química orgánica ii (1413) 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO QUÍMICA ORGÁNICA II (1413) d
a
c
b
2012
PRÓLOGO
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
PRÓLOGO
Dadas las necesidades del cambio al nuevo plan de estudios para la Carrera de Químicos, en la
Facultad de Química de la UNAM. Fue necesario hacer modificaciones a las prácticas de Química
Orgánica II (clave 1413), utilizando los manuales del antigüo plan de estudios: el de Compuestos con
Carbono, Hidrógeno y Halógenos clave 1435 y el de Compuestos con Carbono, Hidrógeno, Oxígeno,
Nitrógeno y Azufre clave 1535. Con ellos, los nuevos programas y la colaboración de los maestros que
han impartido la teoría y el laboratorio en dicha química desde el año 2007 a la fecha, se logra obtener
el presente manual de prácticas del nuevo plan de estudios.
Estas modificaciones estuvieron a cargo de la jefa de laboratorio Dra. María del Consuelo
Socorro Sandoval García, con la colaboración de la alumna Noemy Bolaños Méndez en el año 2007.
tomando como base los manuales elaborados por el Dr. José Gustavo Ávila Zárraga (clave 1435) y la M
en C Ana Adela Sánchez Mendoza (clave 1535) en el año 2004.
Los datos de los compuestos, así como los diagramas de tratamiento de residuos y desechos,
fueron capturados de los datos elaborados por la Dra. Irma Cruz Gavilán García.
Los espectros de infrarrojo, resonancia magnética nuclear de hidrógeno y espectrometría de
masas fueron obtenidos directamente de the Aldrich library of RMN 1H Y
Charles J. Pouchert and Jacquelynn Behnke, USA, 1993.
2
13
C, FT NMR Spectra by
PROGRAMA TEÓRICO EXPERIMENTAL
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
FACULTAD DE QUÍMICA
PROGRAMA TEORICO EXPERIMENTAL PARA LA MATERIA “QUÍMICA ORGÁNICA II” (1413)
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA
Semana
Horas
acumuladas
en teoría
1
3
2
6
3
9
4
12
5
15
6
7
8
9
18
21
24
27
Unidad
HALOGENUROS
DE ALQUILO
HALOGENUROS
DE ARILO
ALCOHOLES
0
Horas
acumuladas
en
el laboratorio
4
1
8
2
12
3
16
4
20
5
6
7
8
24
28
32
36
9
40
10
44
11
48
12
50
Experimento
FENOLES
10
30
11
33
12
36
13
39
14
42
ÉTERES Y
FENOLES
COMPUESTOS
AROMÁTICOS
13
3
Plan de trabajo en el laboratorio
Medidas de seguridad, reglamentos de laboratorio
Reacción de Diels-Alder
Obtenciónón del anhídrido-5,6-norbornendicarboxílico
Obtención y caracterización de acetileno
Halogenuros de alquilo. Obtención de:
 Bromuro de n-butilo SN2
 Cloruro de ter-butilo SN1. Su hidrólisis para determinar la
constante de velocidad de la reacción
Reacción de Grignard Preparación de compuesto organometalico (1ª parte)
Obtención del alcohol (2da parte)
Oxidación n-butanol
Reducción de cetonas α,β-insaturadas con microondas en estado sólido
Sustitución electrófilica aromática. (1ª parte)
 m-Dinitrobenceno
 2,4-Dinitroclorobenceno
 Nitrobenceno (2da parte)
 o y p-Nitrofenol
Síntesis de Williamson
(Reposición). Reacción de sulfonación y polimerización
 Sulfonación del dodecilbenceno. Preparación de un detergente
 Polimerización. Obtención de polimetacrilato de metilo
Entrega de calificaciones a los alumnos así como su firma de enterados y
la entrega de calificaciones a la sección
------
DIELS-ALDER
Obtención de anhídrido–5,6–norbonen-dicarboxílico
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
REACCION DE DIELS–ALDER
OBTENCIÓN DE ANHÍDRIDO–5,6–NORBONENDICARBOXÍLICO
OBJETIVOS
1.
