HIDROCARBUROS ALIFTICOS INSATURADOS

Qumica Orgnica I

Instituto Tecnolgico de Celaya

HIDROCARBUROS ALIFTICOS INSATURADOS (ALQUENOS)

2-metil-2-buteno

Introduccin:

Los hidrocarburos alifticos insaturados tienen uno o ms enlaces mltiples (dobles o triples) carbono-carbono en sus molculas. Poseen menor cantidad de hidrgeno de la mxima posible (o sea, de la contenida en los alcanos), de aqu el trmino insaturados. El enlace doble o triple representa el punto insaturado de la molcula y da lugar a las caractersticas reacciones de adicin de los hidrocarburos insaturados.

La caracterstica distintiva de los alquenos (olefinas o hidrocarburos etilnicos) es el doble enlace carbono-carbono. El etileno, CH2CH2, es el primer miembro de la serie de los alquenos. Se obtiene industrialmente por craqueo de las fracciones pesadas del petrleo. El etileno es una importante materia prima para la obtencin del polietileno, alcohol etlico y un gran nmero de otros compuestos importantes.

La obtencin de un alqueno requiere la introduccin de un enlace doble carbono-carbono en una molcula saturada, lo cual puede lograrse por eliminacin de tomos o grupos de tomos de dos carbonos contiguos. En la experiencia de hoy se eliminarn los elementos del agua, un grupo OH de un tomo de carbono y un tomo de hidrgeno de un carbono contiguo, a partir del alcohol t-amlico.

El producto que resulta es el 2-metil-2-buteno, Esta reaccin constituye un ejemplo de la deshidratacin de alcoholes catalizada por cidos, lo cual es un mtodo general excelente para sintetizar alquenos. En esta clase de reaccin, se aprovecha el hecho de que un alqueno hierve siempre a una temperatura ms baja que el alcohol a partir del cual se obtiene. Por ejemplo, el punto de ebullicin del 2-metil-2-buteno es 38.5 C y el del alcohol t-amlico 102 C.

A partir de las frmulas del etileno, 2-metil-2-buteno u otros alquenos, es fcil deducir que los alquenos tienen dos tomos de hidrgeno menos que los alcanos correspondientes, lo que supone que su frmula general es CnH2n.

A diferencia de los alcanos, los alquenos son muy reactivos a temperatura ambiente. El punto reactivo es el doble enlace que puede saturarse por adicin de otras molculas. Por ejemplo, los alquenos adicionan una molcula de hidrgeno en presencia de nquel o platino como catalizador, dando alcanos:

El bromo disuelto en tetracloruro de carbono se adiciona rpidamente a los alquenos, a temperatura ambiente, formando derivados dibromados:

La prueba de que la reaccin ha tenido lugar la constituye la desaparicin del color del bromo, incluso en la oscuridad, sin desprendimiento de bromuro de hidrgeno. Por esto el ensayo con bromo en tetracloruro de carbono se utiliza ampliamente para diagnosticar la instauracin de los hidrocarburos y de otros muchos compuestos orgnicos.

Otra prueba excelente para reconocer la instauracin es el ensayo de Baeyer con permanganato acuoso. Los alquenos reaccionan con soluciones neutras de permanganato para formar glicoles de acuerdo con la ecuacin:

El intenso color prpura del permanganato desaparece siendo sustituido pro un precipitado marrn oscuro del bixido de manganeso que se ha formado.

Los alquenos adicionan al doble enlace una molcula de agua bajo la influencia cataltica del cido sulfrico y dan alcoholes. Esta reaccin es la inversa de la deshidratacin de alcoholes para obtener alquenos como puede verse en la siguiente ecuacin:

Experimentacin:

Obtencin del 2-metil-2-buteno

MaterialReactivos

Matraz de fondo redondo 250 ml

Plancha de calentamiento

Refrigerante pequeo

Manguera

4 matraces erlenmeyer de 125 ml

4 tubos de ensayo pequeos cido sulfrico concentrado

Alcohol t-amlico

Bromo en tetracloruro de carbono (solucin al 4 por 100)

Solucin de permanganato potsico (0.3 por 100)

Aceites vegetales, manteca, margarina, mantequilla

Carburo clcico

Sodio

Solucin de nitrato de plata amoniacal

Hielo

Algodn

Procedimiento:

A. Obtencin del 2-metil-2-buteno

Prepare una mezcla de cido sulfrico/agua aadiendo con precaucin y en pequeas porciones, 10 ml de cido sulfrico concentrado sobre 20 ml de agua fra, contenidos en un matraz de fondo redondo, enfre el matraz rotndolo suavemente en bao con hielo o bajo un chorro de agua fra despus de cada adicin. Aada luego 22 ml (17.6 g; 0.20 moles) de alcohol t-amlico agitando y enfriando. Monte el matraz sobre un bao de vapor * sujetndolo a un soporte y nalo a un refrigerante eficaz dispuesto para destilar. Empalme en el extremo del refrigerante una alargadera que se introduzca en un matraz Erlenmeyer de 125 ml sumergido en un recipiente con hielo**, el extremo de la alargadera debe ir rodeado de algodn para que cierre el cuello del matraz de manera no hermtica. Caliente el matraz de destilacin fuertemente con vapor hasta que recoja de 8 a 10 ml de 2-metil-2-buteno.

