Universidad Nacional Autónoma deMéxico 11/02/15 Laboratorio de Química Orgánica II (1411) Grupo 8 PRÁCTICA 1. REACCIONES DE SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA ALIFÁTICA Obtención de cloruro de t-butilo y bromuro de n-butilo Objetivos. Obtener un haluro de alquilo terciario a partir de un alcohol terciario mediante una reacción de sustitución nucleofílica unimolecular. Obtener un haluro de alquilo primario a partir de un alcohol primario mediante una reacción de sustitución nucleofílica bimolecular. Comprender el mecanismo y las reacciones que pueden competir durante una reacción de sustitución nucleofílica. Identificar la obtención de haluros de alquilo en el laboratorio mediante reacciones sencillas. Introducción. Un haluro de alquilo tiene un átomo de halógeno enlazado a uno de los átomos de carbono con hibridación sp3. El enlace carbono-halógeno de un haluro de alquilo es polar debido a que los átomos de los halógenos son más electronegativos que los átomos de carbono. La mayoría de las reacciones de los haluros de alquilo resultan de la ruptura de este enlace polarizado. Las conversión de alcoholes en haluros de alquilo se puede efectuar por varios procedimientos. Con los alcoholes primarios y secundarios se usan frecuentemente reactivos como el cloruro de tionilo o haluros de fósforo; también se pueden obtener calentando el alcohol con ácido clorhídrico concentrado y cloruro de zinc anhidro, o usando ácido sulfúrico concentrado y bromuro de sodio. Los alcoholes terciarios se convierten al haluro de alquilo correspondiente solo con ácido clorhídrico y en algunos casos sin necesidad de calentar. Antecedentes. Sustitución nucleofílica alifática. La reacción se produce haciendo pasar halogenuro seco por el alcohol o calentando el alcohol con ácido acuoso concentrado. utilizando un par de electrones no enlazados para formar un nuevo enlace con el átomo de carbono. SN1 La fuerza del nucleófilo no es importante (por lo general es débil). se convierte en el cloruro por simple agitación con ácido clorhídrico concentrado a temperatura ambiente. un grupo saliente pobre en otro muy bueno. a veces se genera bromuro de hidrogeno mediante la reacción de entre el ácido sulfúrico y bromuro de sodio. etc. muy reactivo. En presencia del alcohol. el HCl. SN2 Se necesitan nucleófilos fuertes. anestésicos. Reacciones de alcoholes con haluros de hidrogeno. un nucleófilo (Nu:-) reemplaza a un grupo saliente (:X:-) de un átomo de carbono. y sin más esfuerzo que el de verter una solución de una botella en un matraz. la presencia de cloruro de zinc para reaccionar con alcoholes primarios y secundarios. Puede ocurrir más rápido con un disolvente poco polar. Se emplea para sintetizar compuestos de aplicación industrial como solventes. Los reordenamientos son comunes. La manera de transformar instantáneamente. por lo general. refrigerantes. Los alcoholes reaccionan con facilidad con los halógenos de hidrogeno para dar halogenuros de alquilo y agua. Sustratos: CH3X > 1° > 2° (los 3° no son adecuados). agentes espumantes. El menos reactivo de los halogenuros de hidrogeno. Se necesita un buen disolvente ionizante. Material. racemización. Rapidez: Kr[R-X] [Nu:-] Estereoquímica: inversión total. Sustratos: 3° > 2° (los 1° y CH3 son improbables). Rapidez: Kr[R-X] Estereoquímica: mezcla de retención e inversión. Utilidad industrial de la sustitución nucleofílica alifática como método de síntesis de diferentes materias primas. Los reordenamientos son imposibles. El orden de reactividad de los alcoholes con HX es 3° > 2° > 1° < CH3. por otra parte el alcohol t-butílico. Escriba un cuadro comparativo de las reacciones SN1 y SN2. requiere. pesticidas.En una sustitución nucleofílica. . Se coloca la T de destilación y se coloca el refrigerante. 