Pruebas de caracterización de derivados halogenados: Henry Alejandro Polanco Jhoon Jairo Quiroga

Informe de Laboratorio de Química Orgánica General

Grupo C

Pruebas de caracterización de derivados halogenados Henry Alejandro Polanco Jhoon Jairo Quiroga Laboratorio de Química Orgánica General, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad del Cauca, Popayán-Colombia.

RESUMEN: Los haluros de alquilo son una clase de derivados hidrocarbonados que tienen un átomo de halógeno unido a un grupo alquilo. En la práctica se usaron distintos procesos que permitieron caracterizar los compuestos halogenados, tales como las pruebas de solubilidad en agua y en éter de petróleo, para el diclorometano, el 2-bromobutano y el bromobenceno, encontrándose que los compuestos halogenados son insolubles en agua y solubles en éter de petróleo. También se realizó la prueba de ignición probando la inflamabilidad del compuesto, encontrando que son menos inflamables que los alcanos al contener menos enlaces C-H.  Además se realizó la prueba de fusión con sodio en donde se utilizaron distintos compuestos encontrando un precipitado, lo que indica la presencia de un halógeno; por último se efectuó la prueba de belstein para el bromobenceno y el 2-bromobutano en donde se encontró la presencia de un halógeno, y se halló que para el 2-bromobutano había una llama más abundante por su volatilidad que para el bromobenceno.

INTRODUCCIÓN Los haluros de alquilo constituyen uno de los grupos de hidrocarburos halogenados. Se trata de los compuestos que resultan cuando el F, Cl, Br o I, se enlazan a un grupo alquilo con hibridación sp3. [1] 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. [2].Los halógenos se utilizan en las industrias químicas de tratamientos de agua, también como solvente, reactivo, anestésico, pesticida, entre otros.

En la práctica se realizaran experimentos sencillos para identificar algunas propiedades de los haluros de alquinos.

grandes tienen puntos de ebullición más elevados, ya que son más pesados, y tienen áreas superficiales más grandes. [1] Los haluros de alquilo son inmiscibles en el agua, ya que no son capaces de establecer puentes de hidrogeno; por otro lado estos son miscibles en compuestos orgánicos con baja polaridad. En la práctica se realizaran pruebas de solubilidad en agua y en éter de petróleo (disolvente orgánico), comprobando esta propiedad. Los fluoruros de alquilo y los cloruros de alquilo son menos densos que el agua y todos los bromuros y yoduros de alquilo son más densos que el agua. [2] Los haluros de alquilo se clasifican de acuerdo a la naturaleza del átomo de carbono enlazado al halógeno: Si el carbono que tiene al halógeno está enlazado a un átomo de carbono, éste es primario (1°). Si dos átomos de carbono están enlazados al carbono que tiene al halógeno, es secundario (2°) 

El punto de ebullición de los halogenuros de alquilo establece que las fuerzas de atracción intermolecular son de tres tipos: dipolo inducido-dipolo inducido, dipolodipolo inducido y dipolo-dipolo; [3]  las moléculas con masas moleculares más

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1 Práctica 1 - Pruebas de caracterización de derivados halogenados

Informe de Laboratorio de Química Orgánica General Si el carbono que tiene al halógeno está unido a tres átomos de carbono, este es terciario (3°). [2] 

Los haluros de alquilo son muy perjudiciales para la salud, no se debe permitir que estos entren en contacto con la piel, ya que muchos se absorben directamente a través de la piel y producen efectos tóxicos.

