05 Guía y TP 05 Hidrocarburos

Trabajo Practico N° 5
HIDROCARBUROS Y DERIVADOS HALOGENADOS
HIDROCARBUROS
i-Halogenación
De alcanos:
R
R
CH2
+
luz
Cl2
CH Cl
CH3
CH3
HCl
+
(Reacción de sustitución)
Pudiendo continuar la reacción sustituyéndose cualquier átomo de H sobre el esqueleto
carbonado (en forma similar a la expuesta) mientras exista halógeno disponible para la reacción.
De alquenos y alquinos:
R
R
CH
+
luz
Cl2
(Reacción de adición)
CH Cl
CH2
CH2 Cl
La reacción se verifica rápidamente en la oscuridad. (Ídem para alquinos)
Cuando el halógeno es Br2 (su solución es color naranja), al agregar una gota de su
solución sobre una sustancia insaturada (con dobles o triples enlaces) se percibe la reacción por
la decoloración del reactivo (los compuestos clorados y bromados suelen ser incoloros o
coloreados de amarillo pálido).
CH 2
3
CH 2
R
CH OH
+
3
2 KMnO4 + 4 H2O
2
+
2 KOH + 2 MnO2
CH 2 OH
C
C
R
+ 2 Br2
Br
R C
Br
Br
C R
Br
ii- Oxidación
Los alquenos y alquinos son sensibles a reactivos oxidantes moderados, como por
ejemplo una solución acuosa de KMnO4 ; al llevar a cabo la reacción a baja temperatura el
alqueno es oxidado a dialcohol (diol). A temperaturas mayores, los productos de oxidación son
varios.
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iii-Acidez
Los alquinos terminales presentan el grupo HC≡ , cuyo hidrógeno es débilmente ácido,
lo suficiente como para formar sales metálicas insolubles en agua, por ejemplo sales de Cu (I) ,
Hg (II), o Ag(I), en presencia de amoníaco.
R-C
C
H
+
+Cu (NH3)4 Cl
R-C
C
H
+
Ag (NH3)4 NO3
+-
-+
R-C
C Cu
R-C
C Ag
+-
+ NH4 Cl + 3 NH3
-+
+-
+ NH4 NO3 + 3 NH3
iv- Hidrocarburos aromáticos
Son relativamente poco reactivos. Una reacción típica es la Sustitución Electrofílica. Para
poder reaccionar con halógenos requieren de la presencia de un catalizador ácido de Lewis. En
ausencia de catalizador no se produce reacción. También resultan ser inertes frente a oxidantes
tales como el KMnO4 (en los hidrocarburos aromáticos sustituidos pueden ser oxidadas las
cadenas laterales).
DERIVADOS HALOGENADOS
Su caracterización química puede comenzar por la realización de un ensayo sencillo,
llamado ensayo de Beilstein. Consiste en calentar a la llama oxidante de un mechero un alambre
de Cu impregnado su extremo con la sustancia problema . Si la llama toma color verde o verde
azulado, indica probable presencia de halógeno en la muestra. Previamente al ensayo, el alambre
debe calentarse en la llama hasta que deje de colorearse, y luego se lo deja enfriar. Además de
los compuestos halogenados, dan resultado positivo (interfieren) los nitrilos, la urea (H2N-C(O)NH2) algunas amidas, etc.
Reacción con AgNO3
Los distintos tipos de enlaces C-halógeno presentan diferente reactividad frente al
AgNO3 en solución alcohólica. Esta diferencia puede ser incluso utilizada para clasificar los
derivados halogenados: (X = Cl o Br)
X
CH2X
Reaccionan a temperatura ambiente:
CH2X
CH
R
CHX
HC
R halogenuros
de alilo
Reaccionan solo a altas temperaturas:
X
dihaluros de
carbonos vecinos
halogenuros
terciarios
CHX2
CHX
R
R
haluros primarios
No reaccionan:
R
haluros secundarios
dihaluros primarios
CHX
haluros de fenilo
R
R
R
CH2X
X
C
CHCl3
cloroformo
2
CH
R
haluros de vinilo
Para ilustrar esta reacción, veamos una ecuación típica:
R
R
R
C
+
Ag+ -NO3
AgNO3
X
+
R
C
R
R
3
ONO2
I- Parte Experimental
1. Reacción con el Bromo
Importante: No lleve a cabo las reacciones a la luz solar directa, salvo que explícitamente se
indique hacerlo.
En sendos tubos de ensayo coloque 0,5 ml (10 gotas) de :
a) Eter de petróleo
b) Disolución de alquenos en éter de petróleo
c) Benceno
A cada tubo así preparado, agregue 3 gotas de solución de bromo en tetracloruro de carbono (Br2
en CCl4). Agite, observe.
