Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieraEscuela de Ingeniera Qumicarea de QumicaLaboratorio de Qumica Orgnica 2Impartido por: Ingeniera Cinthya Ortiz

SNTESIS DE HALOGENUROS DE ALQUILO

SECCINPONDERACINNOTA

1.Resumen10

2. Objetivos5

3. Marco Terico5

4. Marco Metodolgico5

5. Resultados15

6. Interpretacin Resultados30

7. Conclusiones15

8. Bibliografa5

9. Apndice10

9.1. Datos originales1

9.2. Muestra de clculo5

9.3. Datos Calculados4

NOTA

Edna Tatiana Godnez Marroqun Carn: 201222613Guatemala, 10 de febrero del 2014Fecha de Revisin: _____________________ Nota: _____ Firma: _________

RESUMEN

En la prctica no. 1 se sintetiz cloruro de t-butilo a partir de un alcohol terciario (alcohol t-butlico) y cido clorhdrico por medio de una reaccin de sustitucin SN1.La reaccin de sntesis se llev a cabo colocando HCl en una ampolla de decantacin y agregando alcohol t-butlico para la formacin de dos fases, la del halogenuro de alquilo y cido clorhdrico. Se descart el cido clorhdrico y se realizaron lavados al producto de halogenuro de alquilo con agua salada para eliminar cualquier rastro de cido clorhdrico y as medir el volumen final para determinar el rendimiento.Los resultados de las pruebas de identificacin para el cloruro de t-butilo son: Combustin: positiva; Baeyer: negativa; Bromo en agua: negativa; Yodo: negativa; Nitrato de Plata: positiva. El rendimiento de la reaccin de sntesis de Cloruro de T-butilo fue de 78.45%.En el momento de la experimentacin, las condiciones del laboratorio de qumica se encontraban a una temperatura de 20 C y a una presin atmosfrica constante de 0.84 atm.

OBJETIVOS

General

Analizar el proceso de sntesis de un halogenuro de alquilo (cloruro de t-butilo) a partir de un alcohol terciario (alcohol t-butlico) y HCl.

Especficos

1. Determinar el tipo de reaccin llevada a cabo.2. Detallar los mecanismos de reaccin de sustitucin nucleoflica que sufren los compuestos para llegar a ser halogenuro de alquilo.

3. Calcular el rendimiento de la reaccin.

4. Realizar pruebas de identificacin para halogenuros de alquilo.

1. MARCO TERICO

1.1 Halogenuros de AlquiloUn grupo funcional es el tomo o grupo de tomos en la molcula que es el responsable principal de las reacciones que experimenta el compuesto bajo un conjunto de condiciones. Los compuestos orgnicos se agrupan en familias con base en los grupos funcionales que contienen. Dos de las familias ms importantes son los alcoholes y los halogenuros de alquilo. Los alcoholes y los halogenuros de alquilo son tiles en especial porque son materias primas verstiles para preparar otros numerosos grupos de familias.[footnoteRef:1] [1: Referencia 1 pgina 150]

1.1.1 Estructura de los Halogenuros de Alquilo

Los halogenuros de alquilo tienen la frmula general RX, donde R representa un grupo alquilo o alquilo sustituido.

R=Radical X=Halogeno (Yodo, Cloro, Fluor y Bromo)

La caracterstica principal de la estructura del halogenuro de alquilo es el tomo de halogenuro, X, y las reacciones caractersticas de un halogenuro de alquilo son las que tienen lugar en el halgeno. El tomo o grupo que define la estructura de una familia particular de compuestos orgnicos y, al mismo tiempo, determina sus propiedades se llama grupo funcional.

En los halogenuros de alquilo, el grupo funcional es el halgeno. Un halogenuro de alquilo tiene un grupo alquilo unido a este grupo funcional; en condiciones apropiadas, estas partes alqulicas sufrirn las reacciones tpicas de los alcanos.[footnoteRef:2] [2: Referencia 3 pgina 120]

1.1.2 Propiedades fsicas

Los halogenuros de alquilo tienen las propiedades fsicas que podemos esperar para compuestos de baja polaridad, cuyas molculas se mantienen juntas por fuerzas de Van der Waals o por atracciones dipolares dbiles. Tienen puntos de fusin y de ebullicin relativamente bajos, y son solubles en disolventes no polares e insolubles en agua.

