Síntesis de o, p – Bromonitrobenceno

Universidad de Puerto Rico en Humacao
Departamento de Química, TEQU 2003-2004
Prof. Vergara
Preparado por: Michelle Pláceres Algarín
Fecha: 16 de marzo de 2012.
Síntesis de o, p – Bromonitrobenceno
I.
Resumen
Se sintetizó o, p – Bromonitrobenceno a partir de bromobenceno en
presencia del Acido Nítrico (HNO3) y el Acido Sulfúrico (H2SO4) como
catalizador. El producto final se purificó con la técnica de Recristalización. La
pureza del producto se verificó con el punto de fusión el cual fue 124 ͦC, con la
Espectroscopía Infrarroja, en la cual se identificaron los grupos funcionales: =C-H
(sp2), para, C=C, NO2, Br, CH2 y los sobretones del anillo de benceno y con la
Técnica de Cromatografía de capa fina (TLC), donde la primera y segunda
cosecha fueron puras. En la primera lámina, la 1ra cosecha tuvo un tiempo de
retención (Rf) de 0.90cm, en la segunda y tercera lámina el Rf fue 0.87cm. La
segunda cosecha, en la 2da lámina tuvo un Rf de 0.93cm y en la 3ra lámina tuvo
un Rf de 0.90cm. Al finalizar se determinó el porciento de Rendimiento de la
reacción el cual fue 79%.
II.
Introducción
La Recristalización es una técnica de purificación, en la cual se purifica
una sustancia sólida al disolverla hasta su saturación en un disolvente caliente y
luego se obtienen los cristales al enfriar la solución y sobresaturarse en el
compuesto que se desea purificar. Para que el proceso sea eficiente, el disolvente
debe tener las siguientes principales características: disolver mucho soluto en
caliente y poco en frío, ser lo suficientemente volátil y tener un punto de
ebullición menor que el punto de fusión del soluto.
El equipo de reflujo es necesario en los casos que se utilizan disolventes
orgánicos, para poder calentar la muestra. La mezcla se encuentra en el balón
colocado en la manta como se demuestra en la Figura 1.
Figura 1. Equipo de reflujo
La Filtración al vacío es un método físico que se utiliza para separar
mezclas heterogéneas de un sólido en un solvente o mezcla de reacción líquida.
La mezcla se vierte en un embudo a través de un papel de filtro, el sólido de la
mezcla queda en el filtro y el líquido es atraído hacia el Erlenmeyer colocado
abajo.
Figura 2. Equipo de filtración al vacío
La técnica de Cromatografía de Capa Fina (TLC) es una técnica
cualitativa que se utiliza para identificar componentes en una muestra, verificar la
pureza y poder monitorear una reacción. La mezcla se deposita con ayuda de un
microgotero. El método utiliza una fase estacionaria la cual se compone de un
material sólido finamente pulverizado que se deposita sobre una placa plástica o
de vidrio mediante la acción de un pegamento, también utiliza una fase móvil,
ésta es de eluyentes líquidos, puros o mezclados que ascienden por capilaridad a
través de la fase estacionaria depositada sobre la placa.
Figura 3. Placas plásticas o de cristal (TLC)
La determinación del punto de fusión de un compuesto es una forma de
verificar si la sustancia es pura. Una sustancia pura tiene generalmente un
intervalo de fusión (la diferencia entre la temperatura donde la muestra comienza
a fundirse y la temperatura de fusión, donde se ha completado) de uno o dos
grados. Las impurezas tienden a deprimir y ampliar el intervalo de fusión por lo
que la muestra purificada debe tener una gama de fusión más alto y más pequeño
que la muestra original, impuro. La siguiente figura se utiliza para determinar
punto de fusión.
Figura 4. Melt- Temp
III.
Reacción Principal y Mecanismo
Reacción #1: Síntesis de o, p- bromonitrobenceno a partir de bromobenceno.
Mecanismo:
Primer Paso - Formación del Electrófilo (E+)
H-O-N-O + H-O-S-O-H
H-O-NO2 + OSO3H
O=N=O + H2O + OSO3H
Segundo Paso – Ataque del Electrófilo
IV.
Propiedades Físicas
Tabla#1: Propiedades de los compuestos utilizados en el experimento
Nombre del
compuesto
PM (g/mol)
Bromobenceno
o-bromonitrobenceno
p-bromonitrobenceno
Acido
Sulfúrico
Acido Nítrico
Etanol
157.01
201.9912
98.08
63.012
46.07
2.7
2.5
2.5
20
1.84
1.4333
0.789
-27
-42
-1134
310
83
78.4
Cantidad
1.4
(g ó mL)
Densidad
1.49
(g/ml)
Punto de
-31
Fusión( ͦC)
Punto de
156
ebullición( ͦC)
Toxicidad
Ojos: No daños
Primeros
graves
Auxilios: En
cualquier tipo de
Piel: Irritación y
contacto debe ser
revisado por un
Enrojecimiento
médico. Ojos:
Limpiar con
abundante agua por 15
minutos. Piel:
Remover la ropa
infectada y lavar bien.
