Determinación de la constante de velocidad de reacción en la...

CINÉTICA QUÍMICA Química Orgánica II (1413)

Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G

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CINÉTICA QUÍMICA Determinación de la constante de velocidad de reacción

en la hidrólisis del cloruro de terbutilo

OBJETIVO.

El alumno comprobará experimentalmente el mecanismo de una reacción SN1 mediante la determinación gráfica del orden y la constante de velocidad de una reacción de primer orden.

ANTECEDENTES

1. Cinética Química. 2. Expresión de la velocidad de una reacción. 3. Ecuación cinética para una reacción de primer orden. 4. Determinación gráfica del orden y constante de la velocidad para una ecuación de primer

orden. 5. Mecanismo de obtención de cloruro de terbutilo. 6. Ecuación SN1: Mecanismo y cinética de la hidrólisis del cloruro de terbutilo.

REACCIÓN

a. Obtención de cloruro de ter-butilo

OH + HCl CaCl2 Cl + H2O

b. Hidrólisis del cloruro de ter-butilo

Cl + H2O EtOH OH + HCl

MATERIAL 1 Anillo metálico 2 Pinzas de tres dedos con nuez 1 Bandeja de plástico 1 Pipeta graduada de 5 ml 1 Barra de agitación magnética 1 Pipeta volumétrica de 1 ml 1 Bureta graduada de 50 ml 1 Pipeta volumétrica de 10 ml 1 Colector 1 Porta termómetro 1 Embudo de separación con tapón 1 Probeta graduada de 25 ml 1 Embudo de tallo corto 1 Recipiente de peltre 1 Embudo para sólidos 1 Recipiente para baño María 1 Espátula 1 Refrigerante con mangueras 4 Matraces Erlenmeyer de 125 ml 1 “T” de destilación 1 Matraz aforado de 100 ml 1 Tapón de corcho ( No. 5) 1 Matraz de bola de una boca de 25 ml 1 Termómetro de -10 a 400 °C 1 Matraz Erlenmeyer de 50 ml 2 Vasos de precipitado de 100 ml 1 Parrilla con agitación 1 Vidrio de reloj


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SUSTANCIAS 26 ml Ácido clorhídrico concentrado 70 ml Etanol 96 % 40 ml Agua destilada 0.1 g Fenoftaleína 12 ml Alcohol ter-butílico 15 ml Hidróxido de sodio 0.05 N 5 g Carbonato de sodio 1 g Sulfato de sodio anhidro 4 g Cloruro de calcio

INFORMACIÓN

a. Una reacción química comprende la conversión de reactivos a productos. b. Las reacciones pueden ser bimoleculares o unimoleculares.

c. Un mecanismo de reacción es la descripción paso por paso, del proceso que ocurre cuando los

reactivos se convierten a productos.

d. La cinética de reacciones se refiere al estudio detallado de la velocidad de las reacciones químicas. Permite estudiar un mecanismo, ya que proporciona una medida de las velocidades de reacción, y una indicación sobre el número y la naturaleza de las moléculas que intervienen en la reacción. Los experimentos se llevan a cabo a temperaturas y concentraciones de reactivos controladas. Con precisión. Conforme transcurre la reacción se pueden determinar la disminución o el aumento de un reactivo o producto en función del tiempo transcurrido.

e. La interpretación de los resultados experimentales, junto con una expresión matemática,

conduce a una mejor comprensión de los mecanismos de reacción.

PROCEDIMIENTO

a) Cloruro de Terbutilo.

Coloque en un matraz de 125 ml con tapón: 12 ml de terbutanol, 36 ml de ácido clorhídrico, 4.0 g de cloruro de calcio y mézclelos con agitación vigorosa durante 15 minutos. Transfiera el contenido del matraz a un embudo de separación, deje reposar hasta la separación de fases, elimine la capa inferior (1), lave dos veces el cloruro de terbutilo formado con una solución de carbonato de sodio (2) al 10% (5 ml cada vez). Seque el cloruro de terbutilo con sulfato de sodio anhidro y purifíquelo por destilación simple (3). Recoja la fracción que destila entre 42-45oC.

b) Determinación de la constante de velocidad de la hidrólisis del cloruro de terbutilo.

Coloque 1 ml de cloruro de terbutilo, recién destilado y seco, en un matraz aforado de 100 ml (4), afore con una mezcla de etanol/agua 77:33 (utilice alcohol de 96% y agua destilada).

Mezcle y empiece a contar el tiempo (5). Espere dos minutos, tome un alícuota de 10 ml y titule con NaOH 0.05 N, use fenoftaleína como indicador (6). A los 12 minutos de hecha la mezcla titule la



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segunda alícuota y cada 10 minutos realice otra titulación, hasta el total de 8-9 titulaciones. Anote los resultados en el siguiente cuadro:

Tiempo Vol. de NaOH x= concentración mol/L

de cloruro de ter-butilo (a-x)

€

a(a − x)

log

€

a(a − x)

k

Cálculos

Calcule “k” para distintos valores de “t” con la siguiente fórmula:

k = 2.3 log

€

a(a − x)

€

1tdonde:

a = Concentración inicial del cloruro de terbutilo en moles/L = 1 mL X 0.85 (dens. t-BuCl) X 10/92 (PM t-BuCl) = 0.092 mol / L. x = Vol. NaOH X Normalidad/10 = mol/L de cloruro de terbutilo transformado en el tiempo t.

Para encontrar el valor de “k” por el método gráfico, construya la siguiente gráfica, cuya pendiente es igual a m= Y2-Y1/X2-X1 y nos da el valor de k= 2.3 m

Log

€

a(a − x)

t Formule las conclusiones de acuerdo a sus datos experimentales.

NOTAS:

(1) La fase inferior corresponde al HCl residual. (2) Durante los lavados el cloruro de terbutilo queda en la fase superior. Consulte la densidad del cloruro de

terbutilo. (3) Emplee un sistema de destilación sencilla, caliente el matraz sumergido en un baño María. Reciba el

destilado en un matraz con un baño de hielo. (4) Para obtener datos correctos se necesita que el material empleado esté limpio y seco. (5) Desde el momento que agrega la mezcla de etanol-agua empiece a contar dos minutos para hacer la

primera titulación.


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(6) Utilice 1 ó 2 gotas de fenoftaleína. El punto final de la titulación es cuando se produce el vire al color rosa tenue y este persiste por un minuto. Para obtener mejor detección del punto de equivalencia, sumerja el matraz, que contiene la alícuota, en un baño de hielo.

CUESTIONARIO

1) ¿Cuál es el orden obtenido de los datos experimentales? 2) De acuerdo al orden ¿Cuál es el mecanismo de la reacción de hidrólisis?

3) ¿Cuál es la toxicidad del terbutanol, ácido clorhídrico y del cloruro de terbutilo.

4) Los residuos de la reacción de obtención del cloruro de terbutilo contienen agua, cloruro de

calcio y terbutanol. ¿Qué es necesario hacer para desecharlos al drenaje?

5) ¿Qué precauciones se deben tener al trabajar con ácido clorhídrico concentrado?

BIBLIOGRAFÍA

Laider K. J., Cinética de reacciones. Vol. 1, Editorial Alambra, Madrid, España, 1971, pp 1-10, 19-29.

