Sintesis de La Ciclohexanona

Sí ntes nt esii s de Cicloh Ci cloh exan ona por oxi dación dación de Cicloh Ci cloh exan ol

SINTESIS DE CICLOHEXANONA POR OXIDACION DE CICLOHEXANOL CON HIPOCLORITO DE SODIO OBJETIVOS 

Obtener una acetona a partir de un alcohol secundario



Utilizar como agente oxidante, blanqueador de uso doméstico.



Identificar la cetona obtenida mediante la formación de un derivado de punto de fusión conocido. ANTECEDENTES



Propiedades químicas de alcoholes.



Agentes oxidantes empleados comúnmente. Ventajas y desventajas.



Reacciones de identificación y caracterización de alcoholes, aldehídos y cetonas.



Toxicidad de reactivos y productos. REACCI REACCI ÓN A EF ECTUAR Y ESTEQUI ESTEQUI OMETRI A

O

O H NaOCl

a)

 AcOH

+   AcOH +   NaCl

NO2 O +

b)

H

+

H2N

N

NO2

N NH NO2

H O2N

1

Sí ntesis de Cicloh exan ona por oxi dación de Cicloh exan ol Ciclohexanol

Ciclohexanona

PM 100.16 98.15 Peso (g) 4.74 g 5.0 ml d = 0.948 4.64 g teóricos Moles 4.73 x 10 4.73 x 10-  teóricos M ECANI SM O DE L A REACCIÓN

El primer paso de la reacción consiste en la protonación del grupo hidroxilo, seguida del ataque del ión hipoclorito. (Esto conduce a la salida de una molécula de agua). H O

O

+

H

H  AcOH

+ +

Na Cl O

AcO:

-

O Cl

+

+

AcO: Na

+

H2O

Posteriormente, el protón gem del carbono que soporta al grupo hipoclorito, es extraído, desplazándose entonces el par electrónico de este enlace hacia el oxígeno, con la consecuente formación de un nuevo enlace C-O, y la salida del ión cloruro.

H O +

 AcO: Na

Cl

+

O

reacción

redox

 AcO-H

+

+

+

-

Na Cl

La segunada parte de la reacción consiste en la identificación del producto obtenido en forma de su 2,4-dinitrofenmilhidrazona.

2

Sí ntesis de Cicloh exan ona por oxi dación de Cicloh exan ol PARTE EXPERI M ENTAL MATERIAL

Matraz Erlenmeyer de 250 mL Matraz Erlenmeyer de 125 mL Matraz Erlenmeyer de 50 mL

1 Tapón de corcho para matraz 1 1 Erlenmeyer de 250 mL 1 1 Tapón de hule horadado para matraz 1 Erlenmeyer de 250 mL separación 1 Termómetro de -10 a 400 ºC 1

Embudo de (Quickfit) con tapón Pipeta graduada de 10 mL 1 Tela de alambre con placa de asbesto Pinzas de 3 dedos con nuez 2 Agitador de vidrio Colector 1 Espátula Termopozo 1 Mechero con manguera Refrigerante de agua con 1 Vaso de precipitado de 250 mL manguera T de destilación 1 Probeta de 25 mL Tubos de ensayo 3 Anillo metálico Recipiente de peltrwe 1 Agitador magnético con barra Pipeta de 5 mL 1 Vidrio de reloj

1 1 1 1 1 1 1 1 1

SUSTANCIAS

Ciclohexanol Hipoclorito de sodio (Sol. Ac. Al 11%) Solución acuosa 6M de hidróxido de sodio Anhídrido crómico Reactivo de 2,4-dinitrofenilhidracina Ácido sulfúrico conc. Ácido acético glacial Solución saturada de bisulfito de sodio Cloruro de sodio sólido Sulfato de sodio anhidro Ácido sulfúrico Conc. Papel yodo-yodurato

Cantidad

Calidad

5.0 mL 50.0 mL 20 mL 1.0 g 0.5 mL 1.0 mL 3.0 mL 8.0 mL 5.0 g 5.0 g 1.0 mL 2 tiras

R.A. R.A. R.A. Q.P

R.A.

PROCEDIMIENTO

En un matraz Erlenmeyer de 250 mL coloque 5 mL de ciclohexanol y 3 mL de ácido acético glacial. Adapte un embudo de separación y deje gotear 40 mL de solución de hipoclorito de sodio al 11%. Esta adición se realizará en un mínimo de 30 minutos, con agitación constante. La temperatura de la mezcla de reacción deberá mantenerse entre 4050 ºC. Terminada la adición, la solución deberá tener un color amarillo-verdoso y dará  prueba positiva con papel yoduro-almidón. (Si termina la adición, y el color de la mezcla

