Reacciones de Hidrocarburos

Octava práctica de Lab. Química Orgánica

En esta práctica se realizaron los siguientes experimentos: Ensayo con solución de bromo en tetracloruro de carbono, ensayo de Baeyer, ensayo con ácido sulfúrico y nitratación de hidrocarburos aromáticos.

Cap. 8 Química Orgánica 2010 II_ UNALM

Autor: Eltsyn Uchuypoma Ochoa

REACCION DE HIDROCARBUROS 1. Introducción

Los hidrocarburos son compuestos de gran abundancia en la naturaleza y están integrados por átomos de carbono e hidrógeno, los primeros disponen un armazón de estructural al que se unen los átomos de hidrógeno. Forman el esqueleto básico de las moléculas de la materia orgánica, por lo que también son conocidos como compuestos orgánicos. Asimismo los podemos encontrar en formaciones geológicas, tanto en estado líquido (denominado comúnmente con el nombre de petróleo) como en estado gaseoso (gas natural). Así es como estos hidrocarburos estipulan una actividad económica de primera importancia a nivel mundial, pues constituyen los principales combustibles fósiles, además sirven de materia prima para todo tipo de plásticos, ceras y lubricantes. Pero, son estas formas de elevado valor económico (petróleo y sus derivados), las responsables de graves problemas de contaminación en el medio natural, a nivel de superficie e incluso afectan a grandes reservas de agua subterránea. Es por ello por lo que al final de este título se les dedica un epígrafe especial

2. Objetivo • Diferenciar hidrocarburos insaturados de alcanos y aromáticos; mediante la prueba

de bromo en tetracloruro de carbono (Br2/CCl4), prueba de Baeyer (KMnO4/H2O), reacción con acido sulfúrico (H2SO4) y nitración de hidrocarburos aromáticos (HNO3 + H2SO4).

• Analizar qué tipo de hidrocarburo es la muestra problema; comprándolo con los diferentes hidrocarburos en las diferentes pruebas.

3. Metodología

A. ENSAYO DE Br2/CCl4 SOBRE UN HIDROCARBURO. Materiales:

• n-Hexano • Benceno • Alqueno • Muestra problema (5-H)

Procedimiento:

1. Tomar 5 tubos de ensayo y enumerarlos.

2. A los tubos N° 1 y 2 agregarle 1ml de n-hexano, al N° 3 1ml de alqueno, al N° 4 adicionar 1ml de benceno y finalmente al último tubo agregar 1ml del MP.

3. A cada uno de los tubos agregar 15 gotas de Br2/CCl4. El tubo N°1 debe reaccionar sin presencia de luz. Llevar este tubo a un lugar oscuro. Y el tubo N°2 debe reaccionar en presencia de luz. Si es posible exponerlo a los rayos del sol por unos minutos.

• CH3CH2CH2CH2CH2CH3+ Br2/CCl4 luz CH3CH2CHBrCH2CH2CH3 + HBr

• CH3CH2CH2CH2CH2CH3+ Br2/CCl4 sin luz No existe reaccion. • Alqueno + Br2/CCl4 Si hay reacción. • Benceno + Br2/CCl4 No hay reacción. • MP(5-H) + Br2/CCl4 No hay reacción.

B. ENSAYO DE BAEYER Materiales:

• n-Hexano • Benceno • Alqueno • Muestra problema (5-H)

Procedimientos: 1. En 4 tubos de ensayo. Agregar 5 gotas de cada uno de los hidrocarburos

a experimentar (n-Hexano, Benceno, Alqueno y Muestra problema (5-H)).

2. Adicionar a cada tubo unas gotas de KMnO4/H2O. Observe y anote si se produce cambio de coloración de purpura; y si existe formación de precipitado (p.p.) marrón.

• CH3CH2CH2CH2CH2CH3 KMnO4/H2O No hay reacción. • Alqueno KMnO4/H2O Si hay reacción. • Benceno KMnO4/H2O No hay reacción. • MP(5-H) KMnO4/H2O No hay reacción.

