PRACTICA NO.1

DERIVADOS HALOGENADOS

OBTENCION DE CLORURO DE CICLOHEXILO

I. OBJETIVOS

a) Conocer la preparación de un halogenuro de alquilo secundario a partir del alcohol correspondiente, mediante una reacción de sustitución nucleofílica.

b) Preparar el cloruro de ciclohexilo por la reacción de ciclohexanol con ácido clorhídrico concentrado en presencia de cloruro de calcio anhídro , aislar y purificar por destilación el producto de la reacción.

II. REACCION

+ HCl
+ OH+ + Cl-
+ OH- +

H+ + Cl-
+ H2O

III. MATERIAL

• Agitador de vidrio

• Anillo metálico

• Colector

• Embudo de filtración

• Embudo de separación con tapón

• Porta termómetro

• Probeta graduada de 25ml

• Refrigerantes con manguera

• T de destilación

• Tapón de corcho

• Espátula

• Matraces

• Matras de una boca

• Pinzas de tres dedos

• Termómetro

• Trampa para humedad

• Vasos de precipitado

• Ciclohexanol

• Acido clorhídrico concentrado

• Cloruro de calcio anhidro

• Solución saturada de NaCl

• Solución saturada de NaHCO3

• Hidróxido de sodio

IV. FUNDAMENTO TEORICO

1.- Obtención de los halogenuros de alquilo.

Este tipo de reacción es evidentemente una sustitución nucleofílica al carbono terciario. Cuando se tratan en disolventes próticos con nucleófilos no básicos en condiciones de neutralidad o acidez, los sustratos terciarios a menudos reaccionan varios miles de veces más rápido que los primarios o secundarios. Por ejemplo la reacción de los alcoholes con HX para obtener halogenuros de alquilo tiene la rapidez máxima en el caso de alcoholes terciarios.

La misma tendencia se observa en muchas reacciones de sustitución en las cuales los sustratos se calientan con nucleófilos no básicos en solventes próticos: Los sustratos terciarios reaccionan mucho más rápido que los primarios o secundarios.

Estas son reacciones nucleofílicas pero el orden de reactividad cambia, por esto se tuvo que la reacción llamándola SN1 que significa sustitución nucleofílica unimolecular.

Para la reacción SN1 se encuentra un orden de reactividad idéntico, debido a que el grupo saliente participa de manera decisiva en el paso limitante de la velocidad. Así, se encuentra que el orden de reactividad SN1 es:

 

TosO- > I-  > Br- >  Cl-  > H2O

 

Más reactivo                       Menos reactivo

 

Nótese que en la reacción SN1, la cual a menudo se realiza en condiciones ácidas, el agua (neutra) puede actuar como grupo saliente. Este es el caso, por ejemplo, cuando se elabora un halogenuro de alquilo a partir de un alcohol terciario, por reacción con HBr o HCl. El alcohol se protona primero y después pierde agua para generar un carbocatión. La reacción posterior del carbocatión con el ion halogenuro produce el halogenuro de alquilo.

En este tipo de reacciones se basa la práctica 1 y 2 que habla de la obtención del cloruro de ciclohexilo y bromuro de n-butilo basándose en este mismo principio.

2.-Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y productos

Generalidades.- Cuando se estudiaron las propiedades químicas de los hidrocarburos, se indicó la acción de los halógenos
sobre las parafinas, que daba lugar a la formación de compuestos de sustitución de uno o más átomos de hidrógeno. Esta misma acción también se produce en los hidrocarburos no saturados.
En la formación de productos de sustitución es muy difícil limitar el proceso o la obtención de un único compuesto halogenado, lo que hace que se empleen otros métodos para producir un derivado mono, di o trihalogenado, correspondiente a determinado carburo.

3.- Mecanismo SN1 En la sustitución nucleófila unimolecular (SN1) el sustrato se ioniza, formando un carbocatión, que es atacado en la siguiente etapa por el nucleófilo.  La reacción sólo tiene lugar con sustratos secundarios o terciarios y requiere un buen grupo saliente, aunque no depende su velocidad del nucleófilo.

4.- Mecanismo SN2

Las reacciones de sustitución nucleófila bimolecular (SN2) consisten en el ataque de un grupo con pares solitarios (nucleófilo) a un carbono polarizado positivamente con pérdida del grupo saliente.  La velocidad de la reacción depende de la estructura del sustrato, naturaleza del nucleófilo, grupo saliente y disolvente.

5.- Usos y comparación de las reacciones SN1 y SN2

Orden del sustrato	Nucleófilo débil (H2O)	Nucleófilo Base débil (I)	Nucleófilo NO IMPEDIDO Base fuerte (EtO-)	Nucleófilo IMPEDIDO Base fuerte (tBuO-)
Metilo	NO HAY REACCIÓN	SN2	SN2	SN2
Primario	NO HAY REACCIÓN	SN2	SN2 (mayoritaria)	E2
Secundario	SN1 + E1 (muy lenta)	SN2	E2	E2
Terciario	SN1 (mayoritaria) + E1	SN1 + E1	E2	E2

6.- Estudio de las reacciones equilibrio

Una vez iniciada una reacción química puede evolucionar de dos maneras diferentes: la reacción puede desarrollarse hasta que se agote uno de los reactivos o bien transcurrir hasta un cierto punto en el que, aunque existan reactivos en cantidad suficiente, la reacción, aparentemente, se detiene. En el segundo caso se dice que el sistema formado por los reactivos, los productos y el medio de reacción ha alcanzado un estado de equilibrio. A pesar de que un sistema químico en equilibrio parece que no se modifica con el tiempo, esto no significa que no está ocurriendo ningún cambio. Inicialmente, los reactivos se combinan para formar los productos, pero llega un momento en que la cantidad de producto es los suficientemente grande como para que estos productos reaccionen entre sí volviendo a formar los reactivos iniciales. De esta manera transcurren simultáneamente dos reacciones, directa e inversa.

