Sintesi e purificazione esteri

PREPARAZIONE DELL'ACETATO DI ETILE.
Scrivere la reazione:
Occorrente:
alcool etilico a 95°, acido acetico, acido solforico al 96%(m/m);
termomanto, pinza, morsetto, pallone di vetro, refrigerante a bolle, sostegno con asta,
un cilindro da 50 ml ed un becher piccolo per l’alcool, un cilindro da 100 ml ed un becher
piccolo per l’acido acetico, un contagocce ed un becher piccolo per l’acido solforico.
Procedimento:
dopo aver misurato 25 ml di alcool etilico con il cilindro da 50 ml e 75 ml di acido
acetico con il cilindro da 100 ml introdurre i due reagenti nel pallone di vetro;
aggiungere nel pallone 1 ml di acido solforico (1 ml corrisponde all’incirca ad 1
contagocce; per una misurazione più precisa si può utilizzare una pipetta da 1 ml);
agitare fino ad avere un miscuglio omogeneo;
introdurre il pallone nel termomanto, collegare il pallone ad un refrigerante a bolle e
fissare il refrigerante a bolle al sostegno con asta mediante pinza e morsetto;
–
collegare il refrigerante a bolle al rubinetto, aprire l’acqua in modo da farla
circolare nel refrigerante e riscaldare all’ebollizione.
PURIFICAZIONE DELL’ACETATO DI ETILE.
L’estere deve essere separato dall’acido solforico usato per catalizzare la reazione nonché
dall’acido acetico e dall’alcool etilico non reagiti.
Occorrente.
Termomanto, refrigerante a canna saldata, raccordo, termometro, beuta per
raccogliere il distillato, becher per bagno di ghiaccio, imbuto separatore, sostegno
con asta, anello e morsetto.
Soluzione satura di bicarbonato di sodio, acqua deionizzata, ghiaccio, solfato di
sodio anidro.
Procedimento.
Introdurre il pallone di vetro contenente l’estere da purificare nel termomanto e
collegare il pallone al refrigrenabte mediante il raccordo; innestare il termometro
sul raccordo.
Accendere il termomanto e procedere alla distillazione: bisogna raccogliere il
liquido che distilla alla temperatura di circa 80 °C (la temperatura di ebollizione
dell’acetato di etile è pari a 77 °C). La beuta di raccolta del distillato deve essere
immersa nel bagno di ghiaccio.
Terminata la distillazione, trasferire il distillato nell’imbuto separatore e lavare con
50 ml di soluzione di bicarbonato: introdurre cautamente nell’imbuto la soluzione di
bicarbonato ed agitare con prudenza senza tappare. Quando termina lo sviluppo di
gas (anidride carbonica) si può tappare e continuare ad agitare: di tanto in tanto è
necessario interrompere l’agitazione e, dopo aver rivolto l’imbuto vero l’alto, aprire
il rubinetto per favorire la fuoriuscita dei vapori.
Collegare l’anello ad un sostegno mediante il morsetto; introdurre l’imbuto
nell’anello, togliere il tappo e aprire il rubinetto per far uscire il liquido e separare
la fase acquosa (quella inferiore in quanto è la più densa) dalla fase organica
costituita principalmente l’estere.
(La fase acquosa, nella quale sono disciolti l’acido solforico e una parte dell’acido
acetico e dell’alcool etilico, può essere scartata mentre la fase organica, rimasta
nell’imbuto separatore, sarà sottoposta ad ulteriori trattamenti).
Introdurre nell’imbuto altri 50 ml di soluzione di bicarbonato e ripetere il lavaggio e
la separazione.
Introdurre nell’imbuto 50 ml di acqua deionizzata e procedere al lavaggio agitando
e sfiatando; separare la fase acquosa e la fase organica.
Trasferire l’estere in una beuta: è presumibile che il liquido sia torbido perché
nell’estere sono disperse minute gocce di acqua (emulsione); per eliminare l’acqua
aggiungere 4 grammi di solfato di sodio anidro ed agitare.