C. ADICIÓN DE ACIDO SULFÚRICO CONCENTRADO.

Materiales:

• n-Hexano • Benceno • Alqueno • Muestra problema (5-H)

Procedimiento: 1. A 4 tubos de ensayo agregar a cada uno 1 mL de H2SO4 concentrado. 2. Añadir a cada tubo 10 gotas de los hidrocarburos de ensayo (n-Hexano,

Benceno, Alqueno y Muestra problema (5-H)). 3. Agite suavemente y anote los resultados. La formación de una sola fase

antes de los 5 minutos, determinara la presencia de enlaces dobles.

CH3CH2CH2CH2CH2CH3 + H2SO4 si hay reacción.* Alqueno + H2SO4 si hay reacción. (Color caramelo) Benceno + H2SO4 no hay reacción. MP (5-H) + H2SO4 no hay reacción. *IMPORTANTE: usualmente los alcanos no reaccionan con H2SO4; pero en el experimento si ocurrió reacción, hubo cambio de coloración (caramelo translucido). Quizás esto se debió a que el tubo no estaba limpio, y quedaron pequeñas muestras de otra sustancia.

D. NITRACIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS. Materiales:

• Benceno • Muestra problema (5-H)

Procedimiento:

1. En 2 tubos de ensayo. A cada uno agregar 8 gotas de los hidrocarburos aromáticos de ensayo (Benceno y Muestra problema (5-H)). Adicionar 8 gotas de HNO3 con sumo cuidado en la campana de gotas. Y 1 gota de H2SO4 también en la campana de goteo.

2. Coloque los dos tubos de prueba en el equipo de baño maría durante 5 minutos. Verter la solución sobre hielo molido o picado en un vaso precipitado.

3. La formación de un líquido aceitoso amarillento de olor aromático indica la nitración del benceno y la formación de nitrobenceno. Trabajar paralelamente con la MP (5-H).

Benceno + HNO3 + H2SO4 Hay reacción (incoloro, olor muy fuerte a naftalina).

MP (5-H) + HNO3 + H2SO4 Existe reacción (incoloro, olor a naftalina).

4. Conclusiones

• El ensayo de Br2/CCl4 sobre un hidrocarburo consiste en comprobar la presencia de alquenos o fenoles con una simple prueba. Con el alqueno se produce una adición electrofilia, rompiendo el enlace doble y generando un dihaloalcano. Con un aromático no existe reacción. La reacción se caracteriza por el cambio de coloración (pasa re color rojizo del bromo a incoloro) lo que ratifica la presencia del alqueno.

• El ensayo de Baeyer permite reconocer la presencia de enlaces dobles. Al agregar el reactivo al compuesto insaturado (alqueno) se forma rápidamente un precipitado de color marrón y desaparece el color purpura. Con el n-hexano, Benceno y MP (5-H) no hay ninguna reacción y la coloración del permanganato se mantiene.

• La reacción con acido sulfúrico (H2SO4) es otro ensayo para diferenciar hidrocarburos insaturados de los alcano y aromáticos, ya que estos últimos no

reacción frente al reactivo a temperatura ambiente, mientras que el enlace doble sufre la rápida adición del H2SO4.

• La muestra problema es un hidrocarburo aromático; porque no reacciona con la prueba de bromo en tetracloruro de carbono, ni con la prueba Baeyer y tampoco con la reacción de acido sulfúrico. Pero si reacciona en la nitración de aromáticos.

5. Bibliografía

• Lederer E. y Lederer M. Cromatografía: Revisión de sus principios y

aplicaciones. Editorial EL ATENEO. Buenos Aires. Argentina. • Campbell N., Mitchell L. y Reece J., Biología conceptos y relaciones. 3°

edición. Editorial Prentice Hall. México. • Keese R., Müller R.K., Toube T.P. Métodos de laboratorio para Química

Orgánica. 1° edición. Editorial Limusa. Mexico DF. 1990 • Durst H.D. Química Orgánica Experimental. Editorial Reverté. España 1985.