2.
a.
b.
c.
Ejemplificar una reacción pericíclica (cicloadición 4 + 2)
Comprobar el producto obtenido por pruebas analíticas:
Bromo en tetracloruro.
Solución de permanganato de potasio.
Cromatografía en capa fina analítica.
ANTECEDENTES
1.
2.
3.
4.
5.
Reacciones pericíclicas.
Reacciones concertadas, iónicas y por radicales.
Reacción de Diels–Alder
Estereoquímica de los aductos de Diels–Alder.
Mecanismo de reacción.
REACCIÓN
MATERIAL
(1)
Anillo de fierro
(1)
Buchner con alargadera
(1)
Cámaras de cromatografía
(1)
Colector
(2)
Columnas Vigreaux
(1)
Espátula
(4)
Frascos viales
(1)
Matraz bola de 50 ml
(1)
Matraces Erlenmeyer de 50 ml
(1)
Matraz kitasato de 250 ml con manguera
(1)
Mechero con manguera
SUSTANCIAS
5 ml
Acetato de etilo
1g
Anhídrido maleico
1 ml
Bromo en tetracloruro de carbono
25 ml
Diciclopentadieno
(2)
(1)
(2)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(2)
2 ml
5 ml
1 ml
4
Pinzas de 3 dedos c/nuez
Pipeta graduada de 5 ml
Portaobjetos
Portatermómetro
Recipiente de peltre
Refrigerante para agua
T de destilación
Tela de asbesto
Termómetro de -10 a 400o C
Vaso graduado de 250 ml
Diclorometano
Hexano
Solución de permanganato de potasio
DIELS-ALDER
Obtención de anhídrido–5,6–norbonen-dicarboxílico
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
INFORMACIÓN
Las reaccione pericíclicas proceden por mecanismos concertados (paso único), debido a que se rompen
los enlaces antigüos y se forman nuevos en un sólo paso.
2. Las reacciones pericíclicas son estereoespecíficas, existen tres tipos principales de reacciones
pericíclicas:
a. Reacciones de cicloadición
b. Reacciones electrocíclicas
c. Transposiciones sigmatrópicas
1.
PROCEDIMIENTO
Coloque 25 ml de ciclopentadieno en un matraz bola de 50 ml, adapte un sistema para destilación
fraccionada, colecte el destilado en un matraz Erlenmeyer de 50 ml, que deberá estar sumergido en un baño
de hielo. En un matraz Erlenmeyer de 50 ml coloque 1 g de anhídrido maleico y disuélvalo en 5 ml de una
mezcla de acetato de etilo–hexano (1:1). A continuación agregue lentamente y con agitación 1 ml de
ciclopentadieno recién destilado, mantenga la agitación durante 5 minutos.
Al aparecer los cristales enfríe el matraz de reacción hasta alcanzar la cristalización total. Filtre y lave
los cristales del aducto formado con 5 ml de una mezcla fría de acetato de etilo–hexano (1:1), determine el
punto de fusión y calcule el rendimiento del aducto.
Posteriormente coloque el aducto en un matraz Erlenmeyer de 50 ml y mézclelo con 20 ml de agua, en
seguida caliente a ebullición durante 15 minutos, manteniendo el volumen de agua, adicionando la que sea
necesaria. Permita que enfríe a temperatura ambiente y cristalice en hielo, filtre el sólido, determine el
rendimiento y punto de fusión de diácido obtenido.
PRUEBAS ANALÍTICAS
1. En un frasco vial coloque una pequeña cantidad del aducto obtenido y disuélvalo en una pequeña
cantidad de acetato de etilo, agregue unas gotas de solución de bromo en tetracloruro de carbono.
Observe y anote sus resultados, escriba la reacción que se llevó a cabo.
2. Coloque una pequeña cantidad del aducto obtenido, en un frasco vial y disuélvalo con acetato de etilo,
agregue unas gotas de una solución de permanganato de potasio-agua. Observe y anote los resultados,
escriba la reacción efectuada.