3

Sí ntesis de Cicloh exan ona por oxi dación de Cicloh exan ol

no es amarillo-verdoso, adicione de 2 mL en 2 mL más de solución de hipoclorito de sodio hasta alcanzar esta coloración, verificando que de prueba positiva con papel yoduroalmidón.) Agregue 5 mL de exceso de solución de hipoclorito de sodio a la reacción, tape el matraz Erlenmeyer con un tapón de corcho y agite durante 30 minutos más a temperatura ambiente. Posteriormente, manteniendo la agitación, adicione 2 mL de solución saturada de  bisulfito de sodio hasta decolorar la mezcla de reacción y/o hasta reacción negativa a la  prueba de papel yoduro-almidón. Agregue entonces lentamente, y agitando, 10-15 mL de solución de hidróxido de sodio 6 M(24% acuosa) hasta pH = básico (verifique con papel indicador de pH). Destile la mezcla de reacción colectando los primeros 30 mL de destilado. Adiciones 5 g de cloruro de sodio sólido y agite por 10 minutos. Decante la mezcla de reacción en un embudo de separación y separe las dos fases. Seque la fase orgánica con sulfato de sodio anhidro y con gotas de este producto haga las siguientes pruebas. Pruebas de identificación

a)

 Identificación de la ciclohexanona formada. Coloque en un tubo de ensayo 5 gotas de

reactivo de 2,4-dinitrofenilhidracina, agregue 2 gotas de la ciclohexanona formada, deje enfriar en baño de hielo y raspe las paredes del tubo hasta formación del sólido.  b)

 Identificación de presencia de materia prima. Coloque en un tubo de ensayo 1 mL de

reactivo de Jones y 1 gota de ciclohexanona obtenida. El cambio de reactivo a verde indica prueba positiva para alcoholes. Preparación del reactivo de Jones: Pese 1 g de anhídrido crómico, agregue 1 mL de ácido sulfúrico concentrado y diluya hasta 3 mL con agua.

4

Sí ntesis de Cicloh exan ona por oxi dación de Cicloh exan ol DI AGRAM A ECOLÓGI CO

Obtención de ciclohexanona

5

Sí ntesis de Cicloh exan ona por oxi dación de Cicloh exan ol D1: Residuo

neutro: verificar pH y desechar por el drenaje.

D2, D3: Ambos

residuos se desechan por el drenaje.

D4: Agregue

agua, ajuste el pH a 7; filtre la solución; el sólido se confina para su  posterior disposición y el líquido se desecha por el drenaje. D5: Filtre

la solución: el sólido se confina para enviarse a incineración, la solución se absorbe sobre carbón activado: el carbón se manda a incinerar y la solución se desecha  por el drenaje. D6: Tratamiento

para cromo: lleve la solución a pH 3. Adiciones lentamente y con agitación una solución saturada de bisulfito de sodio (agregue un exceso de 50%), el Cr VI será reducido a cromo III que da un color verde a la solución. Precipite el cromo III agregando sosa diluida calentar a ebullición si es necesario para lograr la precipitación cuantitativa del Cr III. Si la solución tiene un color rojizo, puede ser materia orgánica degradada, decolórese con carbón activado. El carbón se manda a incineración. CUESTIONARIO

1. ¿Cómo sabe que existe un exceso de hipoclorito de sodio en la reacción? 2. Escriba la reacción que ocurre al identificar el hipoclorito de sodio en el seno de la reacción. 3. ¿Cómo asegura que al finalizar la reacción ya no existe oxidante en el seno de la reacción? 4. Escriba la reacción que le permite saber que ya no hay oxidante en el seno de la reacción. 5. ¿Cómo identificó el producto obtenido? Escriba la reacción de identificación. 6. ¿Cómo supo que todo el alcohol había sido oxidado? Escriba la reacción que se lo indicó. 7. Mecanismo de la reacción. 8. ¿Todos los alcoholes se pueden oxidar con hipoclorito de sodio? 9. Explique en qué consiste la reacción de haloformo. ¿En qué condiciones ocurre?. ¿es este experimento una reacción de haloformo? 10. ¿Puede usted desechar en el drenaje los residuos de la mezcla de reacción?, ¿por qué? 11. ¿Qué tratamiento debe dar a los residuos para poder descartarlos?

6

Sí ntesis de Cicloh exan ona por oxi dación de Cicloh exan ol BI BL I OGRAFÍA

1. Fessenden, R.J., y Fessenden, J.S., Techniques and Experiments for Organic Chemistry, Willard Grant Press, Boston, EU, 1938, pp. 188-193. 2. Fieser, Louis F. y Williamson, Kenneth, Organic Experiments., D.C. Heath and Company, EU, 1992, pp. 261. 3. Mohring, Nienhius, et al., J. Chem., Ed., EU, 62, pp. 519, 1985. 4. Pernkins, R.A. y Chau, Felix, J. Chem., Ed., EU, 59, pp. 981, 1982. 5. Solomons, T.W. Graham, Fundamentals of Organic Chemistry, John Wiley and Sons, EU, 1994, pp. 435, 532. 6. Streitwieser, Andrew y Clayton H., Heath Cock, Introduction to Organic Chemistry, McMillan Publishing, Republica de Singapur, 1992, pp. 228. 7. Zuczek, N.M. y Furth P.S., J. Chem., Ed., EU, 58, pp. 824, 1981. ESPECT ROS DE I .R.

a) Ciclohexanol

7

Sí ntesis de Cicloh exan ona por oxi dación de Cicloh exan ol

 b) Ciclohexanona

8