Halogenuros de alquilo

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Área de Química Laboratorio de: Química Orgánica 2 Impartido por: Ing. Erwin Ortiz

PRACTICA #1 “SINTESIS DE HALOGENUROS DE ALQUILO”

SECCION PONDERACIÓN 1. Introducción 10 2. Objetivos 5 3. Marco Teórico 5 4. Marco Metodológico 5 5. Resultados 15 6. Interpretación de resultados 30 7. Conclusiones 15 8. Bibliografía 5 9. Apéndice 9.1 Datos originales 1 9.2 Muestra de cálculo 5 9.3 Fotografias 4 Nota

Nota

Nombre: Willian Daniel Marroquín Argueta Carnet: 201313921 Fecha de la practica: 5/02/2015 Fecha de entrega: 12/02/2015 Fecha de nota recibida_________Nota: _______Firma:_______ Fecha de revisión ___________Nota: _______Firma:_______

INDICE

INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 1 OBJETIVOS.................................................................................................... 2 1. MARCO TEÓRICO ..................................................................................... 3 1.1. HALOGENUROS DE ALQUILO ........................................................... 3 1.2. SUSTITUCION NUCLEOFILICA SN1 .................................................. 4 1.3. SUSTITUCION NUCLEOFILICA SN2 .................................................. 6 2. MARCO METODOLÓGICO ........................................................................ 8 2.1. ALGORITMO PROCEDIMENTAL ........................................................ 8 2.2 DIAGRAMA DE FLUJO ......................................................................... 2 3. RESULTADOS ........................................................................................... 3 4.

INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ................................................ 5

CONCLUSIONES ........................................................................................... 7 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 8 APÉNDICES ................................................................................................... 9

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INTRODUCCIÓN

Los halogenuros de alquilo son uno de los compuestos orgánicos más importantes de la industria ya que permiten la síntesis de muchos otros, gracias, principalmente a los mecanismos SN1 y SN2. Por ello, en la práctica número 1. “Síntesis de halogenuros de alquilo” se estudió el proceso de síntesis y propiedades de los compuestos orgánicos anteriormente mencionados.

En la práctica se sintetizó Cloruro de terc-butilo (C4H9Cl) siguiendo el mecanismo de sustitución nucleofílica SN1 a partir de alcohol terbutílico (C4H10O) y ácido Clorhídrico (HCl), durante la fase final de separación del halogenuro de alquilo se realizó la prueba de solubilidad en agua, la cual dio resultado negativo; el cloruro de butilo no es soluble en agua, finalmente se procedió a medir la densidad del producto sintetizado la cual fue de 0.602g/mL.

Además de esto se aplicó la prueba de identificación de (AgNO 3) al dicloroetano la cual dio como resultado la formación de (AgCl) precipitado. La práctica fue realizada a 22°C y 0.84atm de presión.

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OBJETIVOS

General

Estudiar el proceso de síntesis por SN1 y propiedades de un halogenuro de alquilo.

Específicos

1. Determinar el porcentaje de rendimiento de la síntesis.

2. Identificar algunas de las propiedades del halogenuro de alquilo, a partir del análisis de las pruebas de identificación, AgNO3 y solubilidad en agua.

3. Calcular la densidad del halogenuro sintetizado.

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1. MARCO TEÓRICO

1.1. HALOGENUROS DE ALQUILO

Los Halogenuros de Alquilo son hidrocarburos formados por un halógeno unido a un carbono saturado con hibridación sp3. El enlace C-X es polar, por lo que los halogenuros de alquilo se pueden comportar como electrófilos. Los halogenuros de alquilo se preparan a partir de varias formas: alcoholes, intercambio de halogenuros, halogenación de hidrocarburos saturados, adición de halogenuros de hidrógenos a alquenos, adición de halógenos a alquenos y alquinos Existen halogenuros primarios, secundarios y terciarios. Su orden de reactividad es 3º > 2º> 1º, debido a que es más fácil la ionización de los terciarios. Los primarios y secundarios se obtienen de la reacción de alcoholes con SOCl2 (cloruro de tionilo) y PBr3 (tribomuro de fosforo). Los terciarios son producidos por reacciones entre alcoholes y ácidos con halógenos (HX). El punto de ebullición de lo halogenuros de alquilo aumenta de dos formas: al reemplazar un halógeno por otro de mayor peso atómico, manteniendo constante la cadena de carbonos, y al aumentar la cadena de carbonos, manteniéndose el halógeno. Cabe mencionar otras propiedades físicas como solubilidad, densidad, punto de fusión, fuerzas intermoleculares etc. Los Halogenuros de Alquilo sufren dos tipos de reacciones: sustitución nucleófila y eliminación. 3