3. Cromatografía en capa fina analítica comparativa. Coloque una pequeña cantidad del diácido
obtenido en un frasco vial y disuélvalo con acetato de etilo. De la misma manera disuelva una pequeña
cantidad de anhídrido maleico. Aplique las dos muestras en una cromatoplaca y eluya con
diclorometano, revele con luz ultravioleta.
NOTAS
1.
Coloque dos columnas Vigreaux en serie y cubra las columnas con fibra de vidrio o algodón.
2.
Todo el sistema deberá estar perfectamente seco.
3.
No utilizar exceso de la mezcla acetato de etilo–hexano.
1.
2.
3.
CUESTIONARIO
¿Cuál es la toxicidad de las siguientes sustancias: diciclopentadieno, diclorometano, hexano y
anhídrido maleico?
¿Cuál es el tratamiento que se les debe de dar a las aguas madres de la hidrólisis?
¿Cómo recuperaría el diácido residual del filtrado?
BIBLIOGRAFÍA
R. J. W. Kremlin and R. H. Still, “ Named and miscellaneous reactions in practical Organic
Chemistry“, Heinemann Educational Books LTD London, 1967.
2.
B.J. Hazzard (Traducción) Organicum Practical Handbook Of Organic Chemistry 1a. Edition,
Addison – Wesley Publishing Company, Inv., USA (1973).
3.
R. T. Morrison y R. N. Boyd., Química Orgánica, 3ª. Edición, Fondo Educativo Interamericano, S. A.
México ( 1976 ).
1.
5
DIELS-ALDER
Obtención de anhídrido–5,6–norbonen-dicarboxílico
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
REACCION DE DIELS–ALDER
OBTENCIÓN DE ANHÍDRIDO–5,6–NORBONENDICARBOXÍLICO
D1: Separar ambos solventes para su recuperación
D2: Neutralizar y desechar al drenaje
6
OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE
ACETILENO
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL ACETILENO
OBJETIVOS
1.
2.
3.
4.
Conocer un método de preparación de un alquino.
Confirmar la presencia del triple enlace, realizando pruebas de instauración.
Comprobar el carácter ácido de los hidrógenos del acetileno, formando un acetiluro.
Realizar la hidratación del acetileno y reconocer el acetaldehído por la formación de la 2,4–
dinitrofenilhidrazona correspondiente.
ANTECEDENTES
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Métodos de obtención de alquinos.
Propiedades de alquinos en general.
Reacciones de adición a triple enlace.
Reacciones de formación de acetiluros.
Importancia industrial del acetileno.
Hidratación del acetileno.
Utilidad de la reacción de 2,4–dinitrofenilhidracina con compuestos carbonílicos (aldehídos y
cetonas).
REACCIONES
 Obtención del acetileno
 Hidratación formación de acetaldehído
 Formación del Derivado
 Pruebas de insaturación
 Formación de acetiluro de cobre
MATERIAL
(1)
Anillo metálico
(1)
Colector
(1)
Columna Vigreaux
(1)
Embudo Buchner con adaptador
(1)
Embudo de filtración rápida
(1)
Espátula
(3)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
Pipeta graduada de 5 ml
Portatermómetro
Probeta graduada 25 ml
Recipiente de peltre
Refrigerante con mangueras
Tapón de corcho
7
OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE
ACETILENO
Química Orgánica II (1413)
(4)
(2)
(1)
(1)
(2)
(1)
(1)
(1)
(2)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
Frascos viales
Manguera de 10 cm
Matraz bola de una boca 25 ml
Matraz Erlenmeyer 125 ml
Matraz Erlenmeyer 50 ml
Matraz Kitazato de 125 ml
Mechero
Pinzas de Mohr
Pinzas de tres dedos con nuez
SUSTANCIAS
0.1 g
1 ml
8.5 ml
la necesaria
0.1 ml
2g
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
Tapón Esmerilado QF
Tapón monohoradado con tubo de desprendimiento
Tapón monohoradado con tubo de vidrio en forma de “ U “
“ T “ de destilación
Tela de alambre con asbesto
Termómetro de – 10 a 400 oC
Varilla de vidrio
Vaso de precipitados 250 ml
Vidrio de reloj
2,4–dinitrofenilhidracina
Ácido nítrico
Ácido sulfúrico
Agua
Bromo
Carburo de calcio
0.1 g
2 ml
1 ml
0.1 g
0.5 g
2 ml
Cloruro cuproso
Etanol
Hidróxido de amonio
Permanganato de potasio
Sulfato de mercurio
Tetracloruro de carbono
INFORMACION
1. El gupo funcional característico de los alquinos es el triple enlace carbono–carbono y cuya
fórmula molecular general es Cn H2n-2.
