UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA

Departamento Académico de Ingeniería Química

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

Laboratorio de Química Orgánica

ASIGNATURA: QU-243 QUÍMICA ORGÁNICA II

PRÁCTICA N° 3

SÍNTESIS DE CICLOHEXANONAPROFESORA DE TEORÍA: Ing. CÓRDOVA MIRANDA Alcira

PROFESORA DE PRÁCTICA: Ing. CÓRDOVA MIRANDA Alcira

ALUMNOS: Godoy Bautista,Rosmery

Chacchi Molina, Deysi Alina

Sulca Suca, Juan Antonio

DÍA DE PRÁCTICAS: Martes HORA: 2:00 a 5:00 pm.

FECHA DE EJECUCIÓN: 01/10/13 FECHA DE ENTREGA: 09/10/13

AYACUCHO – PERÙ

SÍNTESIS DE CICLOHEXANONA

I. OBJETIVOS: Obtener ciclohexanona a partir de la oxidación del   ciclohexanol con

dicromato de sodio en medio ácido. Determinación de porcentaje de rendimiento obtenido.

II. REVISION BIBLIOGRAFICA

Los compuestos carbonílicos están distribuidos en moléculas de origen natural con un gran numero de aplicaciones industriales, productos finales o intermediarios sintéticos, tanto aldehídos como las cetonas se pueden obtener por diferentes métodos, uno de los mas importantes corresponde a la oxidación de los alcoholes primarios y de los secundarios por acción de diferentes agentes oxidantes.

Uno de agentes mas empleados para la síntesis de aldehíolos y cetonas es el acido crómico o mezcla sulfocrómica, ya que las sales de cromo son muy contaminantes utilizamos hipoclorito de sodio.

La ciclohexanona es una molécula cíclica compuesta de: seis átomos de carbono y con ungrupo funcional cetona. Pertenece por tanto al grupo de las cetonas cíclicas. Es un líquido incoloro, cuyo olor recuerda al de la acetona. La ciclohexanona es soluble en agua y miscible con los solventes orgánicos más comunes.PRODUCCIÓN:

La síntesis industrial de la ciclohexanona tiene lugar principalmente a través de

dos procesos:

Oxidación catalítica de ciclohexano con oxígeno atmosférico, que transcurre a

través de un hidroperoxiciclohexano (o hidroperóxido de ciclohexilo) inestable,

el cual vía unmecanismo radicalario da lugar a una mezca de ciclohexanona

y ciclohexanol, abreviados como ona y ol. La mezcla a continuación se separa

por destilación, y el ciclohexanol aislado puede seguidamente oxidarse o

deshidrogenarse a más ciclohexanona.

Hidrogenación catalítica de fenol, con un catalizador de Pd/C

REACCIONES¨:

La ciclohexanona muestra la reactividad típica de una cetona, por ejemplo:

Forma la imina con amoníaco o aminas primarias.

Forma la enamina con aminas secundarias.

Posiciones ácidas en α al grupo carbonilo. Tautomería ceto-enol.

Reacción aldólica bajo catálisis ácida o básica.

Reacción con reactivos de Grignard.

Reacción de Wittig para formar un alqueno.

Con borohidruro de sodio se reduce con facilidad a ciclohexanol.

Las cetonas son inertes a la mayoría de los agentes oxidantes comunes, pero experimentan con lentitud una reacción de ruptura cuando se tratan con KMnO4 alcalino caliente. El enlace carbono-carbono próximo al grupo carbonilo se rompe, y se producen fragmentos de ácidos carboxílicos. La reacción sólo es útil para cetonas simétricas como ciclohexanona, puesto que a partir de cetonas no simétricas se forman mezclas de productos.

Ciclohexanona                         Ácido hexanodioico (79%)

Adición Nucleofílica de Tioles: Formación de Tioacetales. Los tioles, RSH, experimentan adición a aldehídos y cetonas por una ruta reversible catalizada por ácido para producir tioacetales, R’2C(SR)2. Como es de esperar, el mecanismo de formación de un tioacetal es idéntico en todos los aspectos al de formación de un acetal, con la excepción de que se usa un tiol en vez de un alcohol. A menudo se emplea etanoditiol; el tioacetal se forma rápidamente y con alto rendimiento.

Ciclohexanona                             Enamina de la ciclohexanona

Los tioacetales son útiles debido a que experimentan desulfuración cuando se tratan con níquel pulverizado de preparación especial llamado níquel Raney (Ni Raney). Dado que la desulfuración extrae azufre de una molécula reemplazándolo por  hidrógeno, la formación de un tioacetal seguida de la desulfuración con níquel Raney es un excelente método para la reducción de cetonas o aldehídos a alcanos. Por ejemplo:

Cetona/Aldehído        Tioacetal                        Alcano

La anillación de Robinson.-Si la adición conjugada se produce en condiciones fuertemente básicas o ácidas, la d-dicetonaexperimenta una condensación aldólica intramolecular espontánea,

generalmente con deshidratación, formando un anillo de seis miembros adicional: una ciclohexanona conjugada.

