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.
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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