Esta es una reacción simple; el anión metóxido ataca el carbono carbonílico para formar un intermedio tetraédrico que luego se descompone para formar el éster metílico. A continuación se muestra el mecanismo de la reacción.
Conversión de un lípido típico (éster de glicerol) en un éster metílico
Deberíamos dibujar las flechas en el mecanismo, conozcamos a nuestro mejor amigo: la flecha curva. Ahora tenga cuidado con la flecha curva, hay algunas formas en que puede ser mal utilizada. Usemos una reacción simple de una cetona siendo protonada como una para explicar el uso de la flecha.
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Ahora, por amor de Dios, no use la flecha curva para indicar el movimiento de los átomos, lo siguiente es incorrecto.
Esto está muy mal, ¡nunca uses una flecha curva para mover un átomo!
Para ser sincero, no quiero volver a ver este mal uso de la flecha curva. Lo que debe hacer es dibujar el movimiento de los electrones, los electrones forman los enlaces (pares de enlace) y los pares solitarios para que la flecha curva mueva los enlaces. Al alterar los enlaces, los átomos de las moléculas se moverán o cambiarán de alguna manera. La siguiente flecha curva es mejor.
Una mejor flecha, pero todavía no del todo bien
La flecha no está del todo bien, muestra los electrones que van al átomo y no al enlace que van a formar. Es mejor dibujar la flecha curva que forma un enlace en lugar de ir al protón. Entonces, debajo está la flecha curva perfecta.
Mucho mejor
El único problema es que puede ser menos claro con respecto a qué átomo se está uniendo la flecha curva. Una solución que me gusta (no tengo idea de que es estrictamente correcto es mostrar un enlace discontinuo donde estará el nuevo enlace).
Perfecto y claro
Ahora, de vuelta a la formación del biodiésel FAME (ácido graso y metil éster), el primer par de flechas forma el intermedio tetraédrico y luego los dos últimos forman el éster metílico. Aquí está el mecanismo con las flechas curvas.
Ahora con las flechas curvas
Es importante tener en cuenta que el ataque del metóxido es reversible, el intermedio tetraédrico puede expulsar el metóxido, pero esto nos lleva de vuelta al comienzo. El metóxido reformado y el éster de glicerol del ácido graso pueden reencontrarse entre sí y tener un segundo intento de reacción.
Acerca de FAME, el biodiésel de FAME es una forma emocionante en la que podemos obtener combustible para motores sin la necesidad de petróleo de los pozos de petróleo, el biodiésel de FAME se produce mediante una transesterificación de aceite vegetal con metanol.
Si bien FAME es un gran combustible, no es un combustible perfecto, si desea leer sobre algunas de sus deficiencias, consulte este artículo. La reacción ene con oxígeno singlete y la química de los radicales libres no es algo que estará en el examen, pero el documento explica cómo el biodiesel puede deteriorarse durante el almacenamiento.
Una desventaja de la ruta normal de metóxido es que si se usa aceite de cocina con muchos ácidos carboxílicos libres, entonces se usa el catalizador de metóxido y se acumula mucho carboxilato de sodio (jabón) en la mezcla de reacción. Esto se debe a que el anión carboxilato no reacciona con metanol para formar el éster.
Una alternativa es usar un catalizador ácido en lugar del metóxido (catalizador básico). Cualquier ácido mineral fuerte normalmente funcionará bien. Por ejemplo, podría usar ácido sulfúrico para hacer el éster. A continuación se muestra el mecanismo para la conversión de un éster en otro por alcohol con un catalizador ácido.
Si tratamos de usar aceite de cocina usado para hacer nuestro biodiésel FAME en el método catalizado con ácido, entonces la reacción funcionará bien. Lo que sucederá es que el ácido carboxílico libre (FFA, ácidos grasos libres) reaccionará con el metanol de acuerdo con el siguiente mecanismo. Como antes, el primer paso es la protonación del ácido carboxílico, que luego es seguido por el ataque del metanol para formar el éster metílico. Aquí está el mecanismo de lo que sucede.
