UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MÉXICOCAMPUS CHAPULTEPEC

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA II

PRÁCTICA # 7

“PREPARACIÓN DE CICLOHEXENO”

Q.F.B. IV SEMESTRE

INFORMACIÓN

La reacción para obtener ciclohexeno a partir de ciclohexanol es reversible. La reversibilidad de una reacción se puede evitar:

o Si se elimina el producto del medio de reacción a medida que ésta sucede.o Si se aumenta la concentración de uno o varios de los reactivos.o Si se aumenta o disminuye la temperatura en el sentido que se favorezca la reacción directa, etc.

Por lo tanto, las condiciones experimentales en las que se efectúa una reacción determinan los resultados de ésta, en cuanto a calidad y cantidad del producto obtenido.

OBJETIVOS

Preparar ciclohexeno por deshidratación catalítica de ciclohexanol. Comprender la influencia de factores experimentales que modifican una reacción reversible.

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ANTECEDENTES

Deshidratación catalítica de alcoholes para obtener alquenos.

La deshidratación de los alcoholes es un método común de obtención de alquenos. La palabra deshidratación significa literalmente “pérdida de agua”.

Al calentar la mayoría de los alcoholes con un acido fuerte se provoca la perdida de una molécula de agua (se deshidratan) y forman un alqueno.

La deshidratación es reversible y en la mayoría de los casos la constante de equilibrio no es grande. De hecho la reacción opuesta (hidratación) es un método para transformar los alquenos en alcoholes. La reacción es una eliminación y se favorece a temperaturas elevadas; los ácidos mas comúnmente usados son ácidos de Bronsted, donadores de protones, como el acido sulfúrico y el acido fosfórico. Los ácidos de Lewis como la alumina (Al2O3) se utilizan con frecuencia en las deshidrataciones industriales en fase gaseosa. Las reacciones de deshidrataciones de los alcoholes muestran varias características importantes que se explican a continuación:

1). Las condiciones experimentales: temperatura y concentración del acido se requieren para lograr la deshidratación y se relaciona muy cerca con la estructura del alcohol individual. Los alcoholes en donde el grupo hidroxilo esta unido a un carbono primario (alcoholes primarios) son los mas difíciles de deshidratar, los alcoholes secundarios casi siempre se deshidratan en condiciones menos severas. Los alcoholes terciarios, en general son tan fáciles de deshidratar, que pueden utilizarse condiciones extremadamente suaves.2). Algunos alcoholes primarios y secundarios también sufren reordenamiento de sus esqueletos de carbono durante al deshidratación1.

Facilidad de deshidratación:

Deshidratación de alcohol catalizada por ácidos.

El acido sulfúrico y/o el acido fosfórico concentrado a menudo se utilizan como reactivos de deshidratación, ya que estos ácidos actúan como catalizadores y como agentes deshidratantes. La hidratación de estos ácidos es muy exotérmica, la reacción global (utilizando el acido sulfúrico) es:

El grupo hidroxilo del alcohol es un grupo saliente pobre (OH -), pero la protonación por el catalizador ácido lo convierte en un buen grupo saliente (H2O). En el segundo paso, la perdida de agua del alcohol protonado da lugar a un carbocatión. El carbocatión es un ácido muy fuerte: cualquier base débil como el agua o el HSO 4

- pueden abstraerle protón en el paso final para formar el alqueno2.

1 Solomons, T. W. G: Química Orgánica, ED, Limusa, Ed. 2ª, México 20022 Wade, L, G; Química Orgánica, ED. Pearson, Ed. 5ª, México, 2004 p 300

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Reacciones de eliminación

Una eliminación implica la perdida de dos átomos o grupos del sustrato, generalmente con la formación de un enlace pi. Dependiendo de los reactivos y de las condiciones en las que se encuentren, una eliminación debería ser un proceso de primer orden (E1) o de segundo orden (E2).

En muchos casos las reacciones de eliminación y de sustituciones pueden transcurrir al mismo tiempo y bajo las mismas condiciones.

Eliminación unimolecular

Este mecanismo se denomina unimolecular por que el estado de transición limitante de la velocidad de reacción implica a una sola molécula en lugar de una colisión entre dos moléculas. El paso lento de una reacción E1 es el mismo que en la SN1: ionizacion unimolecular para formar un carbocatión. En un segundo paso rápido, una base abstrae un protón del átomo de carbono adyacente al C+. Los electrones antes formaban el enlace carbono-hidrogeno ahora forman el enlace pi entre 2 átomos de carbono. Las siguientes son 4 formas en las que un carbocatión puede reaccionar para transformarse en otro más estable; Un carbocatión puede:

o reaccionar con su propio grupo saliente para transformarse de nuevo en el reactivoo reaccionar con un nucleófilo para formar un producto de sustitución (SN1)o perder un protón para formar un producto de eliminación (un alqueno) (E1)o reordenarse para dar lugar a un carbocatión mas estable y posteriormente reaccionar.