2. Los alquinos son compuestos no polares y por lo tanto insolubles en agua.El acetileno se prepara
fácilmente por la acción del agua sobre el carburo de calcio.
PROCEDIMIENTO
Durante la sesión de laboratorio se obtendrá el acetileno (etino). Debido a que es un gas, se
tendrá que hacer reaccionar inmediatamente haciendo lo siguiente:
PRUEBAS DE INSATURACIÓN Y FORMACIÓN DE ACETILURO
Coloque 1 ml de los siguientes reactivos en sus respectivos frascos:
Frasco 1.- Bromo en CCl4
Frasco 2.- Permanganato de potasio (KMnO4)
Frasco 3.- 0.5 ml de Hidróxido de amonio y 0.5 ml de cloruro de cobre (I). (nota 1)
Coloque 1.0 g de carburo de calcio en el tubo de ensayo y tape con el tapón del tubo de
desprendimiento. Introduzca la aguja de la jeringa cargada con agua en el tapón, lo más cercano a la
pared del tubo, introduzca el tubo de desprendimiento en el frasco vial con la solución reactivo y
adicione lentamente el agua sobre el carburo de calcio, concluida la prueba se enjuaga el tubo (la parte
que estuvo en contacto con la solución) y se continúa la siguiente prueba (Véase esquema 1).
REACCION DE HIDRATACION DEL ACETILENO E
IDENTIFICACION DEL ACETALDEHIDO FORMADO
Colocar 3 g de carburo de calcio dentro del matraz generador (nota 2) (ver esquema 2) y
sumerja el tubo de desprendimiento en un matraz Erlenmeyer de 50 ml, que contenga 13 ml de agua,
6.5 ml de ácido sulfúrico concentrado y 0.5 g de sulfato de mercurio. Es necesario que el matraz
Erlenmeyer se encuentre en un baño de hielo.
NOTAS
1)
2)
3)
4)
5)
Cuando se seca el acetiluro de cobre es explosivo, por lo tanto deberá destruir el acetiluro
formado de la siguiente forma: déjelo asentar y elimine el líquido por decantación, agregue 3 ml
de ácido nítrico diluido (1:1) y caliente suavemente hasta destruir el sólido. Esquema 3
El matraz Kitasato deberá estar perfectamente seco.
Los residuos de carburo de calcio se colocan en un frasco.
Emplear flama moderada.
Las primeras gotas serán de acetaldehído y posteriormente destila agua.
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OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE
ACETILENO
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
0.5 ml NH4OH
0.5 ml CuCl
1 ml
KMnO4
1 ml
Br2 /CCl4
CCCCc
CClEsquema
1
4
Esquema 2
Esquema 3
9
OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE
ACETILENO
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
6) El tubo de ensaye deberá estar seco, porque la presencia de agua hace que precipite la 2,4–
dinitrofenilhidracina de color rojo.
7) El derivado que se forma no es muy abundante, por lo cual se puede reunir los productos de
varios alumnos y recristalizarlo de etanol, para determinar el punto de fusión.
CUESTIONARIO
1. ¿Por qué es importante que el matraz generador esté completamente seco antes de agregar el
carburo de calcio?
2. ¿Cuáles cambios observó al hacer reaccionar el acetileno con los diferentes reactivos?
3. Explique por qué se hace la reacción con 2,4–dinitrofenilhidracina.
BIBLIOGRAFÍA
1. Wingrove, A. S., Caret, R. L. Química Orgánica, Ed. Harla S. A. de C. V. México 1984, versión en
español. Pág. 528 – 558.