El equilibrio se alcanza cuando los reactivos se transforman en productos con la misma velocidad que los productos vuelven a transformarse en reactivos. Un sistema en equilibrio debe cumplir los siguientes requisitos:

• Sólo puede existir equilibrio en un sistema cerrado: un sistema en el que ni la energía ni las sustancias entren o salgan continuamente.

• Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las propiedades observables del sistema (color, masa del reactivo sin reaccionar, temperatura, etc.), no varían con el tiempo.

• Toda situación de equilibrio se altera cuando se modifica la temperatura, pero se restablece cuando el sistema vuelve a la temperatura original.

V. DIBUJO

VI. RESULTADOS Y OBSERVACIONES

Primero armamos el equipo. Posteriormente agregamos los 4 gramos de CaCO3 al matráz de dos bocas. Después adicionamos 6 ml de ciclohexanol y comenzamos a agitarlo con la parrilla. Adicionamos 18 ml de HCl y comenzamos a calentar.

En el otro matráz se encuentra una trampa para neutralizar el ácido que sale en forma de gas. La trampa contiene NaHCO3 y sulfato de sodio anhidro. Se observa que comienza a burbujear dentro del matráz (presencia de ácido).

Dejamos de calentar y agitar el matráz (de dos bocas) por media hora y dejamos enfriarlo hasta que llegó a temperatura ambiente, para después guardarla en el refrigerador.

En el matráz podían verse dos fases; una fase color blanco-transparente y otra amarilla aceitosa.

Después de realizar los tres lavados observamos que la fase orgánica seguía siendo aceitosa. Pero ahora se le habían formado unas perlas. La fase orgánica se colocó en un tubo de ensaye y se le agregó CaCl2 y finalmente se destiló.

Cálculo del rendimiento:

Peso inicial del matráz: 50.915 gr. = 0.734 gr.

Peso final del matráz: 51.649 gr.

+ HCl
+ H2O

6 ml 18 ml 10 M = 118.5 gr/mol

0.0555 mol 0.0555 mol

1 mol de
= 100.156 gr. X= 0.0555 mol

X = 5.55 gr.

m/v=δ

δ=0.925 m = δv W = PM n

m = (0.925) (6ml) W = (118.5 gr/mol) (0.0555)

m = 5.55 gr. W = 6.57675

6.57675 gr. = 100%

0.734 gr. = X

X = 11.16%

VII. CONCLUSIONES

Los halogenuros de alquilo son estructuras fáciles de obtener utilizando una sencilla reacción SN1 basándose en un alcohol y utilizando un compuesto halogenado. Los más utilizados son cloro y bromo.

VIII. BIBLIOGRAFIA

• http://www.mtas.es/INSHT/ntp/ntp_276.htm

dta.utalca.cl/quimica/profesor/astudillo/Capitulos/capitulo10.htm - 130k

• http://www.ubp.edu.ar/todoambiente/empresasyambientes/tratamiento_de_residuos/liquidos/ciclohexanol.htm

• http://www.monografias.com/trabajos13/nomen/nomen.shtml

• http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmico

 

IX. CUESTIONARIO

Halogenuros de Alquilo

1.- ¿Qué tratamiento aplicaría a los residuos de la reacción?

Para la primera fase acuosa obtenida por la destilación, el lavado con NaCl y el segundo lavado con NaHCO3 se puede desechar por el drenaje; después el producto obtenido por el segundo lavado con NaCL se puede conservar para usar como desecante y finalmente para los residuos de la destilación final para la obtención del cloruro de ciclohexilo puro, la fase pesada se lleva a incineración y si la fase acuosa presenta pH se debe absorber en carbón activado.

2.- ¿Cuál procedimiento químico se debe realizar para eliminar el hidróxido de sodio en solución que se encuentra en la trampa?

Neutralización.

3.- ¿Se le podrá dar utilidad a las lentejas de hidróxido de sodio que quedan en la trampa de humedad?

No, ya que es muy poca cantidad la obtenida y además se encuentra contaminada por los gases de la destilación.

4.- Asigne las bandas principales de los grupos funcionales presentes en los espectros de I.R. de reactivos y productos.

PRACTICA NO.2

DERIVADOS HALOGENADOS

OBTENCION DE BROMURO DE N-BUTILO

I. OBJETIVOS

a) Obtener un halogenuro de alquilo primario a partir de un alcohol primario mediante una reacción de sustitución nucleofílica.

b) Investigar el mecanismo y las reacciones competitívas que ocurren durante la reacción.

II. REACCION

+ NaBr + H2SO4
+ Na+ + Br- +

H+ + HSO4-
+ OH- + Na+ + Br- + H+ + HSO4-

+ H2O + NaHSO4

III. MATERIAL

• Agitador de vidrio.

• Anillo metálico.

• Columna Vigreaux.

• Embudo de adición con tapón.

• Espátula.

• Manguera de hule para conexión.

• Matraz Kitasato

• Matraz Erlenmeyer 50 ml.

• Matraz Erlenmeyer 125 ml

• Matraz de bola 25 ml.

• Matraz pera de dos bocas

• Mechero con manguera.