El alqueno recogido no est totalmente puro, ya que contiene un pequeo porcentaje de alcohol t-amlico sin reaccionar, as como algo de dixido de azufre. Sin embargo, es suficientemente puro para emplearlo en los ensayos siguientes sin necesidad de purificarlo ms.

* Para que el calentamiento sea eficaz se aconseja rodear con un pao o toalla el matraz, de manera que envuelva tambin la parte superior del bao de vapor. De esta forma todos los vapores se aprovechan para calentar eficazmente.

(Resulta igualmente eficaz en ste y en todos los casos en que los autores recomiendan un bao de vapor emplear simplemente un bao de agua hirviendo, es decir, calentar no con el vapor de agua, sino con agua lquida a la mima temperatura, lo que es conocido como bao Mara)

** El 2-metil-2-buteno tiene un punto de ebullicin bajo y es muy inflamable, de manera que es fundamental condensar eficazmente sus vapores.

B. Propiedades del 2-metil-2-buteno

a) Propiedades fsicas

Examine la muestra obtenida de 2-metil-2-buteno observando su olor, volatilidad, viscosidad e inflamabilidad (pruebe la combustin de una gota en el extremo de una varilla de vidrio). Anote sus observaciones.

b) Adicin de bromo

Ponga 1 ml de 2-metil-2-buteno en un tubo de ensayo pequeo y aada gota a gota una solucin de bromo en tetracloruro de carbono al 4 por 100. Qu ocurre? Contine la adicin de bromo agitando hasta que el color naranja del bromo no desaparezca, sople la boca del tubo. Anote sus observaciones realizadas. Formule la ecuacin del proceso.

c) En ensayo de Baeyer para la instauracin

Aada algunas gotas de 2-metil-2-buteno a 2 ml de una solucin de permanganato de potasio al 0.3 por 100. Agite el tubo para poner en contacto la mezcla y observe la prdida del color prpura del permanganato y la formacin de un precipitado marrn.

d) Opcional

En la actualidad se ha divulgado que las grasa insaturadas presentan la ventaja, sobre las saturadas, de evitar la acumulacin de colesterol en el organismo. Si lo desea, ensaye la prueba del bromo para instauraciones con aceites vegetales, manteca, margarina y mantequilla, y compare su grado de instauracin.

C.- Hidratacin del amileno

Aada 2 ml de cido sulfrico concentrado a 2 ml de agua contenidos en un tubo de ensayo y enfre la mezcla con hielo. Aada luego 4 ml de 2-metil-2-buteno y agite fuertemente la mezcla, enfriando al mismo tiempo. Observe en primer lugar que el alqueno se disuelve en el cido. Si no aparece pronto una capa de alcohol sature la solucin con cloruro sdico para provocar la separacin por efecto salino. Observe las propiedades del alcohol y comprelas con las del alcohol a partir del cual obtuvo el 2-metil-2-buteno. La adicin de agua catalizada por los cidos cumple la regla de Markownikov. Formule la educacin correspondiente. Qu relacin tiene con la reaccin mediante la que obtuvo el alqueno?

Informes:

1. Explique brevemente el procedimiento utilizado para la obtencin del 2-metil-2-buteno y formule la reaccin.

2. Formule y ajuste las reacciones que tienen lugar entre el 2-metil-2-buteno y a) Br2, b) Solucin de KMnO4, c) H2O (HsSO4). Qu relacin existe entre la ecuacin c) y el procedimiento de obtencin del alqueno?

3. Indique cules de estas tres mezclas a) metano y aire, b) etileno y aire y c) acetileno y aire, son las ms y las menos explosivas.

4. Qu volumen de etileno, medido en condiciones normales, puede obtenerse a partir de 2.3 g de etanol?

5. Cmo pueden utilizarse las soluciones de permanganato potasio y de nitrato de plata amoniacal para diferenciar el propano, propeno y propino?

6. Proponga un mecanismo que explique mediante etapas sucesivas el papel que desempea el cido sulfrico en la hidratacin del 2-metil-2-buteno.

7. Diez mililitros de un hidrocarburo gaseoso requieren 55 ml de oxgeno para su combustin completa (medidos ambos en condiciones normales). El gas forma un precipitado con solucin de nitrato de plata amoniacal. Qu nombre y qu frmula estructural le asignara?

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