Brewster, R. Q. y Vanderwerf C. A.., Curso práctico de química orgánica, 2ª. Edición, Alambra,

España, 1970.

Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica, Fondo Educativo Interamericano, México, 1976.

Moore, J. A. y Dalrymple, D. L., Experimental Methods in Organic Chemistry, 2a. ed., W. B.

Saunders, EU, 1976, pp. 271-275.



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CINÉTICA QUÍMICA Determinación de la constante de velocidad de reacción

en la hidrólisis del cloruro de terbutilo

ter-butanolHCl, CaCl2

1) Agitar 15'2) Separar

Fase acuosa Fase orgánica

HCl Cloruro de terbutilo,agua, HCl

D2

D3

D5D4

D13) Lavar con Na2CO3 (10%)

Fase acuosa

H2ONaHCO3

4) Secar con Na2SO4

Fase orgánica

Sólido

Na2SO4H2O

Líquido

Cloruro de ter-butilo

5) Destilar

DestiladoResiduo

Residuodestilado

Cloruro de ter-butilo

6) Agregar agua-etanol

7) Determinar constanteCloruro de ter-butilo

D1, D3: revise pH, neutralice y deseche por el drenaje. D2: si contiene terbutanol, destile el agua y mande a incineración el residuo. D4: mande a incineración D5: recupere etanol por destilación. Neutralice el residuo y deseche por el drenaje.

REACCIÓN DE GRIGNARD PREPARACIÓN DE TRIFENIL CARBINOL

Química Orgánica II (1413) COORDINADORA DRA. MA. DEL CONSUELO S. SANDOVAL G

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OBJETIVOS Ilustrar en el laboratorio la reacción de Grignard como un ejemplo de la reacción de adición

nucleofílica a compuestos carbonílicos. Realizar procedimientos típicos de adición de carbaniones a cetonas o ésteres en medio anhidro,

para obtención de alcoholes terciarios.

ANTECEDENTES 1. Adición nucleofílica, mecanismo general. 2. Reacción de Grignard. 3. Propiedades de compuestos organométalicos y adición a cetonas. 4. Obtención de alcoholes. 5. Propiedades y normas de seguridad en el manejo de todas y cada una de las sustancias

involucradas (reactivos y productos).

REACCIÓN

MATERIAL 1 Embudo de separación* 1 Embudo de sólidos 1 Matraz de bola de dos bocas* 1 Espátula 1 Pipeta graduada de 1 ml* 2 Matraces Erlenmeyer de 125 ml 1 Pipeta graduada de 10 ml* 1 Matraz balón de 25 ml 1 Refrigerante para agua con mangueras* 1 Matraz kitazato de 250 ml con manguera 1 Tapón esmerilado* 1 Parrilla con agitación 2 Trampas de humedad* 2 Pinzas de tres dedos con nuez 1 Vaso de precipitado de 100 ml* 1 Porta termómetro. 1 Vial* 1 Probeta graduada de 25 ml 1 Agitador de vidrio 1 Recipiente de peltre 1 Barra de agitación magnética 1 Recipiente para baño María 1 Colector 1 “T” de destilación 1 Elevador 1 Termómetro de -10 a 400 0C 1 Embudo Buchner con adaptador de hule 1 Vidrio de reloj 1 Embudo de filtración rápida * En la estufa, se los entrega su maestro SUSTANCIAS Cantidad Cantidad Ácido sulfúrico concentrado 1.4 ml Éter etílico 40 ml Benzoato de etilo 1 ml Hexano 20 ml Benzofenona 1.6 g Magnesio en viruta 0.7 g Bromobenceno 2.9 ml Sulfato de sodio anhidro 4.0 g Cloruro de amonio (sol. 10%) 20 ml Tetrahidrofurano anhidro 18 ml


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Cloruro de calcio anhidro 30 g Yodo 0.1 g Cloruro de sodio 15 g

PROCEDIMIENTO 1era Parte Secar el material perfectamente y preparar dos trampas de humedad con cloruro de calcio

anhidro.

I. Bromuro de fenil magnesio.

En el matraz pera Quickfit de dos bocas colocar 0.3 g (0.0125 at. g.) de viruta de magnesio y un cristal de yodo, agregar 1 ml de Tetrahidrofurano (1) y adaptar el embudo de separación con la llave cerrada en la boca inclinada; en la otra boca del matraz colocar un refrigerante de agua en posición de reflujo y en la parte superior de éste un tubo con cloruro de calcio.

En el embudo de separación colocar 1.3 ml (1.9 g, 0.0121 moles) de bromobenceno (de

preferencia recién destilado) y tapar el embudo con el otro tubo de calcio y dejar gotear el matraz alrededor de 0.2 ml de bromobenceno, sin agitar, para tener una concentración local alta (2) una vez que la reacción se inicia, agregar 7 ml de THF seco en el embudo de adición (para diluir el bromobenceno restante), agitando continuamente, agregar el resto de esta solución gota a gota de tal forma de tener una ebullición suave y continua (2). Si la reacción no se inicia puede inducirse mediante:

1. Adición de otro cristal de yodo. 2. Calentamiento suave agitando continuamente, con un baño de agua a 50 oC. Si el color del yodo

desaparece y la ebullición continúa una vez retirado el baño, la reacción se ha iniciado. 3. Adición de otro cristal de yodo y frotándolo sobre el magnesio contra la pared del matraz

agitando con movimiento circular (sin romper el matraz) con una varilla seca. 4. Adición de unas gotas de reacción ya iniciada. 5. Adición de gotas de dibromoetano.

No permitir que ésta se suspenda. Si la ebullición disminuye sensiblemente, calentar la mezcla

de reacción suavemente con el baño de agua a 50 oC. La reacción termina cuando todo el magnesio se ha desintegrado y la solución adquiere

turbidez de color café. Si es necesario, calentar a reflujo durante 10 minutos.

II. a Adición de benzofenona (3).

En el embudo separación colocar 1.2 g (0.007 moles) de benzofenona y disolver en 6 ml de THF

seco, adicionar lentamente esta solución al reactivo de Grignard, agitando y enfriando solamente lo necesario para mantener una ebullición suave. Terminada la adición calentar a reflujo durante 20 minutos.

Verter la mezcla de reacción en un vaso de precipitados de 150 ml con 10 g de hielo. Lavar el

matraz de pera con 5 ml de éter común, y verterlo en el vaso.

II. b Adición de benzoato de etilo (3).

En el embudo de separación colocar 0.6 ml (0.62g, 0.004 moles) de benzoato de etilo y 5 ml de THF, adicionar lentamente y con agitación esta solución al reactivo de Grignard. Terminada la adición calentar a reflujo durante 20 minutos.

Continuar con el procedimiento descrito en la alternativa II a.



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NOTAS:

(1) El éter y el THF son muy inflamables debiendo evitarse la presencia de chispas, flamas de cigarrillos encendidos, sobrecalentamientos, etcétera. En su manejo se debe extremar las precauciones de seguridad y en esta práctica específicamente, mantener condiciones anhidras.

(2) La reacción es difícil de iniciar en presencia de agua, oxígeno o alcohol y el rendimiento disminuye notablemente.

