Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Qumica rea de Qumica Laboratorio de: Qumica Orgnica 2 Impartido por: Ing. Erwin Ortiz

PRACTICA #1 SINTESIS DE HALOGENUROS DE ALQUILO

Nombre: Willian Daniel Marroqun Argueta Carnet: 201313921

Fecha de la practica: 5/02/2015 Fecha de entrega: 12/02/2015

Fecha de nota recibida_________Nota: _______Firma:_______

Fecha de revisin ___________Nota: _______Firma:_______

SECCION PONDERACIN Nota

1. Introduccin 10

2. Objetivos 5

3. Marco Terico 5

4. Marco Metodolgico 5

5. Resultados 15

6. Interpretacin de resultados 30

7. Conclusiones 15

8. Bibliografa 5

9. Apndice

9.1 Datos originales 1

9.2 Muestra de clculo 5

9.3 Fotografias 4

Nota

1

INDICE

INTRODUCCIN ............................................................................................ 1

OBJETIVOS.................................................................................................... 2

1. MARCO TERICO ..................................................................................... 3

1.1. HALOGENUROS DE ALQUILO ........................................................... 3

1.2. SUSTITUCION NUCLEOFILICA SN1 .................................................. 4

1.3. SUSTITUCION NUCLEOFILICA SN2 .................................................. 6

2. MARCO METODOLGICO ........................................................................ 8

2.1. ALGORITMO PROCEDIMENTAL ........................................................ 8

2.2 DIAGRAMA DE FLUJO ......................................................................... 2

3. RESULTADOS ........................................................................................... 3

4. INTERPRETACIN DE RESULTADOS ................................................ 5

CONCLUSIONES ........................................................................................... 7

BIBLIOGRAFA ............................................................................................... 8

APNDICES ................................................................................................... 9

1

INTRODUCCIN

Los halogenuros de alquilo son uno de los compuestos orgnicos ms

importantes de la industria ya que permiten la sntesis de muchos otros, gracias,

principalmente a los mecanismos SN1 y SN2. Por ello, en la prctica nmero 1.

Sntesis de halogenuros de alquilo se estudi el proceso de sntesis y

propiedades de los compuestos orgnicos anteriormente mencionados.

En la prctica se sintetiz Cloruro de terc-butilo (C4H9Cl) siguiendo el

mecanismo de sustitucin nucleoflica SN1 a partir de alcohol terbutlico (C4H10O)

y cido Clorhdrico (HCl), durante la fase final de separacin del halogenuro de

alquilo se realiz la prueba de solubilidad en agua, la cual dio resultado negativo;

el cloruro de butilo no es soluble en agua, finalmente se procedi a medir la

densidad del producto sintetizado la cual fue de 0.602g/mL.

Adems de esto se aplic la prueba de identificacin de (AgNO3) al

dicloroetano la cual dio como resultado la formacin de (AgCl) precipitado. La

prctica fue realizada a 22C y 0.84atm de presin.

2

OBJETIVOS

General

Estudiar el proceso de sntesis por SN1 y propiedades de un halogenuro de

alquilo.

Especficos

1. Determinar el porcentaje de rendimiento de la sntesis.

2. Identificar algunas de las propiedades del halogenuro de alquilo, a partir

del anlisis de las pruebas de identificacin, AgNO3 y solubilidad en

agua.

3. Calcular la densidad del halogenuro sintetizado.

3

1. MARCO TERICO

1.1. HALOGENUROS DE ALQUILO

Los Halogenuros de Alquilo son hidrocarburos formados por un halgeno

unido a un carbono saturado con hibridacin sp3. El enlace C-X es polar, por lo

que los halogenuros de alquilo se pueden comportar como electrfilos.

Los halogenuros de alquilo se preparan a partir de varias formas: alcoholes,

intercambio de halogenuros, halogenacin de hidrocarburos saturados, adicin

de halogenuros de hidrgenos a alquenos, adicin de halgenos a alquenos y

alquinos

Existen halogenuros primarios, secundarios y terciarios. Su orden de

reactividad es 3 > 2> 1, debido a que es ms fcil la ionizacin de los terciarios.