1.1.3 Aplicaciones en la Industria

El cloruro de t-butilo es usado como refrigerante en la industria y como anestsico en medicina. Se utiliza tambin en la fabricacin de colorantes de anilina, como extintor de incendios y disolvente industrial.[footnoteRef:3] [3: Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Halogenuros_de_alquilo]

1.2 Obtencin de halogenuros de alquilo a partir de alcoholes.El mejor mtodo para producir halogenuros de alquilo es lasntesisa partir de alcoholes. El mtodo ms sencillo (aunque generalmente el menos til) para la conversin de unalcoholen un halogenuro de alquilo consiste en el tratamiento del alcohol con HCl, HBr o HI[footnoteRef:4]: [4: Referencia: http://es.wikipedia.org/wiki/Halogenuros_de_alquilo]

1.3 Sustitucin Nucleoflica:Las sustituciones nucleoflicas son de dos tipos:reaccin SN2yreaccin SN1. En la primera, el nuclefilo entrante ataca al halogenuro desde una posicin a 180 respecto al grupo saliente, lo que da por resultado unainversinde la configuracin cuando en carbono en cuestin es quiral en el tomo de carbono. La reaccin tiene cintica de segundo orden y es fuertemente inhibida conforme aumenta elvolumenestrico de los reactivos. Por tanto, las reacciones SN2 se ven favorecidas slo para sustratos primarios y secundarios.La reaccin SN1 ocurre cuando el sustrato se disocia de manera espontnea para formar un carbocatin en un paso limitante de lavelocidadlento, seguido por un ataque rpido del nuclefilo. En consecuencia, las reacciones SN1 tienen cintica de primer orden, y ocurren con racemizacin de la configuracin en el tomo de carbono cuando ste es quiral. Estas reacciones se ven favorecidas para los sustratos terciarios.

1.4 Reacciones

Sntesis del Cloruro T-butilico CH3CH3CH3-C-OH + HCl CH3CH3CH3-C-Cl + H2O1.5 Mecanismo de reaccin[footnoteRef:5] [5: Referencia 1 pgina 156]

1 Etapa: protonacin del alcohol ter-butlico.2 Etapa: formacin del carbocatin3 Etapa: ataque nucleoflico (adicin del Cl-)

1.5 Pruebas de Identificacin Tabla l: Prueba de Combustin.Prueba No.1

NombrePrueba de Combustin

Criterio[footnoteRef:6] [6: Referencia :5]

Al dejar el cloroetano y mezclarse con el oxgeno del aire se convierte en inflamable, porque el oxgeno acta de comburente y oxidante.

Reaccin

ConclusinPositiva

Tabla ll: Prueba de Br2 / H2O.Prueba No.2

NombrePrueba de Bromo en Agua.

Criterio[footnoteRef:7] [7: Referencia:5]

La desaparicin del color en halogenuros de alquilo proporciona una prueba positiva, exponer el tubo a la luz y observar si existe la aparicin de niebla en la parte superior del lquido

Reaccin

ConclusinNegativa

Tabla lll: Prueba de BaeyerPrueba No. 3

NombrePrueba de Baeyer

Criterio[footnoteRef:8] [8: Referencia: 5]

Es una prueba de oxidacin a partir de una solucin de permanganato de potasio (KMnO4) que sirve para determinar la presencia de compuestos no saturados.

Reaccin

ConclusinNegativa

Tabla lV: Prueba de AgNO3Prueba No.4

NombrePrueba de AgNO3

Criterio[footnoteRef:9] [9: Referencia:5]

La prueba de AgNO3 debe ser positiva formando un precipitado blanco, el cual es un haluro de Plata.

Reaccin

ConclusinPositiva.

Tabla V: Prueba de IPrueba No.5

NombrePrueba de I

Criterio[footnoteRef:10] [10: Referencia:5]

Se usa para determinar la presencia de bromo o cloro. Un haluro de sodio se precipita separndose de la solucin.