(3) En la alternativa II a se utilizó una relación molecular de benzofenona a reactivo de Grignard 1:2. En la alternativa II b se utilizó una relación molecular de benzoato de etilo a reactivo de Grignard de 1:3.

(4) El THF es soluble en agua acidulada.

2da Parte Para lograr la hidrólisis completa se agrega una solución de ácido sulfúrico al 5%, hasta disolver

el sólido (4). La mezcla se transfiere a un embudo de separación, separando la fase orgánica (THF, éter y producto). La fase acuosa se somete a una extracción múltiple con éter etílico (2 x 7 ml). Se reúnen los extractos orgánicos, en el embudo de separación, y enseguida se lavan con 20 ml de una solución de cloruro de amonio al 10 % y después con una solución saturada de cloruro de sodio. Secar la fase orgánica con sulfato de sodio anhidro, filtrar y destilar el éter-THF casi a sequedad. El residuo se cristaliza vertiéndolo en 15 ml de hexano. El sólido formado se filtra y se determina su punto de fusión y rendimiento.

CUESTIONARIO 1. Describa un método para eliminar el agua del éter etílico y tetrahidrofurano. 2. ¿Cuál es la evidencia que muestra que la reacción de Grignard ha terminado? 3. ¿Qué productos se formarán, si la benzofenona o el benzoato de etilo son adicionados al

reactivo de Grignard con trazas de agua? 4. ¿Cómo se detienen la reacción? 5. ¿Por qué es necesario acidular?

BIBLIOGRAFÍA Brewster, R. Q. y Vander, Werf C. A., Curso práctico de química orgánica, 2ª. Edición, Alambra, España, 1970.

Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica, Fondo Educativo Interamericano, México, 1976.

Cremlyn, R. J. W. y Still, R. H., Named and Miscellaneus Reactions in Practical Organic Chemistry. Heineman Educational Books Ltd., London 1967, pag. 66



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REDUCCIÓN DE UN GRUPO CARBONILO α ,β-INSATURADO CON NaBH4

a. Obtención de difenilcarbinol Método tradicional Método alternativo a escala semi-micro y con Microondas

Obtención de: b. (4-metoxifenil)metanol y c. 4-(hidroximetil)-2-metoxifenol

OBJETIVO Efectuar la reducción de un aldehido o una cetona α,β-insaturado.

Obtener el alcohol primario o secundario a partir del método tradicional, en fase sólida y por medio de microondas.

ANTECEDENTES

1. Obtención de un alcohol por reducción del grupo carbonilo con NaBH4.

2. Diferentes tipos de agentes reductores.

3. Reductores selectivos para aldehidos y cetonas. MATERIAL

1 Agitador de vidrio 2 Matraz Erlenmeyer de 50 ml 1 Bandeja de plástico azul 1 Parrilla 1 Barra magnética chica 2 Pinza de 3 dedos con nuez 1 Cámara de elución 1 Pipeta graduada de 1 ml 1 Capsula de porcelana 1 Pipeta graduada de 10 ml 1 Colector 1 Pipeta Pasteur 1 Embudo de filtración pequeño 1 Probeta graduada de 25 ml 1 Embudo de porcelana con adaptador y manguera 1 Refrigerante con mangueras 1 Embudo de separación con tapón 1 “T” de destilación 1 Embudo de sólidos 3 Tubos de ensayo 1 Espátula 1 Vaso de pptado de 30 ml 1 Matraz balón de 50 ml 1 Vidrio de reloj

SUSTANCIAS

2,4-dinitrofenilhidracina 2 ml Borohidruro de sodio 0.25 g Acetato de etilo 100 ml Hexano 100 ml Ácido clorhídrico al 10% 5 ml Metanol 10 ml Agua 5 ml Placas 1 Benzofenona 0.5 g

REACCIÓN

O OH

1. NaBH4 / EtOH2. HCl / H2O

Benzofenona Bencidrol o difenilcarbinol

(ambas en fase sólida)

REDUCCIÓN DE UN GRUPO CARBONILO α,β−INSATURADO CON NaBH4 PARA OBTENER: a. DIFENILCARBINOL b. (4-METOXIFENIL)METANOL c. 4-(HIDROXIMETIL)-2-METOXIFENOL


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PROCEDIMIENTO

MÉTODO TRADICIONAL

En un matraz de fondo redondo se disuelve 0.5 g de benzofenona en 10 mL de metanol y 0.25 g de borohidruro

de sodio (NaBH4) Nota 1. Adicione núcleos porosos para controlar la ebullición, adapte el condensador en

posición de reflujo y caliente durante 15 min a baño maria Nota 2. Añada 5 ml de agua Nota 3 y caliente a baño

maría 5 min más. Deje enfriar la mezcla de reacción a temperatura ambiente y pásela a un vaso de precipitado.

Agregue ácido clorhídrico al 10% hasta pH ligeramente ácido y precipitación del bencidrol. Separe por filtración

al vacío el sólido obtenido, séquelo y recristalícelo de hexano. Calcule el rendimiento y determine el punto de

fusión.

Notas: 1. Adicione el borohidruro de sodio poco a poco y agitando, debido a que la reacción es exotérmica.

2. Siga el curso de la reacción, haciendo pruebas a la gota sobre vidrio de reloj, de la mezcla de reacción y solución de

2,4-dinitrofenilhidracina, hasta que no se forma precipitado color naranja, lo cual indica que toda la benzofenona ha

reaccionado y cuando de completamente positivo y haya recristalizado haga una cromatografía en capa fina

comparativa eluyendo con H:AcOEt

3. Se adiciona agua, para hidrolizar el complejo que forma el borohidruro de sodio.

MÉTODO ALTERNATIVO A ESCALA SEMI-MICRO

O OH

1. NaBH4 / EtOH2. HCl / H2O


Procedimiento

Coloque 0.2 g de benzofenona en un tubo de ensaye, agregue 5 ml de metanol y agite hasta la disolución

de la benzofenona. Agregue 0.12 de borohidruro de sodio, unas piedras de ebullición y caliente a baño maria 5

min. Nota 1. Agregue 5 ml de agua fría. Acidule con ácido clorhídrico al 10% hasta pH ligeramente ácido y

precipitación del bencidrol. El sólido obtenido obtenido se separa por filtración al vacío. Determine el punto de

fusión y haga una cromatoplaca comparativa con la materia prima y el producto. MÉTODO CON HORNO DE MICROONDAS CASERO WHIRLPOOL LIBRE DE SOLVENTE

O OH


NaBH4 / MgSO4 .7H2Oµw, libre de solvente



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Procedimiento

En un vaso de precipitado de 30 ml adicione una mezcla de NaBH4 (0.15 g, 4 x 10-3 moles) y MgSO4-

7H2O (1.5 g) y el compuesto carbonilo α, β-insaturado (0.36 g, 2 x 10-3 moles) benzofenona.

Coloque el vaso en la parte central del horno de microondas poniendo lateralmente un vaso de precipitado

400 ml que contenga hielo, se cierra la puerta del horno se registra el tiempo de 2 min y la potencia de 8 y se

inicia. Mezcle con la barilla de vidrio o espatula. Hasta completar la reacción, repita el proceso de introducir en

el horno con los mismos intervalos de 2 min y potencia la potencia de 8. Realice una c.c.f. cada 4 min para saber

el curso de la reacción.