1. METODOLOGÍA La práctica estuvo dividida en 5 partes, en las pruebas de solubilidad en agua, la prueba de solubilidad en éter de petróleo, la prueba de ignición, la prueba de fusión con sodio y la prueba de belstein. En la prueba de solubilidad en agua y en éter de petróleo, se marcó 6 tubos de ensayo, los 3 primeros para la prueba con agua y los otros 3 para el éter de petróleo, al primer tubo se le agregó diclorometano, al segundo 2-bromobutano y al tercero bromobenceno, y a cada uno se le agregó 5 gotas de agua, se realizó este mismo proceso con las mismas sustancia con los otros tres tubos pero con éter de petróleo en vez de agua; la prueba de ignición, se dividió en dos partes, en la primera parte se adicionó 5 gotas de 2-bromobutano en un crisol y se acercó un fosforo encendido, y en la segunda se añadió 5 gotas de bromo benceno al crisol y se acercó también el fosforo encendido, con el fin de observar la inflamabilidad del compuesto.  Adicionalmente en la prueba de fusión con sodio, se colocó un trozo de sodio a un tubo de ensayo, y se puso sobre el mechero sujetándolo con las pinzas, al fundirse el sodio se agregó 4 mL de la muestra problema, se calentó nuevamente por 3 minutos, se retiró el tubo y se dejó enfriar, y se agregó 3 mL de etanol y 10 mL de agua destilada; luego se filtró a gravedad la sustancia, y se pasó al Erlenmeyer, donde se calentó en la plancha de calentamiento, y se dejó ebullir durante 5 minutos. Finalmente se tomó una muestra de 3 mL de la sustancia y se le agregó 4 gotas de

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nitrato de plata, se observó un precipitado, lo que nos dio como conclusión la presencia de un halogenuro, que va a ser un cloruro de plata o bromuro de plata. Finalmente se realizó la prueba de Belstein, en donde también se encontró la presencia de un halógeno. Esta parte de la práctica se dividió en dos, en la primera se puso a calentar un alambre se cobre sosteniéndolo con las pinzas, luego se introdujo este alambre a una muestra de bromobenceno y casi no se observó ningún cambio en la llama; en la segunda parte se hizo el mismo proceso, pero ya no se introdujo el alambre en el bromobenceno, sino en el 2bromobutano, y se observó un gran cambio en la llama, concluyendo la presencia de un halógeno y que es más volátil.

2. RESULTADOS Y ANÁLISIS 1.1 RESULTADOS Tabla 1. Prueba de solubilidad en agua TUBO OBSERVACION

1: Diclorometano

INSOLUBLE. Se forman dos fases, quedando en la  parte de abajo del tubo diclorometano y arriba agua 2INSOLUBLE. Se Bromobutano aprecian dos fases, en la  parte de abajo el 2 bromobutano 3: INSOLUBLE. Al igual Bromobenceno que en los casos anteriores se observan dos fases, por lo tanto es una mezcla heterogénea. Tabla 2. Prueba de solubilidad en éter de petróleo

2 Práctica 1 - Pruebas de caracterización de derivados halogenados

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TUBO

OBSERVACION

1: Diclorometano

SOLUBLE. Mezcla homogénea, se forma una sola fase incolora. SOLUBLE. Se forma una sola fase. SOLUBLE. Se observó una sola fase mezcla homogénea.

2-Bromobutano

3: Bromobenceno

Tabla 3. Prueba de ignición Muestra

Observación

2-bromobutano

Inflamable

Bromobenceno

No inflamable

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H2O. [4]  El agua se mantiene en la parte superior porque los halógenos son más densos y permanecen abajo.

El clorometano  y el agua son insolubles. CH2Cl2, Esta molécula luce como si todos sus elementos están dispuestos de forma simétrica y el átomo central, el carbono, no tiene electrones desapareados. Sin embargo, los dos átomos de cloro tienen átomos desapareados y no están dispuestos simétricamente, por eso está molécula es polar. 2-bromobutano [CH3CH(Br)CH2CH3] y agua son insolubles Los haluros de alquilo son compuestos con carácter covalente; los enlaces carbonohalogeno (C-X) son marcadamente polares,

Prueba de fusión con sodio

AgNO3 + NaX

AgX

+ NaNO3

Se pudo determinar que el halógeno presente era cloruro de plata (X=Cl) AgNO3 + NaCl 

