Este documento describe un procedimiento experimental para sintetizar benzoato de metilo a partir de ácido benzoico y metanol usando ácido sulfúrico como catalizador. El proceso involucra la esterificación del ácido benzoico con metanol para formar el éster benzoato de metilo. El producto es purificado por extracción con éter etílico y destilación, y su identidad es confirmada mediante mediciones de índice de refracción y espectroscopía IR.

1. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de Metilo
PRÁCTICA # 5: SISTESIS DEL BENZOATO DE METILO
OBJETIVOS
Objetivo general:
Obtención de un éster (benzoato de metilo) a partir de un ácido (ácido benzoico) y
de un alcohol (alcohol metílico) según el método de esterificación de Fischer.
Objetivos Específicos:
 Obtener Benzoato de metilo a partir del ácido Benzoico y metanol anhidro.
 Separación y purificación del producto por medio de destilación a presión
atmosférica.
 Determinar el porcentaje de rendimiento del producto obtenido.
 Medir el índice de refracción al producto.
 Realizar prueba especificas para identificación de esteres.
ANTECEDENTES
 Reacciones de adición nucleofílica sobre el grupo carbonilo.
 Reacciones de adición-eliminación en grupos carbonilo.
 ¿Qué son los reactivos nucleofílicos? Orden de nucleofilicidad.
 ¿Qué son los grupos salientes?, ¿Cuáles son los más usados?, ¿Cuál es el
orden de facilidad de salida de los mismos?.
 Catálisis ácida en las reacciones de adición nucleofílica.
 Reacciones en equilibrio; cómo desplazar un equilibrio.
 Principales derivados de los ácidos carboxílicos.
 ¿Qué derivados de los ácidos carboxílicos se pueden transformar en otros
derivados?, ¿Cómo se llevan a cabo dichas transformaciones?
 ¿Cómo se puede eliminar el agua en una reacción de equilibrio?
 Diferentes rutas sintéticas para obtener los derivados de los ácidos
carboxílicos.
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2. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de Metilo
REACCIÓN A EFECTUAR Y ESTEQUIMETRIA
OH O
H2SO4
+ H3C OH + H2O
O O CH3
Acido benzoico Metanol Acido sulfúrico Benzoato de metilo
PM 122 32 98 136
Peso (g) 3 5.51 1.84 3.346
Moles 2.46 x 10-2 17.22 x 10-2 1.88 x 10-2 2.46 x 10-2
MECANISMO
Como la diferencia de electrones en el átomo de carbono del grupo carbonilo del
ácido (1) no es muy alta, o sea su electrofilia es baja, en consecuencia su reactividad es
baja. Por esta razón se emplea un catalizador ácido, para incrementar la electrofilia de dicho
grupo funcional. Dado que el ácido mineral utilizado (ácido sulfúrico) es más fuerte que el
ácido (1), se lleva a cabo una reacción de ácido-base, para formar el intermediario (2) y el
anión bisulfito. Como se puede ver, el intermediario (2) implica la formación de un grupo
carbonilo protonado, el cual se encuentra en resonancia con un carbocatión,
incrementándose así su electrofilia.
H H H
+
O: O O
+
C
O H H
O: O O
+ H O S O H
O
(1) (2)
O
-
+ O S O H
O
Así, una vez que se forma el carbocatión (2), el cual puede actuar como un
electrófilo, éste reacciona con un nucleófilo débil como el metanol, para formar un enlace
C-O y dar lugar al intermediario (3). A través de un equilibrio ácido-base se puede protonar
cualquiera de los dos grupos hidroxilos presentes en la estructura del intermediario (3), para
formar así el intermediario (4), el cual tiene dentro de su estructura agua como grupo
saliente.
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3. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de Metilo
O
H H
H O S O H
O O
O
+
C
H H
O
O + H O CH3
O
+ O
-
H O S O H
H3C
O
(2) (3)
H H
+
O
O O
H
-
O
O
+ H O S O H + O S O H
O O
H3C
(4)
Dentro del intermediario (4), cuando se rompe heterolíticamente el enlace C-O, sale
agua como grupo saliente y se forma un carbocatión el cual es estabilizado por el grupo
hidroxilo, para formar así el intermediario (5), el que es en realidad el benzoato de metilo
protonado. El éster protonado (5) se encuentra en un equilibrio ácido-base con el agua, para
formar el producto final, el benzoato de metilo (6).
H
H H +
+ O O
O
H
CH3 CH3 H H
H O +
O O O
O
O + H + H
H3C
(4) (5) (6)
Como se puede observar en el mecanismo de reacción para explicar la formación
del éster, todas las reacciones son reversibles y se establece un equilibrio, que puede
desplazarse hacia el ácido y el alcohol, en este caso las dos materias primas, lo cual sería en
realidad la reacción de hidrólisis ácida de los ésteres; o bien desplazarse hacia la formación
del éster (6).
Una manera de evitar el equilibrio o, más bien, de desplazarlo es eliminar el agua
del medio de reacción (formando un azeótropo o bien por el uso de mallas moleculares).
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4. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de Metilo
Otra estrategia es la de desplazar el equilibrio hacia la derecha poniendo el alcohol en
exceso, como es el caso del experimento que aquí se va a efectuar.