Terminado el tiempo de reacción, agregue 5 ml de agua fría. Acidule con ácido clorhídrico al 10% hasta

pH ligeramente ácido y precipitación del bencidrol. El sólido obtenido obtenido se separa por filtración al vacío y

se recristaliza de hexano. Se determina el punto de fusión y el rendimiento.

OBTENCIÓN DE (4-METOXIFENIL) METANOL Y 4-(HIDROXIMETIL)-2-METOXIFENOL

MÉTODO EN FASE SÓLIDA

REACCIONES:

H3CO

H

O

H

O

HOOCH3

4-metoxibenzaldehído

4-hidroxi-3-metoxibenzaldehído

H3CO

H

OH

H

OH

HOOCH3

(4-metoxifenil)metanol

NaBH4libre de solvente

NaBH4libre de solvente

4-(hidroximetil)-2-metoxifenol Procedimiento

En una capsula de porcelana adicione :

I. una mezcla de NaBH4 (0.30 g, 8 x 10-3 moles) y el compuesto carbonilo α, β-insaturado, (0.5 ml, 4 x 10-3 moles) 4-metoxibenzaldehído ó

II. adicione una mezcla de NaBH4 (0.15 g, 4 x 10-3 moles) y el compuesto carbonilo α, β-insaturado (0.30 g, 2 x 10-3 moles) 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehído (vainillina) .

Con la ayuda del agitador de vidrio mezcle el borohidruro de sodio con el compuesto orgánico por

alrededor de 5 min, notara un leve calentamiento que indica que la reacción esta procediendo. Tome placa para

saber el curso de la reacción después del tiempo establecido.

REDUCCIÓN DE UN GRUPO CARBONILO α,β−INSATURADO CON NaBH4 PARA OBTENER: a. DIFENILCARBINOL b. (4-METOXIFENIL)METANOL c. 4-(HIDROXIMETIL)-2-METOXIFENOL


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Adicione 10 ml de H2O y con ayuda del embudo de filtración rápida, viertalo al embudo de separación y

extraiga (2 x 5 ml) Et2O, seque la fase orgánica con Na2SO4 anhidro y destile el éter, quedando en el matraz balón

el producto reducido (el alcohol correspondiente). Pese y en el producto sólido determine el punto de fusión y su

rendimiento.

CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la finalidad de efectuar la prueba con la solución de 2,4-dinitrofenilhidracina?

2. ¿Qué importancia tiene seguir el curso de esta reacción por cromatoplaca?

3. ¿Qué aplicaciones en la industria tienen las reacciones de reducción? Mencione algunos

compuestos que se obtienen por este método

4. ¿Cuáles son los agentes reductores más utilizados en la industria? ¿Porqué?



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OBTENCIÓN DE BUTIRALDEHIDO POR

OXIDACIÓN DE n-BUTANOL Química Orgánica II (1413)


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OXIDACIÓN DE ALCOHOLES PRIMARIOS OBTENCIÓN DE BUTIRALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DE n-BUTANOL.

OBJETIVOS

1. Ejemplificar el método para obtener aldehídos alifáticos mediante la oxidación de alcoholes.

2. Formar un derivado sencillo del aldehído obtenido para caracterizarlo.

ANTECEDENTES 1. Métodos de obtención de aldehídos y cetonas. 2. ¿Cómo se obtiene el butiraldehído industrialmente; para qué se usa; que importancias

económica tiene este aldehído? 3. Diferentes oxidantes, ventajas y desventajas de cada uno de ellos. 4. ¿Qué tipo de aldehídos se pueden obtener por el método de oxidación directa? 5. Reacciones de identificación de aldehídos.

REACCIÓN

MATERIAL 1 Anillo metálico 2 Pinzas de tres dedos con nuez 1 Buchner con alargadera 1 Porta termómetro 1 Colector 1 Probeta graduada de 25 ml 1 Columna Vigreaux 1 Recipiente para baño María 1 Embudo de separación con tapón 1 Refrigerante para agua con mangueras 1 Embudo de vidrio 1 T de destilación 1 Espátula 1 Tela de alambre con asbesto 1 Kitasato de 250 ml con manguera 1 Termómetro -10 a 400 oC 1 Matraz Erlenmeyer de 125 ml 2 Tubos de ensayo 1 Matraz Erlenmeyer de 50 ml 1 Vaso de precipitados de 150 ml 1 Matraz pera de dos bocas 1 Vaso de precipitados de 400 ml 1 Mechero con manguera 1 Vidrio de reloj

SUSTANCIAS

Cantidad 3.8 g Dicromato de potasio 4.0 ml H2SO4 concentrado 3.2 ml n-Butanol 0.5 ml Reactivo de 2,4- Dinitrofenilhidrazina

INFORMACIÓN

OBTENCIÓN DE BUTIRALDEHIDO POR OXIDACIÓN DE n-BUTANOL


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1. Un método para obtener aldehídos es por oxidación de alcoholes. 2. Los aldehídos se oxidan fácilmente. 3. Los aldehídos son compuestos con punto de ebullición menor que el de los alcoholes y de los

ácidos carboxílicos con peso molecular semejante. 4. Los aldehídos forman compuestos sólidos con la 2,4- dinitrofenilhidrazina que se les conoce

como 2,4- dinitrofenilhidrazonas y cuyos puntos de fusión permiten caracterizar a los aldehídos.

PROCEDIMIENTO

A un matraz de 2 bocas se le adapta, por una de ellas, un embudo de adición con la llave cerrada y por la otra un sistema de destilación fraccionada. Colocando una columna Vigreaux en posición vertical.

En un vaso de precipitados de 125 ml disolver 3.8 g de dicromato de potasio dihidratado en 12.5 ml de agua, añadir cuidadosamente y con agitación 2.5 ml de ácido sulfúrico concentrado (1). En el matraz de destilación colocar 3.2 ml de n-butanol y unas piedras de ebullición.

En el embudo de separación colocar la solución de dicromato de potasio-ácido sulfúrico. Calentar el n-butanol a ebullición con flama suave de tal forma que los vapores del alcohol lleguen a la columna de fraccionamiento. Agregar entonces gota a gota la solución de dicromato de potasio-ácido sulfúrico en un lapso de 15 minutos (2) de tal forma que la temperatura en la parte superior de la columna no pase de 80-85 o C (3).

Cuando se ha añadido todo el agente oxidante continuar calentando la mezcla suavemente por 15 minutos más y colectar la fracción que destila debajo de 90 oC (4).

Pasar el destilado a un embudo de separación (limpio), decantar la fase acuosa y medir el volumen de butiraldehído obtenido para calcular el rendimiento.

Agregar 2 gotas del producto a 0.5 ml del reactivo de 2,4-dinitrofenilhidrazina en un tubo de ensayo y agitar vigorosamente; al dejar reposar precipita el derivado del aldehído el cual se puede purificar por cristalización de etanol-agua. El punto de fusión reportado para la 2,4-dinitrofenilhidrazona del butiraldehído es de 122 o C. NOTAS:

(1) ¡Precaución! La reacción es exotérmica. Si al dejar enfriar la solución, cristaliza el dicromato, caliente suavemente con flama y pásela al embudo de separación en caliente. Continúe con la práctica.

