reporte de ractica _14

7/26/2019 Reporte de Ractica _14

1/12

[PRACTICA #14

SNTESIS DECICLOHEXENO]La reaccin se realiza mediante una destilacin simple, los productos de destilacin son elciclohexeno p.eb.= 83oC, y agua p.eb.= 100oC. l ciclohexanol !ue no reacciona al igual !ue el"cido #os#rico se !uedan en el matraz de destilacin debido a !ue sus puntos de ebullicin sonaltos $1%1 y &13 oC, respecti'amente(. )in embargo una pe!ue*a cantidad de "cido #os#ricopodr+a aparecer en el destilado, por lo !ue el producto es la'ado con carbonato de sodioacuoso para neutralizar el "cido.

2012UNIVERSIDAD DEGUANAJUATO

DIVISIN DE

CIENCIASNATURALES YEXACTAS


2/12

-C/C 13

)+ntesis de ciclohexeno.

2beti'o4 5eshidratacin del ciclohexanol para la #ormacin de dobles enlaces.

La deshidratacin de alcoholes usando "cidos minerales #uertes, tales como sul#6rico o#os#rico como catalizadores, es un m7todo general para la preparacin de al!uenos.

La reaccin se realiza mediante una destilacin simple, los productos de destilacin son elciclohexeno p.eb.= 83oC, y agua p.eb.= 100oC. l ciclohexanol !ue no reacciona al igual !ue el"cido #os#rico se !uedan en el matraz de destilacin debido a !ue sus puntos de ebullicin sonaltos $1%1 y &13 oC, respecti'amente(. )in embargo una pe!ue*a cantidad de "cido #os#ricopodr+a aparecer en el destilado, por lo !ue el producto es la'ado con carbonato de sodioacuoso para neutralizar el "cido. l ciclohexeno es insoluble en agua por lo !ue no ocurren

p7rdidas durante el la'ado con solucin de carbonato de sodio. Las 6ltimas trazas de agua son

2

H3PO4/H2SO4


3/12

remo'idas secando el l+!uido sobre un agente desecante $una sal !ue #orma un hidrato(.inalmente el producto es puri#icado mediante destilacin simple.

9ecanismo de la deshidratacin

l tratamiento de alcoholes con "cido a temperaturas ele'adas genera al!uenos por perdida deagua. ste proceso se conoce como deshidratacin de alcoholes y sigue mecanismos de tipo

& para alcoholes primarios y 1 para secundarios o terciarios.

5eshidratacin de alcoholes primarios

l calentamiento de etanol en presencia de "cido sul#6rico produce eteno por p7rdida de una

mol7cula de agua.

9ecanismo de la deshidratacin de alcoholes primarios

n una primera etapa se protona el grupo :2; trans#orm"ndose en un buen grupo saliente. Las

bases del medio $agua, sul#atos( arrancan hidrgenos del alcohol, perdi7ndose al mismo

tiempo la mol7cula de agua.

5eshidratacin de alcoholes secundarios

Los alcoholes secundarios y terciarios deshidratan en medio sul#6rico diluido y a temperaturas

moderadas, para generar al!uenos.

9ecanismo de la deshidratacin de alcoholes secundarios

La protonacin del grupo :2; y su posterior p7rdida, genera un carbocatin !ue elimina

mediante mecanismos unimoleculares, para #ormar al!uenos.

3


4/12

l comportamiento !u+mico de los alcoholes, -2;, esta determinado por el grupo #uncional !ueellos poseen4 el grupo hidroxilo $ 2;(. Las reacciones de un alcohol pueden implicar la rupturade dos enlaces4 el enlace C:2;, con eliminacin del grupo 2;, o el enlace 2:; con eliminacindel :;. Los dos tipos de reacciones pueden implicar sustitucin, en la !ue el grupo entrantereemplaza el :2; o el :;, o eliminacin, en la !ue se genera un doble enlace.