AgCl

+ NaNO3

Prueba de Belstein

Cu + O2

CuO

2(CH3 CHBr CH 2 CH3) + CuO + 12 O2 8 CO + CuBr 2 + 9 H2 O

1.2 ANALISIS DE RESULTADOS 1.2.1 Prueba de solubilidad en agua En este caso de la solubilidad en agua la ley de los semejantes no aplica en la mezcla de H2O (polar) y halógenos (polar). Porque no hay formación de puentes de hidrogeno, la tensión presente en los halógenos es muy fuerte, lo cual impide la penetración del

debido a la diferencia de electronegatividad entre los halógenos y el carbono. [2] A pesar de sus modestas polaridades, los halogenuros de alquilo son insolubles en agua, tal vez porque no son capaces de establecer puentes de hidrógeno. [4] Los halogenuros de alquilo tienen las propiedades físicas que podemos esperar para compuestos de baja polaridad, cuyas moléculas se mantienen juntas por fuerzas de Van der Waals o por atracciones dipolares débiles. Los cloruros de alquilo que contienen un solo átomo de cloro son menos densos que el agua, mientras que los cloruros de alquilo con más de dos átomos de cloro, así como los bromuros de alquilo son más densos

3 Práctica 1 - Pruebas de caracterización de derivados halogenados

Informe de Laboratorio de Química Orgánica General que el agua. El diclorometano (d= 1,33 g/cm³) al ser más denso que el agua (d= 1 gr/cm3) en la práctica tendió a precipitarse pero no lo hizo totalmente, al igual que el 2bromobutano (1,26 g/cm³) y el bromobenceno (1,5 g/cm³) En

la

práctica se observó que el Bromobenceno y el agua son insolubles. El bromuro de fenilo es un haluro de alquilo el cual tiene como propiedad física ser insoluble en agua ya que la “unión entre las diferentes moléculas de bromobenceno, se realiza a través de fuerzas intermoleculares débiles, provocadas por la escasa diferencia de electronegatividad entre los átomos de carbono e hidrógeno. [5]  El agua es muy polar y el bromobenceno, una molécula simétrica, tiene polaridad nula. La densidad del bromobenceno es de 1,50 g/cm más denso que el agua por lo cual este se precipito mientras que el agua formo una capa superior.

1.2.2 Prueba de solubilidad en éter de petróleo El Diclorometano y el 2-bromobenceno presentaron baja solubilidad en la bencina de petróleo. Las dos muestras se clasifican dentro de los haluros de alquilo los cuales son insolubles en agua y solubles en compuestos orgánicos debido a que no forman puentes de hidrógeno. [4] El éter de petróleo es una mezcla líquida de diversos compuestos volátiles, de la serie homóloga de los hidrocarburos saturados o alcanos (Es una mezcla de hidrocarburos a cíclicos de cinco a seis átomos de carbono). Se emplea principalmente como disolvente no polar. El brombenceno, es un haluro de arilo los cuales son menos polares que los haluros

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de alquilo [5], una de sus propiedades físicas es que se disuelven en la mayoría de los disolventes orgánicos; lo cual no sucedió en la práctica esto se pudo haber presentado por un error en el procedimiento puesto que el tubo de ensayo no estaba totalmente limpio o no se suministró la cantidad necesaria para disolverse.

1.2.3. Prueba de ignición Los halogenuros de alquilo, al contener menos enlaces C-H, son menos inflamables que los alcanos, debido a la presencia del halógeno y a su incremento en la polaridad. [7]

El 2-bromobutano es un compuesto inflamable por esta razón al someterse al calor si se presentó inflamabilidad. El bromuro de fenilo es un material que deben calentarse moderadamente o exponerse a temperaturas altas antes de que ocurra la ignición. [7]  Por esta razón al someterse al calor del fosforo no se dio inflamabilidad.

1.2.4. Prueba de fusión con sodio Después de realizar el procedimiento indicado, Se formó una pequeña cantidad de precipitado lo cual nos indicó la presencia de un halógeno, no se obtuvo la cantidad deseada ya que el volumen de agua (10ml) no se mantuvo, posterior al filtrar la solución no se obtuvo la cantidad necesaria la cual era 3ml, y para completar esta cantidad fue necesario adicionar agua destilada, pero no se siguió el respectivo procedimient o. La poca cantidad de halógeno es cloruro de plata debido a su turbidez, aunque se presentó turbiedad lo cual se pudo generar por la presencia de impurezas en los reactivos o en el vidrio del tubo de ensayo.

