LABORATORIO DE QUIMICA ORGÁNICA - UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI
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Síntesis de Acetanilida a partir de la Acilación de Anilina en
Presencia de Anhídrido Acético.
Andrés D. Ruales G. (1.233.192.633)1, Daniel Quintero B. (1143878540) 2, James Ramirez S.
(1109541745)3, Jeison S. Arias Z. (1006167097) 4, Álvaro Chaspuengal5
(1) andres.ruales00@usc.edu.co , (2) daniel.quintero03@usc.edu.co, (3) james.ramirez00@usc.edu.co,
(4) jeison.arias00@usc.edu.co, (5) alvaro.chaspuengal00@usc.edu.co (6)
Facultad de Ciencias Básicas, Universidad Santiago de Cali
Fecha de Entrega: 21/05/2022
Resumen: Se obtuvieron aproximadamente 0,2891 ± 0,0001 g de acetanilida a través de la acilación de anilina
con anhídrido acético, efectuando un mecanismo de reacción de sustitución nucleofílica. A fin de purificar el
producto obtenido, se llevó a cabo un proceso de cristalización, en el cual, en primera instancia se eligió HCl
al 10% como medio de cristalización a través de una serie de pruebas de solubilidad de acetanilida en
diferentes tipos de solventes. Se obtuvo un porcentaje de rendimiento de 20,21 ± 0,01%. Se identificó que la
mejor manera para aumentar dicho valor corresponde a la disminución del impedimento estérico de la reacción
a través del control de variables de temperatura y agitación de la reacción.
Palabras clave: Acetanilida, Anilina, Anhídrido Acético, Acilación, Cristalización.
__________________________________________________________________________
Introducción.
terapéuticos. (Kushwaha, Rakesh Kumar, &
El estudio de la obtención de amidas y sus
Kushwaha, 2011).
derivados resulta ser de gran interés para la
Ahora bien, uno de los métodos químicos
industria farmacéutica y la industria en general, lo
mayormente empleados para la obtención de
anterior debido a las amplias propiedades y
amidas, resulta ser la acilación de una amina,
actividades biológicas de dichos compuestos, pues,
respecto a esta reacción (Mc Murry, 2008, pág.
en su gran mayoría, las amidas suelen ser principios
936), permite conocer qué: “las aminas primarias
activos
anticonvulsivos,
y secundarias (pero no las terciarias) también
antifúngicos.
pueden acilarse por la reacción de sustitución
Incluso poseen propiedades antitumorales. De la
nucleofílica en el grupo acilo con un cloruro de
misma
íntimamente
ácido o un anhídrido de ácido para producir una
relacionados en la síntesis de otros agentes
amida”. Para el caso de la reacción de una amina
de
medicamentos
antinflamatorios,
manera,
analgésicos,
se
encuentran
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con un anhídrido de ácido, la ecuación general,
real, teórico y porcentaje de rendimiento de la
corresponde a la siguiente:
reacción efectuada, así como discutir acerca de los
posibles factores que podrían contribuir con una
mejora en dicho rendimiento.
Figura 1. Reacción de Acilación de una Amina.
Elaborado en ChemDraw 2.0.
Ahora bien, el mecanismo de reacción de la
ecuación
química
presentada
anteriormente
comprende una sustitución nucleofílica, (como se
mencionó, primeramente). Mecanismo del cual (L.
G. Wade, 2011, pág. 958), permite conocer: “los
ácidos carboxílicos (y sus derivados), reaccionan
por medio de sustitución nucleofílica sobre el
grupo acilo, dónde un nucleófilo remplaza a otro
en el átomo de carbono del grupo acilo (C=O)”.
El anterior mecanismo de reacción puede ser
representado de manera general mediante la
siguiente ecuación:
Metodología.
A fin de obtener cristales de acetanilida, se
llevó a cabo el siguiente procedimiento:
Formación de Acetanilida.
Con ayuda de dos pipetas graduadas de
1mL, se tomó 1,00 ± 0,01mL de compuesto anilina
(C6H5NH2) y 1,00 ± 0,01mL de anhídrido acético
(C4H6O3). Se procedió a añadir ambos compuestos
a un Erlenmeyer de 50mL, previamente ubicado en
un sistema de baño agua-hielo y con agitación
constante (proporcionada por una plancha de
calentamiento y agitación), se vigiló la reacción por
un periodo de 10 minutos, hasta obtener un
compuesto semisólido, bastante maleable y de
color marrón.