Los alcoholes son malos eletr#ilos, por!ue el grupo hidroxilo es un mal grupo saliente. l grupo

hidroxilo se puede con'ertir en un buen grupo saliente ya sea por tosilacin o por protonacin.< una 'ez obtenido el 7ter de tosilato o el alcohol protonado estos participan en reacciones desustitucin o eliminacin para todos los mecanismos de primer o segundo orden.

n esta pr"ctica se traba la s+ntesis de un al!ueno $ciclohexeno( por deshidratacin dealcohol $ciclohexanol(. La deshidratacin necesita de un catalizador "cido para protonar elgrupo hidroxilo del alcohol y con'ertirlo entonces en un buen grupo saliente. Con #recuencia seutiliza el "cido sul#6rico y el "cido #os#rico concentrado para tal # in. n esta reaccin seestablece un e!uilibrio entre los reacti'os y los productos.

ara impulsar este e!uilibrio, es necesario eliminar uno o m"s de los productos a medida !uese #ormen. sto se puede hacer ya sea destilando los productos de la mezcla de reaccin o poradicin de un agente deshidratante para eliminar el agua. l al!ueno hier'e a menortemperatura !ue el alcohol $debido a la presencia de puentes de hidrgeno( y dicho al!ueno sedestila y se elimina de la mezcla de productos desplazando as+ el e!uilibrio a la derecha.

La deshidratacin por lo general se lle'a acabo mediante el mecanismo 1 rara 'ez seobser'a el mecanismo &.

l primer paso es una protonacin ligeramente exot7rmica, seguida de una ionizacinendot7rmica, !ue determina el paso de reaccin. >na desprotonacin r"pida, #uertementeexot7rmica, produce el al!ueno. Como el paso determinante es la #ormacin de l carbocatin, la#acilidad de deshidratacin de alcoholes sigue el mismo orden !ue la #acilidad decarbocationes4 3? @ &? @ 1? . como en otras reacciones de carbocationes, son comunes lastransposiciones.

ara lle'ar a cabalidad el principal obeti'o de esta pr"ctica se utilizaron tres t7cnicas4 ladestilacin #raccionada, la extraccin li!uido:l+!uido y el uso de agentes descecante. La primera

de ellas tiene la #uncin de desplazar el e!uilibrio de la reaccin hacia la derecha $#ormacin delal!ueno( y se basa en la di#erencia del punto de ebullicin entre el alcohol y el al!ueno. staconsiste en calentar la mezcla de reaccin y hacer pasar los 'apores por medio de unacolumna de destilacin empacada o aleteada con un material adecuado. ste empa!ue oaletas hacen !ue la mezcla de 'apores sea sometida a continuos ciclos de condensado y'aporizacin a medida !ue se sube en la columna, lo !ue supone !ue al llegar al tope de lamisma el 'apor a condensar luego es muy rico $en concentracin( en el componente de menorpunto de ebullicin.

La extraccin li!uido:l+!uido se basa en la extraccin de un soluto de un sol'ente con otrosol'ente inmiscible al primero, pero !ue dicho soluto sea m"s soluble en el segundo !ue en elprimero. La caracter+stica de inmiscibilidad es absolutamente necesaria para !ue se #ormen doscapas y puedan ser separadas por decantacin u otro m7todo existente. sto es lo !ue se hace

al la'ar el destilado con el hidrxido de sodio se neutraliza el "cido !ue pudo habersee'aporado #orm"ndose entonces dos capas una acuosa y otra org"nica.

or 6ltimo, los agentes descecantes son sales anh+dridas inorg"nicas capaces de absorberagua ya sea del medio ambiente o de soluciones org"nicas. Las m"s utilizadas por tener grancapacidad de absorcin son4 el sul#ato de sodio o maganesio anh+drido. stas pueden utilizarsede dos maneras en pol'o o granuladas, siendo por supuesto la granulada la manera m"s #"cilde usar ya !ue se puede retirar de la solucin a secar de una manera cmoda.

stas sales $en pol'o( pueden ayudar a identi#icar cuando una capa es acuosa u org"nica, ya!ue al ser agregadas en una capa como la primera estas #orman como una especie deApantanoB pegaoso, mientras !ue en las org"nicas una 'ez !ue han absorbido el aguaexistente en el medio las part+culas de sal #lotan en la super#icie de la solucin.

rocedimiento.