4 Práctica 1 - Pruebas de caracterización de derivados halogenados

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1.2.5. Prueba de Beilstein La prueba de Beilstein se usa para detectar la presencia de halógenos (CI, Br, I). Los compuestos orgánicos que contienen bromo, cloro, yodo e hidrógeno se descompone n al quemarse en presencia de óxido de cobre para producir los correspondie ntes halogenuros de hidrógeno. Estos gases reaccionan para formar los halogenuros cúpricos correspondientes, lo que imparte un color verde o azul-verde a la llama. El test de Beilstein es positivo cuando se produce haluro de cobre volátil, que da a la llama un color azul-verdoso, al calentar un halogenuro de alquilo con óxido de cobre. [8] Es el método más sencillo para determinar la presencia de un halogenuro de alquilo, aunque no diferencia si el halógeno es cloro, bromo o yodo.

CONCLUSIONES En cuanto el punto de ebullición y fusión los haluros de alquilo tienen variaciones similares a los alcanos, es decir tienen punto de ebullición mayores que los alcanos de igual número de átomo de carbono, debido a la presencia de halógeno, el cual incrementa la masa molar del compuesto y por ende el punto de ebullición. Los haluros de alquilo son inflamables, pero no tanto como los alcanos, al poseer menos enlaces CarbonoHidrogeno, Los haluros de alquilo son solubles en disolventes de baja polaridad como el benceno o éter; y por no formar puentes de 

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hidrógenos son insolubles en agua. Debido a su baja polaridad no solventan iones simples, por lo que no puede disolver sales inorgánicas Debido a la presencia del halógeno y a su incremento en la polaridad, los halogenuros de alquilo son mejores disolventes y más reactivos que los alcanos. Observamos que la prueba de Beilstein sirve para detectar la presencia de halógenos (CI, Br, I). Los compuestos orgánicos que contienen bromo, cloro, yodo e hidrógeno se descomponen al quemarse en presencia de óxido de cobre para producir los correspondientes halogenuros de hidrógeno. Estos gases reaccionan para formar los halogenuros cúpricos correspondientes, lo que imparte un color verde o azul-verde a la llama. Las pruebas como ignición, fusión con sodio y prueba de Bleisntein, nos permiten realizar la caracterización de algunos compuestos como el 2bromobutano, clorobenceno y bromobenceno. 

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3. PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS 5. PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS 9.1 ¿Que significa disolvente ecológico y química verde? El solvente ecológico: Es un producto que, por la ausencia de azufre y compuestos aromáticos, no tiene olores molestos, la tolerancia humana por inhalación de otros disolventes de petróleo es de 100 P.P.M., mientras que el solvente ecológico alcanza 300 P.P.M., debido fundamentalmente a su menor toxicidad. Dentro de los beneficios esta que nos permite obtener la máxima limpieza sin dejar olor residual que otros derivados del petróleo dejan, mejorando el ambiente de trabajo, mayor rendimiento para los empleados, menor impacto ambiental.  Aplicación directa por inmersión, aspersión o de forma manual, mediante brocha o cepillo. Es un producto no tóxico y 100% biodegradable, de bajo índice de

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evaporación. Tiene excelentes propiedades de olor, solubilidad y fluidez, características que lo hacen aptos para su reemplazo de solventes petroquímicos, clorados y otros

rutas sintéticas alternativas basadas en química verde. La utilización de condiciones de reacción alternativas basadas en química verde. El

productos de limpieza. Se usa para la limpieza de máquinas pesadas, motores, paredes y otras superficies de metal o concreto. La química verde: Es una serie de principios que reducen o eliminan el uso o generación de sustancias peligrosas en el diseño, manufactura y aplicación de productos químicos. Al ofrecer alternativas de mayor compatibilidad ambiental, comparadas con los productos o procesos disponibles actualmente cuya peligrosidad es mayor y que son usados tanto por el consumidor como en aplicaciones industriales, la química verde promueve la prevención de la contaminación a nivel molecular. Tres principios básicos de la química verde son: Elimine la contaminación en la fuente Utilice información sobre desarrollos y tecnologías, investigación y actitudes políticas  Adopte una visión a largo plazo e incorpórela dentro de componentes de investigación verde. Las tecnologías de química verde puede ser clasificadas en una o más de las tres áreas de enfoque siguientes: La utilización de

diseño de sustancias químicas que sean, por ejemplo, menos tóxicas que las disponibles actualmente o inherentemente más seguras con respecto a su potencial de accidentes.