2. Hazzard, B. J. Organicum Practical Handbook of Organic Chemistry (traducción) 1a. Ed.,
Addison – Wesley Publishing Company INC. USA 1973.
3. Voguel, A. I., Text – book Practical Organic Chemistry, 3rd. Ed. Longmans, London 1970.
4. Brewster, R. Q., Vanderwerf, C. A., Mc. Ewen, W. E. Curso Práctico de Química Orgánica, 3ª.
Ed., Alambra S. A., Madrid 1979.
Carburo
de calcio
1) Agregar agua
Gas
Solución
Hidróxido de calcio,
carburo de calcio
(trazas)
Acetileno
Pruebas de caracterización
D1
Bromo
en CCl4
KMnO4,
MnO2
NH4OH,
CuCl2
D2
D3
D4
D1: la mezcla puede contener carburo de calcio. Deje en la campana y añada lentamente y agitando más
agua; si ya no se observa reacción, filtre y decante. El agua puede verterse al drenaje. El sólido es
hidróxido de calcio, que puede secarse y tirarse a la basura.
D2: deje evaporar el CCl4 en la campana.
D3: la presencia de un polvo café indica MnO2. Recupere por filtración y guarde para su confinamiento.
Si la solución no presenta ningún color, viértala al drenaje; pero se tiene color morado, indica la
presencia de KMnO4 que es oxidante corrosivo. Su tratamiento consiste en llevar la solución a pH =
2, añada lentamente NaHSO3, lleve a pH = 7 y añada la cantidad necesaria de sulfuros para
precipitar el manganeso como MnS. Filtre y guarde este compuesto para confinamiento.
D4: contiene acetiluro de cobre. Separe por decantación, añada HNO3 diluido y caliente suavemente.
Evapore la solución y confine las sales de cobre remanentes.
10
OBTENCIÓN DE BROMURO DE n-BUTILO
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
OBTENCIÓN DE BROMURO DE n-BUTILO
OBJETIVOS
1. Obtener un halogenuro de alquilo primario a partir del alcohol correspondiente.
2. Investigar el mecanismo y las reacciones competitivas que ocurren durante la reacción.
ANTECEDENTES
1.
2.
3.
4.
5.
Obtención de halogenuros de alquilo.
Propiedades químicas de los halogenuros de alquilo.
Mecanismo SN1 y SN2.
Comparación entre los mecanismos SN1 y SN2.
Estudio de las reacciones de equilibrio.
REACCIÓN
MATERIAL
1 Adaptador (tapón de hule con tubo de vidrio)
1 Agitador de vidrio
1 Anillo metálico
1 Barra de agitación magnética
1 Canastilla
1 Colector
1 Elevador
1 Embudo de separación con tapón
1 Embudo de tallo corto
1 Embudo para sólidos
1 Espátula
1 Manguera de 30 cm
3 Matraces Erlenmeyer de 50 ml
1 Matraz fondo plano de una boca de 50 ml
1 Matraz redondo de 25 ml (QF)
1
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Parrilla con agitación
Pinzas de tres dedos con nuez
Pipetas de 5 ml
Porta termómetro
Probeta graduada de 25 ml
Refrigerante para agua con mangueras
Reóstato
“T” de destilación
Termómetro de -10 a 400 0C
Trampa de humedad
Recipiente de peltre
Vaso de precipitado 100 ml
Vaso de precipitado 400 ml
Vidrio de reloj
SUSTANCIAS
Cantidad
10.0 ml
11.6 ml
12.0 g
20.0 g
35.0 ml
10.0 g
Sustancias
Ácido sulfúrico concentrado
Alcohol n-butílico
Bromuro de sodio
Hidróxido de sodio (lentejas)
Hidróxido de sodio al 5 %
Sulfato de sodio anhidro
Calidad
Q. P.
Q. P.
Q. P.
Q. P.
Q. P.
Q. P.
PROCEDIMIENTO
En un matraz de fondo plano coloque 12 g de bromuro de sodio, 10 ml de agua y 11.6 ml de nbutanol. Mézclelos perfectamente, con agitación magnética y adapte el refrigerante en posición de
reflujo.