Los primarios y secundarios se obtienen de la reaccin de alcoholes con SOCl2

(cloruro de tionilo) y PBr3 (tribomuro de fosforo). Los terciarios son producidos

por reacciones entre alcoholes y cidos con halgenos (HX).

El punto de ebullicin de lo halogenuros de alquilo aumenta de dos formas: al

reemplazar un halgeno por otro de mayor peso atmico, manteniendo constante

la cadena de carbonos, y al aumentar la cadena de carbonos, mantenindose el

halgeno.

Cabe mencionar otras propiedades fsicas como solubilidad, densidad, punto

de fusin, fuerzas intermoleculares etc. Los Halogenuros de Alquilo sufren dos

tipos de reacciones: sustitucin nuclefila y eliminacin.

4

En el presente informe se desarrollaran las sustituciones nucleoflicas

existentes en las caracterizaciones de los hidrocarburos halogenados.

En estos tipos de reaccin tenemos la oportunidad de ver claramente cmo

acta un nucleofilo (molcula o ion que no tiene un par de electrones

compartidos) que en esta ocasin seria el tomo de carbono, y tambin un grupo

saliente (tomo que se desprende de la molcula al mismo tiempo que ataca el

nucleofilo) que en este caso sera el halgeno.

1.2. SUSTITUCION NUCLEOFILICA SN1

Los impedimentos estricos hacen que los sustratos terciarios sean

prcticamente inertes frente al mecanismo SN2. Sin embargo, se observa que

estos sustratos reaccionan a velocidad importante con agua, siguiendo una

cintica de primer orden. Esta observacin experimental implica proponer un

nuevo mecanismo, llamado SN1, que transcurre con sustratos terciarios y malos

nuclefilos, hechos imposibles de explicar mediante el mecanismo SN2.

Esta reaccin no es compatible con un mecanismo SN2, puesto que el sustrato

es terciario, el nuclefilo malo y la velocidad slo depende del sustrato.

5

1.2.1. MECANISMO: SN1 tiene un mecanismo por etapas. En el primer paso

se ioniza el sustrato por prdida del grupo saliente, sin que el nuclefilo acte,

formndose un carbocatin. En el segundo paso el nuclefilo ataca al

carbocatin formado, obtenindose el producto final.

Etapa 1. Disociacin del sustrato, para formar el carbocatin. Es el paso lento

de la reaccin.

Etapa 2. Ataque del nuclefilo al carbocatin formado.

Etapa 3. Desprotonacin del agua para formar el alcohol

La etapa lenta del mecanismo es la formacin del carbocatin, dependiendo

la velocidad exclusivamente del sustrato.

v = k[(CH3)3CBr]

6

1.3. SUSTITUCION NUCLEOFILICA SN2

En las reacciones de sustitucin nuclefila se cambia un grupo, llamado grupo

saliente, por otro, llamado nuclefilo.

[1] Sustrato - Especie que contiene el grupo saliente

[2] Nuclefilo - Base de Lewis capaz de atacar a tomos con polaridad (o carga)

positiva

[3] Producto de la reaccin

[4] Grupo saliente - Especie que abandona el sustrato, siendo sustituida por el

nuclefilo Las reacciones de sustitucin nuclefila permiten obtener numerosos

compuestos orgnicos a partir de haluros de alquino.

1.3.1. MECANISMO: La SN2 (sustitucin nuclefila bimolecular) es una

reaccin concertada, es decir, transcurre en una nica etapa.

El mecanismo consiste en el ataque del nuclefilo al carbono que contiene el

grupo saliente. Este carbono presenta una polaridad positiva importante, debida

a la electronegatividad del halgeno. Al mismo tiempo que ataca el nuclefilo se

produce la ruptura del enlace carbono-halgeno, obtenindose el producto final.