9.2 Explique detalladamente cual era el daño que generaban los CFC en la capa de ozono. La capa de ozono se encuentra entre 10 a 20 millas (16 a 32 km) por encima de la superficie terrestre. Está compuesta por átomos de oxígeno y posee un tinte azul. Mientras los rayos del sol penetran la Tierra, la capa de ozono absorbe parte de la radiación y evita que esta llegue a la superficie terrestre. Esto protege a los habitantes del planeta de los daños de la radiación solar. Los clorofluorocarbonos son un conjunto de sustancias químicas producidas por el hombre, que llevan más de un siglo acumulándose. Estas sustancias contenedoras de cloro se encuentran en los refrigerantes, los aerosoles y los solventes. Debido a su larga existencia y al hecho de que no se lavan con la lluvia, es posible para los CFC elevarse hacia la capa de ozono, donde al estar expuesta a la radiación ultravioleta la molécula sufre una ruptura. A medida que esta se descompone

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Informe de Laboratorio de Química Orgánica General libera cloro y bromo a la capa de ozono. Estos dos químicos son responsables del daño y agotamiento de la misma. Por cada átomo de cloro liberado, 100.000 moléculas de ozono son destruidas. Debido a esto la capa de ozono se debilita más rápidamente de lo que se puede recuperar. Aunque algunos de los cloros en la atmósfera existen debido a causas naturales, como incendios, erupciones volcánicas y vida marina, la mayoría de los cloros en esta son producto de las emisiones de CFC y otros químicos producidos por el hombre. El daño más reconocido a la capa de ozono a nivel mundial por los CFC es el agujero del continente Antártico, que fue descubierto por primera vez en la década del ochenta. Contrario a lo que su nombre indica, el agujero en realidad es un adelgazamiento de la capa misma. Está también se ha visto dañada por las áreas industrializadas, a lo largo de todo el mundo. A medida que avanza el estudio del daño producido por los CFC, medidas están siendo tomadas, a nivel mundial, para limitar o prohibir el uso de estos químicos con el fin de proteger a la capa de ozono de más daño. Si no fuera por la presencia de la capa de ozono, la vida en la Tierra sería insostenible. Sin embargo, los CFC han debilitado la capa de ozono, causando un adelgazamiento en ella. Debido a esto es importante entender cómo estos dañan a la capa de ozono de modo de prevenirlo en un futuro.

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9.3. ¿Explique detalladamente porque en el ensayo de Beilstein, al calentar la muestra de haluro de alquilo se produce luz de un determinado color? ¿Qué relación tiene este principio con el equipo de absorción atómica?

Bunsen hasta que no se note ninguna coloración marcada. Luego se pone en contacto con el compuesto orgánico y se introduce el compuesto con el alambre en la llama. Una coloración verde azulada indica la presencia de cloruro. La reacción sería: Cu + X -----> (calor) -----> CuX (Halógeno)  (Halogenuro de cobre) Los compuestos orgánicos que contienen bromo, cloro, yodo e hidrógeno se descomponen al quemarse en presencia de óxido de cobre para producir los correspondientes halogenuros de hidrógeno. Estos gases reaccionan para formar los halogenuros cúpricos correspondientes, lo que imparte un color verde o azul-verde a la llama. Es decir la llama sale verde porque el cobre cuando entra en contacto con materiales con cloro, bromo o yodo (halógenos) en caliente, desprende CuCl2 (o su correspondiente halogenuro de cobre), cuyo color en llama es verde muy luminoso. El flúor no se detecta ya que el fluoruro de cobre no es volátil. La espectroscopia de adsorción atómica usa la adsorción de la luz para medir la concentración de la fase gaseosa de átomos. Ya que la mayoría de las muestras son sólidas o líquidas, los átomos o iones de los analitos deben ser vaporizados a la flama o en un horno de grafito. Los átomos adsorben luz visible o ultravioleta y hacen transiciones a niveles de energía más altos. La concentración del analito es determinada por la cantidad de adsorción. La similitud es que este proceso a través de la luz ultravioleta determina la concentración de átomos, mientras que en la prueba de Beilstein por medio de reacciones químicas del cobre se detecta un halógeno.