Figura 2. Esquema para la Sustitución Nucleofílica
sobre el Grupo Acilo. Elaborado en ChemDraw 2.0.
De esta manera, en el presente informe se
pretende describir el proceso de obtención de
cristales de acetanilida a partir de la reacción de
acilación de compuesto anilina con anhídrido
acético, teniendo como mecanismo de reacción la
sustitución nucleofílica del grupo acilo. Por otra
parte, se pretende también, calcular el rendimiento
Elección de Disolvente.
En primera instancia, es imprescindible
mencionar que los posibles disolventes a emplear
para la cristalización de acetanilida fueron: acetato
de etilo, agua desionizada y una solución de HCl al
10%. Ahora bien, se buscaba identificar un
disolvente en el cuál la acetanilida presente
insolubilidad en frío y solubilidad en caliente, a fin
3
de facilitar su cristalización. Teniendo en cuenta lo
Filtración en Caliente y Enfriamiento.
anterior, se procedió a añadir volúmenes de
Se tomó la solución de acetanilida y HCl al
aproximadamente 1mL de cada disolvente a tres
10% y se procedió a filtrarla en caliente, lo anterior
tubos de ensayo (uno para cada tipo), con ayuda de
con la finalidad última de eliminar los restos de
un gotero, se agregó una pequeña fracción de
carbón activado, para evitar la cristalización de
acetanilida a cada muestra y se procedió a observar
acetanilida en el papel filtro, se procedió a calentar
la solubilidad del compuesto en frío para cada
aproximadamente 50mL de HCl al 10% hasta
especie. Se escogieron los disolventes en los cuales
aproximadamente su punto de ebullición, se añadió
la acetanilida fue insoluble. Posteriormente, se
dicho compuesto al proceso de filtrado. Finalmente,
calentaron las soluciones con ayuda de la plancha
se dejó enfriar la solución de HCl al 10% y
de calentamiento y agitación y se eligió el
acetanilida.
disolvente que presento solubilidad como medio
Resultados y Discusiones.
para la cristalización. Los resultados de dichas
pruebas se muestran en el siguiente apartado.
Preparación
de
la
Solución
A continuación, se presentan los resultados
para las pruebas de solubilidad de acetanilida y
y
Decoloración.
elección del disolvente:
Tabla 1. Resultados de Solubilidad de Acetanilida en
Diferentes tipos de Solventes.
Se tomó el Erlenmeyer de 50mL en el cual
se encontraba la acetanilida obtenida y se añadieron
7,00 ± 0,01mL de HCl al 10% (disolvente elegido
según las pruebas de solubilidad), con ayuda de una
pipeta de 5mL y de 1mL, se procedió a calentar la
solución en la plancha de calentamiento y agitación
hasta llegar a un punto cercano de ebullición, se
verificó que todo el sólido (acetanilida) se hubiese
disuelto. Seguidamente, se agregó una pequeña
fracción de carbón activado a la solución a fin de
decolorarla.
Disolventes
Acetato de Etilo
Agua
Desionizada
HCl 10%
Solubilidad
Frío
Caliente
SI
NO
NO
NO
SI
Cálculos de Rendimiento.
En primera instancia, se presenta la
reacción química entre la anilina (C6H5NH2) y el
anhídrido acético (C4H6O3), reacción que como se
mencionó anteriormente, se denomina acilación de
una amina y emplea el mecanismo de sustitución
4
nucleofílica del grupo acilo como medio para
0,01058 𝑚𝑜𝑙 𝐶4 𝐻6 𝑂3 ×
producir una amida, de esta manera se tiene:
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶6 𝐻5 𝑁𝐻2
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶4 𝐻6 𝑂3
= 0,01058 𝑚𝑜𝑙 𝐶6 𝐻5 𝑁𝐻2
De esta manera, se logró identificar que el
reactivo limitante corresponde al compuesto
Figura 3. Reacción de acilación de Anilina con
Anhídrido Acético. Elaborado en ChemDraw 2.0.