En el presente informe se desarrollaran las sustituciones nucleofílicas existentes en las caracterizaciones de los hidrocarburos halogenados. En estos tipos de reacción tenemos la oportunidad de ver claramente cómo actúa un nucleofilo (molécula o ion que no tiene un par de electrones compartidos) que en esta ocasión seria el átomo de carbono, y también un grupo saliente (átomo que se desprende de la molécula al mismo tiempo que ataca el nucleofilo) que en este caso sería el halógeno.

1.2. SUSTITUCION NUCLEOFILICA SN1

Los impedimentos estéricos hacen que los sustratos terciarios sean prácticamente inertes frente al mecanismo SN2. Sin embargo, se observa que estos sustratos reaccionan a velocidad importante con agua, siguiendo una cinética de primer orden. Esta observación experimental implica proponer un nuevo mecanismo, llamado SN1, que transcurre con sustratos terciarios y malos nucleófilos, hechos imposibles de explicar mediante el mecanismo SN2.

Esta reacción no es compatible con un mecanismo SN2, puesto que el sustrato es terciario, el nucleófilo malo y la velocidad sólo depende del sustrato.

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1.2.1. MECANISMO: SN1 tiene un mecanismo por etapas. En el primer paso se ioniza el sustrato por pérdida del grupo saliente, sin que el nucleófilo actúe, formándose un carbocatión.

En el segundo paso el nucleófilo ataca al

carbocatión formado, obteniéndose el producto final.

Etapa 1. Disociación del sustrato, para formar el carbocatión. Es el paso lento de la reacción.

Etapa 2. Ataque del nucleófilo al carbocatión formado.

Etapa 3. Desprotonación del agua para formar el alcohol

La etapa lenta del mecanismo es la formación del carbocatión, dependiendo la velocidad exclusivamente del sustrato.

v = k[(CH3)3CBr]

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1.3. SUSTITUCION NUCLEOFILICA SN2

En las reacciones de sustitución nucleófila se cambia un grupo, llamado grupo saliente, por otro, llamado nucleófilo.

[1] Sustrato - Especie que contiene el grupo saliente [2] Nucleófilo - Base de Lewis capaz de atacar a átomos con polaridad (o carga) positiva [3] Producto de la reacción [4] Grupo saliente - Especie que abandona el sustrato, siendo sustituida por el nucleófilo Las reacciones de sustitución nucleófila permiten obtener numerosos compuestos orgánicos a partir de haluros de alquino.

1.3.1. MECANISMO: La SN2 (sustitución nucleófila bimolecular) es una reacción concertada, es decir, transcurre en una única etapa.

El mecanismo consiste en el ataque del nucleófilo al carbono que contiene el grupo saliente. Este carbono presenta una polaridad positiva importante, debida a la electronegatividad del halógeno. Al mismo tiempo que ataca el nucleófilo se produce la ruptura del enlace carbono-halógeno, obteniéndose el producto final.