La prueba de Beilstein se usa para determinar si un compuesto orgánico tiene cloruros, bromuros o ioduros (compuestos halogenados). Se calienta un alambre de cobre en una llama azul de un mechero

Los halogenuros de alquilo tienen diversas aplicaciones entre las cuales están:

9.4 Explique al menos tres aplicaciones de los haluros de alquilo en la vida diaria.

7 Práctica 1 - Pruebas de caracterización de derivados halogenados

Informe de Laboratorio de Química Orgánica General Disolventes: Los haluros de alquilo se utilizan principalmente como disolventes industriales, se utilizan en diversas industrias como la electrónica para la limpieza de componentes electrónicos y chip’s, en la limpieza en seco de prendas, solventes de pinturas, etc. Entre los más utilizados están el tricloroetileno (C2HCl3), el cloruro de metilo, etc. Reactivos : Los haluros de alquilo se utilizan como sustancia s de partida en la síntesis de compuest os orgánicos más complejos.  Anestésico: Uno de los primeros anestésicos utilizados fue el cloroformo, y que actualmente ha sido sustituido por el halotano (CF3CHClBr) en los quirófanos de los hospitales. El cloruro de etilo se utiliza como anestésico local, en forma de aerosoles que son utilizados rociando el área afectada para producir el efecto deseado. Refrigerantes: Fluoroalcanos también conocidos como freones o clorofuorocarbonos (CFC), son halogenuros de alquilo que se desarrollaron para sustituir al amoniaco como gas refrigerante. El freón12 (CCl2F2) fue de los primeros en utilizarse como gas refrigerante, sin embargo su efecto nocivo sobre la capa de ozono ha provocado que sean reemplazados por los hidrofluorocarbonos (HCFC’s) como el freón-22 (CHClF2) ya que son más reactivos que los CFC y se destruyen antes de llegar a la capa de ozono.

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Plaguicidas: Los haluros de alquilo también son utilizados como insecticidas y pesticidas. En 1939 se descubre el DDT (1,1,1-tricloro-2,2-bis-pclorofeniletano)v que fue el primer insecticida clorado, sin embargo debido a sus efectos secundarios y su acumulación en el medio ambiente se prohibió su uso. Actualmente existen otros halogenuros de alquilo que sirven como insecticidas y plaguicidas como el Lindano y  Aldrin.

4. REFERENCIAS CITAS BIBLOGRAFICAS [1] Wolf, D. Quimica general, organica y biología. (segunda edición). Editorial, McGRAW-HILL. México. [2]1.Jr, L. G. W. (2012). Wade. Jr. (7th ed.). Pearson [3]Stephen J, Weininger F. Química orgánica. Editorial Reverte S. A. Barcelona. 1998. Pág. 198 [4]http://organica1.org/qo1/ok/haluro/ haluros6.htm   (5)http://www.cosmos.com.mx/wiki/c xsx/bromobenceno-bromuro-defenilo (5)http://quimicaorganica.webcindari o.com/halogenuros%20de%20alquil o.htm (5)http://cilomaca.blogspot.com/   (6)García R. Seguridad en el laboratorio de química. Ediciones Universidad de Oviedo. Asturias.

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Referencias de complementarias:

preguntas

Osorio, R. Manual de técnicas de laboratorio químico. Editorial Universidad de Antioquia. Medellín,   http://www.alonsoformula.com/organi ca/haloxenuros.htm Dickson T.R. Introducción a la química, Edit Publicaciones cultural 16ª ed México   http://cvonline.uaeh.edu.mx/Cursos/ BV/C0302/Unidad%203/Halogenuro s_alquilo_prop_usos.pdf

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