4


5/12

9ontar un e!uipo de destilacin simple

Colocar la probeta en ba*o de hielo

9edir ml de coclohexanol en probeta

gregar 1 ml ;&)2

1% gotas ;CL5eshidratacin.

Calentar la mezcla y destilar manteniendo 100DC

Continuar la destilacin. ;asta #ormar reciduo ca#e

Colectar el li!uido destilado

)eparacin y secado del producto.

/rans#erir li!uido a tubo de centri#uga

solucin saturada de EaCl

retire la capa acuosa

La'e & 'eces con 1 ml de carbonato de sodio al 10 F

/rans#iera las capas org"nicas a un tubo

)ul#ato anhidro

ruebas de identi#icacin de instauraciones4

rueba de Gayer.

reparar tubos de ensaye y numerarlos

n & agregar ciclohexeno y en otrosciclohexanol

5


6/12

adicionar solucin de bromo gota a gota, hasta !ue el color roo ya no seobser'e a & tubos

/omar tubos & y . dicionar H9n2 al &F y agitar

1. rueba de adicin de bromo

si la prueba de Gayer resulta positi'a

en & tubos de ensaye

agregar bromo

obser'ar la decoloracin

repare su aparato para destilacin simple. >tilice el matraz baln del e!uipo como matraz dedestilacin y una probeta para recibir el destilado. Colo!ue la probeta en ba*o de hielo parae'itar p7rdidas del producto por e'aporacin.

9ida ml de ciclohexanol en una probeta $pre'iamente pesada( y 'uel'a a pesar para obtenerel peso del alcohol, col!uelos unto con 1.0 ml de "cido #os#rico al 8IF, 1% gotas de "cidosul#6rico concentrado y un agitador magn7tico en el matraz de destilacin. cti'e la agitacin.

5eshidratacin.Caliente la mezcla y destile lentamente manteniendo la temperatura de destilacin en un rangoentre 100 y 10IoC. La destilacin re!uiere aproximadamente I minutos para completarse.Contin6e hasta !ue no se destile m"s l+!uido. proximadamente 1.0 ml de residuo ca#7 oscuro!ueda sin destilar en el matraz. JEo caliente a se!uedadK

Cuando la destilacin se haya completado, abra la unin entre el matraz de destilacin y elre#rigerante e incl+nelo para !ue el l+!uido atrapado se deslice al recipiente donde se colecta eldestilado.

l Ciclohexeno es in#lamable, 'ol"til y tiene un olor desagradable e'ite el contacto con la piel o

inhalarlo. Cuando lo destile, recoa el ciclohexeno en un en'ase seco y sumergido en hielo parareducir la e'aporacin.

)eparacin y secado del producto.Con una pipeta asteur trans#iera el destilado a un tubo de centr+#uga y adicione & ml desolucin saturada de EaCl, tape el tubo, agite y 'entile, luego dee !ue las dos capas seseparen y retire la capa acuosa. La'e & 'eces con 1 ml de carbonato de sodio al 10 F, retire la#ase acuosa cada 'ez. /rans#iera las capas org"nicas a un tubo $o matraz erlenmeyer pe!ue*o(limpio y seco y adicione sul#ato de sodio anhidro, tape el tubo y se!ue agitando ocasionalmentedurante 10:1I min para eliminar cual!uier residuo de agua. )epare y pese su producto. Calculeel porcentae de rendimiento.

ti!uete el tubo con el producto y gu"rdelo para su an"lisis.

