SÍNTESIS DE LA ACETANILIDA Y p-BROMOACETANILIDA


1. Datos, calculos y resultados

La síntesis de la acetanilida se llevó a cabo mediante la reacción de una amina primaria (anilina) en principio con HCl (ac), formando la sal clorohidrato de anilina; la cual reacciona con una mezcla acetilante de acetato de sodio trihidratado y anhidrido acético. Después de obtener la acetanilida, se procedió a la bromación en medio acido (acido acético), el cual también se utilizó para disolver los cristales del producto inicial. Los datos de las sustancias se encuentran en la tabla 1 y 2.

Tabla 1. Datos de sustancias en la preparación de la acetanilida

Sustancia | Cantidad |
Anilina | 0.3 mL |
HCl | 6 gotas |
Anhídrido acético | 0.45 mL |
Acetanilida | 0.1080 g |

Tabla 2. Datos de las sustancias utilizadas en la preparación de la p-bromoacetanilida

Sustancia | Cantidad |
Acetanilida | 0.0819 |
Acido acético glacial | 16 gotas |
Bromo-acido acético | 12 gotas |
p-bromoacetanilida | 0.1269 g |

Para cada uno de los productos anteriores se les realizó la caracterización física de punto de fusión y se calculó el porcentaje de rendimiento de acuerdo al reactivo límite en cada proceso. Los datos se encuentran registrados en la tabla 3.

Para la acetanilida:

0.0003 L C6H7N × 1.0217 g C6H7N10-3 L C6H7N × 1 mol C6H7N93.13 g C6H7N × 1 molC9H8NO1 mol C6H7N× 137.17 g C9H8NO 1 mol C9H8NO=0.4448 g C9H8NO

%Rendimiento=0,10800,4448x100=24.2%

Para el producto bromado p-bromoacetanilida:

0.0818 g C8H9NO x 1 mol C8H9NO135.1641 g C8H9NO x 1 mol C8H8NOBr1 mol C8H9NO x 214,0529 g C8H8NOBr1 mol C8H8NOBr=0,12971 g p-C8H8NOBr
%Rendimiento=0,126910,12971x100=97,84%

Tabla 3. Datos de punto de fusión y % de rendimiento de los productos obtenidos en la síntesis

Sustancia | % rendimiento | Punto de fusión oC (experimental) | Punto de oC fusión (teórico) |
Acetanilida | 24.20 | 112.7-112.9 | 113-115 |
p-bromoacetanilida | 97.84 | 163.6-164.0 | 164-167 |

La formación de la acetanilida se inició con la reacción de la anilina con una mezcla de acido clorhídrico en agua mas carbón decolorante, el cual después de la purificación se obtiene una solución incolora el clorato de anilina.
Posteriormente a la solución obtenida se le adiciono anhídrido acético y una solución de acetato de sodio trihidratado. Inmediatamente después de la adición del acetato de sodio trihidratado precipitaron los cristales blancos y brillantes de acetanilida. Al obtener el producto se midió el punto de fusión (tabla 3), el cual es bastante similar al valor teórico reportado en la literatura.

Para la bromación de la acetanilida procedió inicialmente con su disolución en acido acético. Una vez disuelto el sólido, se adicionó el bromo también disuelto en el solvente con el fin deproveer un medio de disolución equivalente al inicial y ademas, evitar la hidrólisis de la amida formada en la reacción anterior, ya que si la amida llega a ser hidrolizada, el grupo amino queda expuesto y por lo tanto, los productos de la bromación serían los isómeros orto y para, y no solo el para como se esta buscando.
Una vez adicionado el bromo y reposado el sistema para que la reacción se lleve a cabo, los cristales del producto bromado fueron recogidos y lavados con bisulfito de sodio para eliminar el exceso de bromo y ademas, al formar el acetato de sodio con el acido acético se consigue liberar la amina acetilada.
Una vez recristalizado, se midió el punto de fusión encontrandose el valor de 163.6-164.0, el cual no se aleja significativamente del reportado en la literatura y permite concluir que la síntesis de dicho compuesto fue exitosa.

2. Analisis de resultados
La reacción que experimenta la anilina se conoce como acetilación, es decir la amonólisis del anhídrido acético. La acetilación también es usada para proteger el grupo amino y obtener compuestos tipo amida.
Para llevar a cabo la acetilación se purificó primeramente la anilina con la mezcla de HCl en agua, la cual formó el cloruro de anilinio y en presencia de carbón activado eliminó impurezas del medio, lo que se evidenció en el cambio de la coloración inicial de la solución, obteniéndose así el clorato de anilina.


