado para las 3 iteraciones. Prueba cualitativa AgNO3. Fuente: Autoría propia Prueba KIO3 cualitativa. Fuente: Autoría propia Reacción yodato de potasio. Fuente: Autoría propia Espectro IR Espectro IR experimental del terbutanol (rojo) y cloruro de terc-butilo (morado). Fuente: Autoría propia Universidad El Bosque. Montoya Sophia, Mosos Néstor, Camargo Tania, Morales Andrea. Síntesis de cloruro de terc-butilo Espectro IR teórico del cloruro de terc-butilo. Fuente: https://docs.google.com/document/preview?hgd=1&id=1 p2MGk1O7CJ5L-wZilySTZYedmagGVqTIwhh5pw8Fp-A &pli=1 Se evidencia en el espectro del terbutanol un pico entre los 3200 cm-1 lo que corresponde a la señal del estiramiento del OH. Se encuentra, además, el pico representativo de grupos alquilo en la región de 3000 cm-1 y, en la región de 1200 cm-1 un pico característico del enlace C-O [3]. Sin embargo, a la hora de analizar el espectro del cloruro de terbutilo, se evidencian diversas inconsistencias. Por un lado, el pico representativo del enlace O-H, se encuentra más acentuado. Esto es un claro indicativo de que la muestra contenía agua y no hubo una correcta separación de las fases. Además, se sospecha que la gran cantidad de agua presente no permitió observar el pico representativo de los grupos alquilo en la región de 3000 cm-1. Se evidencia, además, un pico en la región de 1600 cm-1, el cual no es representativo para ningún grupo funcional obtenido. Analizando los espectros RMN 1H del reactivo de partida (ver anexos), el terbutanol, y el producto de interés, el cloruro de terbutilo, se evidencia que en el primero hay 2 señales representativas. Debido a la simetría que poseen ambas moléculas, los 3 protones unidos a los 3 carbonos primarios, evidencian una misma señal, la cual es la que está ubicada por 1,2 ppm, en el caso del terbutanol. La otra señal que se observa, la cual es la principal diferencia entre los dos espectros, está ubicada en 4,5 ppm, la cual corresponde a un singulete ancho característico del hidrógeno del hidroxilo. Esta última se encuentra ausente en el espectro teórico del cloruro de terbutilo. Para el espectro RMN 13C, se ven para ambos compuestos (ver anexos) una señal entre 30 y 32 ppm, correspondiente a las señales de los carbonos primarios. Las señales más desplazadas corresponden al carbono cuaternario y, de acuerdo a las tablas de NMR [4], las que están presentes en el campo más bajo corresponden a los alcoholes terciarios, en comparación al cloruro de terbutilo. IV. CONCLUSIONES - - - Se logró sintetizar cloruro de terbutilo a partir de la reacción de terbutanol con HCl con un rendimiento desconocido. Reaccionando el producto obtenido con nitrato de plata, se logró identificar cualitativamente el producto de interés. La prueba con yodato de potasio permitió reafirmarlo para solo una de las iteraciones. Debido a que no se separó por completo la fase acuosa de la orgánica, la cual contenía el cloruro de terbutilo, el espectro infrarrojo se vió afectado y no pudo ser usado como evidencia cualitativa de la obtención del producto de interés. V. REFERENCIAS [1] A. C. A. M., Comprehensive organic chemistry experiments for the laboratory classroom, 1st ed. Cambridge, England: Royal Society of Chemistry, 2020. [2] E. N. Córdova and L. D. Olmos, “Test de Hidrocarburos Halogenados,” Universidad Tecnológica Metropolitana, 2015. [Online]. Available: https://docs.google.com/document/preview?hgd=1&id=1p 2MGk1O7CJ5L-wZilySTZYedmagGVqTIwhh5pw8Fp-A &pli=1. [Accessed: 16-May-2021]. [3] J. Ashenhurst, “Interpreting IR Specta: A Quick Guide,” Master Organic Chemistry, 20-Feb-2020. [Online]. Available: https://www.masterorganicchemistry.com/2016/11/23/quic k_analysis_of_ir_spectra/. [Accessed: 16-May-2021]. [4] Bruker, “BRUKER NMR TABLES,” Kodu, 2012. [Online]. Available: http://kodu.ut.ee/~laurit/AK2/NMR_tables_Bruker2012.p df. [Accessed: 16-May-2021]. Universidad El Bosque. Montoya Sophia, Mosos Néstor, Camargo Tania, Morales Andrea. Síntesis de cloruro de terc-butilo VI. ANEXOS Espectros RMN Espectro RMN 1H del terbutanol. Fuente: ChemDraw Espectro RMN ChemDraw 1 H del cloruro de terbutilo. Fuente: Espectro RMN 13C del terbutanol. Fuente: ChemDraw Espectro RMN 13C del cloruro de terc-butilo. Fuente: Autoría propia