6


7/12

ruebas de identi#icacin de instauraciones4

rueba de Gayer.repare tubos de ensaye y num7relos. n dos tubos colo!ue de a I gotas de ciclohexanol yen otros dos tubos I gotas de ciclohexeno preparado. Eo con#unda los tubos m"r!uelos

tan pronto adicione los compuestos.

/ome un tubo de cada grupo $tubos 1 y 3(, adicione solucin de bromo gota a gota, hasta !ueel color roo ya no se obser'e. note los resultados para cada tubo incluyendo el n6mero degotas de solucin de bromo re!ueridas.

/ome los tubos & y . dicione H9n2 acuoso al &F a cada tubo y agite. >na prueba espositi'a si se obtiene un precipitado ca#7 de 9n2 &, el al!ueno se con'ierte en un diol. )i elcolor p6rpura desaparece, lentamente adicione tres gotas adicionales de permanganato yregistre sus resultados. note sus resultados y expl+!uelos. $Eota4 esta prueba es tambi7npositi'a para aldeh+dos, #enoles, anilinas y dioles 'ecinales(

2. rueba de adicin de bromo

sta prueba se realiza, bao la campana, si la prueba de Gayer resulta positi'a.n un tubo de ensaye pe!ue*o adicione I gotas del l+!uido !ue se 'a a probar, adicionegota a gota la solucin de bromo. La decoloracin inmediata del color roo de bromo debido a la#ormacin de un compuesto dibromado $bromos 'ecinales( indica el resultado de la pruebacomo positi'o.

Limpieza4 Eeutralice el contenido del matraz, donde se lle' a cabo la destilacin, conbicarbonato de sodio saturado y enuague con acetona. ntonces la'e con abn y agua yenuague con acetona. La'e muy bien el agitador cuidando !ue no se 'aya por la tara.5eposite los residuos en el contenedor correspondiente.

Compare los dos espectros de - del reacti'o inicial y del producto. denti#i!ue las bandas deabsorcin y diga cuales est"n en uno y desaparecen en otro y a !ue se debe.

9/-L)4 >2 5 5)/LCME -2G/ N)2) 5 -C/52

/>G2) 5 E)


8/12

acetato de etilo.

Ciclohexeno

C%;1&

8&.1I 83 ?C 0.80O&0 Q ?C 0.0& P&I ?C, bz,acetona, ms enetanol, 7ter et+lico

Gr& 1IO.8 I8.RI ?C &.O&8IO ?C P #r+a, 7ter, etanol,cloro#ormo.

CCl 1I3.8& R%.8 ?C 1.I8%R&0Q&0?C

S caliente, bz,7ter, chl, '.sl.s

;&)2 8&.0R &80 ?C d. 1.83 18Q ?C P. #r+a y caliente4 T

Ea2; 0.01 1IIR ?C P. 108&0 ?C, &9e2;, s.glicerol.

/2UC55.

Compuesto /oxicidad

Ciclohexanol uede ser noci'o al ser inhalado, tomado o absorbido por la piel. Los'apores son irritantes de los oos, membranas mucosas y del tractorespiratorio. Causa irritacin de la piel. 5a*o en el h+gado y ri*ones.

Ciclohexeno uede ser noci'o al ser inhalado, tomado o absorbido por la piel. Los'apores pueden causar irritacin en los oos, membranas mucosas yen las '+as respiratorias. Causa irritacin en la piel. La exposicin

puede causar4 nauseas, desmayo o '7rtigo y dolor de cabeza.

Gromo $Gr&( uede ser #atal al ser inhalado, tomado o absorbido continuamentepor la piel. Causa !uemaduras. s material extremadamentedestructi'o en los teidos de las membranas mucosas y '+asrespiratorias, oos y piel. La inhalacin puede ser #atal, dando comoresultado, espasmos, in#lamacin y edemas en la laringe ybron!uios, neumon+a y edema pulmonar.

cido )ul#6rico uede ser #atal si es inhalado, tomado o absorbido continuamentepor la piel. Causa !uemaduras. s material extremadamentedestructi'o en los teidos de las membranas mucosas y las '+asrespiratorias, oos y piel. Causa irritacin de la piel.