Ec.1

Fuente: Los AutoresLas sales de amina se recuperan a su forma original como grupo funcional amino con la adición de base. Se utilizó en este caso el acetato de sodio trihidratado, el cual permitió librar la amina de su sal, procediendo como una reacción acido-base.



Ec.2


Fuente: Los Autores

Inmediatamente se adicionó acido acético para acetilar el grupo amino. El carbono del grupo carbonilo tiene una carga parcial δ+ debido a que los oxígenos son grupos que electroatractores o que atraen cargas; por lo tanto los pares libres del amino atacan el carbono del grupo carbonílico, forzando a subir los electrones π del carbonilo al oxígeno, obteniendo la especie intermedia (Ec.3). Seguidamente ocurre una reacción tipo acido-base en donde un hidrógeno del amino es atacado por los pares libres del oxígeno permitiendo que la especie acetato se convierta en un mejor grupo saliente como acido acético. Similarmente, un par de electrones libres del oxígeno con carga negativa forman de nuevo el doble enlace C=O desplazando una molécula de acido acético para formar así la acetanilida.

Ec.3

Fuente: Autoras

En cuanto a la bromación, las aminas por ser grupos que actúan como orientadores poderosos y activadores o-p, efectos que se ven marcados en la estabilización del ión carbonio en dos estructuras resonantes en las que el nitrógeno tiene una carga positiva y esta unida al anillo por medio del doble enlace, esa deslocalización de la cargapermite justificar la basicidad de las aminas aromaticas. Ahora si la amina esta unida al grupo aceto formando acetamido, también activante y orientador o, p pero menos poderoso que un grupo amino libre. La atracción electrónica por parte del oxígeno carbonílico convierte el nitrógeno amídico en una fuente de electrones mucho mas pobre que el nitrógeno de una amina. Como los electrones estan menos disponibles para ser compartidos con el anillo aromatico, el grupo acetamido activa menos el anillo aromatico que el grupo amino. [1

El mecanismo de reacción puede ser explicado mediante los diagramas siguientes.

La solución bromo-acido acético fue hecha con el fin de promover la formación de cargas parciales en la molécula de bromo, ya que esta normalmente es completamente apolar. Eso es realizado por los pares libres del oxígeno del grupo carboxilato, los cuales al acercarse a la molécula diatómica apolar, distorsionan su nube electrónica generando dichas cargas parciales. Es muy importante proveer al bromo de dicha polaridad debido a que de lo contrario, el bromo no podría reaccionar con el anillo bencénico en una reacción de sustitución nucleofílica aromatica.
Ec.4

Una vez activada la molécula de bromo y ser adicionada a la solución de la acetanilida, su parte positivamente cargada es atraída por la nube de electrones deslocalizados del anillo bencénico, provocando la disociación total de la molécula y generando unanión bromuro. El ataque del anillo bencénico a la molécula de bromo cargada produce que el enlace que se forma sea en la posición para, ya que el grupo amido es un grupo activador, director orto-para. El ataque en la posición orto no puede producirse por efecto de impedimento estérico por parte de este mismo grupo, ademas que de por sí el bromo es un atomo grande, y aunque esté parcialmente cargado positivamente, su tamaño relativo no disminuye mucho como para evadir dicho impedimento.
Ec.5

Como se ve en el diagrama, se producen en total 3 estructuras resonantes de las cuales, la última donde se forma el ión NH2+ es mas estable ya que la carga positiva queda sobre el nitrógeno y adicional a esto se forma un doble enlace con el par de electrones no enlazados del nitrógeno entre el ión NH2+, el grupo carbonilo y el anillo produciendo un sistema conjugado entre los tres grupos mencionados.

Una vez estabilizado el sistema resonante, el anión bromuro formado en la parte (Ec.5) del mecanismo ataca el atomo de hidrógeno de la posición para al grupo amido para restablecer la aromaticidad del anillo y formar HBr como grupo saliente.

Hasta este punto, se tiene la p-bromoacetanilida y como impureza HBr. Para eliminar las impurezas, se adicionó bisulfito de sodio (NaHSO3) con el fin de neutralizar el HBr.
Las condiciones de reacción fueron bastante suaves, debido a que la activación del anillo producida por el grupo –NH2COCH3 evitael uso de catalizadores, ademas que el bromo de por sí es un sustituyente muy reactivo.

