DESHIDRATACIÓN DE 2-BUTANOL: ESTABILIDAD DE ALQUENOS

DESHIDRATACIÓN DE 2-BUTANOL: ESTABILIDAD DE
ALQUENOS
La deshidratación de un alcohol como 2-butanol produce una mezcla de butenos:
1-buteno, cis-2-buteno y trans-2-buteno.
H
H
H
CH3
H
H3C
1-buteno
H
H3C
CH3
H
H
CH3
trans-2-buteno
cis-2-buteno
La cantidad relativa de cada uno de estos productos puede ser determinada
experimentalmente. Calculando la energía relativa de cada isómero se puede estimar su
estabilidad relativa. Si la estabilidad termodinámica de los isómeros está de acuerdo con
la distribución de productos observada experimentalmente, se dice que la reacción está
bajo un control termodinámico. De lo contrario, se dice que está bajo un control
cinético.
Para comparar la estabilidad termodinámica de estos posibles productos, se debe
determinar la geometría y conformación más estable para cada uno de los productos
indicados en la figura.
1-BUTENO: Existen tres conformaciones para el 1-buteno en equilibrio. La forma de
simetría CS, en la que el grupo metilo eclipsa al doble enlace, tiene un plano de simetría.
H3C
CS
H
H
H
CH3
H
C1
La forma C1 no tiene ningún plano de simetría y hay dos posibles
conformaciones rotacionales que la presentan (que son imágenes especulares). Las dos
formas de simetría deberían tener aproximadamente la misma energía, aunque los
cálculos más modernos muestran que la forma C1 es la más estable.



Calcular ambas simetrías realizando optimización total de geometría empleando
Mecánica Molecular (Campo de fuerzas MM+) y Métodos Semiempíricos
(Hamiltoniano AM1).
Concluir si la metodología aplicada es capaz de reproducir los resultados más
exactos.
Calcular los valores de entalpía de formación para cada conformación
optimizada.
2-BUTENO:
H3C
H3C
CH3
CH3
trans
cis
El trans-2-buteno es más estable que el isómero cis, como podría esperarse debido a la
repulsión entre los grupos metilo en este último. El isómero cis tiene tres posibles
confórmeros rotacionales, obtenidos por rotación de los metilos. Los cálculos más
precisos realizados hasta ahora indican que la forma a (C2V) (con ambos hidrógenos
eclipsando el doble enlace) es ligeramente más estable que las otras dos. Aparentemente
el efecto favorable obtenido al eclipsar el doble enlace es suficiente para sobreponerse a
la repulsión de Van der Waals entre los dos hidrógenos.
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
a (C2V)
H
H
H
H
b (CS)
c (C2V)
Se realizarán varios cálculos:
 Se optimizan la geometrías trans. La optimización de geometría se realizará
empleando el Mecánica Molecular (Campo de fuerzas MM+) y el Método
Semiempírico (Hamiltoniano AM1).
 Se realiza un estudio de los tres confórmeros rotacionales del isómero cis, que se
muestran en la figura anterior, también empleando los métodos MM+ y AM1. Puede
ser interesante observar si es posible realizar la optimización de geometría de los
tres confórmeros sin utilizar restricciones o, por el contrario, es necesario fijar
algunos parámetros geométricos. ¿Cuál es la conformación más estable?¿Se logran
reproducir los resultados mencionados?
 Se realiza una observación detenida de los parámetros geométricos de los isómeros
cis (el más estable) y trans, reportándose cualquier desvío de los ángulos standard de
enlace, tetraédrico y trigonal respectivamente.
1-BUTENO, CIS-2-BUTENO, TRANS-2-BUTENO:
Comparar la entalpía de formación calculada para cada isómero con los valores
experimentales de la tabla.
Isómero
1-buteno
Cis-2-buteno
Trans-2-buteno
Hf experimental
(Kcal/mol)
0.02
-1.70
-2.72
Hf calculado
(Kcal/mol)
A partir de los valores calculados de las entalpías de formación para cada uno de los
compuestos mencionados se determinará cuál es el producto mayoritario de la
deshidratación de 1-butanol. ¿Estos resultados son concordantes con las predicciones
hechas basándose en la intuición química?