ReaccinNo hay reaccin

ConclusinNegativa

2. MARCO METODOLOGICO

2.1 Material y Equipo: Ampolla de decantacin esmerilada. Soporte universal con anillo. Matraz Erlenmeyer. Pipeta. Probeta. Beaker. Alcohol terbutlico. cido clorhdrico. Bicarbonato de Sodio.

2.2 Algoritmo del procedimiento:

0. En una ampolla de decantacin provista con un tapn esmerilado, coloque 30mL de cido clorhdrico concentrado.1. Aada 10 mL de alcohol terbutlico.2. Durante 10 minutos, sacuda la mezcla ocasionalmente. Para realizar un mezclado invierta la ampolla teniendo cuidado con el tapn esmerilado.3. Deje reposar la mezcla durante 5 minutos.4. Luego de formadas dos fases, seprelas y descarte la capa de cido clorhdrico aadiendo esta ltima neutralcela.5. Realice dos lavados con agua salada y agregue CaCl2 anhidro para secar. 6. Mida el volumen de cloruro de t-butilo recuperado, dato necesario para calcular el rendimiento de la reaccin.7. Realizar pruebas de identificacin.

4.2 Diagrama de Flujo:

InicioMezclarS

(CH3)3COH y HCl

Dejar reposar 5 min

Se formaron 2 fases?

Descartar la fase de HCl

Realizar lavados

Aplicar pruebas de identificacin

Fin

Fuente: Elaboracin propia.

3. RESULTADOS

Tabla VI: Rendimiento de la reaccin de sntesis de Cloruro de T-butilo.Rendimiento (%)

Cloruro T-butilo78.45%

Fuente: Datos calculados

Pruebas de Identificacin

Tabla Vll: Prueba de Combustin.Prueba No.1

NombrePrueba de Combustin

Criterio[footnoteRef:11] [11: Referencia:5]

Al mezclarse con el oxgeno del aire se convierte en inflamable, porque el oxgeno acta de comburente y oxidante.

Reaccin

ObservacinSe verti a un crisol al cual se le agreg un fsforo encendido, causando una llama intensa y humo

ConclusinLa prueba es positiva

Fuente: Hoja de Datos Originale

Tabla Vlll: Prueba de Br2 / H2O.Prueba No.2

NombrePrueba de Bromo en Agua.

Criterio[footnoteRef:12] [12: Referencia: 5]

La desaparicin del color en halogenuros de alquilo proporciona una prueba positiva, exponer el tubo a la luz y observar si existe la aparicin de niebla en la parte superior del lquido

Reaccin

ObservacinEl color de la solucin no cambio.

ConclusinLa prueba es negativa

Fuente: Hoja de Datos Originales.

Tabla lX: Prueba de BaeyerPrueba No. 3

NombrePrueba de Baeyer

Criterio[footnoteRef:13] [13: Referencia: 5]

Es una prueba de oxidacin a partir de una solucin de permanganato de potasio (KMnO4) que sirve para determinar la presencia de compuestos no saturados.

Reaccin

ObservacinAl agregar permanganato de potasio no sucedi nada, no se dio la reaccin.

ConclusinLa prueba es negativa

Fuente: Hoja de Datos Originales

Tabla X: Prueba de AgNO3Prueba No.4

NombrePrueba de AgNO3

Criterio[footnoteRef:14] [14: Referencia:5]

La prueba de AgNO3 debe ser positiva formando un precipitado blanco, el cual es un haluro de Plata.

Reaccin

ObservacinAl agregar el nitrato de plata se observ la formacin de precipitado.

ConclusinLa prueba fue positiva.

Tabla Xl: Prueba de IPrueba No.5

NombrePrueba de l

Criterio[footnoteRef:15] [15: Referencia:5]

Se usa para determinar la presencia de bromo o cloro. Un haluro de sodio se precipita separndose de la solucin.

Reaccin

ObservacinNo se observ ningn cambio, la reaccin no se dio.