2G)-NC2E) < -)>L/52)4

l comenzar a calentar la mezcla en el baln de destilacin la mezcla se torn de color negro yantes era incolora.

&.: La primera gota de destilado apareci a los I& ?C , pero el #luo no #ue constante.

3.: l #luo de destilado se torn constante a los 8 ?C

.: La temperatura nunca sobrepaso los 8 ?C ni si!uiera cuando !uedaba poco 'olumen demezcla en el baln.

I.: l l+!uido recolectado era incoloro

8
http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno


9/12

%.: Cuando se la'a con el cloruro de sodio al 10 F en el embudo de separacin se #orman dos#ases una incolora en la parte superior y otra de color amarillo claro en el #ondo.

R.: or tener duda en cual era la capa acuosa y la org"nica se separan las dos #ases en doserlenmeyer distintos y a los dos se le a*ade el agente descecante obser'ando !ue4 en la #aseincolora la sal tenia un aspecto pantanoso de color blanco y en la #ase amarilla #lotaban laspart+culas de sal de color blanco.

Calculo del rendimiento de la reaccin4

La aparicin de la primera gota destilado a los I& ?C debe ser producto de !ue la mezcla deciclohexeno y agua #orma un azetropo de bao punto de ebullicin, es decir, !ue el punto deebullicin es menor !ue el de los componentes por separado.

l hecho !ue la temperatura de destilacin no sobrepasar" los 8 ?C se podr+a explicar por!ueal desplazar el e!uilibrio de la reaccin hacia la derecha $#ormacin del ciclohexeno( el 'apor!ue llegaba al tope de la columna era rico en ciclohexeno y el alcohol o "cido !ue pudieronllegar hasta all+ era por el #actor de arrastre. 5e lo contrario, es decir, si se hubiese e'aporadoel alcohol presente en la mezcla el 'alor de la temperatura debi ser mayor al registrado por elalto 'alor del punto de ebullicin del alcohol.

l bao rendimiento del proceso podr+a acreditarlo a !ue el destilado #ue en cierta #orma r"pida,por lo !ue debi existir un gran #actor de arrastre por parte del 'apor. sta conclusin se llegapor!ue si se obser'aba la columna de destilacin exist+a gran cantidad de l+!uido condensadopor sus paredes, es decir exist+a una gran relacin de re#luo. or lo !ue pienso !ue elcalentamiento de la mezcla debe hacerse lentamente. dem"s debe mencionarse !ue esposible !ue halla existido un sobrecalentamiento de la mezcla por!ue las perlas de ebullicinse desasieron con la presencia del "cido sul#6rico $por esto la coloracin negra de la mezcla(.

La ubicacin en el embudo de separacin de la capa org"nica es un comportamiento muyextra*o, ya !ue el ciclohexeno es menos denso !ue el agua por lo tanto deber+a sobrenadar enuna mezcal de ambos compuestos. un!ue se sabe !ue el producto obtenido no ciclohexenopuro sino una mezcal de 7ste con agua la densidad de la solucin tericamente no deber+a'ariar tanto. or lo tanto, se puede llegar a la conclusin !ue el elemento contaminante !ue #ue

tambi7n el responsable de dar esa coloracin amarilla a la solucin cre un compuesto !uecontribuy al aumento la densidad de la capa org"nica.

La desaparicin de la coloracin roa al agregar la solucin de bromo en tetracloruro decarbono, puede dar a entender !ue la solucin obtenida del proceso de la'ado con EaClysecado con sul#ato anhidro tiene enlaces insaturados pero no ser'ir+a para a#irmar !ue loobtenido en la s+ntesis #ue el ciclohexeno. n principio por!ue la solucin ten+a una coloracinamarilla cuando deber+a ser incolora y segundo !ue la desaparicin de la coloracin roa de lasolucin de bromo deber+a ser inmediata y no lentamente.

