Sustitucin Electroflica Aromtica: nitracin

Sustitucin Electroflica Aromtica: nitracin

Edgar Vargas Frias

clave 4-11

Un reactivo con defecto electrnico ataca a la nube p del benceno, rica en electrones, para dar un derivado de benceno (la aromaticidad no se pierde) en el que se ha sustituido un hidrgeno por una grupo funcional. A esta reaccin se la denomina Sustitucin Electroflica Aromtica

Reactividad del benceno en la sustitucin Electroflica aromtica

La reaccin se produce cuando el HOMO del benceno traspasa electrones al LUMO del electrfilo, para dar un intermedio no aromtico cargado positivamente. El carbono del benceno se rehibrida de sp2 inicial a sp3 en el intermedio. ste, aunque de mayor contenido energtico que reactivos y productos, tiene una cierta estabilidad porque la carga positiva se deslocaliza entre las posiciones orto y para al lugar de ataque. La prdida de un protn regenera el anillo aromtico. El protn es captado por el contrain negativo de E+. El electrfilo se aproxima perpendicular al plano del anillo aromtico, en la direccin del orbital p del carbono atacado. A medida que se va formando el nuevo enlace, el carbono va adoptando una disposicin tetradrica.

Mecanismo de reaccin

Condiciones experimentales necesarias para realizar la nitracin

La nitracin no puede efectuarse slo con cido ntrico. Se necesita "activar" el ntrico por medio del cido sulfrico, ms fuerte que l; y temperatura alrededor de 50C

Ejemplos de agentes nitrantes

El nitrato de etilo y en cierta medida el nitrato de metilo se utilizan en sntesis orgnicas como agentes nitrantes para compuestos aromticos.

Influencia de la concentracin de los agentes nitrantes y la temperatura en una reaccin de nitracin

Procedimiento

En un matraz de dos bocas poner 12 ml de HNO3 conc. Adaptar en una de las bocas el embudo de separacin con de 15 ml de H2SO4 . hacer adiciones de este cido poco a poco, poner en bao de hielo el matraz, agitar.

Mantener la temperatura ctte. De la mezcla sulfontrica entre 20-30 C al termino de la adicin sustituir el embudo de separacin por un portatermmetro con termmetro.

Adicionar con agitacin 10 ml de benceno, la temperatura debe estar entre 40-50C.

Al finalizar la adicin del benceno continu la agitacin hasta que cese la reaccin exotrmica.

Adaptar en una boca del matraz un portatermmetro con termmetro y un refrigerante en posicin de reflujo.

El matraz se sumerge en una bao de agua caliente y se tiene que mantener la Temp. De la mezcla a 60C durante 30-4 min.

En el matraz coexisten dos fases las cuales se ponen en contacto con agitacin.

Al cumplir el tiempo de calentamiento, se retira el bao de agua caliente y se cambia por uno de hielo, cuando la temperatura de la mezcla de reaccin (la fase superior corresponde al nitrobenceno y la inferior a la mezcla sulfontrica) sea de 2030C se transfiere a un embudo de separacin y se desecha la fase inferior. El nitrobenceno se lava dos veces con 15 ml de agua fra y despus con una disolucin de hidrxido de sodio al 10%, hasta pH 7 y de nuevo con agua. El nitrobenceno se coloca en un matraz Erlenmeyer, se seca con sulfato de sodio anhidro y se transfiere por decantacin a una bola de destilacin de 25 ml.

Se adapta un equipo de destilacin simple ya que se destilara el nitrobenceno; el punto de ebullicin del nitrobenceno esta en 210-211C a 760 mmHg. Se colectar la fraccin destilada a Temp.. 192-197.

Resultados

La temperatura de destilacin resulto en 199C

El volumen colectado de nitrobenceno fue de 6,5 ml

Discusin de resultados

Solo me puedo basar en la temperatura de destilacin para decidir si en verdad se obtuvo el nitrobenceno, y considerando el dato que se me proporciona en el procedimiento se puede aceptar como verdadera esta afirmacin.