(2) Más o menos dos gotas por segundo. (3) La oxidación del alcohol se efectúa con producción de calor pero puede ser necesario

calentar la mezcla de vez en cuando para que la temperatura no baje de 75 oC. (4) La probeta en la que se recibe el destilado debe estar en baño de hielo.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué sucedería si al efectuar la oxidación del n-butiraldehído no se controla la temperatura de destilación?

2. ¿Este método se puede aplicar a todos los alcoholes? 3. ¿Qué destila antes de 80 oC?, ¿Qué destila arriba de 90 oC? 4. ¿Cómo logra identificar el producto obtenido?, ¿Esta forma de identificación se puede

aplicar a todos los aldehídos?, ¿Es especifica para aldehídos? 5. ¿Si no se controla bien la reacción y se forma el ácido carboxílico correspondiente, en donde

lo podría encontrar, y como lo identificaría? 6. ¿Si al destilar el aldehído, también destilara parte del alcohol sin reaccionar, como

comprobaría su presencia? 7. ¿Es tóxico el CrVI?, ¿Es tóxico el CrIII?, Se puede tirar al drenaje.

BIBLIOGRAFÍA

1. Vogel, A. I. Text Book Practical Organic Chemistry, 3ª. Edición, Editorial Longmans, Londres (1961), Páginas: 320-322.

OBTENCIÓN DE BUTIRALDEHIDO POR

OXIDACIÓN DE n-BUTANOL Química Orgánica II (1413)


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2. Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Organic Chemistry. 2ª Allyn and Bacon Inc., Boston (1966) 3. Brieger, G., Química Orgánica Moderna, Curso Práctico de Laboratorio, Ediciones del

Castillo, S.A., Madrid (1970).

Obtención de n-butiraldehído partiendo de n-butanol

n-butanol

1) Calentar a ebulliciónK2Cr2O7/H2SO4(Goteo)

D1

D2

Mezcla de reacción

2) Destilar T < 90°C

DestiladoResiduo

Cr3+, H2SO4Ácido butírico,n-Butanol

ButiraldehídoH2O

3) Separar

Fase Acuosa Fase Orgánica

H2O Butiraldehído

4) Tomar muestra +2,4-Dinitrofenilhidrazina

2,4-Dinitrofenilhidrazonadel butiraldehído

D3

D1: Agregar bisulfito de sodio, para pasar todo el Cr6+ a Cr3+ (Hacer esto en la campana). Precipitar con lejía de sosa. Filtrar el precipitado Cr(OH)3. Repetir la operación hasta no obtener precipitado. La solución debe neutralizarse para ser desechado por el drenaje. El hidróxido debe mandarse a confinamiento controlado. D2: Deséchese por el drenaje. D3: Filtrar. Mandar sólidos a incinerar. Tratar el líquido con carbón activado hasta la eliminación del color naranja.

IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE ALCOHOLES Y FENOLES


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OBJETIVOS 1. Efectuar en el laboratorio pruebas características de alcoholes y fenoles. 2. Efectuar pruebas que permitan diferenciar alcoholes primarios, secundarios y terciarios. 3. Efectuar pruebas químicas para diferenciar un alcohol de un fenol.

ANTECEDENTES

1. Propiedades químicas de los alcoholes. 2. Propiedades químicas de los fenoles. 3. Reacciones de identificación cualitativa de alcoholes. 4. Reacciones de identificación cualitativa de fenoles. 5. Reacciones de caracterización de alcoholes. 6. Reacciones de caracterización de fenoles.

REACCIONES Identificación de fenoles

Identificación de alcoholes

a) Oxidación con el Reactivo de Jones:



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b) Reacción con el Reactivo de Lucas:

MATERIAL

1 Agitador de vidrio 1 Recipiente de peltre 1 Espátula 1 Recipiente para Baño María 1 Matraz Erlenmeyer de 125 ml 10 Tubos de ensayo con tapón de corcho 1 Pinzas para tubo de ensayo 1 Vaso de precipitados de 150 ml 1 Pipeta de 10 ml 1 Vaso de precipitados de 250 ml

SUSTANCIAS

Ácido clorhídrico Bromo Ácido clorhídrico concentrado Ciclohexanol Ácido sulfúrico concentrado Cloruro de Zinc Agua Cloruro férrico Alcohol isobutílico Etanol de 96 % Alcohol isopropilico Éter etílico Alcohol n-butílico Fenoftaleína (indicador) Alcohol sec-butílico Fenol Alcohol terbutílico Hidróxido de potasio Alcoholo n-propilico Hidróxido de sodio Anaranjado de metilo (indicador) Solución de Na2CO3 al 5 % Anhídrido crómico Solución de NaHCO3 al 5 % Bicarbonato de sodio Solución de NaOH al 5 %

INFORMACIÓN

1. Los alcoholes son sustancias menos ácidas que el agua. 2. Los fenoles son sustancias más ácidas que el agua. 3. Los alcoholes se oxidan fácilmente con diferentes agentes oxidantes. 4. Los fenoles son compuestos aromáticos que reaccionan con el Br2 por SEA. 5. Los alcoholes primarios, secundarios y terciarios reaccionan a diferentes velocidades con el

reactivo de Lucas. PROCEDIMIENTO

Pruebas de solubilidad Tome una muestra de alcohol o fenol, de 4 gotas, si es líquido ó de 0.10 g, si es sólido, colóquelo en un tubo de ensayo y agregue 1 ml de disolvente, anote lo que observa (medir la acidez o alcalinidad con el papel pH). Esta prueba solo se llevará a cabo usando los siguientes disolventes:



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Agua H2SO4 concentrado Ácido clorhídrico al 5 % Éter etílico NaOH al 5 % NaHCO3 al 5% Na2CO3 al 5 %

FENOLES

Acidez de fenoles Disuelva 2 g de fenol en 30 ml de H2O (con esta solución haga las pruebas siguientes).

En un tubo de ensayo con 10 ml de H2O, agregue una gota de solución de NaOH al 10 % y una

gota de fenoftaleína. Trate 3 ml de esta solución con 1 ó 2 ml de la solución de fenol, observe el pH de la solución.

Repita empleando anaranjado de metilo en lugar de fenoftaleína, observe el pH de la solución.

Explique la diferencia de comportamiento. Prueba de agua de Bromo

A 1 ml de la solución de fenol agregue gota a gota y con agitación, una solución saturada de bromo hasta que permanezca la coloración. Se considera positiva la reacción, cuando aparece un precipitado y desaparece la coloración. Haga otra prueba semejante a la anterior empleando etanol en lugar de fenol y observe la diferencia. Prueba de Cloruro Férrico

Agregue gota a gota solución de cloruro férrico, a 3 ml de la solución preparada anteriormente, observe y explique los cambios ocurridos.