ConclusinLa prueba fue Negativa

Fuente: Hoja de Datos Originales

4. DISCUSIN DE RESULTADOS

En la prctica no. 1 se realiz la sntesis del Cloruro t-butilo a partir de un alcohol terciario (alcohol t-butlico) y un cido fuerte (HCl), por medio de una reaccin de sustitucin nuclefilica unimolecular (SN1 ). Para lo cual fue necesario verter en una ampolla de decantacin 30ml de HCl y enfriarlo en bao mara para evitar prdida del cido en forma de vapor, se agregaron 10 ml de alcohol terciario t-butlico y se procedi a mezclar ambos compuestos para que se diera la reaccin completa y se dej reposar. Claramente se observ como dos fases se iban formando, la fase superior el halogenuro de alquilo y la parte inferior el HCl en exceso, por lo que se procedi a retirar el excedente de HCl para poder realizar lavados al producto con solucin de NaCl y as eliminar residuos de HCl que pudieran estar presentes an. Por ltimo se agreg al producto de Cloruro t-butilo 1 g de Ca2Cl debido a la alta capacidad de este de deshidratar las molculas, y as eliminar todo exceso de agua. Al mezclar y dejar en reposo el alcohol terciario (alcohol t-butlico) y el cido fuerte (HCl) se observ que no tard mucho en formarse las dos fases ,la reaccin resulta fcil debido a la relativa estabilidad de los iones carbonio terciarios y que se da un mecanismo de reaccin SN1, donde no es necesario aumentar la temperatura. Dicho mecanismo se desarrolla en 3 etapas. El alcohol acepta un protn (etapa 1) para formar el ion alquiloxonio que se disocia en una molcula de agua y un carbocatin, un ion que contiene un carbono con carga positiva.(etapa 2) en este paso slo una especie, el ion ter-butiloxonio, experimenta un cambio por consiguiente, el paso es unimolecular. Entonces la interaccin electrnica crucial sucede entre un par electrnico no compartido del Cl y el orbital 2p vaco del carbono con carga positiva del carbocatin y el catin t-butilo se combina con el in cloruro (etapa 3)[footnoteRef:16], formando el producto final, cloruro de t-butilo. Obteniendo al final un rendimiento de 78.45% en comparacin con el volumen terico como se observa en la tabla 6. Es probable que el rendimiento no fue mayor debido a que no se midieron exactamente los 10 ml del alcohol t-butlico lo que hace disminuir la produccin de Cloruro de T-butilo al ser este el reactivo limitante. Tambin a la hora de realizar los lavados puede que no solo se descart la fase de HCl sino tambin parte del Halogenuro de Alquilo. [16: Referencia 3]

La primera prueba que se realiz fue la de Combustin. Para que esta reaccin se diera es necesario tener tres factores importantes: Calor o una fuente de ignicin, combustible y un oxidante como el oxgeno. Al exponer al oxgeno y agregar el fsforo encendido el Cloruro t-butilo reaccion de la siguiente manera: (CH3)3Cl + 6O2 3H2O+ 3CO2 + Cl, dicha reaccin fue violenta generando una llama amarilla y humo. El color de la llama no fue el esperado por lo que se dice que se obtuvo un falso positivo. La segunda prueba que se realizo fue de Bromacin la cual se llev a cabo agregando Br2/H2O. Esta prueba segn lo investigado es negativa ya que solo se obtiene reaccin en los alcanos. Al ser negativa confirma que el producto obtenido si es un halogenuro de Alquilo.La tercera prueba que se realizo fue la de Baeyer, esta prueba segn la teora no tiene reaccin ya que los halogenuros de alquilo son inertes al permanganato. Al agregar el permanganato al tubo de ensayo con Cloruro T-butilo se observ que no reaccion, ya que el permanganato de potasio no se mezcl con el alcohol ter-butlico. La cuarta prueba que se realizo fue de Yodo. Al agregar el Yodo no se observ ningn cambio, no se dio la reaccin. Se esperaba un resultado contrario , la prueba debi haber sido positiva. El mecanismo de la reaccin que debi darse es SN2, con cintica de segundo orden. Esta forma de ataque provoca una inversin completa en la configuracin del tomo de carbono, y se logra obtener una reaccin positiva que provoca una decoloracin en el producto, lo que no se sucedi ya que la muestra permaneci de color amarillo.