3. . Se adiciona lentamente y con cuidado 3 mL de ácido sulfúrico concentrado. Durante este proceso se puede observar el progreso de la reacción por la aparición de dos fases. finalmente se coloca el colector (equipo de destilación simple) y se calienta para realizar una destilación. Obtención de bromuro de n-butilo 1. una vez terminada la adición retire el matraz del baño de hielo. se coloca el termómetro y el portatermómetro. Ácido clorhídrico concentrado Ácido clorhídrico concentrado 9 mL Etanol 1 mL Ácido sulfúrico concentrado 5 mL Solución de bicarbonato de sodio al 10% 20 mL Alcohol t-butílico 3 mL Alcohol n-butílico 1 g Solución de hidróxido de sodio al 10 % 15 mL Bromuro de sodio 7 g Solución de nitrato de plata al 5% 0.2 barras de agitación 1 bomba de agua sumergible 1 colector con oliva 1 embudo de separación con tapón 1 embudo de adición de solidos 1 espátula 1 matraz bola de fondo plano de 25 mL 2 matraz Erlenmeyer de 50 mL 1 matraz Erlenmeyer de 10 ml 1 parrilla de agitación con calentamiento 1 1 1 1 1 1 4 portatermómetro probeta graduada de 10 mL recipiente de peltre refrigerante con mangueras T de destilación termómetro de -10 a 400°C tubos de ensayo 1 vaso de precipitados de 10 mL 1 vial cónico de 3 mL 1 vidrio de reloj Reactivos. 4.5 mL Cloruro de calcio 1 g Sulfato de sodio anhidro 1 g Solución de bromo en CCl4 0.5 mL Procedimiento. En un matraz bola de fondo plano de 25 mL colocar la barra de agitación magnética y se adicionar: 3 mL de agua 3 g de bromuro de sodio Se agita por unos minutos y se adicionan 3 mL de n-butanol 2. La mezcla de reacción se coloca en un baño de hielo. se colocan: 3 gotas del haluro obtenido 0. Pruebas de identificación: 1. Procedimiento. 6. . La fase orgánica se coloca en un matraz Erlenmeyer de 50 mL y se seca con sulfato de sodio anhidro. En un tubo de ensayo limpio y seco. La mezcla de reacción se transfiere a un embudo de separación. Obtención de cloruro de t-butilo 1. 9. Se realiza un lavado más con 5 mL de agua. se elimina la fase inferior (fase acuosa).5 mL de etanol 5 gotas de solución de nitrato de plata al 5% Agitar La prueba es positiva si se observa la formación de un precipitado blanco insoluble en ácido nítrico.5. 6. 4. En un matraz Erlenmeyer de 50 mL colocar la barra de agitación magnética y de adicionan: 3 mL de t-butanol 9 mL de ácido clorhídrico concentrado 1 g de cloruro de calcio 2. Identificación de Halógenos. Se realizan 2 lavados a la fase orgánica con 5 mL de una solución de bicarbonato de sodio al 10%. 7. El destilado obtenido se lava con 5 mL de una disolución de bicarbonato de sodio al 10 % (verificar que el pH no sea ácido. Medir el volumen obtenido para calcular el rendimiento de la reacción. Finalmente realizar las pruebas de identificación. El destilado se recibe en un recipiente sumergido en un baño de hielo. Separar cuidadosamente y secar con sulfato de sodio anhidro la fase orgánica. 5. Se mezclan con agitación vigorosa en la parrilla durante 15 minutos. 8. Se mide el volumen obtenido y se determina el rendimiento de la reacción. 8. 7. de ser así se debe hacer otro lavado). Se deja reposar hasta observar la separación de fases. 3. La destilación se detiene cuando se observa que el destilado es claro y no contiene gotas aceitosas. 3369 g = 0.27 -89 / 117-118 -112 / 102 2.81 1.02 0.2. Masa del matraz vacío: 10.5795 3 0.43 0. REACCIÓN SN2: SÍNTESIS DE BROMURO DE N-BUTILO.0327 0.12 Bromuro de n-butilo 137. Presencia de insaturaciones: En un tubo de ensayo limpio y seco se colocan: 5 gotas del haluro obtenido 1-2 gotas de una solución de bromo en CCl4 Agitar.10.3369 g Masa del matraz con bromuro de n-butilo: 10.5795 g Masa molar (g/mol) Densidad (g/mL) Punto de fusión o ebullición (°C) Masa (g) Volumen (mL) Cantidad de Alcohol n-bitílico 74.229X10-3 . REACCIÓN SN2: SÍNTESIS DE BROMURO DE N-BUTILO. Resultados.4562 4.9164 g .9164 g Masa del bromuro de n-butilo: 10. Observar e interpretar los resultados. sustancias (mol) Rendimiento de la reacción: Pruebas de identificación: 1. Presencia de insaturaciones. esto se debe a la Ley de Dalton para una mezcla de líquidos inmiscibles. Cuando la presión del sistema alcanza a la atmosférica. no colocamos adecuadamente las por lo que los esmerilados no estaban bien sellados. en la fase superior se tuvo al bromuro de n-butilo. el bromuro de n-butilo se obtuvo por una destilación simple. La prueba fue positiva ya que se observó la formación de un precipitado blanco insoluble en ácido nítrico. Durante el calentamiento de la reacción se observaron dos fases dentro del matraz. Para llevar a cabo la reacción fue necesaria la aplicación de calor y. Discusión de resultados. No se observó cambio de color por lo que no hay presencia de insaturaciones. Identificación de halógenos. es en esa temperatura donde se hallará el punto de ebullición de la mezcla. 