Inhalación: No
induzca al vómito.
Ingestión: Tomar aire
fresco.
Ingestión:
Náuseas, tos y
diarreas
Inhalación:
Vértigo
124-126
43
Ojos e
Inhalación:
Irritación
Piel:
Quemaduras
dolorosas
Ingestión:
Quemadura
severa
Ojos:Quemadura
Piel: Ardor y
quemaduras
Ojos: Irritación
severa
Piel: Irritación
Ingestión: Dolor
abdominal
“shock”
Ingestión e
Inhalación:
Diarrea,
Inhalación: Daño vómito y
al tracto
náusea
respiratorio
V.
Procedimiento
1. Añadir a un matraz cónico 5mL de la mezcla HNO3 + H2SO4.
2. Colocar el matraz cónico en un envase con agua + hielo.
3. Añadir 1.4 mL de Bromobenceno, colocar en baño de maría y
calentar por media hora agitando. Procurar que la temperatura no
exceda de 50 ͦ C. De así ocurrir, regrésarlo al agua con hielo.
4. Añadir 20mL de agua + hielo picado. Filtrar al vacío.
5. Pesar botellitas. Tomar 1 cristal del papel de filtro y transferirlo a
la botellita de Producto Crudo (o, p – NO2Brph).
6. Transferir los cristales y papel de filtro a un balón de 100mL y
añadir piedritas de ebullición.
7. Preparar el equipo de reflujo para comenzar el proceso de
recristalización y añadir en la columna 20mL de Etanol.
8. Luego filtrar por gravedad, dejar enfriar los cristales y filtrar al
vacío, recolectar todos los cristales en la botellita de primera
cosecha.
9. Calentar el Erlenmeyer del vacío, filtrar por gravedad y repetir el
último paso para las siguientes cosechas.
VI.
Datos Experimentales
Tabla#2: Recolección de datos de pesadas de muestra
Botella + tapa
vacío
(g±0.01)
10.22
Botella + tapa +
muestra
(g±0.01)
10.24
Peso de muestra
(g)
10.44
11.54
1.10
Segunda Cosecha
10.28
10.62
0.34
Tercera Cosecha
10.49
11.15
0.66
Nombre de botella
Producto Crudo
(o, p – NO2Brph)
Primera cosecha
0.02
Observaciones:
Cuando se añadió HNO3 + H2SO4 y ph-Br al matraz cónico, la mezcla era
incolora y se calentó. Luego de enfriar, agitar y calentar en el baño de maría, los
cristales se precipitaron, los cuales eran color crema (Producto Crudo). En el proceso
de Recristalización, cuando se purificó en el equipo de reflujo, la muestra se tornó
color crema amarillento. Así mismo, la primera cosecha era color blanca, la segunda
cosecha era color crema y la tercera era color marrón.
Tabla#3: Recopilación de datos de los puntos de fusión
Temperatura
ͦC
Empieza a sudar
Empieza a fusionarse
Termina de fusionar
Primera Cosecha
ͦC
120
121
124
Segunda Cosecha
ͦC
123
126
127
Tercera Cosecha
ͦC
30
33
34
Observaciones:
A medida que las muestras se ivan acercando a su correspondiente punto de
fusión, durante la verificación de la pureza de los productos, comenzaron a formarse
unas gotitas, luego se fueron derritiendo, hasta que rápidamente se convirtieron en
líquido. En el análisis de IR no hubieron observaciones significativas.
VII.
Resultados (Cálculos)
A) Síntesis de o, p – bromonitrobenceno
a) Factor Limitante
ph−Br
1 mol ph−Br
1 mol o,p−bromonitrobenceno
1.4 mL ph-Br (1.49gmL
)(
)(
)
157.01g ph−Br
1 mol ph−Br
= 0.0132857779 mol o,p-NO2Brph
= 0.013 mol o,p-NO2Brph
HNO3
75.0g puros HNO3
1 mol HNO3
1 mol o,p−bromonitrobenceno
2.5 mL HNO3 (1.4333g
)(
)(
)(
)
mL
100g impuros HNO3
63.012g HNO3
1 mol HNO3
= 0. 0426496144 mol o,p-NO2Brph
= 0. 043 mol o,p-NO2Brph

El Factor Limitante es: ph-Br
b) Gramos Teóricos
o,p−bromonitrobenceno
0.0132857779 mol NO2BRph (201.9912g
)
1 mol o,p−bromonitrobenceno
= 2.6968800559 gramos de o,p- bromonitrobenceno
= 2.7 gramos de o,p- bromonitrobenceno
c) % de Rendimiento
2.12g o,p−bromonitrobenceno
% de Rendimiento = ( 2.7g o,p−bromonitrobenceno ) 𝑋 100
%R = 79.0% Rendimiento
B) Cromatografía de capa Fina (TLC) para el Producto Crudo, Primera Cosecha,
Segunda Cosecha y Tercera Cosecha.