Enfríe el matraz en un baño de hielo-agua y pasados unos minutos adicione por la boca del
condensador 10 ml de ácido sulfúrico concentrado (1) en porciones de 2 ml.
Terminada la adición retire el matraz del baño de hielo-agua y adapte una trampa de sosa en
lentejas y solución de sosa al 5 % (25 ml), como se muestra a continuación.
Caliente suavemente y agite constantemente hasta obtener un reflujo moderado. Se empieza a
notar el progreso de la reacción con la aparición de dos fases, siendo la superior la que contiene el
bromuro de n-butilo. Después de 30 minutos bajo estas condiciones, suspenda el calentamiento, enfríe
ligeramente y acondicione un aparato para destilación simple. Caliente y destile rápidamente, reciba el
11
OBTENCIÓN DE BROMURO DE n-BUTILO
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
destilado en un recipiente enfriado en baño de hielo (2). El calentamiento se continúa hasta que el
destilado es claro y no contenga gotas aceitosas.
Solución de CaOH ó
Solución de NaOH
El destilado se pasa a un embudo de separación y se lava sucesivamente con:
1. 5 ml de agua (el bromuro es la fase inferior).
2. 5 ml de H2SO4 concentrado enfriado a 5 oC (el bromuro es la fase superior). Agite
cuidadosamente.
3. 5 ml de agua (el bromuro es la fase inferior).
4. 5 ml de solución de NaOH al 5 % (el bromuro es la fase inferior).
5. 5 ml de agua (el bromuro es la fase inferior).
Transfiera el bromuro de n-butilo húmedo a un matraz Erlenmeyer y séquelo con sulfato de
sodio anhidro; decántelo a un matraz de bola de 25 ml y destílelo. Colecte la fracción que destila entre
80-90 oC en un recipiente previamente pesado (3).
NOTAS:
1. ¡Cuidado! El ácido sulfúrico concentrado causa severas quemaduras. Use lentes de protección, y
mantenga la agitación durante cada adición.
2. En el condensador se forma una mezcla aceitosa de agua-bromo de n-butilo.
3. Analice cuidadosamente cada uno de los pasos involucrados en este procedimiento. Como
puede haber desprendimiento de HBr trabaje con ventilación adecuada.
CUESTIONARIO
1. ¿Cuál es la toxicidad del bromuro de n-butilo y del bromuro de sodio?
2. ¿Qué procedimiento químico realizaría a los residuos de la mezcla de reacción?
3. ¿Cómo elimina los residuos de las soluciones de hidróxido de sodio y de ácido sulfúrico?
BIBLIOGRAFÍA
Brewster, R. Q. y Vander, Werf C. A., Curso práctico de química orgánica, 2ª. Edición, Alambra,
España, 1970.
Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica, Fondo Educativo Interamericano, México,
1976.
Pavia, D., Lampman, G. M. y Kriz, G. S Jr., Introduction to Organic Laboratory Techniques, W.
B. Saunders, Philadelphia, EU, 1976.
12
OBTENCIÓN DE BROMURO DE n-BUTILO
Química Orgánica II (1413)
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OBTENCIÓN DE BROMURO DE n-BUTILO
13
CINÉTICA QUÍMICA
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
CINÉTICA QUÍMICA
Determinación de la constante de velocidad de reacción
en la hidrólisis del cloruro de terbutilo
OBJETIVO.
El alumno comprobará experimentalmente el mecanismo de una reacción SN1 mediante la
determinación gráfica del orden y la constante de velocidad de una reacción de primer orden.
ANTECEDENTES
1.
2.
3.
4.
Cinética Química.
Expresión de la velocidad de una reacción.
Ecuación cinética para una reacción de primer orden.
Determinación gráfica del orden y constante de la velocidad para una ecuación de primer
orden.