• Pinzas de tres dedos.

• Porta termómetro.

• Probeta graduada 25 ml.

• Recipiente de peltre.

• Refrigerante con mangueras

• T de destilación.

• Tapón para Erlenmeyer 50 ml

• Termómetro

• Vasos de precipitado

• Colector

• Bromuro de sodio

• Solución de NaOH al 5%

• Acido sulfúrico concentrado

• Hidróxido de sodio

• Alcohol n-butílico

• Sulfato de sodio anhidro.

IV. FUNDAMENTO TEORICO

El fundamento teórico es igual al de la obtención de cloruro de ciclohexilo, ya que es una sustitución nucleofílica SN1.

V. DIBUJO

VI. RESULTADOS Y OBSERVACIONES

Pesamos 7gr de bromuro de sodio y lo colocamos en un matráz de dos bocas. Le agregamos 5 ml de agua y 5 ml de n-butanol y comenzamos a agitar poniendo cuerpos de ebullición.

Se enfrió el matraz con un baño de hielo y pasados unos minutos comenzamos a agregar por la boca lateral del matraz ácido sulfúrico concentrado gota a gota por medio de un embudo de adición. Durante la adición se observaron vapores color amarillo.

Después de 118ºC se obtuvieron las primeras gotas de destilado. Cuando la temperatura llegó a 110ºC se detuvo la destilación

En la trampa podíamos notar la presencia de ácido ya que comenzaban a salir burbujas en el interior del matraz que contenía la solución de hidróxido de sodio (trampa).

Llevamos el producto de la destilación a un embudo de separación y lavamos con 5ml de agua, siendo nuestra fase orgánica la fase inferior aceitosa.

Medimos el pH y posteriormente hicimos otro lavado con 5ml de agua.

Cuando se hizo la medición de pH nos percatamos que nuestro producto era agua gracias a múltiples fugas que presentó el sistema durante el destilado.

Cálculos de Rendimiento:

No hay cálculos de rendimiento a causa de que no se obtuvo ningún producto

VII. CONCLUSIONES

Los halogenuros de alquilo son estructuras fáciles de obtener utilizando una sencilla reacción SN1 basándose en un alcohol y utilizando un compuesto halogenado. Los más utilizados son cloro y bromo.

VIII. BIBLIOGRAFIA

• http://www.mtas.es/INSHT/ntp/ntp_276.htm

• http://www.ubp.edu.ar/todoambiente/empresasyambientes/tratamiento_de_residuos/liquidos/ciclohexanol.htm

• http://www.monografias.com/trabajos13/nomen/nomen.shtml

• http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_qu%C3%ADmico

IX. CUESTIONARIO

1.- Considerando los residuos de la mezcla de reacción. ¿Cuál procedimiento químico realizaría antes de desecharla?

Incineración

2.- ¿Como eliminaría los residuos de la solución de hidróxido de sodio y de ácido sulfúrico concentrado?

Neutralizar (para el ácido carbonato de sodio). Desecharlos al desagüe.

3.- Asigne las bandas principales a los grupos funcionales presentes en los espectros de I.R. de reactivos y productos.

PRACTICA NO. 3

SINTESIS DE WILLIAMSON

OBTENCION DE ÁCIDO FENOXIACÉTICO

I. OBJETIVOS

a) Preparar mediante una reacción de sustitución nucleofílica bimolecular un éter (Síntesis de Williamson).

b) Purificar el producto obtenido por el método de extracción selectiva.

c) Distinguir las propiedades ácidas de fenoles y ácidos carboxílicos.

II. REACCION

+

+ Na+ + OH- +
+ H+

+ H2O + Na+ +

+ H2O + NaCl +

III. MATERIAL

• Recipiente de peltre

• Resistencia electrica

• Agitador de vidrio

• Probeta de 25 ml

• Matraces

• Pinzas de tres dedos

• Pipetas

• Tapones

• Matraz kitasato con manguera

• Embudo de separación

• Espátula

• Refrigerante con mangueras

• Matraz pera de dos bocas

• Fenol

• Ácido monocloroacético

• Éter etílico

• Sol. de NaOH al 30

• HCl concentrado

• Solución de Na2CO3 al 15

IV. FUNDAMENTO TEÓRICO

1.- Reacciones de sustitución nucleofílica bimolecular

Estas reacciones ocurren con inversión completa de la estereoquímica del carbono estereogenico.

Estas reacciones presentan cinética de segundo orden y obedecen a la siguiente ley de velocidad: Velocidad = k · RX · Nu.

Su mecanismo es en un sólo paso, formándose un estado de transición.

Ejemplos.

 

 

El mecanismo es concertado, en un solo paso de reacción.

 

 

En 1937, Hughes e Ingold propusieron la primera explicación satisfactoria al formular el mecanismo de lo que ellos llamaron reacción SN2, abreviatura de sustitución nucleofílica bimolecular. (Bimolecular porque, en el paso cuya cinética se mide, participan dos moléculas: el nucleófilo y el halogenuro de alquilo).

 

La característica  esencial del mecanismo de reacción SN2 formulado por Hughes e Ingold es que la reacción transcurre en un solo paso, sin intermedio. Cuando el nucleófilo entrante ataca el sustrato desde una posición a 180º del grupo saliente, se forma un estado de transición, en el cual comienza a formarse el enlace nucleófilo carbono y simultáneamente comienza a romperse el enlace grupo saliente carbono, invirtiéndose la configuración estereoquímica de la molécula. Este proceso se muestra para la reacción de (S)-2-bromobutano con ion hidróxido, lo que da por resultado (R)-2-butanol.

