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Reporte 3 de práctica (beta-nerolina)
Tipo: Exámenes
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Síntesis de éteres (β-nerolina) Facultad de estudios superiores Cuautitlán Universidad Nacional Autónoma de México Química orgánica II Ingeniería química Equipo 10 Álvaro Montejo Carlos Daniel Corona Rojas Alejandro Montes Martínez Diana Laura
Realizar la síntesis del éter aromático β- Nerolina mediante una reacción de sustitución nucleofílica entre β-naftol y metanol en medio ácido, con el fin de comprender los principios químicos involucrados en la formación de enlaces éter, aplicar técnicas de purificación y caracterización del producto, y evaluar el rendimiento de la reacción en función de los parámetros estequiométricos y experimentales.
2.2.1 Comprender el mecanismo de reacción involucrado en la formación de éteres aromáticos mediante sustitución nucleofílica en medio ácido. 2.2.2 Aplicar técnicas de síntesis orgánica como el reflujo y la activación de reactivos para favorecer la formación del enlace éter entre β-naftol y metanol. 2.2.3 Realizar cálculos estequiométricos precisos para determinar el reactivo limitante, el rendimiento teórico y el rendimiento porcentual de la reacción. 2.2.4 Ejecutar procedimientos de purificación como lavado con soluciones básicas y recristalización, con el fin de aislar el producto deseado (β-Nerolina) en estado sólido. 2.2.5 Identificar y caracterizar el producto obtenido mediante la determinación de su punto de fusión y comparación con valores teóricos, como evidencia de la correcta síntesis del éter. 2.2.6 Analizar las ventajas y limitaciones del método de síntesis empleado, tanto a nivel de laboratorio como en su posible aplicación industrial.
La síntesis de éteres aromáticos es una estrategia clave en la química orgánica, gracias a la gran variedad de aplicaciones que tienen estos compuestos en las industrias farmacéutica, cosmética y de fragancias. En este estudio, se presenta la obtención de β- nerolina a través de una reacción de sustitución nucleofílica entre β-naftol y metanol en un medio ácido, utilizando ácido sulfúrico como catalizador. El proceso experimental incluyó un reflujo controlado, seguido de varias etapas de purificación mediante lavados básicos y recristalización. Para caracterizar el producto, se determinó su punto de fusión, el cual coincidió de manera muy cercana con el valor teórico que se encuentra en la literatura, confirmando así la identidad del éter sintetizado.
β-nerolina; éteres aromáticos; síntesis orgánica; sustitución nucleofílica; β-naftol; caracterización; punto de fusión; rendimiento de reacción.
Los éteres aromáticos constituyen una categoría de compuestos de notable relevancia en la química orgánica, ya que combinan una estabilidad estructural con propiedades fisicoquímicas que los hacen valiosos para la síntesis de intermediarios, productos naturales y sustancias de interés industrial. Entre estos compuestos, la β- nerolina se destaca como un derivado éter del β-naftol, con aplicaciones en la industria de fragancias y un potencial uso como intermediario en síntesis orgánica. El método tradicional para la preparación de este tipo de compuestos se basa en la
reacción de sustitución nucleofílica bimolecular (SN^2 ), en la que un fenol o naftol reacciona con un agente alquilante en presencia de un catalizador ácido. En este contexto, el metanol actúa como agente metilante, mientras que el ácido sulfúrico promueve la activación del alcohol, facilitando así el ataque nucleofílico del oxígeno fenólico del β-naftol. La importancia de este experimento no solo radica en la obtención del producto, sino también en la comprensión de los fundamentos de los mecanismos de la reacción, la aplicación de técnicas de síntesis como el reflujo y la recristalización, así como en el análisis crítico de parámetros como el rendimiento y la pureza del producto. A través de la determinación del punto de fusión y la comparación con valores de referencia, se puede confirmar la identidad del compuesto y evaluar la eficiencia global del procedimiento.
En un matraz de bola de 125 mL, se adicionan 0.5 g de β-naftol, 2.5 mL de metanol y 0.5 mL. se realizó el montaje del equipo y la mezcla reactiva se refluyó por una hora, posteriormente se precipitó añadiendo 10 mL de agua helada para luego ser filtrado al vacío realizando lavados con agua helada en dos ocasiones para finalmente realizar uno último con NaOH al 10 %. Los cristales resultantes se dejaron secar al aire por una semana y se realizó la caracterización del producto mediante una determinación del punto de fusión y se calculó el porcentaje de rendimiento de la reacción para evaluar la eficiencia del proceso.