C4H6O3, lo anterior dado a que, para que
reaccionen en su totalidad las 0,0110 mol de
Ahora bien, a fin de determinar el
C6H5NH2, se necesitarían 0,0110 mol de C4H6O3,
rendimiento real obtenido tras el proceso, se
realizaron los siguientes cálculos y se emplearon
sin embargo, se trabajó solamente con 0,01058 mol
de dicho compuesto. (Raymond, 2002).
las siguientes fórmulas:
Determinación del Reactivo Limitante:
Determinación del porcentaje en exceso:
En
A fin de estimar de manera porcentual, el
primera
instancia,
la
ecuación
balanceada corresponde a la siguiente:
exceso, valga la redundancia, del reactivo en
Ahora bien, tal y como se mencionó en el
exceso, (para el caso particular del compuesto
apartado de metodología se emplearon 1,00 ±
C6H5NH2), se empleó la fórmula que describen
0,01mL de compuesto C6H5NH2, el cual por su
(Fombuena
densidad (1,02 g/mL) y peso molecular (93,13
Domínguez Candela, 2021), mediante la cual:
g/mol) equivale a 0,0110 ± 0,0001 mol de
%𝐸
C6H5NH2. Por su parte, también se empleó 1,00 ±
=
obtiene:
g/mol) equivale a 0,01058 ± 0,00010 mol de
%𝐸
C4H6O3. Ahora bien, respecto a los cálculos de
=
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶4 𝐻6 𝑂3
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶6 𝐻5 𝑁𝐻2
= 0,0110 𝑚𝑜𝑙 𝐶4 𝐻6 𝑂3
Navarrete,
&
Remplazando los valores anteriores, se
densidad (1,08 g/mL) y su peso molecular (102,09
0,0110 𝑚𝑜𝑙 𝐶6 𝐻5 𝑁𝐻2 ×
Cardona
𝐶6 𝐻5 𝑁𝐻2 𝑞𝑢𝑒 𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑎 − 𝐶6 𝐻5 𝑁𝐻2 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜
𝑥 100%
𝐶6 𝐻5 𝑁𝐻2 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜
0,01mL de compuesto C4H6O3, el cual por su
reactivo limitante se tiene que:
Borras,
0,0110 𝑚𝑜𝑙 𝐶6 𝐻5 𝑁𝐻2 − 0,01058 𝑚𝑜𝑙 𝐶6 𝐻5 𝑁𝐻2
𝑥 100%
0,01058 𝑚𝑜𝑙 𝐶6 𝐻5 𝑁𝐻2
%𝐸 = 3,97%
De esta manera, se logró determinar que el
porcentaje en exceso de compuesto C6H5NH2,
equivale a 3,97 %.
5
Determinación del Rendimiento Teórico:
errores experimentativos, tanto sistemáticos como
Tal y como lo describen (Arturo & Gamba,
aleatorios y que solo puede ser medida de manera
2020), la mejor manera de calcular el rendimiento
directa a través de métodos químicos analíticos
teórico de un proceso “incluyente de una reacción
como el método gravimétrico, volumétrico, entre
química”, sin duda alguna, corresponde a al
otros. (Universidad Nacional del Litoral, 2019).
denominado método estequiométrico, respecto a
Para el caso particular, se tomó como rendimiento
este, se sabe que se debe realizar en base al reactivo
real, el peso de acetanilida reportado, el cuál
limitante,
corresponde a 0,2891 ± 0,0001 g.
empleando
los
coeficientes
estequiométricos de la ecuación ajustada a fin de
determinar la cantidad máxima (en moles o
Cálculo
0,01058 𝑚𝑜𝑙 𝐶4 𝐻6 𝑂3 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶8 𝐻9 𝑁𝑂
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶4 𝐻6 𝑂3
= 0,01058 𝑚𝑜𝑙 𝐶8 𝐻9 𝑁𝑂
De esta manera, se identificó que el
rendimiento ideal o teórico para la reacción
la
Determinación
del
Porcentaje de Rendimiento Real:
gramos), de producto esperada, es decir su
rendimiento ideal. En base a lo anterior se tiene:
para
En este punto es imprescindible mencionar
que dicha medida corresponde a la mesura
porcentual en relación de lo que “debería obtener”
con respecto a lo que “realmente obtuve”, es decir,
es el valor directamente relacionado con la
eficiencia y eficacia de los procesos que se llevaron
ajustada equivale a 0,01058 mol de compuesto
a cabo a escala in vitro para una reacción química.