2. Además en el secado con sulfato de sodio anhidro se perdió materia ya que se le agrego demasiado. el agua por el contrario posee una presión de . A pesar de que el alcohol n-butílico tiene una presión de vapor baja. la muestra quedo traslucida y transparente rápidamente. que no reaccionan entre sí. El rendimiento de nuestra reacción fue muy poco debido a que hubo fugas de materia orgánica a la hora de la destilación por un mal montaje del equipo. cada gas ejerce la misma presión que si estuviera solo y la suma de las presiones de cada uno es igual a la presión del sistema. ésta dice que cuando dos o más gases o vapores. se mezclan a temperatura constante. El equipo empezó a destilar a una temperatura aproximada a las 82°C. Respecto a las pruebas de identificación. en la identificación de halógenos se formó el precipitado blanco insoluble de AgBr. ambas dieron los resultados esperados. Una prueba que indica la presencia de insaturaciones es aquélla en la cual el color del bromo desaparece sin que se desprenda bromuro de hidrógeno. 1.vapor alta. mecanismo de reacción SN1. En las siguientes reacciones. 2. (CH3)2CHCH2Br + AgNO3+ H2O → (CH3)2CHCH2OH + AgBr + HNO3 Debido a la falta de tiempo no pudimos realizar la síntesis de cloruro de t-butilo a partir de un alcohol terciario. escriba las estructuras de los productos de sustitución (si los hay). permitiendo que puedan ebullir a una temperatura menor a la del alcohol. En la prueba de presencia de insaturaciones no hubo cambio de color en la reacción por lo que se descarta la presencia de tales insaturaciones. Clasificar los siguientes haluros de alquilo como primarios. . secundarios y terciarios. Cuestionario. Los compuestos que presentan dobles y/o triples enlaces pueden adicionar bromo. escriba el mecanismo bajo el cual proceden. Está aclaración es válida para explicar que el desprendimiento de HBr indica que tuvo lugar una reacción de sustitución y no de adición. la rapidez de formación de los cationes de alquilo simples sigue el orden 3°>2°>1° Se sabe que el cation bencilo o bencilico debido a la estabilización por resonancia es un ion muy estable por lo que reaccionara mas rápido frente al HBr El efecto del anillo bencenito sobre la orientación cuando este esta unido aun grupo OH . Escriba el mecanismo de la reacción de sustitución nucleofílica alifática entre el t-butanol y HCl . y además s ele adiciona HBr . en consecuencia. el Bromo se une al carbono adyacente del anillo y se libera agua. Prediga cuál de los siguientes alcoholes reaccionará más rápido frente a HBr: a) Alcohol bencílico b) Alcohol p-metilbencílico c) Alcohol p-nitrobencílico Debido al efecto inductivo liberador de electrones del grupo alquilo. la estabilidad y.3. 4. 27 g/mL.:225-237. F. G. Los residuos de Na2SO4 húmedo se deben enviar a incineración. prentice Hill. A. etal. “Química Orgánica”..G. Fundamentos de química 2. 6. es menos denso que el agua. Pp: 156. En la síntesis de cloruro de t-butilo la fase orgánica se encontraba arriba ya que éste tiene una densidad de 0. Los residuos de la prueba de identificación de haluros son AgBr insoluble y HNO3: Separar el sólido y enviar a confinamiento. Los residuos de la prueba de insaturaciones son bromuro de n-butilo + Br2/CCl4: Se deben mandar a incineración. México. 5 edición.5. ¿Qué sustancias contienen los residuos de este experimento? ¿Qué tratamiento previo se les debe de dar antes de desecharlos al drenaje? En la síntesis de bromuro de n-butilo se generaron desechos como: Los residuos de la destilación son trazas de NaBr + n-butanol + H2O: Se debe medir pH y neutralizar. Madrid. 2006. Ed. Pág. Bibliografía Wade. Editorial McGraw Hill.85 g/mL. pp.50-55. Carey.(1987). . Ángeles. 6° edición. ¿Dónde se encontraba la fase orgánica cuando la separo de la mezcla de reacción? ¿Y cuándo la lavó? ¿Cómo lo supo? En la síntesis de bromuro de n-butilo la fase orgánica se encontraba abajo ya que el bromuro de n-butilo tiene una densidad de 1. neutralizar el líquido. México: Editorial Publicaciones Cultural 1ªed. Los residuos del lavado en fase acuosa son n-butanol + H2O + sales de Na: Se debe medir pH y neutralizar. es más denso que el agua con densidad de 1 g/mL. L. O.. 2004. Química Orgánica.
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