PARTE EXPERIMENTAL
MATERIAL
Matraz de fondo redondo de 50 mL 1 Anillo de hierro 1
Refrigerante para agua con mangueras 1 Probeta de 25 Ml 1
T de destilación 1 Pipeta de 10 mL 1
Colector 3 Vasos de precipitados 150 mL 2
Pinzas de tres dedos con nuez 1 Espátula 1
Embudo de tallo corto 1 Matraz Erlenmeyer de 50 mL 1
Agitador de vidrio 1 Recipiente de peltre 1
Baño con resistencia electrico 1 Embudo de separación con tapón 1
Vidrio de reloj 1 Termómetro 1
SUSTANCIAS
Cantidad Calidad
Acido benzoico 3.0 g Q.P.
Metanol absoluto 7.0 mL Q.P.
Acido sulfúrico (H2SO4) 1.0 mL Q.P.
Eter etílico 30.0 mL Q.P.
Solución de bicarbonato de sodio al 10% 30.0 mL Técnico
Sulfato de sodio anhidro 10.0 g Q.P.
PROCEDIMIENTO
Coloque en el matraz esmerilado Pasado este tiempo, enfríe la solución y
3 g de ácido benzoico y 7 mL de verifique que el pH sea ácido, lave
metanol. Enfríe la mezcla sobre hielo, y nuevamente con agua hasta pH neutro, y
adicione lenta y cuidadosamente, por las decante a un embudo de separación que
paredes del matraz, un mL de ácido contenga 10 mL de agua, verifique que la llave
sulfúrico (H2SO4) y agite. Adicione del embudo selle bien y que la temperatura de
piedras de ebullición, coloque el la mezcla de reacción sea baja (+ 10 °C), ya
refrigerante de agua en posición de que, al entrar en contacto con el agua, la
reflujo y caliente hasta tener un reflujo mezcla se puede calentar.
vigoroso, manteniendo éste durante una Extraiga dos veces la mezcla de
hora (Ver figura).
reacción con 10 mL de éter etílico cada una.
Agite, separe las fases y elimine la fase
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5. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de Metilo
acuosa. Lave la fase etérea con 5 mL de
agua y posteriormente con 5 mL de
solución de bicarbonato de sodio al 10
%. Deseche los lavados y trasvase la
fase orgánica a un Erlenmeyer de 50
mL.
Destile el disolvente a baño María, y
cuando éste haya sido totalmente eliminado
detenga la destilación 8el punto de ebullición
del benzoato de metilo es de 199 °C).
Enfríe el sistema y observe el producto
obtenido. Si no es completamente
transparente, adicione más sulfato de sodio
anhidro hasta que seque, deje reposar 3 a 5
minutos y decante a una probeta.
5 6 5 6
4 7 4 7
3 8 3 8
2 9 2 9
1 11 1 10
Séquela con sulfato de sodio
anhidro, deje reposar de 3 a 5 minutos y
decántela a un matraz esmerilado seco.
Lave el sulfato de sodio con 5 mL más
de éter y reúnalo con la fase orgánica
anterior.
5 6 5 6
4 7 4 7
8 8
3 3
2 9 2 9
1 11 1 10
Mida el volumen del benzoato de
metilo sintetizado. Calcule rendimiento. Si se
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6. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de Metilo
requiere, el producto obtenido se puede Al destilar no dejar que se seque el
purificar por destilación al vacío. matraz, porque podría romperse.
PRECAUCIONES
ESPECIALES.
Añadir el H2SO4 al disolvente y
no al revés.
Una vez agregado el ácido
sulfúrico homogeneizar bien la mezcla
para evitar que el ácido queme los
reactivos por sobre concentración local.
Manejar el H2SO4 con guantes y
en vitrina. 3
2
4
1
5 6
7
11
8
9
3
2
4
1
5 6
7
10
8
9
Tras lavar con NaOH comprobar
que la fase acuosa es neutra o básica, lo
que indica que no quedan restos de
ácido.
Añadir al matraz plato poroso
tanto al iniciar el reflujo como en la
destilación.
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7. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de Metilo
DIAGRAMA ECOLÓGICO
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8. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de Metilo
D1, D2, D3: pueden contener materia prima o producto, en este caso se recupera el
producto. Absorba la solución con carbón activado y confínelo para incineración.
Neutralice la solución deseche.
CUESTIONARIO
1. ¿Podria utilizarse ácido sulfúrico diluido?
2. Si se desea eliminar agua de la reacción para desplazar el equilibrio hacia el éster,
¿Cómo modificaria la tecnica utilizada?
3. ¿Daria buenos resultados usar ácido benzoico en exceso en vez de metanol?
4. ¿Para que extrae la fase etérea con solución de bicarbonato de sodio?
5. ¿Por qué luego de extraer con bicarbonato de sodio se debe lavar con agua hasta pH
neutro?
6. ¿Por qué se debe secar muy bien el benzoato de metilo antes de destilarlo?
7. ¿Como se deben tratar los desechos de D1 a D3?
ESPECTROS DE I.R.
a) Acido Benzoico
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9. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de Metilo
b) Metanol
c) Benzoato de metilo
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10. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de Metilo
BIBLIOGRAFÍA
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3. March, J. Advanced Organic Chemistry Reactions, Mechanisms and Structure, 4ª. Ed.,
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8. Vogel, A.I., Elementary Practical Organic Chemistry, Part I, Small Scale Preparation,
2ª. Ed., Longman Londres, Inglaterra, 1970, pp. 263-265.
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11. Practica # 6 Síntesis del Benzoato de
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