El ácido carboxílico se convierte en un éster metílico
Debe tener en cuenta que el mecanismo se ve muy similar al de la conversión de un éster a otro, creo que los dos mecanismos comparten el mismo núcleo interno. Es importante tener en cuenta que como subproducto de estos procesos de formación de biodiesel obtendremos glicerol (propano-1,2,3-triol). Te contaré más sobre la química del glicerol cuando lleguemos a la química del alqueno. Pero eso vendrá después.
Si alguno de ustedes está pensando en hacer su propio biodiesel y ponerlo en su automóvil, entonces hay algo a tener en cuenta, si no elimina el catalizador (el método típico es la destilación), corre un grave riesgo de matar su orgullo y alegría. Si introduce metóxido de sodio o ácido sulfúrico en el tanque de combustible de un camión, autobús o automóvil, tiende a corroer las partes metálicas que toca el combustible. Es bien sabido en Irlanda del Norte que algunas organizaciones ilegales ganan dinero vendiendo combustible ilegal para carreteras. Algunas de las personas que lavan el diesel rojo no logran sacar hasta el último rastro del ácido del combustible, por lo tanto, el combustible puede dañar los automóviles / camiones o lo que sea que lo pongan. Por lo tanto, mi consejo es que si alguien le ofrece combustible barato en una estación de servicio ilegal por turnos, diga “no gracias” y vaya a una estación de servicio legal. Es posible que pague más por el tanque de combustible en la estación legal, pero es menos probable que tenga que pagarle a su mecánico por una gran factura de reparación.
Pero volviendo a los ácidos carboxílicos y sus derivados, hemos utilizado la química para operar nuestro autobús escolar, taxi o incluso nuestro automóvil, pero la química del ácido carboxílico tiene más que solo el diesel FAME. Ahora tenemos que considerar los haluros de ácido, me gustaría explicarle en este momento cómo la mayor parte del ácido acético del mundo está hecho de metanol y monóxido de carbono utilizando un proceso milagroso llamado proceso Monsanto (o la versión británica más avanzada). Guardaré la química organometálica milagrosa para otro día, lo que sucede es que el rodio convierte el yoduro de metilo y el monóxido de carbono en un derivado de ácido acético llamado yoduro de acetilo. Aquí hay una foto de yoduro de acetilo.
El yoduro de acetilo, una parte clave del proceso de Monsanto
Cuando nombramos un cloruro de ácido (o un yoduro, bromuro o fluoruro de ácido), lo que hacemos es lo siguiente.
Ácido acetílico, el ácido carboxílico se cambia de nombre a
Acetil cloruro , que es el cloruro de ácido.
Debe practicar en casa cambiando los nombres de los siguientes ácidos carboxílicos en cloruros ácidos
Ácido benzoico
Ácido oxálico
Ácido 2-etoxietanólico
Ácido hexanólico
Por el amor de Dios, no practique convertir muestras de los ácidos carboxílicos en cloruros de ácido en el hogar, ya que no quiero que llene sus hogares con nubes de humos tóxicos picantes. Me gustaría que ahora practique cambiando los nombres de los siguientes haluros de ácido en los ácidos carboxílicos.
Cloruro de acetilo
Bromuro de 2,2,4-trimetilhexanoilo
Cloruro de 2-bromo-3-cloro-4-fluoro-5-metiloctanoilo
Por último, me gustaría que dibuje en una hoja de papel los siete ácidos carboxílicos y los siete haluros de ácido.
Ahora volviendo a la química, es probable que los haluros de ácido sean los derivados de ácido carboxílico más reactivos. Todos reaccionan con agua para formar el ácido carboxílico y el haluro de hidrógeno. Me gustaría que dibuje el mecanismo que es el paso final en el proceso de Monsanto que forma el ácido acético a partir del yoduro de acetilo.