El orden de estabilidad del carbocatión es: estabilizado por resonancia, 3º>2º>1º

Eliminación bimolecular

La eliminación bimolecular E2 transcurre sin intermedios y consta de un único estado de transición, en el que la base abstrae el protón, el grupo saliente se va y los dos carbonos implicados se rehibridan desde la sp3 a la sp2.

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La reacción E2 tiene lugar con una estereoquímica definida: el grupo saliente y el hidrógeno sobre el carbono en posición contigua han de estar en disposición antiperiplanar4.

La eliminación también puede ser bimolecular en presencia de una base fuerte, la velocidad de esta eliminación es proporcional a las concentraciones tanto del haluro de alquilo como de la base, dando lugar a una ecuación de velocidad de segundo orden. Esto es un proceso bimolecular, ya que participan el haluro de alquilo y la base en el estado de transición por lo que este mecanismo se expresa como E2.

Las reacciones E2 requieren la abstracción de un protón de un átomo de carbono próximo que lleva el halógeno. Si hay dos o más posibilidades, se obtienen mezclas de productos.

Reversibilidad e irreversibilidad de una reacción

Se denomina procesos irreversibles a todos aquellos que manifiestan una tendencia a producirse en un determinado sentido. Así por ejemplo la producción de calor por razonamiento es un proceso irreversible, lo que quiere decir que si, por ejemplo, se desplaza un cuerpo sólido con razonamientos, se observa que parte del trabajo realizado por las fuerzas que desplazan al cuerpo imprimiendo a todas sus partículas un movimiento ordenado, en que todas se desplazan en el mismo sentido del movimiento (del proceso) para tratar de recuperar el estado inicial y el trabajo realizado, no solo no conseguiremos recuperar el trabajo que se transformo en calor, sino que se producirán nuevas perdidas.

Al hablar del primer principio ya nos referimos a las diferencias que existen entre la transformación del trabajo en calor y la transformación inversa del calor en el trabajo.

Son también procesos irreversibles al paso de calor desde los cuerpos que están a temperaturas altas a los que están a bajas temperaturas. El calor nunca fluye espontáneamente desde los cuerpos fríos a los que están mas calientes que ellos. También son irreversibles las expansiones de un gas desde las regiones de altas presiones a las de menores presiones, la difusión de una sustancia en una disolución desde los puntos de concentración alta a los de concentración mas baja, el paso de los electrones desde las regiones de potencial alto a los de potencial bajo y otros muchos.

Todos estos procesos irreversibles son procesos espontáneos. Es una ley natural el que cualquier sistema abandonado así mismo, cambia espontáneamente a una velocidad mayor o menor hasta alcanzar un estado final de reposo o equilibrio. A medida que los sistemas se aproximan al estado de equilibrio van perdiendo su capacidad para sufrir cambios espontáneos. El proceso inverso, es decir, el alejamiento de un estado de equilibrio es un proceso forzado: cuando un sistema ha alcanzado su estado de equilibrio, para devolverle su capacidad para experimentar cambios espontáneos, es necesario aplicarle un trabajo o energía externa.

El estado de equilibrio de un sistema se caracteriza por ser simultáneamente un estado de energía mínima y de máximo desorden.

Se define un proceso como reversible cuando tiene lugar en condiciones tales que basta una modificación mínima, infinitesimal, de las mismas para que se invierta su sentido. La evolución del sistema tiene lugar, cuando es reversible, a través de una serie de estados de equilibrio. Los procesos reversibles se caracterizan por la ausencia de rozamientos y gradientes o diferencias finitas de temperatura, presión, concentraciones o potenciales eléctricos entre los puntos del sistema o entre el sistema y su ambiente. En cuanto no se cumpla esta condición aparecerán fenómenos irreversibles y desde luego si existen diferencias finitas de las condiciones mencionadas, no bastara modificar infinitamente poco dichas condiciones para que se invierta el sentido del flujo de calor o el del cambio de las concentraciones y el proceso será irreversible5.

Reacciones de adición a dobles ligaduras.

3 www.uam.com 4 Wade, L. G. “Química Orgánica” , ED. Prentice Hall, 5º edición, España Madrid, 2004, Págs.: 248- 253.5 Gray. B,H, “Principios básicos de química” ed, Reverte, Barcelona, 1981, Págs.: 14-4 y 14-5.

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Cuando se permite que los alquenos reaccionen con acido sulfúrico concentrado, frió, los elementos de H 2SO4 se agregan al doble enlace y forman sulfatos ácidos de alquilo, R-O-SO3H:

La reacción general para la adición del acido sulfúrico:

Esta reacción es otro ejemplo de la adición electrofílica, donde el protón proveniente de acido sulfúrico ataca primero al doble enlace para producir un carbocatión. Por tanto, este ion reacciona con el ion bisulfato, que es el nucleófilo.