Filtrare per separare il solfato di sodio, che ha assorbito l’acqua,
dall’estere: si deve ottenere un liquido limpido.
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PREPARAZIONE DELL'ACETATO DI n-PENTILE (n-AMILE) e DELL'ACETATO di
ISOPENTILE (ISOAMILE).
Scrivere le reazioni:
Occorrente:
alcool n-pentilico (n-amilico, 1-pentanolo) oppure alcool isopentilico (alcool isoamilico,
3-metil-1-butanolo), acido acetico, acido solforico al 96%(m/m)
termomanto, pinza, morsetto, pallone di vetro, refrigerante a bolle, sostegno con asta,
un cilindro da 50 ml ed un becher piccolo per l’alcool, un cilindro da 50 ml ed un becher
piccolo per l’acido acetico, un cilindro da 10 ml ed un becher piccolo per l’acido
solforico.
Procedimento:
misurare con un cilindro 30 ml di alcool, misurare con il secondo cilindro 40 ml di acido
acetico e quindi introdurre i due reagenti nel pallone di vetro;
misurare 8 ml di acido solforico utilizzando il cilindro da 10 ml ed introdurre tale acido,
cautamente, poco alla volta ed agitando tra un’aggiunta e l’altra, nel pallone di vetro
(attenzione: l’aggiunta di acido solforico al miscuglio di alcool e acido acetico
determina sviluppo di calore);
agitare fino ad avere un miscuglio omogeneo;
introdurre il pallone nel termomanto, collegare il pallone ad un refrigerante a bolle e
fissare il refrigerante a bolle al sostegno con asta mediante pinza e morsetto;
collegare il refrigerante a bolle al rubinetto, aprire l’acqua in modo da farla circolare
nel refrigerante e riscaldare all’ebollizione.
PURIFICAZIONE DELL'ACETATO DI n-PENTILE (n-AMILE) e DELL'ACETATO di
ISOPENTILE (ISOAMILE).
L’estere deve essere separato dall’acido solforico usato per catalizzare la reazione nonché
dall’acido acetico e dall’alcool isoamilico non reagiti.
Occorrente.
Sostegno con asta, anello con morsetto, imbuto separatore, becher, beuta.
Soluzione di bicarbonato di sodio, solfato di sodio anidro, acqua deionizzata.
Procedimento.
Trasferire il miscuglio liquido dal pallone di vetro in un imbuto separatore e aggiungere
con cautela 100 ml di acqua; risciacquare il pallone con 20 ml di acqua e trasferire nell’imbuto
separatore.
Tappare l’imbuto ed agitare: è necessario di tanto in tanto interrompere l’agitazione
e, dopo aver rivolto l’imbuto verso l’alto, aprire cautamente il rubinetto per
permettere la fuoriuscita dei vapori.
Collegare l’anello ad un sostegno mediante il morsetto; introdurre l’imbuto
nell’anello, togliere il tappo e aprire il rubinetto per far uscire il liquido e separare
la fase acquosa (quella inferiore in quanto è la più densa) dalla fase organica
costituita principalmente l’estere.
(La fase acquosa, nella quale sono disciolti l’acido solforico e una parte dell’acido
butirrico e dell’alcool etilico, può essere scartata mentre la fase organica, rimasta
nell’imbuto separatore, sarà sottoposta ad ulteriori trattamenti).
Aggiungere cautamente 50 ml di soluzione satura di bicarbonato di sodio nella fase
organica: agitare con prudenza senza tappare fin quando non termina lo sviluppo
di gas (anidride carbonica); tappare e agitare con prudenza: di tanto in tanto, dopo
aver rivolto l’imbuto verso l’alto, aprire con cautela il rubinetto per far sfiatare i
vapori.
Separare lo strato acquoso da quello organico; introdurre altri 50 ml di soluzione di
bicarbonato di sodio e ripetere le stesse operazioni di prima (agitare sfiatando di
tanto in tanto, separare lo strato acquoso da quello organico). Lo fase acquosa viene
scartata.