El nucleófilo -OH utiliza los electrones de su par no compartido para atacar el carbono del halogenuro de alquilo en una dirección a 180º del halógeno saliente. Esto da por resultado un estado de transición en el cual el enlace C-OH está parcialmente formado y el enlace    C-Br está parcialmente roto.   La estereoquímica del carbono se invierte a medida que se forma el enlace C-OH y el ion bromuro se desprende con el par de electrones del enlace C-Br original.

 

 

Características de la reacción SN2:

Algunas reacciones SN2 son rápidas y otras son lentas; algunas tienen altos rendimiento, y otras rendimientos bajos, etc. La velocidad de una reacción química es determinada por la energía de activación (DG¹), la diferencia de energía entre los reactivos y el estado de transición. Otros factores son.

 

 EFECTO ESTÉRICO EN LA REACCIÓN SN2.

La primera variable por observar de una reacción SN2 es el volumen estérico del halogenuro de alquilo. Como la reacción implica la formación de un estado de transición parece razonable esperar que un sustrato voluminoso, impedido, dificultará el acercamiento del nucleófilo, y de este modo será más difícil alcanzar el estado de transición. En otras palabras los sustratos estéricamente voluminosos, en los cuales el átomo de carbono está protegido contra el ataque del nucleófilo, reaccionan con mayor lentitud que los sustratos menos impedidos. Como se muestra para los siguientes casos, la dificultad para el ataque nucleofílico se eleva a medida que aumenta el tamaño de los tres sustituyentes unidos al átomo de carbono.

 

 Impedimento estérico a la reacción SN2. Como se indican en estos modelos, el átomo de carbono en (a), bromometano, es fácilmente accesible, lo que da por resultado una reacción SN2 rápida. Los átomos de carbono en (b), bromoetano (primario), en (c), 2-bromopropano (secundario) y en (d), 2-bromo-2-metilpropano (terciario), son sucesivamente menos accesibles, lo que da por resultado reacciones SN2 cada vez más lentas.

2.- Diferentes métodos de obtención de éteres

Estos se preparan por la reacción de los alcoholes correspondientes con ácido sulfúrico. Al perderse una molécula de agua por cada par de moléculas de alcohol, esta reacción es una especie de deshidratación. Esta deshidratación da éteres y no alquenos seleccionando adecuadamente las condiciones de reacción.

Deshidratación: 2R-O-H -------> R-O-R + H2O

La deshidratación se suele limitar a la preparación de éteres simétricos, ya que una combinación de dos alcoholes da normalmente una mezcla de tres éteres.

Los éteres también se pueden obtenerse por deshidratación de los alcoholes con ácido sulfúrico o también con ácido fosfórico glacial. También se preparan calentando un alcóxido alcalino con los halogenuros de alquilo.

3.- Síntesis de Williamson.

En el laboratorio, la síntesis de Williamson para éteres es importante por su versatilidad. Puede emplearse para obtener tanto éteres simétricos como asimétricos. En la síntesis de Williamson se hace reaccionar un halogenuro de alquilo con un alcóxido o un fenóxido de sodio:

R-X + Na+-O-Ar ------> R-O-Ar + Na+X-

La síntesis de Williamson implica la sustitución nucleofílica de un ion alcóxido o fenóxido y es estrictamente análoga a la preparación de alcoholes por tratamiento de halogenuros de alquilo con hidróxido acuoso.

Este tipo de reacciones son SN2 ya que es bimolecular.

4.- Acidez de fenoles y ácidos carboxílicos

El fenol es más ácido que el alcohol.

La acidez de los ácidos carboxílicos es patente, como lo demuestra el valor medio de pKa. El valor más bajo (mayor acidez) corresponde a la función CO2H.

Los ácidos carboxílicos son un millón de veces más ácidos que los fenoles, 1011 veces más que el agua, 1014 veces más que los alcoholes, etc.

Esto se da porque la fortaleza de un ácido AH está relacionada con la estabilidad de su base conjugada A-. 

El anión carboxilato, base conjugada de la función ácido, es extraordinariamente estable porque posee una elevada deslocalización de la carga negativa.

La acidez de un ácido carboxílico está modulada por la estructura del grupo R. Un grupo R dador de electrones, desestabilizará el anión carboxilato y hará que la fortaleza del ácido correspondiente sea menor. Este es el caso, por ejemplo, de los restos alquilo. Por el contrario, un grupo R electronegativo deslocalizará aún más la carga negativa del anión carboxilato, estabilizandolo, con lo que la fortaleza del ácido aumentará. Este es el caso, por ejemplo, de los restos halometilo.

5.- Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.

Los éteres son compuestos de fórmula general R-O-R, Ar-O-R ó Ar-O-Ar. Debido a que el ángulo del enlace C-O-C no es de 180o, los momentos dipolares de los dos enlaces C-O no se anulan; en consecuencia, los éteres presentan un pequeño momento dipolar neto.

Varios éteres simétricos con grupos alquilo menores se preparan en gran escala, principalmente para uso como solventes. El más importante de estos es el dietil éter, el solvente empleado más comúnmente en extracción; otros éteres sencillos importantes son el diisopropil éter y el di-n-butil éter.

6.- Uso del ácido fenoxiacético

Finalmente el uso principalmente para la preparación de plaguicidas, pero este es muy tóxico e inflamable.

V. DIBUJO

VI. RESULTADOS Y OBSERVACIONES

En un matraz de pera de una boca disolvimos 0.5 g de fenol al que le agregamos el cloruro de ciclohexilo (0.680 g) y agitamos durante cinco minutos.