Como se esperaba, esta reacción se puede trasponer. Después de que se forma el sulfato ácido de alquilo, se puede convertir al alcohol correspondiente al agregar un exceso de agua y calor. En cierto sentido, un sulfato acido de alquilo, es un ester del ácido sulfúrico que es hidrolizado por agua una reacción bastante típica de los esteres. Los sulfatos ácidos de alquilo per se, se emplean poco en química orgánica; no obstante, se utilizan como un intermediario en la conversión industrial de alquenos a alcoholes.

El investigador químico suele emplear esta reacción en el laboratorio por ser una buen forma de eliminar a los alquenos no deseados (en ocasiones formados como productos laterales) a partir de compuestos orgánicos no básicos. Por ejemplo, los alcanos y los haluros de alquilo no reaccionan con ácido sulfúrico concentrado y son insolubles en él, en tanto que los alquenos se disuelven fácilmente en el para formar sulfatos ácidos de alquilo. De esta forma, pueden eliminarse de los alcanos y/o los haluros de alquilo a tratar la mezcla orgánica con ácido sulfúrico concentrado, frió. Generalmente no se recupera el alqueno.Reacciones de adición electrofílica de reactivos

Diversos reactivos no simétricos al doble enlace carbono-carbono: H-X, H2O y H2SO4, tienen tres cosas en común:1) todas involucran un medio acido y de este modo requieren de la presencia del protón.2) son mecanísticamente semejantes pues todas involucran la adición del protón al doble enlace carbono-carbono (el ataque es en el enlace ) para formar el carbocatión mas estable, y 3) el carbocatión reacciona con un nucleófilo rico en electrones. A continuación se da un resumen de estas reacciones:

El hecho de que los reactivos no simétricos se adicionen a los alquenos se conoce desde hace mucho tiempo y el químico ruso Markovnikov hizo una generalización en 1905, con respecto a la orientación de la adición. El fundamentó su “regla” en reacciones conocidas. La regla de Markovnikov establece que en condiciones normales de adición, la parte mas positiva del reactivo se agrega al carbono que contiene originalmente el mayor numero de átomos del carbono del doble enlace. Al reexaminar los ejemplos se observan que muchas adiciones obedecen la regla de Markovnikov; hasta aquí estas reacciones se limitan a reactivos que contienen protones, sin embargo, en el mejor de los casos la regla de Markovnikov es un método practico, a menudo resulta un poco ambigua y no se puede emplear para predecir la orientación de adición a algunos alqueno; Por ejemplo la regla de Markovnikov no toma en consideración las transposiciones moleculares.

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En ocasiones las características estructurales especiales de las moléculas afectan la orientación de la adición. Por ejemplo la adición iónica de HBr al bromoeteno, CH2=CH-Br, produce el 1,1- bromoetano, CH3–CHBr2 y por tanto, “obedece” la regla. Las estructuras de los dos carbocationes posibles formados a partir de la adición protónica al doble enlace son:

A primera vista se diría que (1) es menos estable que (2) debido a la unión del átomo de bromo electronegativo al carbono que tiene carga positiva (1). Dado que este separa a los electrones, se esperaría que el bromo se estabilizara al carbocatión (1):

L a habilidad para atraer e- del Br, desestabiliza al carbocatión en cierto grado.

El hecho de que 1,1-dibromoetano es el producto importante de esta reacción, indica que lo contrario resulta cierto; (1) es más estable que (2).

Como se observo la orientación de la adición y la distribución de los productos son explicadas por la teoría del carbocatión. El uso de mecanismos bien entendidos y estabilidades del carbocatión nunca fallara.

Reacciones de carbocationes:

Los carbocationes pueden:

a) Perder un protón para formar alquenos; el alqueno más altamente sustituido es el producto principal.b) Sufrir una transposición para producir un carbocatión más estable mediante un cambio de hidruro-1,2 o

de alquilo-1,2.c) Reaccionar con un nucleófilo, Nu:+, que a menudo es un ion inorgánico de carga neutra o negativa, y

que, por lo menos, tiene un par de electrones no compartidos.d) Adicionarse a un alqueno para formar un nuevo carbocatión.e) Extraer un ion hidruro de un alcano para formar un nuevo alcano y un nuevo carbocatión (generalmente

más estable).

Notas: Los carbocationes formados en las reacciones b, d y e pueden experimentar cualesquiera de las reacciones a a e.

