Esterificación de Fischer

OBJETIVOS
• Preparar acetato de etilo a partir de ácido acético y alcohol etílico en presencia de ácido sulfúrico
como catalizador, por el procedimiento de Fischer.
• Calcular el rendimiento de la reacción de esterificación.
INTRODUCCIÓN
Los ácidos carboxílicos se convierten directamente en ésteres mediante la esterificación de Fischer, al
reaccionar con un alcohol en presencia de un poco de ácido mineral, por lo general ácido sulfúrico
concentrado o cloruro de hidrógeno seco. Esta reacción es reversible y alcanza el equilibrio cuando aun
quedan cantidades apreciables de reactivo.
H2SO4
R−C−OH + OH−R' R−C−O−R' + H2O
El mecanismo es una sustitución nucleofílica de acilo, catalizada por un ácido, debido a que el grupo
carbonilo de un ácido carboxílico, no es lo suficientemente electrófilo para ser atacado por un alcohol; el
catalizador ácido protona el grupo carbonilo y lo activa hacia el ataque nucleofílico. La pérdida de un protón
forma el hidrato de un éster.
:O: :O+−H O−H O−H O−H O
R−C−OH + H+ R− C −O−H R−C=O+−H R−C+−O−H R−C−O−H R−C−O−H + H+
H−O−R' H−O+−R O−R'
hidrato de éster
La pérdida de agua del hidrato del éster, se lleva a cabo mediante el mecanismo que la pérdida del hidrato de
una cetona. La protonación de los grupos de hidroxilo permite que se elimine como agua, formando un catión
estabilizado por resonancia. La pérdida de un protón del segundo grupo hidroxilo forma el éster.
OH H−O+−H O+−H OH OH O
R− C−O−H + H+ R−C−O−H H2O + R−C R−C+ R−C R−C−O−R' + H3O+
O−R' O−R' O−R' O−R' O+R'
hidrato éster
La esterificación de Fischer es una reacción de equilibrio y las constantes de equilibrio típica no son muy
grande (aproximadamente igual a 4). Pero cuando se emplean alcoholes secundarios o terciarios la constante
de equilibrio disminuye más aún. Por lo tanto, la presencia de grupos voluminosos próximos al lugar de la
reacción, en el alcohol o en el ácido, disminuye la velocidad de esterificación (y la reacción inversa; la
hidrólisis).
Se puede favorecer la esterficación hacia la derecha ya sea usando un exceso de uno de los recativos o
eliminando uno de los productos. Por ejemplo, en la formación de esteres etílicos se emplea con frecuencia
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etanol en exceso para impulsar el equilibrio tan lejos como sea posible hacia el lado del éster. También se
puede eliminar agua ya sea por destilación, o por adición de un deshidratante, como el sulfato de magnesio o
cristales de zeolita deshidratada.
Debido a los inconvenientes para favorecer la esterificación de Fischer hasta su terminación, con frecuencia se
prefiere la reacción de un cloruro de ácido con un alcohol para la síntesis de los ésteres en el laboratorio. La
esterificación de Fischer normalmente se utiliza en la industria, donde las técnicas mencionadas arriba dan
buenos rendimientos de productos.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Se colocan 15 ml. de Ácido Acético y 8.5 ml. de alcohol isoamílico en un balón de 100 ml., se agregan 5 ml.
de Ácido Sulfúrico concentrado y se añaden perlas de ebullición
Se le adapta un refrigerante Alhing (a bola) sobre el balón y reflujar la mezcla durante 1 hora, ver figura 1. Al
finalizar, se enfría el balón en agua y luego en hielo y el montaje se modifica para hacer una destilación.
Verter el contenido del balón a 40 ml de agua fría destilda y transferir esta mezcla a un embudo de separación,
si no ocurre la separación de la dos fases añadir una porción de cloruro de sodio y agitar. Separar la fase
orgánica.
Lavar esta fase con 15 ml de bicarbonato de sodio al 5 %, repetir el procedimiento y chequear si la capa
acuosa tiene Ph ligeramente alcalino o neutra. De no ser así repetir con una última extracción.
Lavar ahora la capa orgánica con agua destilada y separe la capa orgánica colocándola en un erlenmeyer,
añadir 1 o 2 gr de sulfato de magnesio y agite ocasionalmente. Filtrar la mezcla y tomar la fase orgánica en un
balón de destilación de 50 ml y agregar perlas de ebullición.
Destilar el éster como el montaje de la figura 2, hasta que quede poco residuo en el balón. Medir el volumen
del destilado y anotar.
OBSERVACIONES EXPERIMENTALES
Al añadir el ácido sulfúrico se observó un color amarillento en la mezcla y ésta se puso
caliente.
Al empezar a calentar la mezcla se tornó rojo remolacha y a los 10 minutos se presenció gases en la columna
de reflujo.
Después de reflujar durante una hora y agregarle agua destilada se observó dos capas una verde oliva en la
parte superior y otra rosado pálido en la parte inferior, siendo ésta la capa acuosa. Al agregar bicarbonato de
sodio continuaron las dos capas y se observó el burbujeo del dióxido de carbono, se probó la alcalinidad y se
tuvo que hacer una segunda extracción hasta obtener un pH ligeramente alcalino.