Adicionamos 2.5 ml de NaOH al 33% y dos mililitros de agua. Cabe recalcar que esta práctica la hicimos con cloruro de ciclohexilo y no con ácido monocloroacético. Calentamos para posteriormente agregar el reflujo, solo cuando se empezó a calentar se midió el tiempo. Estuvo en el reflujo durante una hora aproximadamente.

En el matráz donde se encuentra la mezcla se observaron cambios que iban de color amarillo a un líquido transparente.

Cuando pasó una hora esperamos a que la solución se pusiera a temperatura ambiente y después se diluyó con 5 ml de agua.

Se ajustó el pH con HCl a 1.

Colocamos nuestro producto en un embudo de separación en donde podían verse las dos fases (orgánica y acuosa).

Estas se extrajeron con 5 ml de éter etílico en tres fases. Posterior a esto se lavó 3 veces con 5 ml de agua cada vez para desechar la fase acuosa.

Después extraíamos con Na2CO3 al 15% con tres porciones de 2.5 ml cada una.

Por último el extracto acuoso alcalino se acidula con HCl concentrado.

Durante la realización de esta práctica no se pesaron los cristales resultantes por lo tanto no se obtuvo el rendimiento.

VII. CONCLUSIONES

La obtención de éteres basándose en la síntesis de Williamson es muy sencilla teniendo una reacción rápida aunque con reactivos difíciles de conseguir. En nuestro caso no fue tan complicado ya que variamos los reactivos utilizados aunque la reacción no sabemos si es la correcta. Es de suponerse que los otros métodos de obtención son mas sencillos.

VIII. BIBLIOGRAFIA

• http://www.mty.itesm.mx/dia/deptos/q/organica2/prac2-lab.html

• http://www.monografias.com/trabajos13/nomen/nomen.shtml

• www.dq.fct.unl.pt/qof/TPQO/trabalho5.html

• http://www.mtas.es/INSHT/ntp/ntp_276.htm

dta.utalca.cl/quimica/profesor/astudillo/Capitulos/capitulo10.htm - 130k

IX. CUESTIONARIO

1) ¿Qué reacción ocurre entre el hidróxido de sodio y el fenol?

El hidróxido de sodio hace que el hidronio que se encuentra en el radical hidroxilo del fenol salga para ionizar al hidróxido y formar agua junto con un radical sodio.

2) ¿Qué reacción ocurre entre el hidróxido de sodio y el ácido monocloracético?

El sodio que se desprendió en la respuesta anterior hace que el cloro del ácido se desprenda fácilmente para que estos se unan y el ácido quede solo (en este caso se trabajó con cloruro de ciclohexilo teniendo la misma reacción).

3) ¿Qué sucede si la mezcla de reacción no contiene la suficiente cantidad de hidróxido de sodio al iniciarse la reacción?

El cloro desprendido se quedará sin reaccionar y regresará al ácido teniendo más productos de los esperados.

4) Escriba un diagrama de separación que nos indique el proceso de purificación del ácido fenoxiacético.

ClCH2COOH + Na+ NaCl + CH2COOH+

5) Asigne las bandas principales a los grupos funcionales presentes en los espectros de I.R. de reactivos y productos.

Acido fenoxiacético

PRACTICA NO. 5

PREPARACION DE CICLOHEXENO

I. OBJETIVOS

a) Preparar ciclohexeno por deshidratación catalítica de ciclohexanol.

b) Comprender la influencia de factores experimentales que modifican una reacción reversible.

II. REACCION

H2SO4
+ OH-+ H+ + H2SO4
+ H2O + H2SO4

III. MATERIAL

• Colector

• Columna Vigreaux

• Embudo de separación con tapón

• Matraces

• Matraz kitasato

• Matraz bola QF 25 ml

• Parrilla

• T de destilación

• Vasos de precipitación

• T de vacío

• Probetas graduadas

• Pipetas

• Refrigerante con mangueras

• Termómetro

• Matraz pera de dos bocas

• Pinzas de tres dedos

• Porta termómetro

• Tubos de ensaye

• Tapones

IV. FUNDAMENTO TEORICO

1.- Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos

CICLOHEXANOL:

El ciclohexanol es un líquido espeso incoloro o un sólido pegajoso con un leve olor a naftalina. Se emplea en la fabricación del nylon, lacas pinturas o barnices y como solvente para limpieza y operaciones de desengrasado.

El ciclohexanol puede afectar al inhalarlo y al pasar a través de la piel; el contacto puede irritar lo ojos y la piel así como quemarlos; respirarlo provoca la irritación de la nariz y la garganta; la alta exposición puede causar dolor de cabeza, náusea, vómitos, mareo y desmayo. Al contacto prolongado puede ocasionar al hígado y al riñón.

CICLOHEXENO:

Punto de ebullición: 83°C
Punto de fusión: -104°C
Densidad relativa (agua = 1): 0.81
Solubilidad en agua: Ninguna
Presión de vapor, kPa a 20°C: 8.9
Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.8

Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.16
Punto de inflamación: -6°C (c.c.)
Temperatura de autoignición: 310°C
Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 1.2-4.8 (a 100°C)
Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 2.86

Esta sustancia puede ser peligrosa para el ambiente; debería prestarse atención especial al agua.