Reacciones de alquenos con permanganato

La reacción entre un alqueno y ciertos agentes oxidantes, produce un producto en el cual se adicionan los elementos de dos grupos oxhidrilos (-OH) donde enlace:

El producto recibe el nombre de glicol (o diol, di-alcohol) y la reacción a menudo se conoce como oxhidrilación debido a que se adicionan grupos oxhidrilo al alqueno. Dos reactivos comunes, que logran esta transformación, son (1) el permanganato de potasio acuoso, con frecuencia en solución alcalina diluida y (2) tetróxido de osmio, OsO4 en presencia de agua. Esta última reacción requiere de un segundo paso, la adición de un agente reductor, generalmente Na2SO3. Otros agentes oxidantes tales como los peroxiácidos, RCO2-OH, pueden emplearse también para oxidar alquenos a dioles. Algunos ejemplos de esta reacción de oxihidrilación son:

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El mecanismo de la reacción de oxihidrilación se ha estudiado extensamente. La estereoquímica desempeña un importante papel en la dilucidación del mecanismo. Por ejemplo, la reacción entre el ciclopenteno y el permanganato de potasio, que solo produce el cis-ciclopentanodiol-1,2.

Claramente la estereoquímica de la adición se revela con este resultado, y a menudo se le conoce como oxihidrilación cis. Asimismo, la oxihidrilación es una reacción de oxido-reducción. Por ejemplo, el manganeso se reduce de su estado +7 en KMnO4 a +4 en KMnO2.

Empleando el permanganato de potasio, el mecanismo comúnmente aceptado involucra la adición del ion permanganato tetraédrico al enlace doble, y el intermediario cíclico resultante es hidrolizado por la base diluida o agua para producir el glicol y el dióxido de manganeso. La reacción de hidrólisis solo involucra a los enlaces manganeso-oxigeno y no a los enlaces carbono-oxigeno. La geometría del ion permanganato requiere que su adición ocurra de modo que ambos oxígenos estén en el mismo lado del doble enlace, dando así la adición syn.

A medida que se forma el ion manganeso (V), es oxidado por el ion permanganato, MnO4-1, produciendo el ion

manganato MnO4-2 [que contiene manganeso (VI)] este ion inestable se descompone para producir un ion

permanganato y un dióxido de manganeso.

La desventaja de emplear el tetraóxido de osmio consiste en que es muy toxico y costoso.Experimentalmente, la reacción entre alquenos y el permanganato de potasio acuoso, es muy rápida y fácil de llevar acabo, y a menudo se emplea para ayudar a determinar la presencia del enlace doble en moléculas desconocidas. Tal reacción es la base de la prueba de Baeyer. Si ha ocurrido una reacción, desaparece el color púrpura característico del ion permanganato y es reemplazado por un precipitado de dióxido de manganeso, MnO2 color café oscuro.

En contraste con los alquenos, la molécula tensionada de ciclopropano, no reacciona con agentes oxidantes tales como el permanganato de potasio; El permanganato de potasio también reacciona con enlaces triples, ciertos alcoholes y aldehídos. De este modo, una reacción positiva va con KMnO4, no es una prueba contundente para el doble enlace6.

MATERIAL

• Agitador de vidrio 1 • Probeta graduada 25 ml 1 • Anillo metálico 1 • Pipeta graduada 5 ml 1 • Colector 1 • Refrigerante c/mangueras 1• Columna Vigreaux 1 • Tubo de vidrio 20 cm 1 • Embudo de separación c/tapón

1 • Tela alambre c/asbesto 1 • Matraces Erlenmeyer 50 ml 2 • Termómetro -10 a 400o C. 1• Matraz Kitasato 1 • Matraz pera de una boca de

50ml1• Matraz bola QF 25 ml 1

• Pinzas de tres dedos c/nuez 3

• Mechero c/manguera 1 • Porta-termómetro 1

• "T" de destilación 1 • Tubos de ensayo 2 • Vaso de precipitados 250 ml 2 • Tubo de goma 30 cm. 1 • "T" de vacío 1 • Tapón monohoradado 1

SUSTANCIAS

6 Wingrove. S.A. “Química Orgánica” ed. Oxford, 2º edición, México D.F., 1999, Págs.: 340,341,342,378, 379,380,381

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• Ciclohexanol 10.0 ml • Ácido sulfúrico conc. 0.5 ml• Sol. de KMnO4 al 0.2% 25 ml • Sol. de NaHCO3 al 5% 15 ml • Sulfato de sodio anh. 2.0 g • Cloruro de sodio Q.P. 2.0 g