Lavare la fase organica aggiungendo 50 ml di acqua nell’imbuto ed agitando;
procedere alla separazione delle due fasi liquide.
Trasferire l’estere in una beuta: è presumibile che il liquido sia torbido perché
nell’estere sono disperse minute gocce di acqua (emulsione); per eliminare l’acqua
aggiungere 4 grammi di solfato di sodio anidro ed agitare.
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-
Filtrare per separare il solfato di sodio, che ha assorbito l’acqua, dall’estere: si deve
ottenere un liquido limpido.
PREPARAZIONE DELL’ACIDO ACETILSALICILICO.
Scrivere la reazione
Occorrente:
acido salicilico, anidride acetica, acido solforico al 96 %(m/m);
beuta da 125 ml, cilindro da 10 ml e becher piccolo per l’anidride acetica, contagocce e
becher piccolo per l’acido solforico, becher per bagno di vapore, treppiede e reticella,
becher per bagno di ghiaccio, pinza e morsetto, sostegno con asta.
Procedimento:
posizionare un becher con dell’acqua su una reticella sostenuta da un treppiede e
scaldare per preparare il bagno di vapore
pesare 4 g di acido salicilico nella beuta da 125 ml;
misurare mediante il cilindro 10 ml di anidride acetica ed introdurli nella beuta che
contiene l’acido salicilico;
aggiungere nella stessa beuta 10 gocce di acido solforico al 96% e agitare fino a dissoluzione
completa dell’acido salicilico; fissare la beuta all’asta mediante pinza e morsetto in modo da poter
riscaldare con il bagno di vapore e scaldare per 10-15 minuti;
–
-
lasciar raffreddare per qualche minuto e quindi raffreddare fortemente introducendo la
beuta nel bagno di ghiaccio: in questa fase si potrebbe osservare la formazione dei
primi cristalli di acido acetilsalicilico.
PURIFICAZIONE DELL’ACIDO ACETILSALICILICO.
Al termine della fase di preparazione nella beuta sono presenti più sostanze: il prodotto di
nostro interesse cioè l’acido acetilsalicilico, il catalizzatore cioè l’acido solforico, il polimero
(poliestere) che si forma per reazione tra le molecole di acido salicilico, una certa quantità di
anidride acetica e di acido salicilico. L’obiettivo è quello di separare l’acido acetilsalicilico
dalle altre sostanze.
Occorrente.
2 beute codate, imbuto di Büchner, carta da filtro, becher piccoli e grandi, pompa
aspirante, bacchetta di vetro
soluzione satura di bicarbonato di sodio, soluzione concentrata di acido solforico,
acqua deionizzata e ghiaccio, soluzione di cloruro ferrico.
Procedimento.
Montare un imbuto di su una beuta codata, collegare la beuta codata alla pompa
aspirante.
Introdurre nella beuta 50 ml di acqua deionizzata, trasferire nell’imbuto di Büchner,
con l’ausilio di una bacchetta di vetro, la sospensione e filtrare per aspirazione;
sciacquare più volte, ma con piccole quantità di acqua, la beuta, fino ad avere tutto
il solido sul filtro.
Lavare più volte i cristalli presenti sul filtro mediante acqua fredda continuando ad
aspirare; dopo l’ultimo risciacquo aspirare ancora per qualche tempo finché i
cristalli non siano privi di solvente.
Prelevare una piccola porzione di solido e sottoporla al test del cloruro ferrico per
verificare se è ancora presente dell’acido salicilico non reagito: una eventuale
risposta positiva ci dice che, nonostante i lavaggi effettuati, esso è ancora presente.
(N.B. L’acido salicilico, a differenza dell’acido acetilsalicilico, contiene un ossidrile
legato all’anello aromatico: è dunque un fenolo e quindi dà risposta positiva al test
del cloruro ferrico).