Cuando se agrega agua destilada a la capa orgánica ya lavada con la solución de bicarbonato de sodio se
forma nuevamente dos capas, una incolora en la parte inferior y otra amarillo ocre en la parte superior, para
acelerar este proceso de separación fue necesario añadir agua con sal.
Al añadir el sulfato de magnesio anhidro se formó un pegoste en el fondo y se separó por decantación la
solución a destilar, inicialmente esta solución presentaba un color amarillo claro.
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El destilado tuvo una temperatura de ebullición de 90 ºC, luego la temperatura bajó a 84 ºC y finalmente subió
a 97 ºC , se recogió un destilado de 3 ml y este tenía un aspecto incoloro.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
La reacción involucrada en el proceso de formación del acetato isoamílico, es la siguiente:
O OH CH3 O CH3
CH3− C −OH + CH2−CH2−CH−CH3 CH3− C −O−CH2−CH2−CH + H2O
CH3
Acido acético 3metil−1butanol Acetato isoamílico
Por ser una reacción de equilibrio se puede aplicar el principio de Le Chatelier agregando un exceso de unos
de los reactivos (ácido acético, en este caso) para que el equilibrio se desplace hacia la formación del éster que
es lo que se busca. Aplicando el mismo principio se justifica la técnica del reflujo, pues si observamos que el
agua es la que tiene menor punto de ebullición, respecto a los demás compuestos, por lo tanto al evaporarse
del medio se contribuye más aún el desplazamiento del equilibrio hacia a la derecha.
La formación de dos fases en el balón en el proceso de reflujo es lógico pues la reacción de esterificación
implica la formación de agua, que no es compatible con el acetato por lo que entonces se forman dichas fases;
una inferior donde se encuentran el ácido acético, el ácido sulfúrico y el alcohol. Y en la fase superior se
encontrará la fase formada por el acetato isoamílico y ciertas impurezas de agua y ácido. El arreglo de las
capas de esa forma se debe a las diferentes densidades de compuestos involucrados.
Esto explica también el comportamiento que ocurre en el embudo de separación y es de este fenómeno de que
nos valemos para poder separar la capa orgánica de la acuosa. Sin embargo como en la capa acuosa pueden
quedar remanentes del ácido acético se hace su extracción con la solución de bicarbonato de sodio formando
así este una sal aniónica soluble en agua más dióxido de carbono que es el que forma las burbujas en el
proceso de lavado. La gran cantidad de burbujeo en la primera extracción denota que en la capa orgánica
existía una alta concentración de ácido acético, por lo que se hace más importante aún el lavado con agua
posterior al hecho con la solución de bicarbonato de sodio para asegurar que la sal del ácido formada es
extraída en su mayoría.
El olor a cambur del acetato isoamílico, es una característica predominante que poseen los ésteres. Los ésteres
son compuestos distribuidos en la naturaleza que se encargan de dar el olor y sabor característicos de frutas y
flores; aunque no siempre están presente de manera tan sencilla sino una mezcla compleja pero con el grupo
funcional del éster presente.
Después de destilar se obtuvo 3 ml. de acetato isoamílico, obteniendo un rendimiento de: кCOH = 0.8129
g/ml
кCAc. .isoamilíco= 0.8670 g/ml
Necesito saber los moles de alcohol porque la reacción es 1:1:
moles OH= 0.8129g/ml . 8.5 ml= 6.910 g (1mol/88.15 g)= 0.0784 mol
Los moles de acetato isoamílico obtenidos fueron:
3
moles acetato = 0.8670 g/mol .3ml= 2.601 g (1mol/130.19)=0.0200 mol
Este rendimiento se le atribuye a que la reacción es reversible y a pesar de que se agregó ácido acético en
exceso para favorecer la formación de éster, no se evaporó suficiente cantidad de agua y esto movió el
equilibrio hacia el lado no deseado. Para mejorar esto habría que reflujar por más tiempo para que se evapore
todo el agua que se forma en la reacción y desfavorecer que se mueva el equilibrio hacia la izquierda.
BIBLIOGRAFÍA
• Wade L. Química Orgánica. 2º edición. Prentice−Hall Hispanoamericana, S.A. México 1993. Pp. 970−971
• Pavia , D., LAMPMAN, G Yy otros, Introducción to Organic Laboratory Techniques a Microscale
Aproach. Saunders Golden Sunburst Series. United State of america. 1990, pp. 85−86.
• Dean, Jonh, Lange Manual de Química. 1º edición en español. Tomo III. McGraw−Hill. México 1990.
CONCLUSIONES
• Se sintetizó el acetato isoamilíco, a partir de un alcohol isoamílico y ácido acético por el mecanismo
de esterificación de Fischer.
• La reacción de esterificación de Fischer implica un equilibrio por lo que el rendimiento resultó bajo.
• Se puede lograr mover el equilibrio hacia el producto deseado con colocar en exceso uno de los
reactivos y con el proceso de reflujo se ayuda a desplazar el equilibrio debido al principio de Le
Chatelier.
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