ACIDO SULFURICO (Aceite de vitriolo: H2SO4 )Masa molecular: 98.1 ESTADO FISICO; ASPECTO: Líquido higroscópico, incoloro, aceitoso e inodoro. PELIGROS QUIMICOS: Por combustión, formación de humos tóxicos de óxidos de azufre. La sustancia es un oxidante fuerte y reacciona violentamente con materiales combustibles y reductores. La sustancia es un ácido fuerte, reacciona violentamente con bases y es corrosiva para la mayoría de metales más comunes, originando hidrógeno (gas inflamable y explosivo). Reacciona violentamente con agua y compuestos orgánicos con desprendimiento de calor .Al calentar se forman humos (o gases) irritantes o tóxicos (óxido de azufre).VIAS DE EXPOSICION: La sustancia se puede absorber por inhalación del aerosol y por ingestión. TOXICIDAD: La evaporación a 20°C es despreciable; sin embargo, se puede alcanzar rápidamente una concentración nociva de partículas en el aire por pulverización. La sustancia es corrosiva de los ojos, la piel y el tracto respiratorio. Corrosiva por ingestión. La inhalación del aerosol de la sustancia puede originar edema pulmonar . Los pulmones pueden resultar afectados por la exposición prolongada o repetida al aerosol de esta sustancia. Si las exposiciones al aerosol de esta sustancia son repetidas o prolongadas existe el riesgo de presentar erosiones dentales. Esta sustancia puede ser peligrosa para el ambiente; debería prestarse atención especial a los organismos acuáticos.PROPIEDADES FÍSICAS: Punto de ebullición (se descompone): 340°C; Punto de fusión: 10°C; Densidad relativa (agua = 1): 1.8; Solubilidad en agua: Miscible; Presión de vapor, kPa a 146°C: 0.13; Densidad relativa de vapor (aire = 1): 3.4BICARBONATO DE SODIO (NaHCO3 Masa molar 84.01 g/mol) Valor de pH: ~8.6 (50 g/l, H2O, 20 ºC); Densidad 2.22 g/cm3 (20 ºC); Punto de fusión 270 ºC (descomposición); Solubilidad en agua95.5 g/l (20 ºC)CICLOHEXANOL C6H12OPropiedades toxicológicas: Inhalación: Tos. Vértigo. Somnolencia. Dolor de cabeza. Náuseas. Dolor de garganta. Piel: Piel seca. Enrojecimiento. Ojos: Enrojecimiento. Dolor. Ingestión: Dolor abdominal. Diarrea. Propiedades físicas: Punto de ebullición: 161°C ; Punto de fusión: 23°C; Densidad relativa (agua = 1): 0.96; Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 4; Presión de vapor, kPa a 20°C: 0.13; Densidad relativa de vapor (aire = 1): 3.5; Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.00;Punto de inflamación: 68°C c.c. ; Temperatura de autoignición: 300°C; Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 2.4-12; Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 1.2Propiedades químicas: Reacciona violentamente con oxidantes fuertes.; Ataca el plástico.CLORURO DE HIDROGENO (Acido clorhídrico, anhidrocloruro de hidrógeno, anhidro: HCl; Masa molecular: 36.5g/mol))Propiedades físicas: Punto de ebullición a 101.3 kPa: -85°C; Punto de fusión: -114°C; Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 72; Solubilidad en agua: Elevada; Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.3; Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 0.25Propiedades toxicológicas: • Inhalación: Corrosivo. Sensación de quemazón, tos, dificultad respiratoria, jadeo, dolor de garganta; Piel: Corrosivo. Quemaduras cutáneas graves, dolor; Ojos: Corrosivo. Dolor, visión borrosa, quemaduras profundas graves. Propiedades químicas: La disolución en agua es un ácido fuerte, reacciona violentamente con bases y es corrosiva. Reacciona violentamente con oxidantes formado gas tóxico de cloro. En contacto con el aire desprende humos corrosivos de cloruro de hidrógeno. Ataca a muchos metales formando hidrógenoCLORURO DE SODIO (NaCl)Propiedades físicas y químicas: Estado físico: cristales ; Color: incoloro; Olor: inoloro; Punto de ebullición: 1393 ºC; Punto de fusión: 755 ºC; Limite de explosión: bajo; Presión de vapor: (806 ºC9); Descomposición térmica: >750 ºCPropiedades toxicológicas: Tras la inhalación de polvo: irritaciones leves; Tras contacto con los ojos: leves irritaciones; Tras ingestión: cansancio; Tras ingestión en grandes cantidades: confusión, vomito, y espasmos.PERMANGANATO DE POTASIO: KMnO4

Masa molecular: 158 Estado físico: Cristales púrpura oscuro Peligros químicos: La sustancia se descompone al calentarla intensamente, produciendo gases tóxicos y humos irritantes. La sustancia es un oxidante fuerte y reacciona con materiales combustibles y reductores, causando peligro de incendio o explosión. Reacciona violentamente con metales en forma de polvo, originando peligro de incendio.Toxicidad: La sustancia es corrosiva para los ojos, la piel y el tracto respiratorio. Corrosiva por ingestión. La inhalación del polvo de esta sustancia puede originar edema pulmonar. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica.Propiedades físicas: Se descompone por debajo del punto de fusión a 240°C; Densidad: 2.7g/cm3 Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 6.4; Presión de vapor, Pa a 20°C: despreciable.