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El estado de transición de la SN2 tiene la siguiente forma:

La velocidad de una reacción elemental es proporcional al producto de las concentraciones de los reactivos elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos. A la constante de proporcionalidad se le denomina constante cinética. Asi, la velocidad de la SN2 depende de la concentración del sustrato (CH3I) y del nucleófilo (OH-). Es por ello una reacción biomolecular. v=k[CH3I][OH-]

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2. MARCO METODOLÓGICO

2.1. ALGORITMO PROCEDIMENTAL

Material y equipo: 

Ampolla de decantación



Soporte



Pipetas de 1 y 10mL



Beacker



Anillo de soporte



2 tubos de ensayo

Reactivos: 

Alcohol t-butilico



Reactivo de Tollens



Ácido clorhídrico



Permanganato de potasio



Bicarbonato de sodio



Bromo en agua

1. En un tubo de ensayo se agregaron unas gotas de Dicloro-etano y 3 gotas de reactivo de tollens 2. En la ampolla de decantación se colocaron 10mL de alcohol T-butílico y luego, lentamente 10mL de HCl concentrado, esto en la campana de extracción. 3. Se colocó la ampolla en un soporte de anillo y esperó a que se separasen las fases. 4. Se separó la fase inferior de la ampolla.

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5. Se lavó dos veces el producto presente en la ampolla con 10mL de agua por vez. 6. Se esperó que las fases se separasen de nuevo y se retiró la fase inferior de ésta. 7. Se midió el volumen y la masa del producto en la ampolla de decantación.

2.2 DIAGRAMA DE FLUJO

Lavar y secar cristalería

INICIO

Colocar la ampolla en el soporte de anillo

Colocar la ampolla de decantación dentro de la campana

Ampolla de decantación

10mL HCL

10mL alcohol t-butílico

SI

Espere ¿Se separaron los líquidos?

Recuperar la capa superior

NO Lavar dos veces la capa superior con agua Desechar residuos, Desechar residuos, lavar y lavar y secar secar cristalería cristalería FIN

Esperar a que as capas se separen y recuperar de nuevo la superior 2

3. RESULTADOS

Los resultados obtenidos para el rendimiento de la síntesis del halogenuro de alquilo, cloruro de terc-butilo, por medio de sustitución nucleofílicas SN1 y sus propiedades, se muestran en las siguientes tablas.

Tabla I.

Rendimiento de la síntesis del halogenuro de alquilo Cloruro de terc-butilo Recuperado [mL] Esperado [mL] Rendimiento 1 11.62 8.61% Fuente: Datos calculados

Tabla II.

Densidad del halogenuro de alquilo a 22 °C

Cloruro de terc-butilo Masa [g] Volumen [mL] Densidad [g/mL] 0.602 1 0.602 Fuente: Datos calculados

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Tabla III. Prueba

Pruebas de identificación

Observación Conclusión Al agregar AgNO3/Etanol, a haluros de alquilo, se forma un haluro de plata que precipita a excepción

AgNO3

del fluoruro de plata que es soluble, el color del

Positiva

precipitado depende del haluro Solubilidad El cloruro de terc-butilo no es soluble en agua

Negativa

Fuente: Elaboración propia

Prueba No. 1 

Nombre de la Prueba: AgNO3 en etanol



Criterio de la Prueba: Al agregar AgNO3/Etanol, a haluros de alquilo, se forma un haluro de plata que precipita a excepción del fluoruro de plata que es soluble, el color del precipitado depende del haluro



Reacción: C2H4Cl2+AgNO3  C2H4Cl +AgCl



Observación: Al agregar AgNO3 al halogenuro de alquilo se formó un precipitado oscuro.



Conclusión: La prueba fue positiva

Prueba No. 2 

Nombre de la Prueba: Prueba de solubilidad



Criterio de la Prueba: Los halogenuros de alquilo no son solubles en agua.



Reacción: No ocurrió.



Observación: El producto obtenido no es soluble en agua.



Conclusión: La prueba fue negativa.

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4. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

En ésta práctica se sintetizó cloruro de terc-butilo a partir de (C4H10O) y (HCl), reacción que sigue el mecanismo SN1. Este proceso se lleva a cabo en varias etapas, la primera es la modificación del grupo (OH) a (OH2) esto debido a que el (OH) es un mal grupo saliente lo que imposibilita al halógeno, remplazarlo, mientras que el (OH2) es un mejor grupo saliente. Esto se logra gracias a la ionización de un ácido fuerte. Una vez formado el (OH2) éste se separa del grupo R debido a la repulsión de cargas, formado así un carbocatión, el siguiente paso es la unión del cloro al grupo R y la formación del agua.