ALCOHOLES

Prueba con solución de Ácido Crómico

Coloque en un tubo de ensayo, una gota de alcohol si es líquido, ó 10 mg si es sólido, agregue gota a gota el reactivo de anhídro crómico y agite el tubo hasta mezclar las dos soluciones. Se considera una reacción positiva para esta prueba, si desaparece la coloración naranja y se forma una emulsión verde o azul-verdosa. Prueba de Lucas

Coloque 2.5 ml de reactivo de Lucas en un tubo de ensayo y agregue 0.5 ml del problema, tape el tubo con el tapón de corcho y agite 5 minutos, deje reposar a la temperatura ambiente y tome el tiempo que tarda en aparecer una turbidez, lo cual indica que la prueba es positiva. Preparación del reactivo de CrO3

Pese 1 g de anhídro crómico y disuelva en 1 ml de H2SO4 concentrado y diluya con 3 ml de agua CUESTIONARIO

1. ¿Cómo comprobó la acidez de los alcoholes en comparación con la del agua? 2. ¿Cómo comprobó la acidez de los fenoles en comparación con la del agua?



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3. ¿En qué consiste una prueba de identificación cualitativa para alcoholes? 4. ¿En qué consiste una prueba de identificación cualitativa para fenoles?

5. ¿Cómo puede distinguir entre un alcohol primario, uno secundario y otro terciario? Escriba las

reacciones. 6. ¿La prueba de FeCl3 es inequívoca? 7. ¿Cómo debe tratar los efluentes líquidos de cada prueba, para poderlos descartar por el

drenaje? 8. ¿Es tóxica el agua de bromo?, ¿El Cloruro férrico?, ¿Qué tan tóxicas son las sales de cromo?

BIBLIOGRAFÍA Roberts Rayston M., Gilbert John C., Rodewald Lynn B., Wingrove Alan S. Modern Experimental Organic Chemistry. 3er Ed. Holt Rinehart & Winston. 1969. New York USA. pp. 513-519, 542-543, 1340.

Pavia Donald L., Lampman Gary M., Krig Georges J. Introduction to Organic Laboratory Techniques. W. B. Saunders Co. 1976. Philadelphia. USA. pp. 411-414, 419-422. Moore James A., Darlymple David D. Experimental Methods in Organic Chemistry. 2a Ed. W. B. Saunders Co. 1976. Philadelphia. USA. pp. 317-318.

Allinger N. L. et al. Química Orgánica, Ed. Reverté S.A. España. 1975.

Roberts, J. D. & Caseiro, M. E. Basic Principles in Organic Chemistry. W. A. Benjamín, Inc. Co. USA 1969

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REACCIONES DE ALCOHOLES Y FENOLES

ALCOHOLES 1º 2º 3º FENOLES OBSERVACIONES

(CAMBIOS DE COLOR, ETC.) RESULTADOS

(+ ó -) PRUEBAS DE SOLUBILIDAD

a) H2O b) HCl 5 % c) NaOH 5 % d) NaHCO3 5 % e) H2SO4 concentrado f) Éter etílico g) NaCO3 5 %

ACIDEZ pH

CAMBIOS EN LA SOLUCIÓN DE

FENOFTALEÍNA

CAMBIOS EN LA SOLUCIÓN CON NARANJA DE METILO

PRUEBA CON AGUA DE

BROMO

PRUEBA CON CLORURO

FÉRRICO

PRUEBA CON ANHÍDRO

CRÓMICO

PRUEBA DE LUCAS



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1) Pruebas de solubilidad

Alcoholes o fenol+

disolventeD1

ALCOHOLES1) Pruebas con solución de ácido crómico

Alcoholes+

Anhídrido crómicoD6

Disolventes: H2O, HCl 5%, NaOH 5%, H2SO4, éteretílico, NaHCO3 5%, Na2CO3 5%

FENOLES2) Acidez de fenoles

Fenol + agua

Disolver

2) Pruebas de Lucas

Reactivo de Lucas+

ProblemaD7

H2O + NaOH +Fenoftaleína +sol. de fenol

D2

D1: Separar la fase orgánica y la fase acuosa.Incinerar la fase orgánica y si existen sólidos en lafase acuosa filtrarlos. Estos se inncineran y la faselíquida se neutraliza y se desecha.

D2, D5: Medir pH, adsorber con carbón activado,filtrar y desechar

Realizar la pruebade acidez conanaranjado de

metiloD3

D3: Neutralizar, adsorber el líquido con carbónactivado, filtrar y desechar. El sólido se incinera

D4, D6, D7: Llévese la solución a pH = 3 adicioneuna solución saturada de bisulfito de sodio con lacual la solución cambia de color, en el caso de Cr sereduce y después finalmente se agrega NaOH paraprecipitar. Las soluciones por separado son filtradasy el sólido, así como la solución se mandan a incinerar.

Etanol o sol. deFenol + Sol. sat.

de bromoD4

3) Pruebas de agua de bromo

4) Pruebas de cloruro férrico

Sol. de Fenol+

Cloruro férricoD5

SÍNTESIS DE WILLIAMSON Obtención del ácido fenoxiacético


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SÍNTESIS DE WILLIAMSON OBTENCIÓN DEL ÁCIDO FENOXIACETICO

OBJETIVOS

Que el alumno obtenga un éter por Síntesis de Williamson. Que purifique el producto obtenido por el método de Extracción Selectiva. Que distinga las propiedades ácidas de fenoles y ácidos carboxílicos.

ANTECEDENTES

1. Diferentes métodos de obtención de éteres. 2. Síntesis de Williamson, condiciones de reacción. 3. Acidez de fenoles y de ácidos carboxílicos. 4. Propiedades químicas de reactivos y productos. 5. Usos del ácido fenoxiacético. 6. Extracción con disolventes activos.

REACCIÓN

MATERIAL

1 Agitador de vidrio 1 Matraz Kitasato de 250 ml con mangueras 1 Embudo Buchner con alargadera 1 Pinza de 3 dedos con nuez 1 Embudo de separación 1 Probeta de 25 ml 1 Espátula 1 Recipiente de peltre 1 Matraz Erlenmeyer de 125 ml 1 Resistencia eléctrica 1 Matraz Erlenmeyer de 50 ml con tapón de corcho 1 Vaso de precipitados de 150 ml

SUSTANCIAS

Cantidad Ácido monocloroacético 0.75 g Éter etílico 15 ml Fenol 0.5 g HCl concentrado 7.5 ml Na2CO3 al 15 % 7.5 ml NaOH al 33% 2.5 ml

INFORMACIÓN

a. Los halogenuros de alquilo sufren reacciones de sustitución nucleofílica con alcóxidos o fenóxidos para producir éteres.

b. Los fenoles son nucleófilos débiles pero sus sales (los fenóxidos) son nucleófilos más poderosos. c. Los fenoles son compuestos más ácidos que el agua pero menos ácidos que el ácido carbónico. d. Los ácidos carboxílicos orgánicos son ácidos más fuertes que el ácido carbónico. e. Las sales iónicas de los fenoles y de los ácidos carboxílicos son solubles en agua.

PROCEDIMIENTO

En un matraz Erlenmeyer de 50 ml, se disuelve 0.5 g de fenol (precaución: muy irritante) en 2.5 ml de NaOH al 33% (1), se tapa el matraz con tapón de corcho y se agita vigorosamente durante 5



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minutos, se agregan luego 0.75 g de ácido monocloroacético, se vuelve a tapar el matraz y se continúa la agitación por 5 minutos más. Si la mezcla se hace pastosa, puede agregarse de 1 a 3 ml de agua (2).