Líquido incoloro, de olor característico; el vapor es más denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo; posible ignición en punto distante. Como resultado del flujo, agitación, etc., se pueden generar cargas electrostáticas; la sustancia puede formar peróxidos explosivos. La sustancia puede polimerizar bajo ciertas condiciones. Reacciona con oxidantes fuertes, originando peligro de incendio y explosión.

La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La ingestión del líquido puede dar lugar a la aspiración del mismo por los pulmones y la consiguiente neumonitis química.

2.- Deshidratación catalítica de alcoholes para obtener alquenos. Mecanismo de reacción.

Los métodos más utilizados para la síntesis de los alquenos son la deshidrogenación,deshalogenación,dehidratación y deshidrohalogenación, siendo estos dos últimos los más importantes.Todos ellos se basan en reacciones de eliminación que siguen el siguiente esquema general:

Y,Z pueden ser iguales,por ejemplo en la deshidrogenación y en la deshalogenación.Y,Z también pueden ser diferentes como en la deshidratación y en la deshidrogenohalogenación.

Mediante la deshidratación y la deshidrohalogenación se puede obtener más de un producto.Para determinar cual será el mayoritario se utiliza la regla de Saytzeff: "Cuando se produce una deshidratación o una deshidrohalogenación el doble enlace se produce preferentemente hacia el C más sustituido".

3.- Influencia de las condiciones experimentales en la reversibilidad de una reacción. Las especies reaccionan para producir los productos. Sin embargo, los productos pueden también reaccionar para producir la especie original. Esto se conoce como reversibilidad de la reacción.

Para las reacciones reversibles, las reacciones directa y reversa están ocurriendo constantemente. Si está ocurriendo una reacción más que la otra, entonces la reacción neta está en la dirección de esa reacción. Todas las reacciones reversibles alcanzan una punta donde las reacciones directas y reversas ocurren a la misma tasa. Este punto se llama equilibrio dinámico.

Todas las reacciones son esencialmente reversible, pero algunas permanecen en un extremo (solamente los reactivo o los productos parecen estar presentes) que pareciera que la reacción se ha efectuado completamente en una dirección solamente. Por ejemplo, la reacción de

HCl (ac) + H 2O(l)
Cl - (ac) + H 3 O + (ac)

4.- Reacciones de adición a dobles ligaduras. Adición de halogenuros de Hidrógeno. La Adición de halogenuros de Hidrógeno, HX, a un etileno con substituyentes simétricos, da lugar al derivado monohalogenado en el que X puede ser F, Cl, Br, ó I.

RCH=CHR + HX RCH2CHXR

La adición de Hidrógeno a cualquiera de los dos átomos de Carbono etilénicos en este alqueno simétrico, seguida de la adición del ión halogenuro al otro átomo de Carbono, da origen al mismo haloalcano.

Paso 1)

Paso 2)

El paso 1 supone la transferencia de un protón (Agente electrofílico) del halogenuro de hidrógeno al alqueno (un agente nucleofílico). La adición del protón transforma al alqueno en un ión carbonio el cual, teniendo carácter electrofílico, reacciona con el ión halogenuro nucleofílico para formar el producto (paso 2). Con un etileno con substituyentes simétricos, el ión carbonio que se produce por adición del protón a cualquiera de los dos carbonos etilénicos será el mismo y, por consiguiente el producto también será el mismo. Cuando es posible la adición de un halogenuro de hidrógeno a un alqueno no simétrico, por ejemplo, 1 - buteno, hay dos productos posibles. En el caso de la reaccion entre el 1 - buteno y HI, los productos serán 1 - yodobutano y 2 - yodobutano.

Los resultados experimentales indican que en esta reaccion se forma el 1 - yodobutano y el 2 - yodobutano en forma casi exclusiva. Ocurre una reaccion similar con el HCl o con el HBr (en ausencia de peróxidos o luz) produciéndose un 2 - haloalcano. En presencia de peróxidos o luz el HBr (pero no el HCl) se adiciona dando el 1 - haloalcano. Hace aproximadamente cien años, antes de que se estableciera el concepto electrónico en la química y también antes de que se estableciera el concepto de la estabilidad de los iones carbonio intermediarios, se conocía una regla empírica con el nombre de Regla de Markonikov, por medio de la cual se puede predecir el producto principal de la adición de un reactivo no simétrico. Esta regla dice que en la adición iónica de un reactivo no simétrico a un doble enlace no simétrico, el agente electrofílico se unirá al átomo de carbono del doble enlace que contenga el menor numero de grupos alquilo, es decir aquel que tenga el mayor numero de hidrógenos. Asi la regla de Markonikov predice la adición de HBr al 1 - buteno dará principalmente 2 - bromobutano. Esta se conoce, por consiguiente, como adición tipo Markonikov. Bajo ciertas condiciones de reaccion el HBr puede adicionarse al 1 - buteno para dar el 1 - bromobutano, esto se conoce como adición anti-Markonikov.

Principales reacciones de adición a)Con el hidrógeno en presencia de Ni, Pt, ó Paladio, se forman parafinas (alcanos)

b)Los Halógenos se adicionan dándonos derivado dihalogenados en carbonos vecinos

c)Adicionando Ácido hipocloroso o hipobromoso da como resultado Clorhidrinas o Bromhidrinas.

d)Con soluciones diluidas con agentes oxidantes como el agua oxigenada en presencia de el permanganato de Potasio KmnO4 (Reactivo de Bayer) se forman glicoles.

e)Con el ozono nos dan Ozónidos; estos compuestos son muy importantes porque permiten fijar la posición de la doble ligadura, ya que por hidrólisis se desdobla en 2 moléculas de Formaldehído.