Exponga los tubos a) y c) a la luz solar directa durante unos minutos. Observe. Interprete los
resultados, escribiendo con ecuaciones. Conserve el tubo en que practico la reacción b), lo usará
para estudiar los halogenuros de alquilo.
d) En un cuarto tubo coloque 5 gotas de solución de bromo en tetracloruro de carbono. Haga
burbujear acetileno en el líiquido durante 1 minuto. Observe e interprete la reacción
producida. Conserve esta mezcla de reacción (d).
El acetileno (y todos los hidrocarburos gaseosos) forma con el aire mezclas explosivas. Por
lo tanto evite encender la llama en las proximidades de los equipos generadores de gas.
2. Reaccion con reactivo de Baeyer (solución de permanganato de potasio)
En sendos tubos de ensayo coloque 0,5 ml (10 gotas) de :
a) Eter de petróleo
b) Disolución de alquenos en éter de petróleo.
c) Benceno
A cada tubo así preparado, agregue 2 gotas de solución de Baeyer (KMnO4 al 0,5 %). Agite
enérgicamente por unos segundos. Observe cualquier cambio en la coloración.
d) En un 4to. tubo coloque 3 gotas de solución de KMnO4 al 0,5 %, y agregue 0,5 ml de H20
destilada. Haga burbujear acetileno en el líquido durante 1 minuto. Tape el tubo y agite
vigorosamente el contenido. Observe cualquier cambio e interprete la reacción producida
mediante ecuaciones.
3.Reacción con cloruro cuproso amoniacal (Cu (NH3)6 Cl )
(Anote el aspecto del reactivo. ¿De qué color debe ser? ¿Por qué se presenta azulado?)
En 4 tubos de ensayo coloque 0,5 ml (10 gotas) de cloruro cuproso amoniacal. A 3 de ellos
agregue, respectivamente 4 gotas de:
a) Eter de petróleo.
b) Disolución de alquenos en éter de petróleo
c) Benceno
Agite enérgicamente por unos segundos. Observe cualquier cambio producido.
d) En un 4to. tubo haga burbujear acetileno en el líquido, durante 1 minuto. Observe cualquier
cambio e interprete las reacciones producidas mediante ecuaciones.
Lave muy bien los tubos una vez finalizada la serie de experimentos.
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4 Reacción con nitrato de plata amoniacal.
Prepare usted el reactivo agregando (en cada tubo), 0,5 ml de solución de AgNO3 al 2%,
solución acuosa de amoniaco (NH3) al 1%, gota a gota hasta redisolución del precipitado
inicialmente formado.
En 4 tubos de ensayo coloque 0,5 ml (10 gotas) de nitrato de plata amoniacal. A tres de ellos
agregue, respectivamente 4 gotas de :
a) Eter de petróleo
b) Disolución de alquenos en éter de petróleo
c) Benceno
Agite enérgicamente por unos segundos. Observe cualquier cambio en la coloración.
d) En un 4to. tubo, haga burbujear acetileno en el líquido, durante 1 minuto. Observe cualquier
cambio e interprete las reacciones producidas mediante ecuaciones.
Lave muy bien los tubos una vez finalizada la serie.
HALOGENUROS DE ALQUILO Y ARILO
1-Ensayo de Beilstein :
Caliente a la llama oxidante de un mechero un alambre de cobre (Cu), hasta que la llama deje de
colorearse. Déjelo enfriar e introdúzcalo en la muestra problema. Vuelva a llevarlo a la llama y
observe si se desarrolla o no color verde-azulado. Esta coloración es el indicio de probable
presencia de halógeno en la muestra de estudio.
Practique el ensayo de Beilstein con:
a) Eter de petróleo
b) Solución de alquenos en éter de petróleo
c) Benceno
d) Solución de p-diclorobenceno al 2% en etanol.
2-Reacción con solución de nitrato de plata ( NO3Ag) en etanol:
Sobre los tubos b) y d) , reservados al estudiar reacciones de hidrocarburos, y en un tercer tubo
que contenga 0,5 ml de solución de p-diclorobenceno al 2% en etanol, agregue 2 ml de solución
de nitrato de plata ( NO3Ag ) al 1% en etanol.
Si a los 5 minutos a temperatura ambiente no se observa reacción, caliente suavemente la mezcla
hasta ebullición.
Si se forma precipitado, anote el color. Interprete con ecuaciones.
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II- Cuestionario
Temario: Halogenación y oxidación de alcanos, alquenos y alquinos. Reacciones de adición y de
sustitución. Sustitución electrofílica aromática. Sustituyentes activantes y desactivantes del anillo.
Reacción de los haluros de alquilo con AgNO3
Bibliografía:. - William H. Brown, "Introducción a la Química Orgánica". Compañía Editorial
Continental, México, 2002. -H. Hart; D. J. Hart, L. E. Craine, “Quimica orgánica”, McGraw-Hill
Interamericana, 5ta ed. 1995, México -Guía de Trabajos Prácticos- Clases teóricas.