C8H9NO, a fin de expresar esta cantidad en gramos
(Ramírez, Verdecia, & Leonard, 2008). En base a
se tiene:
135,17 𝑔 𝐶8 𝐻9 𝑁𝑂
0,01058 𝑚𝑜𝑙 𝐶8 𝐻9 𝑁𝑂 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶8 𝐻9 𝑁𝑂
= 1,4301 𝑔 𝐶8 𝐻9 𝑁𝑂
lo anterior, se obtiene que:
%𝑹 =
Por lo tanto, el rendimiento teórico de la
reacción ajustada en gramos es de 1,4301 g de
compuesto C8H9NO.
Remplazando los valores obtenidos en la
ecuación anterior, se obtiene:
%𝑹 =
Determinación del rendimiento Real:
cantidad obtenida de manera in vitro, sujeta a
0,2891 ± 0,0001 𝑔 𝐶8 𝐻9 𝑁𝑂
𝑥 100%
1,4301 𝑔 𝐶8 𝐻9 𝑁𝑂
%𝑹 = 20,21 ± 0,01%
Teniendo en cuenta que el rendimiento real,
es comúnmente comprendido como aquella
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑙
𝑥 100%
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑇𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
De esta manera, se logró identificar que el
rendimiento obtenido en la práctica fue de 20,21 ±
0,01%.
6
Ahora bien, en este punto es imprescindible
mencionar que el mecanismo de reacción de la
anterior se evidencia de mejor manera en la
siguiente figura:
acilación de una amina juega un factor clave al
momento de comprender el rendimiento, lo
anterior, puesto a que, si favoreciéramos dicho
mecanismo,
podríamos
de
manera
directa
incrementar el rendimiento de la reacción. (Carey,
2006). Siendo así, el mecanismo de reacción entre
la anilina y el anhídrido acético corresponde al
siguiente:
Ataque
nucleofílico
a
Figura 4. Esquema del Ataque Nucleofílico a Carbono
Carbonílico. Elaborado en ChemDraw 2.0.
carbono
Ruptura del enlace carbono oxígeno y
carbonílico: gracias al par de electrones libres del
conformación del primer intermedio: una vez se
átomo de nitrógeno en la molécula de anilina, este
efectúa el ataque nucleofílico, se produce una
compuesto (en la reacción particular), será quién se
ruptura heterolítica entre el enlace carbono –
comporte como agente nucleofílico, es decir,
oxígeno, en está ruptura el átomo de nitrógeno
buscará enlazarse con un núcleo cuya carga parcial
termina con una carga positiva, pues se encuentra
sea positiva. De esta manera, el carbono
protonado formando así un primer intermedio. De
carbonílico resulta ser un gran núcleo, con el cual
la misma forma, el átomo de oxígeno termina con
el par de electrones libres del nitrógeno pueden
una carga negativa, pues por la naturaleza de la
formar un enlace, lo anterior debido a que dicho
ruptura (heterolítica) el átomo de oxígeno termina
núcleo al estar enlazado a dos átomos de oxígenos
con un electrón de más. (Carey, 2006). Tal y como
(átomos mayormente electronegativos), poseerá
se muestra a continuación:
una carga parcial positiva, a este carbono se lo
conoce como agente electrófilo. Cabe resaltar que
en la molécula del anhídrido acético existen dos
carbonos carbonílicos con igual capacidad de
actuar como electrófilo, dado a que la molécula es
simétrica, es indiferente a cuál de ambos carbonos,
el nucleófilo decida atacar. (Carey, 2006). Lo
Figura 5. Esquema para la Ruptura del enlace
carbono-oxígeno y conformación del primer
Intermedio. Elaborado en ChemDraw 2.0.
7
Estabilización de la molécula final: en
De la misma manera, se destacan diversas
esta etapa, el átomo de nitrógeno libera un átomo
variables que pudieron afectar al rendimiento como
de hidrógeno en su forma protonada, el cual dará
lo son la pureza de los reactivos, para lo cual podría
lugar a una reacción ácido – base con el átomo de
evaluarse la posibilidad de una etapa primera de
oxígeno, dando lugar a la molécula de ácido acético
purificación de anilina con algún tipo de agente
y estabilizar los productos. (Carey, 2006). De la
ácido (como lo es el caso del HCl), también, podría
siguiente manera:
llevarse a cabo una etapa adicional de purificación
de los productos, que comprenda la eliminación de
ácido acético, etapa que podría llevarse a cabo
empleando un compuesto como lo es la piridina.
También, se hace hincapié en las trazas pérdidas en
el material de vidrio empleado o el error humano al
Figura 6. Esquema para la Estabilización de la
molécula Final. Elaborado en ChemDraw 2.0.
momento de llevar a cabo el proceso experimental.