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SULFATO DE SODIO [Sulfato sódico (anhídro): Na2SO4; Masa molecular: 142.1]Propiedades toxicológicas: La sustancia se puede absorber por inhalación y por ingestión: Dolor abdominal, diarrea, náuseas, vómitos.Propiedades físicas: Punto de fusión: 888°C; Densidad relativa (agua = 1): 2.7 Solubilidad en agua: Muy elevada7.

PROCEDIMIENTO

Preparar el ciclohexeno a partir de ciclohexanol por dos procedimientos diferentes (Método A y Método B) y comparar los resultados obtenidos en cuanto a calidad y cantidad del producto, con el fin de determinar que método es más eficiente.; Luego se comprobará a través de reacciones específicas de identificación, la presencia de dobles enlaces C=C en el ciclohexeno obtenido (pruebas de insaturación).

Método A: Por destilación fraccionada.

Monte un equipo de destilación fraccionada (Nota 1). En el matraz pera de una boca de 50 ml coloque 10 ml de ciclohexanol,

agregue gota a gota y agitando 0.5 ml de ácido sulfúrico concentrado, agregue cuerpos de ebullición y adapte el resto del equipo. Posteriormente vierta en la trampa 25 ml de la solución de permanganato de potasio.

Emplee un baño de aire y caliente moderadamente el vaso de pp. con el mechero, a través de la tela de asbesto. Reciba el destilado en el matraz de bola y colecte todo lo que destile entre 80-85ºC enfriando con un baño de hielo.

Suspenda el calentamiento cuando solo quede un pequeño residuo en el matraz o bien empiecen a aparecer vapores blancos de SO2. (Nota 2)

Sature el destilado con cloruro de sodio y decántelo en el embudo de separación, lávelo 3 veces con una solución de bicarbonato de sodio al 5% empleando porciones de 5 ml cada vez.

Coloque, la fase orgánica en un vaso de precipitados y séquela con sulfato de sodio anhídro. Esta fase orgánica debe ser ciclohexeno, el cual deberá purificar por destilación simple, empleando un baño de aire (Nota 3). Colecte la fracción que destila a la temperatura de ebullición del ciclohexeno (Nota 4).

La cabeza y la cola de la destilación pueden utilizarse para hacer las pruebas de insaturación, que se indican al final de este procedimiento.

Mida el volumen obtenido y entréguelo al profesor. Calcule el rendimiento de la reacción.

Método B: Por reflujo directo.

La realización de este método tiene por objetivo establecer una comparación con el anterior en cuanto a los resultados que se obtengan. Por esta razón, sólo un alumno pondrá en práctica este método en tanto los demás deberán tomar en cuenta este resultado para hacer la comparación respectiva.

Monte un equipo de reflujo directo. En el matraz pera de una boca coloque 10 ml de ciclohexanol, agregue gota a gota y agitando 0.5 ml de ácido sulfúrico concentrado, agregue cuerpos de ebullición y adapte el resto del equipo.

Caliente el sistema con el mechero a través de la tela de alambre con asbesto, empleando un baño de aire, durante 45 minutos.

Luego déjelo enfriar un poco y vierta la mezcla de reacción en una suspensión de 2 g de bicarbonato de sodio en 10 ml de agua. Separe entonces la fase orgánica, lávela con 3 porciones de 5 ml de una solución saturada de bicarbonato de sodio y séquela con sulfato de sodio anhídro. Purifique por destilación simple, empleando un baño de aire, el ciclohexeno obtenido.

Mida el volumen obtenido y entréguelo al profesor. Calcule el rendimiento de la reacción.

NOTAS

1) Para aumentar el gradiente de temperatura en la columna cúbrala exteriormente con fibra de vidrio.2) Enfrié muy bien el aparato antes de desmontar y coloque el matraz de bola con su tapón en un baño de hielo.3) Tenga cuidado de utilizar el material bien limpio y seco.

7 www.mtaes.com

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4) El punto de ebullición del ciclohexeno es de 83-84o C. a 760 mmHg y como la presión atmosférica en el DF. es

de 570-590 mmHg, el punto de ebullición del ciclohexeno es de 71-74ºC.

Realice la siguiente prueba de realice la siguiente prueba de instauración:

Reacción con KMnO4.

o En un tubo de ensayo coloque 1 ml de solución de permanganato de potasio (acidule a pH 2 ó 3), agregue 1 ml de ciclohexeno y agite. Observe e interprete los resultados.

o Escriba la reacción que se lleva a cabo.

RESULTADOS:

REACCIÓN

V= 10 ml V= 4 mlρ= 0.962 g/ml ρ= 0.811 g/mlm= 9.62 g m= 3.244 gPM= 100.16 g/mol PM= 82.15 g/moln= 0.09605 mol n= 0.9605 molp. eb.= 160-161 °C p. eb.= 83 °C

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Cuadro de los datos experimentales de los dos métodos de obtención del ciclohexeno.