Tabla 1. Resultados experimentales Fig. 1. Apariencia del producto seco Cálculos estequiométricos Ecuación global 𝑪𝟏𝟎𝑯𝟕𝑶𝑯 + 𝑪𝑯𝟑𝑶𝑯 ⟶ 𝑪𝟏𝟎𝑯𝟕𝑶𝑪𝑯𝟑 + 𝑯𝟐𝑶 𝒏𝜷−𝒏𝒆𝒓𝒐𝒍𝒊𝒏𝒂 =
𝒎𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒂 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟑𝟒𝟕 𝒎𝒐𝒍 ∗ 𝟏𝟓𝟖. 𝟐𝒈/𝒎𝒐𝒍 = 𝟎. 𝟓𝟒𝟖𝟗𝟓 𝒈 Rendimiento %𝑹 =
Punto de fusión 𝑷𝒇 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 = 𝟕𝟏 °𝑪 𝑷𝒇 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍 = 𝟕𝟎 − 𝟕𝟐 °𝑪
8.1 Observaciones experimentales
activación transforma el carbono del metanol en un sitio electrofílico, lo que lo hace susceptible al ataque de nucleófilos. Ataque nucleofílico del β-naftol. Fig. 6. Estructuras resonantes del fenol y mecanismo de como se lleva a cabo el ataque electrofílico Para que se llevara a cabo el ataque nucleofílico fue necesario el sustituyente ya que sin ella no se llevaría a cabo la reacción como podemos ver en la imagen existe una diferencia entre el benceno y el benceno sustituido, entonces eso, explica el por qué el B-Naftol es más reactivo que el naftaleno, en otras palabras, el grupo OH activa el grupo aromático por resonancia con el cual hace más fácil la sustitución electrofílica. Por otro lado, es importante mencionar que la protonación del alcohol CH 3 OH es un proceso termodinámico esto porque: ➢ Se ve favorecida por el equilibrio químico en medio ácido. ➢ Forma un ion oxonio relativamente estable. ➢ Disminuye la energía libre del sistema. ➢ Permite que la reacción avance hacia productos más estables (por ejemplo, facilitando la formación de un carbocatión o eliminando agua). Fig. 7. Transformación del carbono del metanol en un sitio electrofílico En términos de energía esto significa que es un proceso en el que la energía de LUMO disminuye debido a la protonación del alcohol, de igual manera el ácido sulfúrico (𝐻 2 𝑆𝑂 4 ) funciono como catalizador. Debido a que no se genera un ion carbenio, a este proceso se le conoce como un proceso concertado con la cual hace que sea una reacción de tipo SN2. El oxígeno del β-naftol, que posee un par de electrones libres, actúa como nucleófilo y ataca al carbono metílico activado del metanol siguiendo un mecanismo SN2. Durante este ataque, se expulsa el grupo saliente, formando un intermediario oxonio que se une al anillo fenólico y al grupo metilo. Desprotonación y regeneración del ácido El intermediario oxonio pierde un protón, generalmente a través del ion sulfato (HSO₄⁻) o agua, lo que restaura la neutralidad del éter formado (la β-nerolina). Al mismo tiempo, el ácido sulfúrico se regenera, confirmando su función como catalizador en este proceso.
La síntesis de β-nerolina a partir de β-naftol y metanol en un medio ácido se realizó con éxito, obteniendo un producto cuya pureza fue verificada a través de la determinación del punto de fusión, en estrecha concordancia con los valores reportados en la literatura. Además, los métodos de purificación aplicados demostraron ser eficaces para eliminar impurezas, asegurando la obtención de un sólido con características fisicoquímicas que son consistentes con las de la β-nerolina. Los resultados permiten concluir que la metodología utilizada es adecuada para la síntesis de éteres aromáticos, al mismo
tiempo que resalta la importancia del control experimental y la optimización de condiciones para mejorar la eficiencia y el rendimiento de la reacción.
➢ Selvaraj, M., Pandurangan, A., Seshadri, K. S., & Sinha, P. K. (2003). Synthesis of ethyl β-naphthyl ether (neroline) using SO₄²⁻/Al-MCM- 41 mesoporous molecular sieves. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 192(1–2), 153 – 170. https://doi.org/10.1016/S1381- 1169(02)00414- 4 ➢ National Center for Biotechnology Information (NCBI). (2023). 2 - Methoxynaphthalene (nerolin). PubChem Compound Summary. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/co mpound/2-Methoxynaphthalene ➢ Google Patents. (2017). A kind of process method for continuous preparation of β-naphthyl methyl ether (CN106831360B). https://patents.google.com/patent/CN 106831360B/en ➢ Tokyo Chemical Industry (TCI). (2023). 2-Methoxynaphthalene (CAS 93 - 04 - 9). https://www.tcichemicals.com/EN/cat alog/M