5. Mecanismo de obtención de cloruro de terbutilo.
6. Ecuación SN1: Mecanismo y cinética de la hidrólisis del cloruro de terbutilo.
REACCIÓN
a. Obtención de cloruro de terbutilo
b. Hidrólisis de cloruro de terbutilo
MATERIAL
1
Anillo metálico
1
Bandeja de plástico
1
Barra de agitación magnética
1
Bureta graduada de 50 ml
1
Colector
1
Embudo de separación con tapón
1
Embudo de tallo corto
1
Embudo para sólidos
1
Espátula
4
Matraces Erlenmeyer de 125 ml
1
Matraz aforado de 100 ml
1
Matraz de bola de una boca de 25 ml
1
Matraz Erlenmeyer de 50 ml
1
Parrilla con agitación
SUSTANCIAS
26 ml
Ácido clorhídrico concentrado
40 ml
12 ml
5g
Agua destilada
Alcohol ter-butílico
Carbonato de sodio
4g
Cloruro de calcio
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
Pinzas de tres dedos con nuez
Pipeta graduada de 5 ml
Pipeta volumétrica de 1 ml
Pipeta volumétrica de 10 ml
Porta termómetro
Probeta graduada de 25 ml
Recipiente de peltre
Recipiente para baño María
Refrigerante con mangueras
“T” de destilación
Tapón de corcho ( No. 5)
Termómetro de -10 a 400 °C
Vasos de precipitado de 100 ml
Vidrio de reloj
70 ml
Etanol 96 %
0.1 g
15 ml
1g
Fenoftaleína
Hidróxido de sodio 0.05 N
Sulfato de sodio anhidro
INFORMACIÓN
a. Una reacción química comprende la conversión de reactivos a productos.
14
CINÉTICA QUÍMICA
Química Orgánica II (1413)
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b. Las reacciones pueden ser bimoleculares o unimoleculares.
c. Un mecanismo de reacción es la descripción paso por paso, del proceso que ocurre cuando los
reactivos se convierten a productos.
d. La cinética de reacciones se refiere al estudio detallado de la velocidad de las reacciones
químicas. Permite estudiar un mecanismo, ya que proporciona una medida de las velocidades
de reacción, y una indicación sobre el número y la naturaleza de las moléculas que intervienen
en la reacción. Los experimentos se llevan a cabo a temperaturas y concentraciones de reactivos
controladas. Con precisión. Conforme transcurre la reacción se pueden determinar la
disminución o el aumento de un reactivo o producto en función del tiempo transcurrido.
e. La interpretación de los resultados experimentales, junto con una expresión matemática,
conduce a una mejor comprensión de los mecanismos de reacción.
PROCEDIMIENTO
a) Cloruro de Terbutilo.
Coloque en un matraz de 125 ml con tapón: 12 ml de terbutanol, 36 ml de ácido clorhídrico, 4.0
g de cloruro de calcio y mézclelos con agitación vigorosa durante 15 minutos. Transfiera el contenido
del matraz a un embudo de separación, deje reposar hasta la separación de fases, elimine la capa
inferior (1), lave dos veces el cloruro de terbutilo formado con una solución de carbonato de sodio (2) al
10% (5 ml cada vez). Seque el cloruro de terbutilo con sulfato de sodio anhidro y purifíquelo por
destilación simple (3). Recoja la fracción que destila entre 42-45oC.
b) Determinación de la constante de velocidad de la hidrólisis del cloruro de terbutilo.
Coloque 1 ml de cloruro de terbutilo, recién destilado y seco, en un matraz aforado de 100 ml
(4), afore con una mezcla de etanol/agua 77:33 (utilice alcohol de 96% y agua destilada).