Métodos CondicionesExperimentales

Temperatura de

la destilación

Volumen del

destilado (ml)

% de la reacción

A Control De temperatura de destilación y concentración de productos y reactivos, cuidado de gases tóxicos,

calentamiento,

74ºC 4 41.11

B Control De temperatura y de concentración de reactivo y productos, cuidado de gases tóxicos, calentamiento

63ºC 3.9 40.08

MECANISMO: E1

Paso 1: Protonación del grupo hidroxilo (equilibrio rápido)

Paso 2: Ionización (lento; limitante de la velocidad)

Paso 3: Abstracción de protón (rápido)

Imágenes:

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Prueba de instauración: Prueba de Baeyer con permanganato de potasio

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DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

Se realizó la obtención de ciclohexeno a partir de ciclohexanol por medio de la técnica de deshidratación de alcoholes catalizada por ácidos por destilación fraccionada.

La reacción se realizó en el matraz de bola al contener ciclohexanol e ir agregando el ácido sulfúrico (que conforme e agregaba el ciclohexanol que era transparente se iba haciendo amarillento) y agitar este iba reaccionando al protonarse, ionizarse y formar el enlace del ciclohexeno; la reacción siguió un mecanismo de eliminación unimolecular.

La trampa que se hizo con permanganato de potasio fue para atrapar el ácido que se vaporizaba ya que el permanganato es un oxidante. Se calentó para destilar el ciclohexeno y se recibió a una temperatura de 63ºC, que en el procedimiento decía que este debía ser a 80-85ºC, pero a nivel del mar y ya que estamos en el DF, la presión es menor ya que estamos a 586 mmHg por lo tanto, haciendo la conversión nos da una temperatura de ebullición del ciclohexeno de 63.99ºC, por lo que destilo a buena temperatura nuestro producto, obteniendo así del destilado una mezcla de ciclohexeno/agua y en el residuo del matraz el ácido sulfúrico y materia orgánica degradada que se veía de color negro amarillento.

Para secar el producto, se utilizó NaCl y se decantó el producto, en el cuál se obtuvieron 8 ml de solución que después se lavó con bicarbonato de sodio; en la fase acuosa se obtuvieron el NaCl disuelto en el agua, el bicarbonato de sodio y sulfato de sodio formado. En la fase acuosa se tenía el ciclohexeno impuro y húmedo, que se seco con sulfato de sodio anhidro, se decantó y se destilo por medio de la técnica de destilación simple a baño de aíre para obtener el ciclohexeno puro del cuál se obtuvieron 4ml finales, que fue la mitad de lo que se obtuvo de la destilación fraccionada, por lo que se cree que la mezcla de agua ciclohexeno formado era 1:1.

Se determino el rendimiento de la reacción y se obtuvo un 41.11% de rendimiento a comparación del 40.08% del obtenido por reflujo directo que realizó otro equipo, además de que ellos obtuvieron la destilación a 74ºC; se determinó que el método de destilación fraccionada fue mejor que por reflujo directo a que el rendimiento fue mayor y debido a que es más e4specífico para obtener un compuesto puro ya que por el otro método es más factible que se obtengan porciones de otros líquidos.

Por último se realizó una prueba de instauración con permanganato de potasio acuoso que es un oxidante al reaccionar con un alqueno produce un producto en el cuál se adicionan dos grupos oxidrilos al doble enlace formando dioles (di-alcoholes), que en este caso la reacción nos dio como producto: Ciclohexanodiol-1,2 (ciclohexenglicol) y dióxido de manganeso que se observó en un precipitado café oscuro como se puede observar en las imágenes de los resultados; esta reacción fue de óxido-reducción en la cual el manganeso (VII) pasa a Manganeso (IV). Esta reacción se llevó a cabo a que se utiliza para predecir dobles enlaces en un compuesto, y en este caso fue positiva.

CUESTIONARIO

1. - Con base en los resultados obtenidos, ¿cuál de los dos métodos es el más eficiente para obtener ciclohexeno? Explique.

Destilación sencilla: es el método mas importante y mas empleado para purificar líquidos. Sirve para separar de impurezas no volátiles. Esta destilación

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debe hacerse lenta pero continuamente, de forma que el bulbo del termómetro siempre tenga una gota de líquido condensado8

.