Se quita el tapón y se coloca el matraz en baño María durante 40 minutos. Se enfría la solución y se diluye con 5 a 7.5 ml de agua. Se acidula con HCl concentrado hasta pH de 1 (3).

La mezcla se coloca en el embudo de separación y se extrae con éter usando 3 porciones de 5 ml cada una; se reúnen los tres extractos etéreos y se lavan 3 veces con 5 ml de agua cada vez (estas porciones acuosas se desechan). La fracción orgánica se extrae con Na2CO3 al 15 % (3 porciones de 5 ml cada una).

El extracto acuoso alcalino (4) se acidula con HCl 1:1 ¡PRECAUCIÓN! porqué se produce

espuma, hasta que precipita el producto. Se filtra y se seca a aire. Se le determina rendimiento y punto de fusión.

NOTAS:

(1) Ver que la solución esté alcalina con papel pH. (2) Si se agrega exceso de agua, puede disolver el producto. (3) Comprobar que la solución sea ácida con papel pH. (4) Comprobar la alcalinidad de la solución con papel pH.

∗ Si no se observan las notas anteriores, puede obtenerse un resultado negativo es esta práctica.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué reacción ocurre entre el hidróxido de sodio y el fenol? 2. ¿Qué reacción ocurre entre el hidróxido de sodio y el ácido monocloroacético? 3. ¿Qué sucede, si la mezcla de reacción no contiene la suficiente cantidad de hidróxido de sodio al

iniciarse la reacción? 4. Escriba un diagrama de separación que nos indique el proceso de purificación del ácido

fenoxiacético. 5. ¿Qué producto queda en el éter después de efectuar la extracción con Na2CO3 acuoso? 6. ¿Qué pH tiene la fracción orgánica? ¿Qué sustancia contiene? 7. ¿Qué pH tiene la fracción acuosa? ¿Qué sustancia contiene? 8. ¿Qué tratamiento se les deberá dar a cada una de estas fracciones, para descartarlas en el drenaje?

BIBLIOGRAFÍA

Brewster R. Q. y Vanderwerf C. A. Mc. Ewen, W. E. Curso Práctico de Química Orgánica, 2ª. Edición, Editorial Alambra, España (1970), pp. 215-217.

Cremlyn, R. J. W. and Still, R.H. Named and Miscellaneous Reactions in Practical Organic Chemistry. Heinemann Educ. Books Ltd. London 1976.

R. T. Morrison y R. N. Boyd., Química Orgánica. 3a Edición, Fondo Educativo Interamericano, S. A. México .1976.

Allinger N. L. et al. Química Orgánica, Ed. Reverté S.A. España. 1975.



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ALQUILACIÓN DE FRIEDEL Y CRAFTS OBTENCIÓN DE p-terBUTILFENOL


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REACCIÓN DE ALQUILACIÓN ALQUILACIÓN DE FRIEDEL Y CRAFTS

OBTENCIÓN DE p-TERBUTILFENOL

OBJETIVOS Efectuar una reacción de alquilación de Friedel y Crafts, preparando el derivado halogenado necesario para la reacción.

Obtención de p-terbutilfenol mediante la alquilación de Friedel y Crafts. ANTECEDENTES

1. El alumno deberá conocer las condiciones de la reacción. 2. Efecto de los sustituyentes sobre el anillo aromático. 3. Mecanismo de la reacción. 4. Limitaciones de las reacciones de alquilación. 5. Análisis de la técnica. 6. Propiedades químicas, físicas y toxicológicas de los reactivos y productos.

REACCIÓN

MATERIAL 1 Agitador de vidrio 1 Parrilla con agitación 1 Barra de agitación magnética 2 Pinzas de tres dedos con nuez 1 Embudo Buchner con adaptador de hule 1 Probeta graduada de 25 ml 1 Embudo de filtración rápida 1 Recipiente de peltre 1 Embudo de separación con tapón esmerilado 1 Recipiente para baño María 1 Espátula 2 Tapones monohoradados del No. 6 1 Manguera para conexión 1 Trampa de humedad con tapón de hule 2 Matraces Erlenmeyer de 125 ml 1 Tubo doblado en “U” 2 Matraces Erlenmeyer de 250 ml 1 Vaso de precipitado de 250 ml 1 Matraz Kitazato de 250 ml con manguera 1 Vidrio de reloj

SUSTANCIAS

Cantidad Calidad Ácido clorhídrico concentrado 50 ml Q. P. Cloruro de aluminio anhidro 0.25 g Q. P. Cloruro de calcio anhidro 10.0 g Q. P. Éter de petróleo 20 ml Q. P. Éter etílico 10 ml Q. P. Fenol 2.3 g Q. P. Hidróxido de sodio 10.0 g Q. P. Metanol 15 ml Q. P. Sulfato de sodio anhidro 30 g Q. P. Terbutanol 12 ml Q. P.



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INFORMACIÓN La reacción de Friedel y Crafts es el método más importante para unir cadenas laterales alquilitas con anillos aromáticos. Esta consiste en poner a reaccionar un compuesto aromático, generalmente un derivado de benceno, y un halogenuro de alquilo, en presencia de un catalizador usualmente cloruro de aluminio, aunque se puede utilizar una serie de ácidos de Lewis particularmente: BF3, HF y ácido polifosfórico.

La reacción se lleva a cabo por la simple mezcla de los tres componentes. Los problemas que surgen se relacionan con la necesidad de moderar la reacción por refrigeración y atrapar el halogenuro de ácido gaseoso. Además que se presentan otros problemas como son: La transposición del halogenuro de alquilo, dando lugar a mezcla de productos. Así también existe el problema de la polisubstitución del producto final

PROCEDIMIENTO

a. Preparación de cloruro de terbutilo. En un matraz Erlenmeyer de 125 ml, mezcle 12 ml de terbutanol con 36 ml de ácido clorhídrico concentrado (1), agregue 4 g de cloruro de calcio y agite durante 20 minutos. Transfiera a un embudo de separación y deje reposar hasta que la reacción se separe en dos fases. Separe la fase acuosa y lave el cloruro de terbutilo 2 veces con 5 ml de agua cada vez. Transfiera el cloruro de terbutilo a un matraz y seque con cloruro de calcio anhidro (2), decante el producto a una probeta seca y calcule el rendimiento.

b. Obtención de p-terbutilfenol. En el matraz Erlenmeyer de 125 ml (seco) mezcle 2.3 g de fenol con 3.3 ml de cloruro de terbutilo y agite hasta la disolución del fenol. Sumerja el matraz en un baño de hielo y agregue en pequeñas porciones 0.25 g de cloruro de aluminio anhidro (3,4). Agite el matraz, para iniciar la reacción se calienta en un baño de agua (40-45 oC), observándose un desprendimiento de HCl gaseoso; iniciada la reacción se controla enfriando, cuidando de que ésta sea moderada, se completa cuando solidifica y cesa la formación de HCl, esto sucede en 30 minutos. Después, el sólido formado se le agregan 25 ml de agua fría y se pulveriza. Filtre al vacío y seque durante 5 minutos, transfiera a un vaso de precipitados y recristalice de éter de petróleo. Determine el punto de fusión y calcule el rendimiento. NOTAS:

(1) Agregue el ácido clorhídrico despacio y con precaución. (2) Es conveniente mantener el cloruro de terbutilo en el vaso con cloruro de calcio hasta el momento

en que se utiliza en la siguiente reacción. (3) Las adiciones de cloruro de aluminio se deberán efectuar con precaución para evitar que la

reacción sea violenta. Tenga a la mano un baño de hielo. (4) Después de agregar el cloruro de aluminio se deben de lavar las manos con abundante agua,

pues en la presencia de la reacción se desprenden vapores de ácido clorhídrico. CUESTIONARIO

1. ¿Por qué se obtiene preferentemente el isómero para y muy poco del isómero orto (o-terbutilfenol)?