Trasferire in un becher da 250 ml il solido raccolto sul filtro e aggiungere poco alla
volta 50 ml di soluzione satura di bicarbonato di sodio; agitare fino a scomparsa
dello schiumeggiamento (la formazione di schiuma è dovuta alla reazione tra l’acido
acetilsalicilico e lo ione bicarbonato che determina sviluppo di anidride carbonica
gassosa; la stessa reazione avviene quando si introduce in acqua l’aspirina
effervescente). In questa fase l’acido acetilsalicilico passa in soluzione mentre il
polimero, insolubile, rimane solido.
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Filtrare per aspirazione mediante l’imbuto di Büchner: tutto il polimero rimane sul
filtro.
Lavare con 10 ml di acqua il becher e l’imbuto di Büchner e trasferire il filtrato (che
contiene l’acido salicilico disciolto nonché il bicarbonato) in un becher da 250 ml.
Aggiungere al filtrato, cautamente, mediante piccole aggiunte successive, una
soluzione diluita di acido cloridrico precedentemente preparata mescolando in un
becher 20 ml di acqua deionizzata e 7 ml di acido cloridrico concentrato: in questa
fase si verifica formazione di anidride carbonica e quindi di schiuma ma soprattutto
avviene la precipitazione dell’acido acetilsalicilico.
Filtrare la sospensione appena ottenuta su imbuto di Büchner; lavare il solido con
acqua ghiacciata e aspirare.
Prelevare un piccolo campione e sottoporlo al test del cloruro ferrico.
REAZIONI.
L'acido acetilsalicilico è poco solubile in acqua. Se introduciamo dell'acido acetilsalicilico
nell'acqua, esso si discioglierà solo in minima parte (reazione 1) ed essendo un acido debole,
disciogliendosi, si dissocerà parzialmente (reazione 2).
-
Se ad una soluzione acquosa di acido acetilsalicilico si aggiunge una soluzione di bicarbonato
+
−
di sodio, NaHCO3 (aq) → Na + HCO3 , si fa avvenire la reazione 3.
3)
−
+
HCO3 + H
→ H O + CO
2
2(gas)
←
La reazione 3) provoca lo spostamento verso destra dell'equilibrio 2) e, di conseguenza, anche
dell'equilibrio 1) (per giustificare a livello teorico questo fatto: Principio dell'equilibrio
−
NaHCO3 , e quindi di
HCO3 , è possibile
mobile). Se si lavora con un eccesso di
determinare il completo spostamento verso destra dell'equilibrio 2) e quindi anche
dell'equilibrio 1) cioè si può provocare la dissoluzione completa dell'acido salicilico che passa
in soluzione sotto forma di ione acetilsalicilato.
Per riottenere l'acido acetilsalicilico solido, dopo averlo separato dal polimero, bisogna
aggiungere alla soluzione di acetilsalicilato una soluzione acquosa di acido cloridrico,
+
−
HCl(aq) → H + Cl . L'introduzione di H+ determina lo spostamento dell'equilibrio 2), e
di conseguenza dell'equilibrio 1), verso sinistra (Principio dell'equilibrio mobile): se la quantità
di HCl, e quindi di H+ , aggiunta alla soluzione di acetilsalicilato è sufficientemente elevata,
l'acetilsalicilato si trasforma completamente in acido acetilsalicilico.
Durante questa fase si verifica anche sviluppo di un gas, più precisamente di anidride
carbonica: nella soluzione che contiene lo ione acetilsalicilato è presente infatti anche lo ione
bicarbonato che reagisce con gli ioni idrogeno secondo la reazione 3).
La formazione contemporanea di un solido e di un gas fa sì che, invece di originarsi dei
cristalli più o meno grandi di acido acetilsalicilico, si formi una schiuma.
BIBLIOGRAFIA
Pavia-Lampman-Kriz
A. Danieli
Roberts-Gilbert-Martin
Vogel
Hart-Craine
Il laboratorio di chimica organica
Ed. SORBONA Milano
Laboratorio di chimica organica e bio-organica Ed. HOEPLI
Chimica organica sperimentale
Ed. ZANICHELLI
Chimica organica pratica
Casa Editrice Ambrosiana
Laboratorio di chimica organica
Ed. Zanichelli
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