Los productos de reacción para cada etapa de síntesis procedió mejor en cuanto a rendimiento en la bromación que en la acetilación; esta última parte del producto se pierde en cada recristalización, teniendo en cuenta que para la formación de la acetanilida fue necesario purificar la anilina para luego si hacerla reaccionar con el anhídrido acético, dicho proceso se evidencia en el punto de fusión tan próximo al real.

3. Preguntas

3.1 ¿Cómo obtendría en el laboratorio la fenacetina?

Existen varias formas de síntesis para la fenacetina, pero una de las mas ilustrativas y didacticas es la acetilación de p-etoxianilina (fenetidina), con anhídrido acético en presencia de acido clorhídrico y acetato de sodio. La mezcla de acido acético y acetato crea un medio tamponado o amortiguado que mantiene a la amina en solución en forma de sal de amonio con una cantidad de amina libre; dicha amina reacciona al instante con el anhídrido acético formando la amida.
La fenacetina forma parte del producto de medicamentos no narcóticos con actividad analgésica y antipirética. [2

Fuente: ensciencias.uab.es/congres2005/material//Garcia_Manrique_065.pdf [3]

3.2 Describa el mecanismo de la acetilación de la anilina
Explicado en el desarrollo del analisis.

3.3 ¿Cómo prepararía la p-acetilanilina?

[2]

3.4 La acetilación también seutiliza para obtener otro analgésico de uso muy frecuente, el acido acetilsalicílico (aspirina). Escriba la ecuación y consulte las condiciones. [2]
3.5 ¿Por qué se obtiene únicamente el isómero –para y no el –orto y el –meta?
La respuesta a esta pregunta se encuentra desarrollada en el analisis de resultados.

3.6 Escriba el procedimiento para obtener la p-bromoanilina a partir de la p-bromoacetanilida.

El proceso es basicamente el mismo que ha sido descrito en la segunda parte de este documento, sin embargo, hay que adicionar la hidrolisis de la p-bromoacetanilida en medio basico para liberar la amina y formar la p-bromoacetanilina.

Adicional a este proceso, las amidas también pueden ser convertidas en aminas mediante la reducción del grupo carbonilo con LiAlH4 en éter y luego agua y por medio de la hidrólisis acida.

3.7 ¿Cómo obtendría el orto y el para-bromofenol?
La secuencia siguiente describe una posible ruta de preparación del o-bromofenol. La última parte de la secuencia corresponde a la reacción de Sandmeyer.

Para la preparación del p-bromofenol, debe seguirse una ruta alternativa descrita en la secuencia siguiente. Inicialmente, se puede preparar a partir de la p-bromoacetanilida mediante el proceso descrito en el analisis de resultados. Una vez bromada la acetanilida, se hidroliza para liberar la amina y luego convierte la amina en una sal de diazonio que una vez hidrolizada, forma el fenol. [1]

3.8Formule las ecuaciones que muestren

a. Cómo la p-bromoanilina se puede preparar a partir del bromobenceno

b. Cómo la m-bromoanilina se puede preparar a partir del nitrobenceno

4. Conclusiones
Las reacciones en presencia de aminas como la anilina ocurren de manera eficiente debido a que es un buen nucleófilo. La formación de la acetanilida procede sin condiciones drasticas de reacción, su rendimiento fue bajo debido a consideraciones durante el proceso de la síntesis, con una caracterización del compuesto en punto de fusión cercana al valor real, resaltando pureza del compuesto.
A partir del anterior se obtuvo la p-bromoacetanilida, la cual ocurre por sustitución electrofílica aromatica con un buen porcentaje de rendimiento, destacando que la posición bromada es la mas posible debido a que la posición orto se encuentra inhabilitada por impedimento estérico ocasionado por el tamaño del grupo acetoamido y del volumen del sustituyente bromo.

5. Biblliografía

[1] Morrison R; Química organica; 2ed; Mexido DF; pearson educación; 1976; pag. 779-780, 789

[2] Dupont, H.;Gokel, G. Química Organica Experimental
https://books.google.com.co/books?id=xiqTfEO1a2gC&dq=acetilaci%C3%B3n+de+la+anilina&q=N-Acetilanilina#v=onepage&q=reacciones%20de%20aminas&f=false Revisada Octubre 10 de 2010

[3] https://ensciencias.uab.es/congres2005/material//Garcia_Manrique_065.pdf Revisada Octubre 10 de 2010