Paso 1: adición de Michael

El mecanismo comienza con la adición del enolato de la ciclohexanona a la MVC, formando una d-dicetona

Pasos 2 y 3: aldol cíclico y deshidratación

Para formar un anillo de seis miembros, el enolato de la metil cetona ataca al grupo carbonilo de la ciclohexanona. El aldol se deshidrata y se obtiene una ciclohexenona.

III. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE LABORATORIO Y REACTIVOS UTILIZADOS.

Materiales de vidrio

Juego de química con juntas 19/22 Vaso de precipitado

Matraz Erlenmeyer de 50 mL

Tubo de ensayo

Cristalizador

Equipo de laboratorio

Espátula

Parrilla

Agitador magnético

Mantilla

Reóstato

Pinzas de tres dedos con nuez

Soportes universales

REACTIVOS:

Ciclohexanol

2,4 dinitrofenilhidrazina

Dicromato de potasio, K2Cr2O7

Ácidosulfúrico concentrado H2SO4

Sulfato de sodio anhídro Na2SO4

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

En un matraz de tres bocas se colocan 2,5gr de ciclohexanol. En una de las bocas

del matraz se coloca un embudo de adición, sobre la otra un tapón y en la tercera

una junta “Y” para destilación y un termómetro. El matraz se somete a un baño de

agua fría y a continuación se agrega la mezcla crómica contenida en el embudo de

adición.

La mezcla crómica se prepara agregando lentamente 4,5ml de ácido sulfúrico

concentrado a una disolución de 4,9g de dicromato de potasio en 25ml de agua.

La mezcla crómica se vierte lentamente sobre el ciclohexanol, agitando en forma

continua y procurando que la temperatura se mantenga inferior a 55 y 60[pic]C.

una vez concluida la adición, la mezcla se deja reposar por 30 minutos, agitando

de cuando en cuando. Pasado este periodo se agregan 25ml de agua al matraz

redondo y se comienza a destilar. El líquido destilado se recolecta hasta que ya no

sea turbio. En realidad, en el matraz de recolección deberían observarse dos

fases. Se adicionan 3g de sal de mesa y se agita hasta que se disuelva la mayor

cantidad de esta.

El líquido se trasfiere a un embudo de separación y se obtiene la fase orgánica, que es la menos densa (superior). A la capa acuosa (inferior) se le hacen otras dos extracciones con 5 ml de éter etílico y los extractos se mezclan con la capa orgánica que contiene la ciclohexanona.La mezcla se seca con Na2SO4 anhidro (o MgSO4), el líquido se decanta y el éter se evapora con un baño de agua tibia y en la campana de extracción.

V. OBSERVACIONES:

Preparamos el ciclo hexanol con:

En un vaso de precipitar echamos 2,45 g de dicromato de potasio (sólido) , disuelto en 12,25 ml de agua destilada agitamos la solución y agregamos 2,25 ml de ácido sulfúrico y 1,32 ml de ciclo hexanol obteniendo una solución de color anaranjado rojizo.

Armamos el equipo de destilación y debajo del matraz de tres bocas se pone el cristalizador con agua caliente de 60 °C .En el matraz de tres bocas se puso el agitador magnético y poco a poco se añadió la solución preparada, y se observó el cambio de coloración marrón oscuro.

NOTA: mantuvimos caliente (50 a 60°C) la sustancia contenida en el matraz, durante 1/2 hora.

MECANISMO DE REACCIÓN:

CALCULOS EXPERIMENTALES:

masa dicromato de potasio=2,45 g

volumen de ácido súlfurico=2,25 ml

volumen de agua destilada=12,25 ml

densidad de ciclohexanol=0,94

volumen de ciclohexanona obtenido en el laboratorio=1/2 ml

masa del ciclohexanona experimetal=0.47g

volumen calculado del ciclohexanol=2,61 ml

CALCULOS:

Ecuación molecular balanceada:

PM: 300 g 294.2 g 392g 294g 392g 126g 174.2g

Densidad: 0.94 g/mL 1.82 g/mL 0.9478 g/mLMasa: 2.5g 2,45g 2,25g xN° de moles: 9x10-3mol 0.016 mol

Sabiendo que el reactivo limitante es el ciclohexanol, hacemos por una relación estequiométrica.300 g/mol de C6H11OH 294 g/mol de C5H10CO

2.5 g de C6H11OH X

X = 2.45 g de C5H10CO

En volumen obtenido:

Volumen teórico de C5H10CO = 2.45 g de C5H10CO / 0.9478 g/mL = 2.5849 mL

Volumen práctico de C5H10CO = 0.3 mL

Hallando él porcentaje( %) de rendimiento:

% derendimiento= Rendimiento de la reaccionRendimiento teorico

×100

% derendimiento=0.47 g2.45 g

×100→19.18%

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Se sintetizó ciclohexanona a partir de ciclohexanol en presencia del agente

oxidante dicromato de potasio y ácido sulfúrico. La reacción se llevó a cabo en el equipo para añadir reactivos con reflujo. Al finalizar la reacción, la solución se tornó verde obscura lo que indicó que hizo reacción. Esta mezcla se purificó con la técnica de destilación simple que consiste en hacer pasar vapor de agua por la mezcla obligando así al producto a

evaporarse con el agua. Luego a través de una destilación sencilla se obtuvo la mezcla: (agua+ciclohexanona+ciclohexanol).