Reacción de agua con yoduro de acetilo
Por cierto, el yoduro de hidrógeno en el proceso de Monsanto se usa para hacer yoduro de metilo a través de un S
norte
2 reacción, llegaremos a esta reacción pronto. Pero aún no hemos terminado con los ácidos carboxílicos. Una modificación del proceso de Monsanto es correr a niveles de agua muy bajos, esto permite que el proceso produzca algo llamado anhídrido de ácido. Los anhídridos de ácido carboxílico son químicos importantes para la producción de una variedad de cosas. Una de las ventajas del anhídrido de ácido es que puede usarse para fabricar ésteres sin formar el haluro de hidrógeno súper ácido como un biproducto, en su lugar, solo forma el ácido carboxílico como un biproducto cuando el anhídrido de ácido reacciona con una amina o un alcohol. . Aquí tenemos anhídrido de benzoilo que reacciona con metanol para formar ácido benzoico y benzoato de metilo.
Reacción de anhídrido de benzoilo y metanol
Un ejemplo de un anhídrido de ácido es el anhídrido acético que está relacionado con el ácido acético. Se llama anhídrido de ácido, ya que la adición de una molécula de agua a una molécula de anhídrido de ácido convertirá el grupo de anhídrido de ácido en dos grupos de ácido carboxílico. Dibuje en casa la reacción del anhídrido acético con agua y pronto verá cómo el agua convierte el anhídrido de ácido en ácido carboxílico.
El anhídrido acético se usa para la producción de aspirina (una buena droga legal), heroína (una droga ilegal desagradable) y para la producción de filtros de cigarrillos (una parte del sistema de suministro de una droga desagradable pero legal). Ahora no quiero alentar a mis lectores a fumar cigarrillos o abusar de la heroína, solo los seguiré para reaccionar y formar aspirina. Comenzamos a continuación con ácido 2-hidroxibenzoico. Esto se hace reaccionar con anhídrido acético para formar aspirina y ácido acético.
Síntesis de aspirina a partir del ácido 2-hidroxibenzoico
Antes de continuar, quisiera señalar que, si bien se produce algo de química orgánica ilegal en el mundo, me niego a dar detalles sobre cómo hacerlo. Por lo tanto, no me moleste con las solicitudes de los detalles exactos de cómo hacer cosas como hacer heroína o MDMA en su cocina, sótano o cobertizo.
Una amplia gama de analgésicos leves a medianos usa ácidos carboxílicos, por ejemplo, el ibuprofeno es un medicamento de ácido carboxílico que fue introducido en el mercado por la compañía farmacéutica y farmacéutica británica Boots. Estos tienden a no hacerse de la misma manera que la aspirina. Aquí para su información es ibuprofeno.
El maravilloso analgésico de Boots
Antes de dejar los anhídridos de ácido, me gustaría señalar que existen anhídridos de ácido cíclico como el anhídrido maleico. Estos se relacionan con los ácidos dicarboxílicos, un uso del anhídrido maleico es en la producción de una forma de pintura de poliéster conocida como pintura alquídica. Estos están hechos típicamente de glicerol (o algún otro triol), el anhídrido de ácido cíclico del ácido benceno-1,2-dicarboxílico (también conocido como anhídrido ftálico) y un ácido graso insaturado. Te dejaré averiguar cómo se forma la pintura alquídica en esta reacción.
Una pequeña parte del polímero de pintura alquídica antes de fraguar por reticulación
Típicamente, el triol y el anhídrido de benceno-1,2-dicarboxilo se hacen reaccionar junto con un catalizador ácido. La mezcla se calentará y el agua que se forme se destilará de la mezcla. Luego se agregará el ácido graso y el calentamiento continuó para dar el producto final. Ahora creo que debería poder resolver el mecanismo por el cual se forma este producto.
Lo que sucede cuando pinta con este tipo de pintura es que el recubrimiento de la pintura reacciona con el oxígeno del aire para formar enlaces cruzados entre las cadenas de ácidos grasos. A veces se usa un poco de anhídrido maleico para aumentar el número de grupos alquenos en la pintura que pueden formar los enlaces cruzados. Ahora espero que te hayas divertido con los derivados del ácido carboxílico, ¡podemos arreglar nuestros dolores de cabeza con ellos, conducir el autobús con ellos y pintar la casa con ellos!