1) Completar en el siguiente cuadro la reactividad esperada de los compuestos dados frente a los
reactivos que se indican y plantear las ecuaciones que interpreten las reacciones que tienen lugar:
Benceno
Hexano
Propeno
Acetileno
2-Pentino
Br2, luz
Br2, oscuridad
KMnO4 / OHKMnO4 / H+
2) ¿Cuál es el efecto de la luz en la reacción entre un alcano y Br2?
3) ¿Cuál es la diferencia entre las reacciones de adición de las olefinas y las de sustitución de los
alcanos? ¿Por qué se solubilizan las olefinas en H2SO4? Plantee los mecanismos involucrados.
4) ¿Por qué el benceno, así como otros compuestos aromáticos, no puede reaccionar con
halógenos solo con la energía de la luz? ¿Qué es necesario agregar para que dicha reacción se
produzca?
5) Explique por qué el acetileno y el 2-butino reaccionan de diferente manera con AgNO3 y
con Cu2Cl2 amoniacal. Escriba las ecuaciones que correspondan.
6) Las reacciones de sustitución de un hidrocarburo aromático son conocidas como “sustitución
electrofílica aromática” (SEA). Complete las siguientes reacciones:
a)
+
FeCl3
Cl2
O
CH3-C
AlCl3
b)
+
c)
+ HNO3 + H2SO4
Cl
6
7) Complete el siguiente cuadro:
Sustituyente
carácter: activante
del anillo aromático
o desactivante
a)
b)
Orientación
Efectos electrónicos
responsables
-OH
-C
O
OH
c)
O
-N
O
d)
-NH
2
e)
O
-C
f)
CH3
-CH3
8) Escriba las estructuras contribuyentes de resonancia correspondientes a (a) y (b).
9) Utilizando el cuadro anterior indique el/los producto/s que espera obtener por
nitración con HNO3/H2SO4 del siguiente compuesto, donde Y es cada uno de los
sustituyentes mencionados arriba:
Y
10) ¿Cuántos gramos de bromo pueden reaccionar 100 g de propeno?¿Y con 100 g de 1-hexeno?
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Quimica Orgánica
Hidrocarburos y Haluros de Alquilo -- Ejercicios Adicionales
1) El p-diclorobenceno es un insecticida muy utilizado en el hogar como matapolillas y en
pastillas para inodoro. Para dicho compuesto:
a) Representar y nombrar sus isómeros de posición.
b) Predecir si el anillo aromático del benceno está activado o desactivado para una SEA.
c) Representar la reacción del mismo frente al Bromo en presencia y en ausencia de Bromuro
de Aluminio.
2) El análisis de un compuesto arrojó que posee 12,8% de C; 2,1% H y 85,1% Br y un peso
molecular igual a 188.
a) Determinar su fórmula mínima.
b) Determinar su fórmula molecular.
c) Representar todas las estructuras posibles para dicha fórmula.¿Qué tipo de isómeros son
todas ellas entre sí?¿Alguno de ellos presenta isomería óptica?.
d) De todas esas estructuras, se conoce que la menos polar es la correspondiente a un fumigante
insecticida.¿Cuál será dicha estructura?.
e) ¿Cómo podría obtener ese compuesto a partir del etileno (eteno)? Representar la reacción.
3) ¿Cuántos moles de bromo reaccionarán con 100 gramos de propeno?¿Y con 100 gramos de
1,3-butadieno?
4) Calcular el número de oxidación de c/u de los átomos de carbono en los reactivos y
productos de las reacciones del propeno con:
a) Permanganato de potasio en medio alcalino.
b) Cloro.
c) Agua.
d) Hidrógeno.
Indicar en cada caso si el propeno se oxida o se reduce y nombrar los productos formados según
las reglas de la IUPAC.
5) El "Aldrin" y el "clordano" son hidrocarburos policíclicos halogenados que actúan como
insecticidas efectivos contra termitas e insectos del suelo, cuyos estados larvales se alimentan
de las raíces de las plantas.
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Aldrin
Clordano
Para c/u de ellos:
8
a) Expresar las fórmulas mínima y molecular.
b) Determinar su composición centesimal.
c) Representar sus reacciones frente a Cl2 y a MnO4K (en medio alcalino).
6) El 1,2,3,4,5,6-hexaclorociclohexano (HCH) posee varios isómeros geométricos, de los cuales
uno solo (el llamado isómero gamma) posee propieadades isecticidas, con una gran actividad
fumigante contra un amplio espectro de insectos. Sus nombres comerciales son "Lindano" y
"Gammexane":
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
a) Nombrarlo correctamente indicando la configuración.
b) Representar y nombrar (indicando la configuración) c/u de los isómeros geométricos del
mismo.
c) ¿Mediante cuál ensayo podría diferenciarlo del ciclohexano?
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