Pero realmente la más efectiva para nosotros en esta práctica es la destilación fraccionada que trata de una mezcla de varios líquidos, es decir la temperatura se va elevando lentamente, los vapores ascienden por una torre donde de equilibran con algo de condensación. Esto ayuda a que los componentes más volátiles vayan llegando puros al refrigerante de condensación. Cada porción pura se recoge separadamente9.10

2. - a) ¿Qué es una reacción reversible? en muchas reacciones la reacción cesa antes de que se agoten los reactivos. Esto sucede cuando se forman los productos, reaccionan entre si produciendo los reactivos iniciales un sistema reversible es la evaporación de un liquido por calentamiento y luego condensación posteriormente por enfriamientoLiquido + calor vapor

Vapor + enfriamiento liquido11

b) ¿Qué es una reacción irreversible? en ellas en apariencia no se establece un equilibrio químico y esencialmente llegan a la consumación. Esto ocurre cuando se eliminan los productos o cuando la velocidad de la reacción inversa es tan pequeña que puede ser despreciable. Un ejemplo de una reacción irreversible es freír una hamburguesa o un huevo. La formación de cualquiera de las sustancias como productos de una reacción es la fuerza motriz que hace que esta sea “irreversible” es decir, que llegue a la consumación gas, precipitado, una sustancia no ionizada o solo ionizada parcialmente, como agua.12

c) ¿Qué es una reacción en equilibrio? en cualquier sistema en equilibrio representa un estado dinámico en el que se llevan a cado dos o mas procesos opuestos al mismo tiempo y a la misma velocidad. Cuando la velocidad de la reacción es hacia delante es igual a la de la reacción inversa existe un estadote equilibrio químico. La concentración de los productos y los reactivos no cambian y el sistema parece encontrarse en suspenso por que los productos están reaccionando en la misma velocidad a la que se forma11.3. - ¿Cuáles fueron los principales factores experimentales que se controlaron en esta práctica? debemos cuidar que el calentamiento sea suave es decir que la flama no este directamente con la muestra, otro factor que debemos cuidar es que no haya producción de gases blancos.4. - ¿Qué debe hacer con los residuos de la reacción depositados en la pera o matraz antes de desecharlos por el drenaje? para sustancias acidas se utiliza el bicarbonato de sodio ya que tiene propiedades neutralizadoras, y así para poder tirar esta sustancia a la tarja y no cause tanto daño que si lo hubiéramos hecho sin el bicarbonato.

5. - ¿Cuál es la toxicidad de los productos que se forman al realizar las pruebas de instauración?

6. - Asigne las bandas principales presentes en los espectros de I.R. a los grupos funcionales de reactivos y productos.

Espectros de I.R.

8 Brewster, Q. Vandeswerf, C. Mc Ewen C. “Curso de Químicas Orgánica experimental” Alambra. España. 1974 Paginas 11,12.9 Domínguez. A “Química Orgánica Fundamental”. Limusa. México D.F 198710 www.encarta.msn.com (imágenes)11 Hein, M.”Química” .Grupo Editorial Iberoamericana. México D.F. 1992 Paginas 456 – 45812 Daub, W. Seese, W. “Química” 5ta edición. PHH Prentice Hall. Estado de México. 1989 Pagina 470

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CONCLUSIONES:

Por medio de esta práctica se logró conocer una técnica para deshidratar alcoholes catalíticamente, teniendo en cuenta que la reacción realizada fue una reacción reversible ya que si no se cuidaba adecuadamente las condiciones de temperatura y concentración de reactivos y productos ya que si estos no se cuidan la reacción podría regresarse y obtener de nuevo el reactivo original por lo que no se obtendría el producto deseado, por esa misma razón se realizan pruebas como la de baeyer (de instauración) para comprobar en este caso que se obtenga el producto deseado (en este caso un alqueno). Por lo tanto es muy importante conocer comprender la influencia de los factores experimentales que modifican una reacción reversible para obtener una reacción aceptable y correcta.

BIBLIOGRAFÍA:

o Brewster, Q. Vandeswerf, C. Mc Ewen C. “Curso de Químicas Orgánica experimental” Alambra. España. 1974. pp. 11,12.

o Daub, W. Seese, W. “Química” 5ta edición. PHH Prentice Hall. Estado de México. 1989 .p 470o Domínguez. A “Química Orgánica Fundamental”. Limusa. México DF 1987 o Gray. B, H, “Principios básicos de química” ED, Reverte, Barcelona, 1981, Págs.: 14-4 y 14-5.o Hein, M.”Química” .Grupo Editorial Iberoamericana. México DF. 1992 .pp. 456 – 458o Solomons, T. W. G: Química Orgánica, ED, Limusa, ED. 2ª, México 2002 p 403-404o Wade, L, G; Química Orgánica, ED. Pearson, ED. 5ª, México, 2004 Págs.: 248- 253, 300o Wingrove. S.A. “Química Orgánica” ED. Oxford, 2º edición, México DF., 1999, Págs.: 340, 341, 342,378,

379, 380,381.

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Referencias WEB:

o www.uam.com consultada 14/03/07 hora 10:40pmo mx.encarta.msn.com o www.mtas.com

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