2. ¿Por qué deben mantenerse condiciones anhidras? 3. ¿Por qué se obtiene sólo un producto? 4. ¿Cómo trata los residuos del filtrado? 5. ¿Cómo elimina las trazas de fenol?

BIBLIOGRAFÍA Moore, A. J. y Dalrymple, L. D., Experimental Methods in organic Chemistry, 2a. ed., W. B. Saunders, EU, 1976, pp. 183-187. The Merck Index, 10a. ed., Editor Strecher P. PGP, Merck, EU. T. L., Jacobs, Trucer, W. E., y Robertson, G. R., Laboratory Practice of Organic Chemistry, 5a. ed.



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SULFONACIÓN DE DODECILBENCENO PREPARACIÓN DE UN DETERGENTE


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OBJETIVOS Efectuar una sulfonación como ejemplo de sustitución electrofílica aromática y obtener un ácido

sulfónico arílico. Observar el efecto de un grupo alquilo como sustituyente en un SEA. Llevar a cabo la neutralización de un ácido sulfónico para obtener un detergente. Estudiar el fenómeno de detergencia. ANTECEDENTES

1. Estudiar el efecto de un grupo alquilo como sustituyente del anillo, en una SEA (Sustitución Electrofílica Aromática).

2. Estudiar el mecanismo de sulfonación y escribir la reacción que se efectúa con el dodecilbenceno. 3. Escribir las reacciones que se realizan en la formación de los subproductos posibles. 4. Investigar que es el fenómeno de detergencia, a qué productos se les llama detergentes y cuál es la

diferencia entre éstos y los jabones. 5. Describir a que se llama detergentes biodegradables y su estructura. 6. Reacciones de neutralización.

REACCIÓN

a. Obtención

b. Reacciones de neutralización 1)

2)

MATERIAL 1 Agitador de vidrio 1 Pipeta graduada de 10 ml 1 Buchner con adaptador de hule 1 Probeta de 25 ml 1 Embudo de separación con tapón esmerilado 1 Recipiente para baño María 1 Espátula 1 Termómetro de -10 a 400 0C 1 Jeringa de 10 ml 1 Vaso de precipitado de 150 ml 1 Matraz Erlenmeyer de 125 ml 1 Vaso de precipitado de 250 ml 1 Matraz Kitazato de 250 ml con manguera 1 Vidrio de reloj 2 Pinzas de tres dedos con nuez



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SUSTANCIAS

Cantidad Dodecilbenceno 10 g Hidróxido de sodio 2.0 g Óleum (5.5 ml) 10.6 g Trietanolamina 5.0 g

PROCEDIMIENTO

Coloque 10 g (11.4 ml) de dodecilbenceno en un matraz Erlenmeyer de 125 ml, en un embudo de separación coloque 10.6 g (5.5 ml) de óleum (1) y agréguelo gota a gota al dodecilbenceno, agitando cuidadosa y suavemente con el agitador y manteniendo la temperatura entre 40 y 45 o C (2), si es necesario enfríe exteriormente. El tiempo de adición debe ser de aproximadamente 30 minutos, ya que tiempos más prolongados provocan la carbonización del dodecilbenceno.

Terminada la adición, agregue gota a gota mediante el embudo de separación 10 ml de agua,

controlando la temperatura en el intervalo mencionado.

Pase la mezcla de reacción al embudo de separación (3), deje reposar unos 20-30 minutos y luego separe la capa inferior (ácido sulfúrico acuoso).

En un vaso coloque, dos terceras partes del ácido dodecilbencensulfónico obtenido, agregando

gota a gota una solución de sosa al 40% (4), controlando tanto la temperatura (40 y 45 o C) como el pH (hasta pH=12), para obtener un detergente sólido. Enfríe en hielo y filtre para secar (5).

La tercera parte restante neutralícela con trietanolamina siguiendo el mismo procedimiento, a fin

de obtener un detergente líquido.

NOTAS:

(1) Debe usarse preferentemente un óleum de d= 1.9 (105%). De cualquier manera, hay que conocer la densidad para poder hacer los cálculos necesarios.

(2) Es necesario mantener la temperatura dentro del rango indicado; ya que a menor temperatura no reacciona y aumenta la viscosidad, lo que dificulta su manipulación y a temperatura mayor se favorece la formación de compuestos polisulfonados.

(3) En el caso de que se produzca un gel antes de separar el producto orgánico del ácido sulfúrico, se puede vaciar 50 ml de agua para extraer el ácido mineral y separar el producto gelatinoso por decantación. Se neutraliza según la técnica, teniendo en cuenta que va a bajar el rendimiento y la calidad de los detergentes.

(4) Para neutralizar se recomienda usar NaOH al 40 %, para evitar que el detergente englobe mucha agua.

(5) Se puede secar mejor el detergente esparciéndolo en una charola y secándolo en una estufa adecuada.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué es un detergente y qué se entiende por detergencia? 2. ¿Qué es el óleum y qué equipo de protección se necesita para trabajar con él? 3. Describa con reacciones la obtención de un detergente a partir de benceno y un oligómero de

propileno. 4. Describa el diagrama de flujo (indicando el equipo) para la manufactura de un detergente.



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5. ¿Qué tipos de aditivos adicionales se utilizan en la fabricación de un detergente y cuál es la función de cada uno de ellos?

6. Indique cuál es la diferencia entre los siguientes detergentes.

a)

b)

c)

7. En la obtención de detergentes ¿qué desechos cree usted que resulten del proceso, antes de eliminarlos se pueden aprovechar, si no son aprovechables cómo se eliminarían y qué daños ecológicos pueden causar de no tratarse?

8. ¿Por qué cree usted que el isómero orto no se forma en cantidades apreciables?

BIBLIOGRAFÍA

Gebelli, Grau, Ángel, Diseño de una planta para la obtención de ácido dodecilbencen sulfónico, Tesis

Facultad de Química, México, 1960.

Ludwin, M., “Métodos de la industria química” en Esquemas de flujo de colores, Reverté, México, 1966.

Morrison, R. T., Química Orgánica, Fondo Educativo Interamericano, México, 1976.

Soller, C. R., Chemistry of Organic Compounds, 3ª. Ed., W. B. Saunders, Philadelphia, EU, 1965.

Pavia, D. L., Introduction to Organic Laboratory Techniques, W. B. Saunders, Philadelphia, EU, 1976.



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Determinación de la constante de velocidad de reacción en la...

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