Mezcle y empiece a contar el tiempo (5). Espere dos minutos, tome un alícuota de 10 ml y titule
con NaOH 0.05 N, use fenoftaleína como indicador (6). A los 12 minutos de hecha la mezcla titule la
segunda alícuota y cada 10 minutos realice otra titulación, hasta el total de 8-9 titulaciones. Anote los
resultados en el siguiente cuadro:
Tiempo
Vol. de NaOH
x= concentración mol/L
de cloruro de ter-butilo
(a-x)
€
a
(a − x)
€
Cálculos
Calcule “k” para distintos valores de “t” con la siguiente fórmula:
k = 2.3 log
€
€
a
1
donde:
(a − x) t
15
log
a
(a − x)
k
CINÉTICA QUÍMICA
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
a = Concentración inicial del cloruro de terbutilo en moles/L = 1 mL X 0.85 (dens. t-BuCl) X
10/92 (PM t-BuCl) = 0.092 mol / L.
x = Vol. NaOH X Normalidad/10 = mol/L de cloruro de terbutilo transformado en el tiempo t.
Para encontrar el valor de “k” por el método gráfico, construya la siguiente gráfica, cuya
pendiente es igual a m= Y2-Y1/X2-X1 y nos da el valor de k= 2.3 m
Log
€
a
(a − x)
t
Formule las conclusiones de acuerdo a sus datos experimentales.
NOTAS:
(1) La fase inferior corresponde al HCl residual.
(2) Durante los lavados el cloruro de terbutilo queda en la fase superior. Consulte la densidad del cloruro de
terbutilo.
(3) Emplee un sistema de destilación sencilla, caliente el matraz sumergido en un baño María. Reciba el
destilado en un matraz con un baño de hielo.
(4) Para obtener datos correctos se necesita que el material empleado esté limpio y seco.
(5) Desde el momento que agrega la mezcla de etanol-agua empiece a contar dos minutos para hacer la
primera titulación.
(6) Utilice 1 ó 2 gotas de fenoftaleína. El punto final de la titulación es cuando se produce el vire al color rosa
tenue y este persiste por un minuto. Para obtener mejor detección del punto de equivalencia, sumerja el
matraz, que contiene la alícuota, en un baño de hielo.
CUESTIONARIO
1) ¿Cuál es el orden obtenido de los datos experimentales?
2) De acuerdo al orden ¿Cuál es el mecanismo de la reacción de hidrólisis?
3) ¿Cuál es la toxicidad del terbutanol, ácido clorhídrico y del cloruro de terbutilo.
4) Los residuos de la reacción de obtención del cloruro de terbutilo contienen agua, cloruro de
calcio y terbutanol. ¿Qué es necesario hacer para desecharlos al drenaje?
5) ¿Qué precauciones se deben tener al trabajar con ácido clorhídrico concentrado?
BIBLIOGRAFÍA
Laider K. J., Cinética de reacciones. Vol. 1, Editorial Alambra, Madrid, España, 1971, pp 1-10, 1929.
Brewster, R. Q. y Vanderwerf C. A.., Curso práctico de química orgánica, 2ª. Edición, Alambra,
España, 1970.
Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica, Fondo Educativo Interamericano, México,
1976.
Moore, J. A. y Dalrymple, D. L. ., Experimental Methods in Organic Chemistry, 2a. ed., W. B.
Saunders, EU, 1976, pp. 271-275.
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CINÉTICA QUÍMICA
Química Orgánica II (1413)
Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G
CINÉTICA QUÍMICA
Determinación de la constante de velocidad de reacción
en la hidrólisis del cloruro de terbutilo
ter-butanol
HCl, CaCl2
1) Agitar 15'
2) Separar
Fase acuosa
Fase orgánica
HCl
Cloruro de terbutilo,
agua, HCl
D1
3) Lavar con Na2CO3 (10%)
Fase acuosa
Fase orgánica
4) Secar con Na2SO4
Líquido
Sólido
Cloruro de
ter-butilo
Na2SO4H2O
Residuo
destilado
D2
D3
5) Destilar
Residuo
H2O
NaHCO3
Destilado
Cloruro de
ter-butilo
D4
6) Agregar agua-etanol
7) Determinar constante
Cloruro de
ter-butilo
D5
D1, D3: revise pH, neutralice y deseche por el drenaje.
D2: si contiene terbutanol, destile el agua y mande a incineración el residuo.
D4: mande a incineración
D5: recupere etanol por destilación. Neutralice el residuo y deseche por el drenaje.
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