Trabajo practico N° 1: Reacciones de Hidrocarburos

Trabajo practico N° 1: Reacciones de Hidrocarburos
1. Introducción:
Los hidrocarburos son compuestos de gran abundancia en la naturaleza y están
integrados por átomos de carbono e hidrogeno. Forman el esqueleto básico de las
moléculas de la materia orgánica.
Los alcanos son hidrocarburos alifáticos de cadena abierta en donde todos los
enlaces carbono carbono son enlaces simples responden a la formula CnH2n+2. Son inertes a
la mayoría de los compuestos químicos por lo que su caracterización se lleva a cabo por
dar pruebas negativas. Estos son insolubles en agua, acido sulfúrico y bases diluidas.
Por otro lado, los alquenos responden a la formula CnH2n. El grupo funcional es el doble
enlace donde tendrá lugar la mayoría de las reacciones. Las reacciones más comunes que
sufren son de adición donde el alqueno se transforma a un alcano, alcohol, halogenuro de
alquilo, alcanos de cadenas más larga (dimerización y polimerización) o también puede
suceder la eliminación produciendo un alquino. Los alquenos son insolubles en agua pero
bastante solubles en benceno, cloroformo (disolventes organicos). Su punto de ebullición
aumenta con el número de los carbonos al igual que los alcanos aunque las ramificaciones
en la molécula hacen que bajen el punto de ebullición.
Los compuestos aromáticos son el benceno y los compuestos químicos de
comportamiento similar. Las propiedades aromáticas son las q distinguen al benceno de
los hidrocarburos alifáticos. Se caracterizan por resistir a las reacciones de adición puesto
q esto destruiría su sistema anular (anillo que está estabilizado por resonancia), en cambio
se sustituye con facilidad.
2. Objetivo:
El alumno llevara a cabo diferentes experimentos cualitativos de laboratorio en donde
podrá distinguir si el compuesto a identificar posee ligaduras (doble o triples enlaces) o
grupos funcionales oxidables (alcoholes, cetonas y aldehídos). También distinguirá entre
alcoholes primarios, secundarios o terciarios. Para ello se seleccionan pruebas q sean
rápidas y que den un cambio fácilmente observable. Elegimos unos ensayos que solo
requiera unos minutos, pocos tubos de ensayo, y en el que haya cambio de color o
produzca burbujeo de algún gas, o se forme o disuelva un precipitado.
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Diferenciar hidrocarburos insaturados de alcanos y aromatico; mediante la
prueba de bromo en tetracloruro de carbono (Br2/CCl4), prueba de Baeyer
(KMnO4/H2O), reacción con acido sulfúrico (H2SO4) y nitración de
hidrocarburos aromaticos (HNO3 + H2O4)
Analizar que tipo de hidrocarburo es la muestra problema, comparándolo con
los diferentes hidrocarburos en las diferentes puebas.
3. Metodología:
a) Ensayo de Br2/CCl4 sobre un hidrocarburo
Materiales:
 n-hexano
 benceno
 alqueno
 muestra problema
Procedimiento:
1. tomar 5 tubos de ensayo y enumerarlos.
2. A los tubos N° 1y 2 agregarle 1ml de n-hexano, al N° 3 1ml de alqueno, al N°
4 adicionar 1ml de benceno y finalmente al ultimo tubo agregar la muestra
problema.
3. A cada uno de los tubos agregar 15 gotas de Br2/CCl4. El tubo N°1 debe
reaccionar sin presencia de luz. Llevar este tubo a algún sitio oscuro. Y el
tubo N°2 debe reaccionar en presencia de luz si es posible exponerlo a los
rayos del sol por unos minutos.
 n-hexano + Br2/CCl4
3-bromohexano + HBr (en presencia de luz)
 n-hexano + Br2/CCl4 sin luz no hay reacción
 alqueno + Br2/CCl4
si hay reacción
 benceno + Br2/CCl4
no hay reacción
 MP + Br2/CCl4
no hay reacción
Si hay reacción se produce la decoloración de la solución de bromo en tetracloruro de
carbono haciendo desaparecer el color rojo de la misma.
Halogenación de alquenos
Mecanismo de reacción
Paso 1: Formación del catión halogenonio cíclico
En el caso de bromo, el mecanismo se inicia con la adición electrofílica del bromo,
generándose un intermediario de reacción catión bromonio cíclico.
Paso 2: Ataque nucleofílico del halogenuro
Posteriormente ocurre un ataque nucleofílico
del anión bromuro con estereoquímica anti en el carbono que presenta una capacidad
mayor de soportar una densidad de carga positiva.
b) Ensayo de Baeyer.