Dado que la reaccin estequiometricamente es 1:1 se supone que debera obtener la misma cantidad de nitrobenceno que de la materia prima que fue HNO3 , pero no es as, solo se obtuvo un 54,17% de rendimiento, que no creo que sea tan bajo como para no considerar que fue exitosa la prctica.

Conclusiones

El cido sulfrico sirve como catalizador en la sustitucin electrofilica ya que el reactivo que se requiere es ion nitronio el cual se obtiene a partir de HNO3.Este reactivotiene deficiencia de electrones y ataca a la nube p del benceno, rica en electrones, para dar un derivado de benceno (la aromaticidad no se pierde) en el que se ha sustituido un hidrgeno por una grupo funcional, en nuestro problema formamos nitrobenceno. Para asegurar que se obtiene el producto deseado se tiene que respetar las condiciones de la reaccin ya que de lo contrario el resultado no es el apropiado; de ah la importancia de mantener las temperaturas en los diferentes pasos de la reaccin.

Cuestionario

1.-Explique la formacin del nitrnio a partir de la mezcla sulfontrica

Pues sta se da por el intercambio de un protn del cido sulfrico hacia el OH del cido ntrico, as se forma un Ion oxnio, esta especie tiene debilitado el enlace entre el N y el oxnio (N-HO2+ ) , de tal manera que en un momento dado se rompe, formando agua y nitrnio.

2.-Cual ser el orden de velocidad de reaccin en la mononitracin de benceno, tolueno y clorobenceno?

3.- Porqu es importante controlar la temperatura de la reaccin?

Se debe controlar las condiciones de temperatura dado que por defecto o por exceso de esta variable se pueden obtener uno o varios producto de nulo inters en esta prctica

4.- qu sucedera si se eleva la temperatura de la mezcla de reaccin 120C?

Supongo que es debido a que si es superior, el producto mayoritario ser uno que no es de nuestro inters, ya sea por formacin o destruccin del producto que queremos. Fenmeno comn en nuestra materia de estudio.

5.- Cmo detiene la reaccin?

Al parecer solo depende la temperatura esta reaccin por que al retirar el calentamiento esta se detiene.

6.-Cul es el tratamiento adecuado para eliminar la solucin acuosa de los lavados?

Bibliografa

http://es.geocities.com/qo_19_benceno/http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l13/nitrac.htmlMorrison, R.T., Qumica rganica, Fondo Educativo Interamericano, Mxico, 1976

Sulfonacin de dodecilbenceno Edgar Vargas Frias

clave 4-11

Resumen

El presente trabajo trata la reaccin de Sulfonacin de dodecilbenceno, que es un ejemplo de sustitucin electroflica aromtica. Se uso como electrfilo al tritxido de azufre protonado el cual es atacado por los electrones pi de anillo aromtico del benceno para hacer un intermediario sigma, el cual pierde un protn y restablece la aromaticidad. El producto final es un slido blancuzco que se identifica como un detergente.

Antecedentes

Efecto de un grupo alquilo como sustityete del anillo aromtico, en una SEA

Los alquenos reaccionan como especies nucleoflicas atacando a los electrfilos para dar productos de adicin. Los electrones pi de los alquenos estn enlazados con menor firmeza a los ncleos que los electrones sigma, y atacan a los electrfilos para generar un carbocatin que a continuacin es atacado por un nuclefilo para dar finalmente el producto que resulta de la adicin al doble enlace. El benceno, al igual que un alqueno, tiene nubes electrnicas pi por arriba y por debajo del plano molecular que forman los enlaces sigma. Aunque los electrones pi del benceno forman parte de un sistema aromtico estable pueden atacar a un electrfilo fuerte y generar un carbocatin que est relativamente estabilizado por deslocalizacin de la carga positiva. Este carbocatin ciclopentadienilo se denomina complejo sigma, porque el electrfilo est unido al anillo bencnico por un nuevo enlace sigma. El complejo sigma no es aromtico porque el tomo de carbono unido al electrfilo presenta una hibridacin sp3 e interrumpe el anillo de orbitales p. Esta prdida de aromaticidad del complejo sigma contribuye a que el ataque del electrfilo sea muy endotrmico. El complejo sigma puede recuperar la aromaticidad por inversin del primer paso, volviendo a los reactivos, o por la prdida de un protn en el tomo de carbono sp3 ocasionado por el ataque de una base al complejo sigma.