7

El estado de transicin de la SN2 tiene la siguiente forma:

La velocidad de una reaccin elemental es proporcional al producto de las

concentraciones de los reactivos elevadas a sus respectivos coeficientes

estequiomtricos. A la constante de proporcionalidad se le denomina constante

cintica. Asi, la velocidad de la SN2 depende de la concentracin del sustrato

(CH3I) y del nuclefilo (OH-). Es por ello una reaccin biomolecular.

v=k[CH3I][OH-]

8

2. MARCO METODOLGICO

2.1. ALGORITMO PROCEDIMENTAL

Material y equipo:

Ampolla de decantacin

Pipetas de 1 y 10mL

Anillo de soporte

Soporte

Beacker

2 tubos de ensayo

Reactivos:

Alcohol t-butilico

cido clorhdrico

Bicarbonato de sodio

Reactivo de Tollens

Permanganato de potasio

Bromo en agua

1. En un tubo de ensayo se agregaron unas gotas de Dicloro-etano y 3

gotas de reactivo de tollens

2. En la ampolla de decantacin se colocaron 10mL de alcohol T-butlico

y luego, lentamente 10mL de HCl concentrado, esto en la campana de

extraccin.

3. Se coloc la ampolla en un soporte de anillo y esper a que se

separasen las fases.

4. Se separ la fase inferior de la ampolla.

2

INICIO

5. Se lav dos veces el producto presente en la ampolla con 10mL de

agua por vez.

6. Se esper que las fases se separasen de nuevo y se retir la fase

inferior de sta.

7. Se midi el volumen y la masa del producto en la ampolla de

decantacin.

2.2 DIAGRAMA DE FLUJO

Lavar y secar

cristalera

Colocar la ampolla

de decantacin

dentro de la

campana

Ampolla de

decantacin

10mL

HCL

10mL alcohol

t-butlico

Colocar la ampolla

en el soporte de

anillo

Se

separaron

los lquidos?

SI

NO

Espere

Desechar

residuos, lavar y

secar cristalera

FIN

Recuperar la capa

superior

Lavar dos veces la capa

superior con agua

Esperar a que as capas se

separen y recuperar de nuevo la

superior

Desechar residuos,

lavar y secar

cristalera

3

3. RESULTADOS

Los resultados obtenidos para el rendimiento de la sntesis del halogenuro de

alquilo, cloruro de terc-butilo, por medio de sustitucin nucleoflicas SN1 y sus

propiedades, se muestran en las siguientes tablas.

Tabla I. Rendimiento de la sntesis del halogenuro de alquilo

Cloruro de terc-butilo

Recuperado [mL] Esperado [mL] Rendimiento

1 11.62 8.61% Fuente: Datos calculados

Tabla II. Densidad del halogenuro de alquilo a 22 C

Cloruro de terc-butilo

Masa [g] Volumen [mL] Densidad [g/mL]

0.602 1 0.602 Fuente: Datos calculados

4

Tabla III. Pruebas de identificacin

Prueba Observacin Conclusin

AgNO3

Al agregar AgNO3/Etanol, a haluros de alquilo, se

forma un haluro de plata que precipita a excepcin

del fluoruro de plata que es soluble, el color del

precipitado depende del haluro

Positiva

Solubilidad El cloruro de terc-butilo no es soluble en agua

Negativa

Fuente: Elaboracin propia

Prueba No. 1

Nombre de la Prueba: AgNO3 en etanol

Criterio de la Prueba: Al agregar AgNO3/Etanol, a haluros de alquilo, se

forma un haluro de plata que precipita a excepcin del fluoruro de plata

que es soluble, el color del precipitado depende del haluro

Reaccin: C2H4Cl2+AgNO3 C2H4Cl +AgCl

Observacin: Al agregar AgNO3 al halogenuro de alquilo se form un

precipitado oscuro.

Conclusin: La prueba fue positiva

Prueba No. 2

Nombre de la Prueba: Prueba de solubilidad

Criterio de la Prueba: Los halogenuros de alquilo no son solubles en agua.

Reaccin: No ocurri.

Observacin: El producto obtenido no es soluble en agua.

Conclusin: La prueba fue negativa.

5

4. INTERPRETACIN DE RESULTADOS

En sta prctica se sintetiz cloruro de terc-butilo a partir de (C4H10O) y (HCl),

reaccin que sigue el mecanismo SN1. Este proceso se lleva a cabo en varias

etapas, la primera es la modificacin del grupo (OH) a (OH2) esto debido a que

el (OH) es un mal grupo saliente lo que imposibilita al halgeno, remplazarlo,

mientras que el (OH2) es un mejor grupo saliente. Esto se logra gracias a la

ionizacin de un cido fuerte. Una vez formado el (OH2) ste se separa del grupo

R debido a la repulsin de cargas, formado as un carbocatin, el siguiente paso

es la unin del cloro al grupo R y la formacin del agua.