Tabla#4: Resultados de las láminas de TLC
Láminas
1ra
2da
3ra
Rf (cm)
=
N/A
A
B1 = 0.83
C = 0.87
Rf (cm)
=
B1 0.83
B2 = 0.92
D = 0.90
Rf (cm)
=
0.92
B2
C = 0.87
E1 = 0.83
Rf (cm)
=
C 0.90
D = 0.93
E2 = 0.93
Tabla#5: Resultados del producto final purificado o,p – bromonitrobenceno
Nombre y estructura
del producto final
Cantidad
obtenida del
producto final
% de
Rendimiento
Punto de
Fusión
Color de
cristales
2.12 g
79.0%
124 ͦC
Blanco
o, p-bromonitrobenceno
IR (Grupos
funcionales y
Frecuencias)
=C-H >3,000
Sobretones
(1000-1800 )
NO2 (1550-1490)
(1390-1300)
Br (<667)
Orto (750)
Para (850-800)
C=C (1600)
CH2 (1465)
CH3(1375-1450)
VIII.
Discusión y Conclusión de Resultados
Se sintetizó o, p-bromonitrobenceno a partir de bromobenceno en
presencia del Acido Nítrico (HNO3) y el Acido Fosfórico (H3PO4). El HNO3 se
utilizó para llevar a cabo una reacción de Sustitución Aromática Electrofílica de
Nitración (SAE) y el H3PO4 como catalizador. Con la técnica de Recristalización
se purificó el producto final en presencia del disolvente Etanol, el cual se utilizó
porque tiene las características necesarias para obtener una Recristalización
eficiente. Para poder verificar la pureza del producto se utilizó el punto de fusión,
la técnica de Espectroscopía Infrarrojo (IR) y la técnica de Cromatografía de
Capa Fina (TLC).
Con la técnica de TLC, en donde se utilizó como fase móvil una mezcla de
Tolueno, Heptano y Acetato de etilo (1:1:1:), se pudo verificar por medio de cada
mancha, cuan puro fue cada producto. El producto Crudo fue impuro, porque que
en éste se observaron dos manchas, lo que significa que tiene una mezcla de los
dos isómeros, o-bromonitrobenceno y p-bromonitrobenceno. En el
Bromobenceno no se observó ninguna mancha, posiblemente porque era el Factor
Limitante. La primera cosecha fue la más pura, ya que en la primera lámina con
un Rf de 0.90cm, segunda y tercera lámina con un Rf de 0.87cm, sólo se observó
una mancha. La segunda cosecha también fue pura, lo cual se puede verificar
observando la segunda y tercera lámina en las cuales también se obtuvo sólo una
mancha. En la tercera cosecha se obtuvieron dos manchas, por lo tanto fue impura
al igual que el producto Crudo.
Así mismo con el punto de fusión se identificó cual isómero era cada
cosecha. De acuerdo a la literatura el punto de fusión de o-bromonitrobenceno es
43 ͦC, por lo tanto la tercera cosecha que obtuvo un punto de fusión de 34 ͦC,
podría ser el producto o-bromonitrobenceno. La primera cosecha tuvo un punto de
fusión de 124 ͦC y la segunda cosecha tuvo un punto de fusión de 127 ͦC, lo cual
significa que ambas son p-bromonitrobenceno de acuerdo al punto de fusión de pbromonitrobenceno en la literatura, el cual se encuentra en el intérvalo de 124 ͦC 126 ͦC aproximadamente.
En el espectro (IR) de la primera cosecha se obtuvieron los mismos grupos
funcionales del espectro de p-bromonitrobenceno de la literatura, principalmente
se observó el grupo NO2, el cual en el espectro experimental se encuentra en las
frecuencias (1509 y 1309 cm-1) y en el espectro de la literatura en (1505 y 1350
cm-1), lo cual confirma que el producto final obtenido en la primera cosecha es p-
bromonitrobenceno puro. La cantidad total obtenida del producto fue 2.12g o, pNO2Brph con un porciento de rendimiento de 79.0%, el cual fue razonable.
IX.
Referencias
1. John A. Landgrebe, (2005) Theory and Practice in the Organic
Laboratory, Fifth Edition, Thomson/Wadsworth, Canada
2. Jim Bertch, Margaret Jones, Joe Murphy, Laboratory Chemicals,
93-94 Edition, Eastman
3. http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi
Fecha y Hora: 9 de marzo de 2012
9:58 p.m.