Materiales:
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n-hexano
benceno
alqueno
muestra problema
Procedimientos:
1. en 4 tubos de ensayo agregar 5 gotas de cada uno de los hidrocarburos a
experimentar.
2. Adicionar a cada tubo una gota de KMnO4/H2O. observe y anote si se
produce cambio de coloración de púrpura y si existe formación de
precipitado.
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Hidroxilacion formación de dioles
Mecanismo de reacción
1) Formación del manganato cíclico
El permanganato frío y diluido produce la oxidación del alqueno mediante una adición
electrofílica (AE) en el doble enlace del alqueno formando un intermediario de
reacción éter mangánico cíclico (también llamado manganato cíclico)
2) Hidrólisis
El éter mangánico cíclico en medio acuoso se hidroliza produciendo el glicol y dióxido de
manganeso (MnO2)
D
+ MnO2
(precipitado
marrón)
Decoloración de una solución purpura de permanganato, con la aparición de un
precipitado marrón (También positiva para alquinos y aldehídos)
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n-hexano + KMnO4/H2O no hay reacción
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alqueno + KMnO4/H2O hay raccion
benceno + KMnO4/H2O no hay reaccion
MP + KMnO4/H2O no hay reacción
c) Adicion de acido sulfúrico concentrado y frio
Materiales:
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n-hexano
benceno
alqueno
muestra problema
Procedimientos:
1. En cada 4 tubos de ensayo agregar 1ml de H2SO4 concentrado.
2. Añadir a cada tubo 10 gotas de los hidrocarburos del ensayo. (n-hexano,
benceno, alqueno y MP)
3. Agite suavemente y anote los resultados. La formación de una sola fase
antes de los 5 min, determina la presencia de dobles enlaces.
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n-hexano + H2SO4 no hay reaccion
alqueno + H2SO4 si hay reacción
Benceno + H2SO4 no hay reacción
MP + H2SO4 no hay reacción
d) Nitración de hidrocarburos aromaticos
Materiales:
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Benceno
MP
Procedimientos:
1. En 2 tubos de ensayo a cada tubo agregar 8 gotas de los hidrocarburos
aromáticos. Adicionar 8 gotas de HNO3 con suma cuidado y bajo campana
y 1 gota de H2SO4 también bajo campana.
2. Coloque los dos tubos de prueba en el baño maría durante 5min. Verter la
solución sobre hielo molido o picado en un vaso precipitado.
3. La formación de un liquido aceitoso amarillento de olor aromático indica la
nitración del benceno y la formación del nitro benceno. Trabajar
paralelamente con MP
Benceno + HNO3 + H2SO4
naftalina)
MP + HNO3 + H2SO4
Hay reacción (incoloro, olor muy fuerte a
existe reacción (incoloro, olor a naftalina)
La nitración aromática sucede con compuestos aromáticos gracias a un mecanismo
de sustitución electrófila aromática que incluye el ataque de un anillo bencénico rico en
electrones por parte del ion nitronio.
El benceno resulta nitrado gracias al reflujo de ácido sulfúrico concentrado y ácido
nítrico concentrado a 50 °C.
1. 2H2SO4 + HNO3 → 2HSO41- + NO2+ + H3O+
2. C6H6 + NO2+ → C6H5NO2 + H+
3. H+ + H3O+ + 2HSO41- → H2O + 2H2SO4
El ácido sulfúrico es regenerado y por tanto actúa como catalizador.
Mecanismo de reacción
El benceno reacciona con ácido nítrico concentrado y caliente dando nitrobenceno. La
reacción presenta dos inconvenientes: es lenta y además el ácido nítrico concentrado y
caliente puede oxidar cualquier compuesto orgánico mediante una reacción explosiva. Un
procedimiento más seguro consiste en emplear una mezcla de ácido nítrico y ácido
sulfúrico. El ácido sulfúrico actúa como catalizador, permitiendo que la reacción se lleve a
cabo más rápidamente y a menores temperaturas.
El ácido sulfúrico reacciona con el ácido nítrico generando el ion nitronio (NO2+), que es el
electrófilo de la reacción de sustitución electrofílica aromática.
El ion nitronio reacciona con el benceno formando el complejo sigma que pierde un
protón que es atrapado por el ion bisulfato para dar lugar al nitrobenceno.
1) ¿Qué diferencia hay entre un compuesto aromático y alifático? ¿Qué pruebas
experimentaría para determinar que es un compuesto aromático?
2) ¿A qué se debe la gran estabilidad de los compuestos aromáticos?
3) ¿ a qué se debe la estabilidad de un carbocatión 3° con respecto a otro 1°? ¿en qué
mecanismo/s de reacción se puede apreciar este fenómeno?