El mecanismo que la reaccin sigui fue el SN1 por los siguientes factores, se

utiliz un solvente con constante dielctrica alta, agua y el carbono al que se le

deseaba cambiar un sustituyente era terciario, especficamente el carbono

nmero 2 de la cadena principal del 2-metil-2propanol, terc-butanol.

El proceso se llev a cabo en una ampolla de decantacin, primero se agreg

el alcohol; luego el cido lentamente para evitar que la reaccin se saliera de

control, al principio se formaron dos fases, una clara y otra turbia, siendo la capa

turbia la inferior lo cual, por densidad, indic que era (HCl) y los restos de alcohol

sin reaccionar, por lo que se procedi a separar esa fase quedando solamente el

halogenuro con algunas impurezas. Posteriormente se decidi realizar lavados

con agua para eliminar restos de alcohol y (HCl) remanentes en la fase superior,

obteniendo un 8.61% de rendimiento.

6

Normalmente el proceso de separacin del halogenuro se lleva a cabo por

destilacin pero en ste caso simplemente se utilizaron las propiedades de

solubilidad y densidad de las sustancias utilizadas. Las pruebas de identificacin

realizadas fueron solubilidad y como era de esperarse, el halogenuro no es

soluble en agua. La prueba de AgNO3 confirm la presencia de un halgeno,

formando un precipitado oscuro y finalmente la densidad la cual fue de 0.602g/mL

7

CONCLUSIONES

1. El rendimiento de la sntesis del halogenuro de alquilo fue de 8.61%

2. El halogenuro de alquilo sintetizado no es soluble en agua y reacciona

con AgNO3 para formar haluros de plata.

3. La densidad del halogenuro de alquilo sintetizado fue de 0.602g/mL

8

BIBLIOGRAFA

1. Schawn, Qumica General y orgnica, McGraw HIll, Mxico, 9na edicin,

2009, 406p

2. Carey Francis A., Qumica orgnica, McGraw Hill, 6ta edicin, Mxico,

1422p.

3. McMurry John, Qumica orgnica, Cenage Learning, Mxico, 7a edicin,

2008, 1347p

4. Wingrove, Allan S, Qumica Orgnica, editorial desconocida, 1568p

5. Halogenuros de alquilo [en lnea] [08/02/15 3:13pm]

https://sites.google.com/site/organicaiii/quimica_organica/quimica-

organica-iii-nueva/quimica-organica-iii-2009-2012/test-analisis-funcional-

2012/e3-halogenuros-de-alquilo/fund-b

9

APNDICES

2. MUESTRA DE CLCULO

2.1 REACCIN DE SNTESIS

C4H9OH + HCl C4H9Cl+H2O

2.1 PRUEBA AgNO3

C2H4Cl2+AgNO3 C2H4Cl +AgCl

10

2.4 DENSIDAD

=

2.5 MOLES A PARTIR DE LA DENSIDAD

=

2.6 PORCENTAJE DE RENDIMIENTO

%[] =

100

0.7

1 100 = 70%

3. DATOS CALCULADOS

Tabla IV. Porcentaje de rendimiento

Ter butilico Cloruro de terc-butilo

DR 0.78 0.84

M [g/mol] 74 92.57

Moles 0.105405405 0.009074214

Rendimiento N/A 8.61%

mL esperados

N/A 11.61592664

Fuente: Elaboracin propia

11

4. ANLISIS DE ERROR

Tabla VI. Densidad del isobuteno a 22 C

Isobuteno

Experimental [g/ml] Terica [g/ml] % Error

0.602 0.840 28% Fuente: Elaboracin propia

5. FOTOGRAFAS

PRUEBA DE AgNO3

12

SEPARACION EN AMPOLLA DE DECANTACIN

13

SEGUNDA SEPARACION EN AMPOLLA DE DECANTACION, LUEGO DEL

LAVADO

14

INTEGRANTES DEL GRUPO

Primera foto: De izquierda a derecha, Mario, Maria Jose, Willian, Joselin

Segunda foto: De izquierda a derecha, Michelle, Mario, Maria Jose, Willian