La quinta prueba fue la de Nitrato de plata, su reaccin est dada por medio de (CH2)3C-Cl + AgNO3 AgCl +(CH3)3 C-NO, en esta reaccin se produce un precipitado de cloruro de plata en solucin alcohlica al mezclarse. Las pruebas de identificacin pueden reaccionar de cierta forma que se puede creer que es positivo, sin embargo, la reaccin no es la esperada para el compuesto investigado por lo que se puede concluir que es un falso positivo.

CONCLUSIONES

1. La reaccin que se da entre el alcohol t-butilo y el HCl es una reaccin de sustitucin nucleoflica unimolecular.

2. El mecanismo de reaccin del cloruro t-butilo se da en 3 etapas, protonacin del alcohol ter-butlico, formacin del carbocatin y ataque nucleoflico.

3. El rendimiento de la reaccin de sntesis del cloruro t-butilo fue del 78.45%.

4. Los resultados de las pruebas de identificacin para el cloruro de t-butilo son: Combustin: positiva; Baeyer: negativa; Bromo en agua: negativa; Yodo: negativa; Nitrato de Plata: positiva. Segn estos resultados todas las caractersticas y propiedades lo identifican como halogenuro de alquilo.

BIBLIOGRAFA

1. CAREY, Francis. Qumica Orgnica. Editorial McGraw-Hill, 6 Edicin. Mxico, 2010.

2. SHRINER, Ralph L. Fuson, Reynold C. Curtin David Y. Identificacin sistemtica de compuestos orgnicos. Traduccin de Xorge A. Dominguez. Editorial Limusa. Primera Edicin, Mxico 1977.

3. WADE, L.G. Jr. Qumica Orgnica. Traducido del Ingls. Editorial Prentice Hall. Segunda Edicin. Mxico 1992.

4. WINGROVE, Alan S. Qumica Orgnica. Traducido del ingls. Editorial Harla S.A., Primera Edicin, Mxico 1984.

5. ANNIMO. Pruebas de identificacin compuestos orgnicos. Visto 13 de octubre de 2014. Disponible [En Lnea]: http://www.bdigital.unal.edu.co/6212/1/edgardoramonangulomercado.pdf.

6. Cano, Juan Pablo, Vidal, Edgar. Documento: Test de Alcoholes, Universidad Tecnolgica Metropolitana, Colombia. Tomado de: https://docs.google.com/document/preview?hgd=1&id=1rAJvpwJk1wtaTOJAzQOL_fAwCMF4rC3mQl0wkyWAorw, 18 de febrero de 2014.

5. APNDICE

5.1 Datos originales5.2 Muestra de clculo 5.2.1 Determinacin del volumen terico de cloruro de t-butilo(CH3 )3 COH + HCl (CH3 )3 C-Cl + H2O 10ml 30ml x Determinacin del reactivo limitante

Reactivo limitante

Reaccin 1:1

5.2.2 Determinacin de rendimiento

5.3 Datos Calculados

Tabla Xll: Datos de Cloruro de T-butilo.No. de moles0.105

Masa molar(g)92.57

Densidad (g/mL)0.84

Volumen terico (mL)11.6

Volumen real (mL)9.1

Rendimiento Terico78.45%

Fuente: Datos Calculados.

Tabla Xlll: Datos de alcohol t-butlico.No. de moles0.105

Masa molar (g)74.12

Densidad (g/mL)0.78

Volumen (mL)10

Fuente: Datos Calculados.Tabla Xlll: Datos del HCl.No. de moles0.921

Masa molar (g)36.46

Densidad (g/mL)1.12

Volumen (mL)30

Fuente: Datos Calculados.

5.4 Incertidumbre de los instrumentos

Tabla Incertidumbres de instrumentosProbeta volumtrica de 25 mL 0.5 mL

Balanza analtica 0.5 g

Fuente: Elaboracin propia.

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