V. DIBUJO

VI. RESULTADOS Y OBSERVACIONES Colocamos en el matraz de dos bocas 10ml de ciclohexanol. Después agregamos 0.5ml de ácido sulfúrico gota a gota. Comenzamos a calentar y conectamos el reflujo por una hora. Después de una hora el color de la mezcla que obtuvimos era color café-transparente. A esta solución se le hicieron lavados con solución de carbonado de sodio (2g en 10ml de agua). Posteriormente hicimos otros tres lavados con solución saturada de bicarbonato de sodio. La fase orgánica era aceitosa y de color café claro denso.

Medimos 1ml de agua de bromo que era color amarillo-transparente y le agregamos una gota de la fase orgánica. Ante esto se decoloró el agua de bromo con lo que comprobamos la presencia del ciclohexeno (prueba de determinación). Después sometimos a destilación la fase orgánica. Pesamos el matraz colector antes de la obtención. A los 85oC comenzamos a obtener las primeras gotas del producto.

Calculo del rendimiento:

H2SO4
+ H2O

0.09423 mol 0.09423 mol

100.6 gr. 82.08 gr.

δ = 0.9448

v = 10 ml δ = m/v

m = δv

m = (0.948 gr/ml) (10ml)

m = 9.48 gr.

1mol
= 100.6 gr/mol X = 0.09423

X = 9.48 gr.

W = nPM 7.7319 gr. = 100%

W = (82.08gr/mol) (0.0942mol) 6.857 gr. = X

W = 7.7319 gr.

X = 88.68%

VII. CONCLUSIONES La obtención de alquenos es un procedimiento sencillo de hacer ya que se requieren muy pocos reactivos para su realización. Además de ver durante esta práctica la obtención de alqueno también determinamos que esta reacción es reversible, ya que resonancia del ciclohexeno provoca que el electrón “juegue” y de esta manera regrese a su estado original.

VIII. BIBLIOGRAFIA

• http://www.fichasdeseguridad.com/ciclohexeno.htm

• http://www.telecable.es/personales/albatros1/quimica/alquenos/alquenos.htm

• http://www.unalmed.edu.co/~cgpaucar/1.html

• http://html.rincondelvago.com/reacciones-de-alquenos.html

• http://www.fichasdeseguridad.com/dioxido_manganeso.htm

IX. CUESTIONARIO

1.- Con base en los resultados obtenidos, ¿cuál de los dos métodos es el más eficiente para obtener ciclohexeno? Explique.

Le de reflujo directo ya que se obtuvo un mejor rendimiento.

2.- a) ¿Qué es una reacción reversible?

Es aquella que puede regresar a su estado original

b) ¿Qué es una reacción irreversible?

Es aquella que no regresa a su estado original

c) ¿Qué es una reacción en equilibrio?

Es aquella que no necesita de nada para encontrarse completa

3.- ¿Cuáles fueron los principales factores experimentales que se controlaron en esta práctica?

El trato que se les dio a las mezclas ya que en una se uso la destilación y en otro se utilizó el sistema de reflujo, evidentemente también fue un factor importante la temperatura y los reactivos utilizados, ya que algunos eran muy tóxicos y provocaban una reacción más violenta.

4.- ¿Qué debe hacer con los residuos de la reacción depositados en la pera o matraz antes de desecharlos por el drenaje?

Incineración.

5.- ¿Cuál es la toxicidad de los productos que se forman al realizar las pruebas de insaturación?

El dióxido de manganeso es una sustancia que irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La inhalación del aerosol puede originar reacciones asmáticas. La exposición por inhalación prolongada o repetida puede originar asma. La sustancia puede tener efectos sobre el corazón, dando lugar a miocardiopatías. Del bromo ciclohexeno no encontré la toxicidad.

6.- Asigne las bandas principales a los grupos funcionales presentes en los espectros de I.R. de reactivos y productos.

PRACTICA NO.6

OXIDACION DE n-BUTANOL A n-BUTIRALDEHIDO

I. OBJETIVOS

a) Ejemplificar un método para obtener aldehídos alifáticos mediante la deshidrogenacion de alcoholes.

b) Formar un derivado sencillo del aldehído obtenido para caracterizarlo.

II. REACCION

+ H+

III. MATERIAL

• Matraz pera de dos bocas

• Refrigerante con mangueras

• Embudo de filtración rápida

• Embudo de separación con tapón

• Espátula

• Tubos de ensaye

• Pinzas de tres dedos

• Pinzas para tubos de ensaye

• Recipiente de peltre

• Matraces

• Pipetas

• Matraz kitasato

• T de destilación

• Colector

• Porta termómetro

• Probetas

• Termómetro

• Vasos de precipitado

• Columna vigreaux

• Dicromato de potasio

• Solución de dinitrofenilhidrazina

• Ácido sulfúrico concentrado

• Etanol

• n-butanol

IV. FUNDAMENTO TEORICO

1.- Oxidación. Diferentes agentes oxidantes. Acción sobre alcoholes y grupo carbonilo de aldehídos y cetonas.

Un oxidante es un compuesto químico que oxida a otra sustancia en reacciones electroquímicas o redox. En estas reacciones, el compuesto oxidante se reduce. Básicamente: El oxidante se reduce,el reductor se oxida; todos los componentes de la reacción tienen un número de oxidación; en estas reacciones se da un intercambio de electrones.

Algunos de los agentes oxidantes más importantes son: el oxígeno, ozono, fluor, cloro, bromo, yodo, hipoclorito, clorato, ácido nítrico, cromo hexavalente, permanganato, peróxidos, entre otros. La oxidación de algunos de los anteriores agentes oxidantes provoca la formación de grupos carbonilo.