CUESTIONARIO

1.- ¿Qué aplicación en los compuestos biológicos tienen las reacciones efectuadas? La nitración: se usa para ver la eficiencia que tienen los tampones a controlar el pH de la sangre.

Solución de Baeyer: se usa en la detección de grasas, para saber si es del tipo cis o del tipo trans. Entre los hidrocarburos aromáticos más importantes se encuentran todas las hormonas y vitaminas, excepto la vitamina C; prácticamente todos los condimentos, perfumes y tintes orgánicos, tanto sintéticos como naturales; los alcaloides que no son alicíclicos (ciertas bases alifáticas como la putrescina a veces se clasifican incorrectamente como alcaloides), y sustancias como el trinitrotolueno (TNT) y los gases lacrimógenos. Por otra parte los hidrocarburos aromáticos suelen ser nocivos para la salud, como los llamados BTEX, benceno, tolueno, etilbenceno y xileno por estar implicados en numerosos tipos de cáncer o el alfa-benzopireno que se encuentra en el humo del tabaco, extremadamente carcinogénico igualmente, ya que puede producir cáncer de pulmón.

2.- ¿si al isobutano se le añade bromo disuelto en tetracloruro de carbono en presencia de luz, qué productos se formaran y cual en mayor porcentaje?

La reacción seria de sustitución, la que se daría de la siguiente manera:

Pero de todos los productos, el que se va a obtener en mayor porcentaje es el bromuro de ter-butilo.

3.- Completar las siguientes reacciones (si se producen). KMnO4/H2O No hay reacción.

CH3CH2CH=CH2 KMnO4/H2O CH3CH2CHCH(OH)CH2(OH) + MnO2 + KOH

KMnO4/H2O NO hay reacción.

4.- Si 0,25 moles de grasa o aceite consume 40g de bromo: ¿Cuántos enlaces dobles se puede estimar que tiene este lípido?

Por regla de tres calculamos E= 0.25 moles de enlaces dobles en una mol de grasa. De lo cual podemos deducir que el 25% de los enlaces que presente la molécula serán enlaces dobles o insaturados.

+ Br/CCl4

LUZ Br

+ HCl

ISOBUTANO BROMURO DE TER-BUTILO

• Peso de una mol de Br2 = 2.(79.904) gr

Cantidad de dobles enlaces = 1mol

Peso usado de Br2 = 40 gr

Cantidad de dobles enlaces = E

5.- Proponga dos métodos para determinar la presencia de insaturaciones en una muestra de grasa.

Es posible sacar conclusiones acerca de la identidad, composición (pureza, autenticidad) y calidad (frescura, vida útil) de una grasa/aceite empleando diferentes métodos químicos o físico-químicos y sensoriales.

Entre los métodos químicos (índices) destacan el de saponificación (cantidad de hidróxido potásico necesaria para la saponificación de 1 g de grasa), yodo (cantidad en gramos de yodo que resulta ligada por cada 100 g de grasa), acidez (cantidad en miligramos de hidróxido potásico necesaria para la neutralización de los ácidos grasos libres presentes en 1 g de grasa) y de peróxidos (cantidad en miligramos de oxígeno activo en 1 Kg de grasa).

1. El índice de yodo.- Es una medida del grado de instauración de los componentes de una grasa. Será mayor cuanto mayor sea el número de dobles enlaces por unidad de grasa, se utiliza con la finalidad de comprobar la pureza y la identidad de las grasas (p.e., el índice de yodo del ácido oleico es 90, del ácido linoleico es 181 y del ácido linolénico 274). A la vez que los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados se determinan también las sustancias acompañantes insaturadas, por ejemplo, los esteroles. El yodo por sí mismo no reacciona con los dobles enlaces. En su lugar se utilizan bromo o halogenados mixtos como ICl o IBr. El método recibe distintos nombres dependiendo del reactivo empleado Ejem: técnica de Wijs, para determinar en forma cuantitativa el grado de instauración de una grasa. La adición de halógenos a los dobles enlaces depende de la configuración de los compuestos insaturados, del tipo de halógeno y del disolvente, así como de las condiciones externas.