)e obtu'o el ciclohexeno como se esperaba y lo comprobamos al agregarle el bromo entetracloruro de carbono el bromo tiene una coloracin roiza, la cual desapareci al entrar encontacto con el ciclohexeno.

EVL)) 5 -)>L/52)4

l ciclohexeno obtenido, #ue el producto de destilar el ciclohexanol en un medio "cido $"cido#os#rico(, primero para #ormar el in oxonio, despu7s un carbocatin y #inalmente la salida deun protn del carbono adyacente estabilizando la carga positi'a para #ormar un doble enlace.Comprobamos !ue obtu'imos ciclohexeno agregando gotitas $&( de bromo en tetracloruro, lo!ue dio origen a una reaccin de adicin y pro consecuencia cambiaron las propiedades delbromo $se decolor(.

9


10/12

espectro dein#rarroo del Ciclohexanol

espectro dein#rarroo del Ciclohexano

C2ECL>)ME4

or medio de esta pr"ctica se logr conocer una t7cnica para deshidratar alcoholescatal+ticamente, teniendo en cuenta !ue la reaccin realizada #ue una reaccin re'ersible ya!ue si no se cuidaba adecuadamente las condiciones de temperatura y concentracin dereacti'os y productos ya !ue si estos no se cuidan la reaccin podr+a regresarse y obtener denue'o el reacti'o original por lo !ue no se obtendr+a el producto deseado. or lo tanto es muyimportante conocer y comprender la in#luencia de los #actores experimentales !ue modi#icanuna reaccin re'ersible para obtener una reaccin aceptable y correcta

10


11/12

GGL2W-4 u+mica 2rg"nica, Xohn 9ac9urry, dit. /homson, 2rganic Chemistry, 9orrison and Goyd, dit. llyn and Gacon PPP.!uimicaorganica.org

LC2;2L

Ciclohexanol

Rgr

producto rendimiento

Ciclohexeno0.I F

Cuestionario

5emuestre el mecanismo de las reacciones de deshidratacin del Ciclohexanol. ncluya losdos intermedios de esta reaccin4 el in oxonio y el carbocatin.

xpli!ue !ue es un azetropo.

YCmo puede distinguir entre ciclohexeno y ciclohexanol por espectroscopia in#rarroaZ

Los sustituyentes encontrados en el ciclohexano a di#erencia del ciclohexanol, radican en !ueen el primero adoptan #ormaciones cis y transy no puede intercambiarse #"cilmente por unarotacin simple de enlace sigma como pasa con las mol7culas lineales. La #ormacin cis

signi#ica !ue ambos sustituyentes est"n en el lado superior de los dos sitios sustituyentes encada carbono, mientras !ue trans signi#icar+a !ue est"n en lados opuestos.

11
http://www.quimicaorganica.org/http://es.wikipedia.org/wiki/Isomer%C3%ADa_geom%C3%A9tricahttp://www.quimicaorganica.org/http://es.wikipedia.org/wiki/Isomer%C3%ADa_geom%C3%A9trica


12/12

YCmo se prepara una solucin saturada de EaCl en agua sin tener !ue pesar el EaClZCon ayuda de la densidad de la sal y conociendo el numero de moles !ue tiene dichasustancia, relacionando ambos compuestos.

Yara !ue se usa esta solucin en el experimentoZ

sto se hace con el obeti'o de neutralizar el "cido sul#6rico !ue puede estar presente en lamezcla por el arrastre del 'apor. sta t7cnica se basa en la teor+a de la extraccin li!uido:l+!uido, el "cido es un soluto mucho m"s soluble en el hidrxido !ue en la capa org"nica dondese encuentre.

GGL2W-4 u+mica 2rg"nica, Xohn 9ac9urry, dit. /homson, 2rganic Chemistry, 9orrison and Goyd, dit. llyn and Gacon PPP.!uimicaorganica.org

12
http://www.quimicaorganica.org/http://www.quimicaorganica.org/

reporte de ractica _14

Documents