2.- Método de obtención de aldehídos y cetonas.

Se pueden obtener a partir de la oxidación suave de los alcoholes primarios. Esto se puede llevar a cabo calentando el alcohol en una disolución ácida de dicromato de potasio (también hay otros métodos en los que se emplea Cr en el estado de oxidación +6). El dicromato se reduce a Cr3+ (de color verde). También mediante la oxidación de Swern, en la que se emplea sulfóxido de dimetilo, (Me)2SO, dicloruro de oxalilo, (CO)2Cl2, y una base. Esquemáticamente el proceso de oxidación es el siguiente:

3.- Propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos y productos.

N-BUTANOL

Inflamable, nocivo para la ingestión, irrita las vías respiratorias y la piel, riesgo de lesiones oculares graves. La inhalación de sus vapores puede ocasionar somnolencia y vértigo.

N-BUTIRALDEHIDO

Líquido incoloro, de olor acre. El vapor es más denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo; posible ignición en punto distante. La sustancia puede polimerizarse debido al calentamiento intenso bajo la influencia de ácidos o álcalis. Formación de gases tóxicos por combustión. Reacciona con oxidantes. Reacciona violentamente con ácidos fuertes y bases.

La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La inhalación del vapor puede originar edema pulmonar; La experimentación animal muestra que esta sustancia puede causar malformaciones congénitas en humanos.

Punto de ebullición: 75°C

Punto de fusión: -99°C
Densidad relativa (agua = 1): 0.8
Solubilidad en agua: Ninguna
Presión de vapor, kPa a 20°C: 12.2

Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.5

4.- Principales derivados de aldehídos y cetonas usados en su caracterización (reactivos y reacciones).

Las reacciones de los aldehídos y cetonas son esencialmente de tres tipos; adición nucleofílica, oxidación y reducción.

1.- Adición nucleofílica

Debido a la resonancia del grupo carbonilo

la reacción más importante de aldehídos y cetonas es la reacción de adición nucleofílica cuyo mecanismo es el siguiente:

Siguen este esquema la reacción con hidruros ( NaBH4, LiAlH4 ) donde Nu- = H- y la reacción con organometálicos (RMgLi, RLi) donde Nu- = R-.

2.- Adición nucleofílica de alcoholes

3.- Adición de amina primaria

4.- Adición de Hidroxilamina

5.- Adición de hidracinas

7.- Oxidación

8.- Hidruro

9.- Hidrogenación

10.- Reducción de Clemmensen

11.- Reacción de Wolff-Kishner

V. DIBUJO

VI. RESULTADOS Y OBSERVACIONES

Se armó un sistema de destilación fraccionada con una base de matráz pera de dos bocas.

En un vaso de precipitado disolvimos 1.9 gramos de dicromato de potasio dihidratado con 12.5ml de agua y con agitación 1.3ml de ácido sulfúrico concentrado.

En el matraz de pera adicionamos 1.6ml de n-butanol, agitando comenzamos la adición de la solución dicromato de potasio-ácido sulfúrico lentamente haciendolo en 15 min.

Terminada la adición continuamos calentando la mezcla por 15 minutos para que el producto fuera sometido a destilación simple obteniendo un peso puro de 1.218gr.

Después de haber registrado el peso del producto tomamos dos gotas del butiraldehido y los agregamos a 0.5ml de una solución de 2,4-dinitrofenilhidrazina en un tubo de ensayo, agitamos vigorosamente y dejamos reposar obteniendo como resultado un precipitado correspondiente al aldehído.

Calculo del rendimiento:

1.6 ml 0.0198 mol

0.0198 mol

δ = 0.920 gr/ml W = nPM

m = (0.920 gr/mol) (1.6ml) W = (0.0198 mol) (72.1 gr/mol)

m = 1.472 gr. W = 1.42 gr

= 74.12 gr. 1.42 gr = 100%

X = 1.47 gr. 1.128gr = X

X = 0.0198 mol X = 85.77%

VII. CONCLUSIONES

La formación de aldehídos y cetonas nos representa una parte importante en la comprensión de la formación del grupo carbonilo. Fue una práctica más compleja y larga, pero esta empieza a ser parte de las prácticas más difíciles del curso

VIII. BIBLIOGRAFIA

• http://es.wikipedia.org/wiki/Aldeh%C3%ADdo

• http://www.mtas.es/insht/ipcsnspn/nspn0403.htm

IX. CUESTIONARIO

1) ¿Cuál es la finalidad de hacer la mezcla de dicromato de potasio, agua y ácido sulfúrico?

La verdad no se, me parece que es un catalizador de la reacción.

2) Explique como evita que el butiraldehidro obtenido en la práctica se oxide a ácido

Con la misma mezcla de dicromato de potasio y ácido sulfúrico

3) ¿Cómo puede comprobar que obtuvo butiraldehído en la práctica?

Por la precipitación después de agregar el 2,4-dinitrofenilhidrazina al producto obtenido

4) ¿Cómo deben desecharse los residuos de sales de cromo?

Agregar bisulfito de sodio para precipitar el cromo. Precipitar con legia de sosa. Se va a ocasionar un precipitado. Se debe precipitar. Se sigue filtrando hasta no obtener precipitado. La solución debe neutralizarse y después desecharla por el drenaje.

5) Asigne las bandas principales a los grupos funcionales presentes en los espectros de I.R. de reactivos y productos.