Conclusiones.
De esta manera, es posible inferir que la
En primera instancia, se logró determinar
mejor forma de aumentar el rendimiento de la
las etapas de un mecanismo de sustitución
reacción podría consistir en favorecer las etapas de
nucleofílica, las cuales corresponden a el ataque
ataque nucleofílico por parte de la anilina al
nucleofílico al carbono carbonílico, la ruptura
anhídrido acético, lo anterior puesto a que es
heterolítica de un enlace carbono oxígeno con la
imprescindible
evitar
cualquier
tipo
de
conformación de un intermedio inestable y
impedimento estérico a fin de favorecer el
finalmente la estabilización de los productos a
mecanismo de reacción y por ende la estabilización
través de una reacción ácido base.
y obtención de productos finales, una manera de
De la misma manera, se identificó que la
realizar
esto
podría
incluir
el
control
de
mejor manera de mejorar el rendimiento de la
temperatura, a la cual se lleva a cabo la reacción
reacción corresponde en evitar cualquier tipo de
entre la anilina y el anhídrido acético.
impedimento estérico a través de factores tales
como la temperatura de reacción y la agitación.
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Finalmente, se determinó que otros posibles
medios para mejorar el rendimiento de la reacción
¿La acetanilida puede ser obtenida por
otros reactivos? ¿Cuáles?
podrían comprender la purificación de la anilina
Si, pudiese emplearse, en lugar de
con algún agente químico como lo es el HCl, y
anhídrido acético, ácido acético como agente
también la eliminación de el ácido acético como
acilante en presencia de zinc como catalizador. De
producto de no interés a través de la adición de
la misma manera, en lugar de emplear el ácido
piridina.
acético como agente electrófilo de la reacción,
Preguntas.
podría emplearse como agente catalizador a fin de
Mecanismo de Reacción.
formar ion acetato y anhídrido acético protonado,
Primera etapa:
lo cual mejoraría el rendimiento de la reacción en
general.
Mencione algunas aplicaciones para la
acetanilida.
La acetanilida posee un amplío valor
químico y farmacéutico. Funciona como un
Segunda etapa:
precursor de alto valor para la síntesis de penicilina
(su alto valor radica en su relativa facilidad de
síntesis). De la misma manera, se emplea como
antiséptico, como colorante, intermediario en la
síntesis de otros productos químicos, de la misma
Etapa final:
forma, la acetanilida es un fuerte inhibidor del
peróxido de hidrógeno y podría emplearse en
medicina como medicamento para atenuar las
fiebres.
Referencias.
Arturo, J., & Gamba, A. (2020). Evaluación
técnica del uso del carbonato de calcio en las
9
propiedades reológicas de un fluido de
pluvisol.
perforación para un campo ubicado al norte
Veterinaria (REDVET), 1-10.
de santander.
Revista
Electrónica
de
Raymond, C. (2002). QUÍMICA. México D. F.: Mc
Carey, F. A. (2006). Química Orgánica. México D.
F.: Mc Graw - Hill Interamericana.
Graw - Hill.
Universidad Nacional del Litoral. (21 de Mayo de
Fombuena Borras, V., Cardona Navarrete, S. C., &
2019). Obtenido de Entorno Virtual UNL:
Domínguez Candela, I. (03 de 06 de 2021).
https://fbcb.web1.unl.edu.ar/laboratorios/la
Cálculo
daq/wp-
del
aire
estequiométrico
y
porcentaje de exceso en un proceso de
combustión. Obtenido de REPOSITORIO
INSTITUCIONAL
UPV:
http://hdl.handle.net/10251/167227
Kushwaha, N., Rakesh Kumar, S., & Kushwaha, S.
K. (2011). Synthesis of some Amide
derivates and their Biological activity.
International
Journal
of
ChemTech
Research, 203 - 209.
L. G. Wade, J. (2011). QUÍMICA ORGÁNICA
(Séptima ed., Vol. II). Naucalpan de Juárez:
PEARSON EDUCACIÓN.
Mc Murry, J. (2008). QUÍMICA ORGÁNICA
(Séptima ed.). México D. F.: CENGAGE
Learning.
Ramírez, J., Verdecia, D., & Leonard, I. (2008).
Rendimiento y Caracterización Química
del Pennisetum Cuba CT 169 en un suelo
content/uploads/2019/10/TP2019_1-4.pdf