El mecanismo que la reacción siguió fue el SN1 por los siguientes factores, se utilizó un solvente con constante dieléctrica alta, agua y el carbono al que se le deseaba cambiar un sustituyente era terciario, específicamente el carbono número 2 de la cadena principal del 2-metil-2propanol, terc-butanol.

El proceso se llevó a cabo en una ampolla de decantación, primero se agregó el alcohol; luego el ácido lentamente para evitar que la reacción se saliera de control, al principio se formaron dos fases, una clara y otra turbia, siendo la capa turbia la inferior lo cual, por densidad, indicó que era (HCl) y los restos de alcohol sin reaccionar, por lo que se procedió a separar esa fase quedando solamente el halogenuro con algunas impurezas. Posteriormente se decidió realizar lavados con agua para eliminar restos de alcohol y (HCl) remanentes en la fase superior, obteniendo un 8.61% de rendimiento.

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Normalmente el proceso de separación del halogenuro se lleva a cabo por destilación pero en éste caso simplemente se utilizaron las propiedades de solubilidad y densidad de las sustancias utilizadas. Las pruebas de identificación realizadas fueron solubilidad y como era de esperarse, el halogenuro no es soluble en agua. La prueba de AgNO3 confirmó la presencia de un halógeno, formando un precipitado oscuro y finalmente la densidad la cual fue de 0.602g/mL

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CONCLUSIONES

1. El rendimiento de la síntesis del halogenuro de alquilo fue de 8.61%

2. El halogenuro de alquilo sintetizado no es soluble en agua y reacciona con AgNO3 para formar haluros de plata.

3. La densidad del halogenuro de alquilo sintetizado fue de 0.602g/mL

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BIBLIOGRAFÍA

1. Schawn, Química General y orgánica, McGraw HIll, México, 9na edición, 2009, 406p

2. Carey Francis A., Química orgánica, McGraw Hill, 6ta edición, México, 1422p.

3. McMurry John, Química orgánica, Cenage Learning, México, 7a edición, 2008, 1347p

4. Wingrove, Allan S, Química Orgánica, editorial desconocida, 1568p

5. Halogenuros

de

alquilo

[en

línea]

[08/02/15

3:13pm]

https://sites.google.com/site/organicaiii/quimica_organica/quimicaorganica-iii-nueva/quimica-organica-iii-2009-2012/test-analisis-funcional2012/e3-halogenuros-de-alquilo/fund-b

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APÉNDICES

2. MUESTRA DE CÁLCULO 2.1 REACCIÓN DE SÍNTESIS C4H9OH + HCl  C4H9Cl+H2O

2.1 PRUEBA AgNO3 C2H4Cl2+AgNO3  C2H4Cl +AgCl

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2.4 DENSIDAD 𝜌=

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

2.5 MOLES A PARTIR DE LA DENSIDAD 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 =

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ∗ 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟

2.6 PORCENTAJE DE RENDIMIENTO %[𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜] =

𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜𝑠 0.7𝑚𝑜𝑙 ∗ 100 → ∗ 100 = 70% 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 1𝑚𝑜𝑙

3. DATOS CALCULADOS

Tabla IV.

Porcentaje de rendimiento

Ter butilico Cloruro de terc-butilo DR 0.78 0.84 M [g/mol] 74 92.57 Moles 0.105405405 0.009074214 Rendimiento N/A 8.61% mL N/A 11.61592664 esperados Fuente: Elaboración propia

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4. ANÁLISIS DE ERROR Tabla VI.

Densidad del isobuteno a 22 °C

Isobuteno Experimental [g/ml] Teórica [g/ml] % Error 0.602 0.840 28% Fuente: Elaboración propia

5. FOTOGRAFÍAS

PRUEBA DE AgNO3

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SEPARACION EN AMPOLLA DE DECANTACIÓN

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SEGUNDA SEPARACION EN AMPOLLA DE DECANTACION, LUEGO DEL LAVADO

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INTEGRANTES DEL GRUPO

Primera foto: De izquierda a derecha, Mario, Maria Jose, Willian, Joselin Segunda foto: De izquierda a derecha, Michelle, Mario, Maria Jose, Willian

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