El producto final es formalmente el producto de sustitucin de uno de los hidrgenos del anillo aromtico por un electrfilo y por tanto a este mecanismo se le denomina Sustitucin Electrfilica Aromtica

Sulfonacin

La sulfonacin de anillos aromticos proporciona cidos arilsulfnicos. Esta reaccin se lleva a cabo empleando cido sulfrico fumante, que es el nombre de una disolucin al 7% de trixido de azufre (SO3) en H2SO4. El trixido de azufre es el anhidrido del cido sulfrico, lo que significa que al agregar agua al SO3 se produce H2SO4. El SO3 es un electrfilo fuerte, puesto que los tres enlaces sulfonilo (S=O) atraen la densidad electrnica y la retiran del tomo de azufre.

Reaccin y mecanismo

Fenmeno de detergencia

Definicin de detergencia

La detergencia es la remocin de un material no deseado de un substrato sumergido en cierto medio, generalmente con el uso de una fuerza mecnica y en presencia de una sustancia qumica que puede reducir la adherencia del material no deseado al sustrato. Se termina el proceso cuando el material indeseado se mantiene en suspensin sin adherirse de nueva cuenta. (Cutler, 1981). Este proceso se ve afectado principalmente por la concentracin y estructura del surfactante, la dureza y los aditivos que controlan esta en el medio de lavado. Otros factores son la naturaleza del sustrato que se va a someter al proceso de lavado y el material a retirar.

detergentes y jabones diferencias

Los aceites vegetales, como el aceite de coco o de olivo, y las grasas animales, como el sebo, son steres de glicerina con cidos grasos. Por eso cuando son tratados con una base fuerte como sosa o potasa se saponifican, es decir producen la sal del cido graso conocida como jabn y liberan glicerina. En el caso de que la saponificacin se efecte con sosa, se obtendrn los jabones de sodio, que son slidos y ampliamente usados en el hogar. En caso de hacerlo con potasa, se obtendrn jabones de potasio, que tienen consistencia lquida.

La reaccin qumica que se efecta en la fabricacin de jabn se puede representar en forma general como sigue:

Aceite + sosa -----> glicerina + jabn

DETERGENTES

Los primeros detergentes sintticos fueron descubiertos en Alemania en 1936, en lugares donde el agua es muy dura y por lo tanto el jabn formaba natas y no daba espuma. Los primeros detergentes fueron sulfatos de alcoholes y despus alquilbencenos sulfonados, ms tarde sustituidos por una larga cadena aliftica, generalmente muy ramificada.

Agentes biodegradables

La insuficiente biodegrabilidad debido a la alta ramificacion de la cadena carbonada condujo a una contaminacin acuosa. Por ello, el compuesto lineal fue empleado como un compuesto biolgicamente mas degradable.

Estructura

Reacciones de neutralizacin

Hiptesis

Como el dodecilbeceno tiene un exceso de electrones es buen nuclefilo, este se har reaccionar con un buen electrfilo que es el trixido de azufre protonado, esta reaccin se realiza en presencia de oleum como catalizador; El grupo sulfnico entra normalmente en la posicin "para" por ser la menos impedida y dando la sustitucin de un hidrgeno por este grupo funcional proporcionando as la Sulfonacin del dodecilbenceno.

Parte experimental

1.4 ml de dodecilbenceno en un matraz Erlenmeyer de 125 ml

en un embudo de separacin 5.5 ml de oleum y se agrega gota a gota al dodecilbenceno, agitando, manteniendo la temperatura entre 40-45 C

El tiempo de adicin no debe exceder los 30 min ya que puede carbonizar el dodecilbenceno.

Pasar la mezcla de reaccin a un embudo de separacin, se deja reposar 20-30 min y luego se separa la capa inferior (cido sulfrico acuoso).

Neutralice cuidadosamente partes de cido dodecilbencesulfnico obtenido con sosa al 40% controlando la temperatura (40-45C) as como el pH (12) para obtener el detergente slido.

Se enfra en hielo y se filtra par secar.