La temperatura de la reacción se mantiene bajo los 65º C ya que estamos en presencia de un proceso exotérmico, el mal cuidado de los niveles de temperatura podrían llevar a un exceso de esta, y descontrolar la reacción. Es por esta razón que mantenemos ciertos parámetros de temperatura.

Se obtuvo el ciclohexanona en poca cantidad.

VII. CUESTIONARIO.1) Investigue el mecanismo de reacción de oxidación de ciclohexanol.

En la oxidaciòn del ciclohexanol con àcodo nitrico diluido se produce la ciclohexanona y con àcido nitrico concentrado, al àcido adìpico.

2) Después de la oxidación de ciclohexanol con mezcla crómica, ¿ por qué al destilar se obtiene una mezcla de ciclohexanona y agua?

Porque en la mezcla a destilar se forma un precipitado, lo cual indica que existe una diferencia muy amplia de los puntos de ebullición entre el sólido y la parte líquida. Razón por la cual la parte líquida por tener un punto de ebullición mucho menor se volatiliza primero.

Se obtiene la destilación parcial de ambas fases, debido a que tanto la ciclohexanona como el agua poseen propiedades físicas semejantes. La cantidad de cada fase destilada depende de su volatilidad relativa.

3) ¿Qué función tiene el cloruro de sodio que se agrega al matraz que contiene los líquidos destilados?

Tiene la capacidad de separar, lo más puro posible, la fase acuosa de la fase orgánica y también eliminar algunas impurezas.Permite mejorar la polaridad para poder separar las fases con mayor facilidad.

4) Si la ciclohexanona se volviera a tratar con mezcla crómica, ¿Qué pasaría?Según la ecuación:RCORIK2Cr2O7/H2SO4 NO REACCIONA

Entonces, diremos que la ciclohexanona al tratar con otra mezcla crómica no reacciona.

5) Si una cetona se trata con permanganato de potasio en medio acido (KMnO4 H2SO4), ¿qué productos se obtienen?, ejemplifique con la ciclohexanona.

(KMnO4 /H2SO4) NO REACCIONA

6) ¿ Qué es una síntesis? clases

La síntesis orgánica es la construcción planificada de moléculas

orgánicas mediante reacciones químicas. A menudo las moléculas

orgánicas pueden tener un mayor grado de complejidad comparadas con los

compuestos puramente inorgánicos. Así pues la síntesis de compuestos

orgánicos se ha convertido en uno de los ámbitos más importantes de la química

orgánica.

La síntesis de compuestos es una de las partes más importantes de la química

orgánica. La primera síntesis orgánica data de 1828, cuando Friedrich Wöhler

obtuvo urea a partir de cianato amónico. Desde entonces más de 10 millones de

compuestos orgánicos han sido sintetizados a partir de compuestos más simples,

tanto orgánicos como inorgánicos.

Clases de síntesis

Síntesis total

Una síntesis total es la síntesis química de moléculas orgánicas complejas

partiendo de moléculas simples comercialmente asequibles,

habitualmente derivadas del petróleo.

En una síntesis lineal existen una serie de pasos que se llevan a cabo uno tras

otro hasta que se obtiene la molécula objetivo. Esto es a menudo adecuado para

una estructura simple. A los compuestos químicos producidos en cada paso se les

denomina intermedios sintéticos. Para moléculas más complejas una síntesis

convergente es con frecuencia preferible. Esto es así cuando varias "piezas"

(intermedios clave) del producto final son sintetizadas separadamente y a

continuación unidas, a menudo cerca del final del proceso de síntesis.

Síntesis parcial o semisíntesis

Síntesis donde se parte de un producto natural, que no ha sido previamente

sintetizado, sino extraído y purificado de organismos por métodos de separación

de mezclas, que sí es fácilmente accesible. Se usa cuando es una alternativa

mejor a una síntesis total. Un ejemplo sería la síntesis del LSD.

VIII. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA. "Introduction to Organic Laboratory Techniques" .D.L. Pavia, G.M.

Lampman and G.S. Kriz Jr. Saunders Company, Philadelphia, 1976. "Laboratory Experiments in Organic Chemistry". J.R. Mohrig y D.C.

Neckers. Wadsworth Publishing Company,1979,(Capítulo44).