2. Mediante las técnicas de espectroscopia, la utilización de radiación del espectro electromagnético cuya longitud de onda está comprendida entre los 100 y los 800 nm (energía comprendida entre las 286 y 36 Kcal/mol) y su efecto sobre la materia orgánica es producir transiciones electrónicas entre los orbitales atómicos y/o moleculares de la sustancia. Los espectros de absorción infrarroja se obtienen, normalmente, colocando la muestra en un espectrofotómetro infrarrojo de doble haz y midiendo la intensidad relativa de la energía luminosa transmitida (o absorbida) versus la longitud de onda o número de onda. Una fuente de luz normal para radiaciones infrarrojas es la lámpara incandescente de Nernst, una varilla que contiene una mezcla de óxido de zirconio, óxido de itrio y óxido de erbio, calentada por medio eléctrico alrededor de 1500°, se basan en este tipo de transiciones debido a que las energías requeridas para enlaces múltiples nos dan picos dentro de la zona

200-700 n m. Ambas transiciones requieren la presencia de dobles o triples enlaces. A estos grupos con enlaces insaturados se le aplica el término cromóforo.

6.- ¿Qué es el índice de octanaje u octanaje de la gasolina? El octanaje o índice de octano, también se denomina RON (por sus siglas en inglés, Research Octane Number), es una escala que mide la capacidad antidetonante del combustible (como la gasolina) a detonar cuando se comprime dentro del cilindro de un motor. Las dos referencias que definen la escala son el heptano lineal, que es el hidrocarburo que más detona, al que se asigna un octanaje de 0, y el 2,2,4-trimetilpentano o isoctano, que detona poco, al que se asigna un valor de 100. Su utilidad radica en que la eficacia del motor aumenta con altos índices de compresión, pero solamente mientras el combustible utilizado soporte ese nivel de compresión sin sufrir combustión prematura o detonación.

Algunos combustibles (como el GLP, GNL, etanol y metanol, entre otros) poseen un índice de octano mayor de 100. Utilizar un combustible con un octanaje superior al que necesita un motor no lo perjudica ni lo beneficia. Si se tiene previsto que un motor vaya a usar combustible de octanaje alto, puede diseñarse con una relación de compresión más alta y mejorar su rendimiento. 7.- ¿Qué son antidetonantes y porque se añade a la gasolina?

Sustancia química que se añade a la gasolina para elevar su índice de octano, permitiendo una mayor compresibilidad y menor detonabilidad de la misma

¿Por qué se añaden a la gasolina?

En un motor de explosión generalmente hay 4 tiempos en cada ciclo, que abarca dos giros completos. 1) Admisión, que es la entrada en el cilindro de la mezcla aire-gasolina producida

por el carburador. El pistón baja dentro del cilindro.

2) Compresión de esa mezcla por el pistón que sube dentro del cilindro.

3) Explosión de la mezcla gasolina aire por una chispa de la bujía. El pistón desciende empujado por la expansión de los gases.

4) Escape. El pistón sube y empuja los gases quemados fuera del cilindro. Y se vuelve a la 1)

Se llama detonación a una anomalía en este funcionamiento. La gasolina enciende sola durante la fase de compresión, antes de que salte la chispa en la bujía. Esta detonación o explosión antes de tiempo es un grave problema, pues se produce cuando el pistón aún está subiendo. Los gases en expansión empujan entonces al pistón antes de llegar al punto superior de su movimiento. Durante un breve tiempo lo empujan en sentido contrario al de su movimiento normal. Las gasolinas de bajo número de octano tienen mayor tendencia a producir este efecto, a detonar antes de tiempo dentro del cilindro. Para impedir esa detonación es que se le agregan sustancias que aumentan el número de octano, los llamados antidetonantes. La explosión dentro del cilindro se produce así en el momento oportuno, que es cuando salta la chispa en la bujía.