Elucidación de un éster C4H8O2 por hidrólisis, IR y RMN
En un laboratorio de química orgánica se aísla un líquido incoloro X de fórmula molecular C4H8O2. X no reacciona con NaHCO3 ni con reactivo de Tollens, pero sí se hidroliza en medio básico. Tras la hidrólisis se separan dos productos: uno da un precipitado amarillo con yodo en medio básico (yodoformo) y el otro, al acidificar, desprende CO2 de una disolución de NaHCO3. El espectro IR de X presenta una banda intensa a 1740 cm⁻¹ y no muestra absorción ancha entre 2500 y 3300 cm⁻¹. En el 1H-RMN de X se observan: un triplete a δ ≈ 1,2 (3H), un singlete a δ ≈ 2,0 (3H) y un cuarteto a δ ≈ 4,1 (2H). El responsable debe proponer la estructura, explicar la isomería posible y escribir la reacción de hidrólisis.
1. Deduzca la estructura de X a partir de la fórmula, los datos de reactividad, el IR y la RMN. Asigne las señales de RMN.
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La fórmula C4H8O2 tiene un grado de insaturación: (2×4 + 2 − 8)/2 = 1. La banda intensa a 1740 cm⁻¹ es compatible con un grupo carbonilo de éster; no hay banda ancha de O-H, lo que descarta un ácido carboxílico. X no reduce Tollens, así que no es un aldehído, y no reacciona con NaHCO3, lo que confirma que no es ácido.
La hidrólisis básica produce un compuesto que da yodoformo (etanol, CH3CH2OH) y otro que libera CO2 con bicarbonato (ácido acético, CH3COOH). Por tanto, X es el éster formado por ácido acético y etanol: CH3COOCH2CH3, acetato de etilo.
RMN: el triplete a 1,2 ppm es el CH3 del grupo etilo, acoplado con el CH2; el cuarteto a 4,1 ppm es el CH2 unido al oxígeno, acoplado con el CH3; el singlete a 2,0 ppm es el CH3 del grupo acetilo, sin vecinos hidrógenos en el carbono contiguo.
2. Escriba la ecuación ajustada de la hidrólisis básica de X y nombre los productos. Explique por qué se acidifica después la mezcla.
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CH3COOCH2CH3 + NaOH → CH3COONa + CH3CH2OH. Los productos son acetato de sodio y etanol.
Se acidifica para transformar el acetato de sodio en ácido acético libre: CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl. Así se puede separar y reconocer el ácido carboxílico, que en medio básico estaba como ion acetato. La hidrólisis básica es irreversible en la práctica porque el ácido formado se neutraliza y el equilibrio se desplaza hacia productos; no es una simple esterificación reversible.
3. Un compañero propone que X podría ser ácido butanoico. Indique dos datos experimentales que descartan esa propuesta y nombre un isómero de función de X que sí presentaría una banda ancha en el IR.
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El ácido butanoico reaccionaría con NaHCO3 liberando CO2, mientras que X no lo hace. Además, un ácido carboxílico presenta una banda ancha de O-H entre 2500 y 3300 cm⁻¹, ausente en el IR de X. Su RMN también mostraría una señal ácida muy desapantallada, que no aparece.
Un isómero de función de X que sí tendría esa banda ancha es el ácido butanoico, CH3CH2CH2COOH, o el ácido 2-metilpropanoico, (CH3)2CHCOOH. Ambos son ácidos carboxílicos con la misma fórmula C4H8O2 y muestran absorción O-H ancha, además de reaccionar con bicarbonato.