La parte restante se neutralizacin trietanolamida con el fin hacer un detergente liquido.

Resultados y discusin

El procedimiento anterior viene en la gua de referencia, y lo que no hice yo y por lo tanto no result algo favorable en mi experimento fue que no calent antes de neutralizar con sosa la solucin y segn yo no viene ese paso esencial para el xito de la prctica. El fundamento terico es apropiado por lo que el error es experimental.

Una posible falla puede estar en los reactivos ya que a casi nadie le result satisfactorio el experimento. Solo a una compaera le resulto bastante bien y lo que se obtiene es un slido blanco hmedo que se supone es el detergente. Conclusiones

La Sulfonacin es un ejemplo de sustitucin Electroflica aromtica.

Los de anillos aromticos pueden sufrir Sulfonacin formando cido bencesulfnicos que al neutralizarse forman los llamados detergentes. En el benceno existe una cierta densidad electrnica en exceso que se centra uniformemente sobre los carbonos del anillo. El exceso de densidad electrnica de los carbonos se compensa con un defecto de densidad de los hidrgenos perifricos; es por eso se considera un nuclefilo cuando se presenta un buen electrfilo, en el experimento realizado este es el trixido de azufre protonado.Cuestionario

1.-qu es un detergente y que se entiende por detergencia?

Detergente son las sustancias que tienen la propiedad qumica de disolver la suciedad o las impurezas de un objeto sin corroerlo. Es decir, sustancias o productos que limpian qumicamente. Son de origen sinttico.

La detergencia es la remocin de un material no deseado de un substrato sumergido en cierto medio, generalmente con el uso de una fuerza mecnica y en presencia de una sustancia qumica que puede reducir la adherencia del material no deseado al sustrato. Se termina el proceso cuando el material indeseado se mantiene en suspensin sin adherirse de nueva cuenta.

2.-Qu es oleum y que precauciones debe tomarse al manejarlo ?

cido sulfrico o tritxido de azufre gaseoso; uso de guantes , bata, cubre boca, enteojos.

3.- describa con reacciones la obtencin de un detergente a partir de benceno y un oligmero de propileno.

4.-Describa el diagrama de flujo para la manufactura de un detergente.

5.- Qu tipos de aditivos adicionales se utilizan en la fabricacin de un detergente y cul es la funcin de cada uno de ellos?

A grandes rasgos los componentes de un detergente comercial son los siguientes:

1) Agentes surfactantes (los mencionados anteriormente, alquil sulfonato, sulfonato de alquilbenceno) que sacan la suciedad.

2) Agentes ablandadores del agua (polifosfatos de sodio o potasio, silicatos de sodio) y alcalinizantes. Las sales de Ca y Mg aumentan el redepsito de la mugre.

3) Agentes tensoactivos, facilitan la penetracin del detergente en la suciedad.

4) Aditivos coloidales, evitan que la mugre separada se vuelva a depositar (carboximetilcelulosa).

5) Agentes auxiliares, evitan que el detergente se apelmace (sulfato de sodio).

6) Sustancias odorizantes, colorantes y germicidas.

7) Sustancias fluorescentes. stas hacen a los objetos lavados ms brillantes (no ms limpios) pues devuelven la luz ultravioleta (invisible al ojo humano) como luz azul visible. Los compuestos empleados como abrillantadores son un secreto comercial. Tienen propiedades opuestas a la mugre: deben permanecer en la tela gracias al detergente incluso despus del enjuagado. 6.- indica la diferencia entre los siguientes detergentes.7.- qu desechos cree ud. Que resulten del proceso, antes de eliminarlos se pueden aprovechar, si no son aprovechables como se eliminaran y que daos pueden causar a la ecologa de no tratarse?

8.- Porqu cree Ud. Que el ismero orto no se forma en cantidades apreciables?Supongo que existe un impedimento estrico y por eso la posicin para es ms favorecida.

Bibliografa

http://www.petresa.es/es/las.htm

http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l13/mecsear.htmlhttp://es.geocities.com/qo_19_benceno/http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l13/sulfon.htmlMorrison, R.T., Qumica rganica, Fondo Educativo Interamericano, Mxico, 1976

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/093/html/sec_9.html