INSTITUTO POLITCNICO NACIONALEscuela superior de ingeniera Qumica e industrias extractivas

LABORATORIO DE QUIMICA DE LOS GRUPOS FUNCIONALES

DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA INDUSTRIAL

PRCTICA 4: OBTENCION DE UN SHAMPOO LIQUIDO POR SULFATACION DEL ALCOHOL LAURICO

NOMBRE DE LA ALUMNA: Hernndez Vzquez Rosa MaraNOMBRE DE LA PROFESORA: Rosa Martha Prez Gutirrez

GRUPO: 2IM21 EQUIPO: 3

FECHA DE ENTREGA: 24-NOVIEMBRE-2014

SNTESIS DE WILLIAMSON: OBTENCIN DE CIDO FENOXIACTICO

INFORMACIN:

Los halogenuros de alquilo sufren reacciones de sustitucin nucleoflica con alcoholes produciendo teres. Los fenoles son nuclefilos con una baja reactividad pero sus sales (los fenxidos) son nuclefilos muy reactivos. Los fenoles son compuestos ms cidos que el agua pero menos cidos que el cido carbnico. Los cidos carboxlicos orgnicos son cidos ms fuertes que el cido carbnico. Las sales inicas de los fenoles y de los cidos carboxlicos son solubles en agua.

OBJETIVOS

Preparar mediante una reaccin de sustitucin nucleoflica bimolecular un ter (Sntesis de Williamson). Purificar el producto obtenido por el mtodo de extraccin selectiva. Distinguir las propiedades cidas de fenoles y cidos carboxlicos.

ANTECEDENTES

teres

Se consideran como producto de la sustitucin del hidrgeno del grupo hidroxilo de los alcoholes, por un radical alquilo o arilo. Grupo funcional: R-O-R don de R y R pueden ser idnticos o diferentes y pueden ser grupos alquilo o arilo.

Loa teres son compuestos incoloros de olor caracterstico, relativamente agradables. Tienen puntos de ebullicin menores que los alcoholes con igual nmero de tomos de carbono. Como consecuencia de su estructura, las molculas de los teres no pueden formar puentes de hidrgeno entre s. sta es la razn por la que sus puntos de ebullicin son mucho menores que los de los alcoholes isomricos.

Aunque los teres no pueden formar puentes de hidrgeno entre s, forman puentes de hidrgeno con los alcoholes: R2-OH-O-R por esta razn, los alcoholes y teres son solubles entre s. Los teres con bajos pesos moleculares como el dimetil ter, son totalmente solubles en agua. De igual manera, la poca solubilidad del dietil ter en agua, es semejante a la de4 su ismero: 1-butanol debido a que los dos pueden formar puentes de hidrgeno con el agua. Los teres son menos densos que el agua.

Los teres son compuestos relativamente inertes. Por lo general no reaccionan con cidos diluidos, con bases diluidas ni con agentes oxidantes o reductores comunes. No reaccionan con sodio metlico (propiedad que los distingue de los alcoholes). El hecho de que sean inertes, acompaado de que la mayora de los compuestos orgnicos son solubles en ter, convierte a los teres en excelentes disolventes en los cules se pueden llevar a cabo las reacciones orgnicas.

Frecuentemente los teres se utilizan para extraer compuestos orgnicos a partir de sus fuentes naturales. El dietil ter se utiliza mucho para este fin. Su bajo punto de ebullicin permite que se pueda eliminar fcilmente de un extracto y que se pueda recuperar por destilacin. Sin embargo, es altamente inflamable y no debe utilizarse en presencia de alguna flama en el mismo laboratorio.

Otro riesgo resulta del hecho de que los teres que han permanecido mucho tiempo en un laboratorio, expuestos al are, pueden contener perxidos orgnicos como resultado de su oxidacin.

Diferentes mtodos de obtencin de teres.

Los azucares, al contener varios grupos hidroxilo, son muy solubles en agua y bastante insolubles en disolventes orgnicos. Los azucares recristalizan con dificultad a partir de disoluciones acuosas ya que suelen formar soluciones sobre saturados viscosas (jarabes), tales como la miel y las melazas. Si se alquilan los grupos hidroxilos para formar teres, los azucares se comportan igual que los compuestos orgnicos mas simples. Los teres son solubles en disolventes orgnicos y se purifica fcilmente utilizando mtodos sencillos como la recristalizacin a la cromatografa.

Cuando se trata de un azcar con yodo de metilo y oxido de plata, sus grupos hidroxilo se transforman en teres metilicos. El oxido de plata polariza el enlace H3C-I, haciendo fuertemente electroflico el carbono del grupo metilo. El ataque del grupo OH del carbohidrato, seguido de desprotonacin, da lugar al ter. Si se controlan cuidadosamente las condiciones, el enlace hemiacetalico C-O no se rompe y se conserva la configuracin del carbono anomrico.

El mtodo mas frecuente para obtener teres sencillos consiste en la sntesis de teres de Williamson, pero esta sntesis incluye un Ion alcxido fuertemente bsico y, en estas condiciones bsicas, un azcar simple se isomerizara y se descompondra. Se puede utilizar un mtodo de Williamson modificado si primero se transforma el azcar en un glucsido (por tratamiento con alcohol y con un catalizador acido). El glucsido es un ecetanal, por lo que es estable frente a las bases. Cuando se trata un glucsido con hidrxido de sodio y yoduro de metilo o sulfato de dimetilo, se obtiene el carbohidrato matilado.

Preparacin de teres

El ter comercial de mayor importancia es el dietil ter (ter dietlico). Se obtiene a partir de etanol y acido sulfrico.

CH3CH2OH + OH CH2 CH3 CH3CH2O CH2 CH3 + H2O Etanol dietil ter

El acido sulfrico pude deshidratar el etanol para formar etileno o bien dietil ter. Por supuesto que las condiciones de reaccin son diferentes en cada caso. Estas reacciones proporcionan un buen ejemplo de lo importante que resulta controlar las condiciones de reaccin y especificarlas en las ecuaciones.

Aunque puede ser adaptado a otros teres, el mtodo de alcohol y cido sulfrico se usa principalmente para producir teres simtricos a partir de alcoholes primarios. Por lo tanto la frmula general sera:

La produccin comercial de t-butil metil ter (as como su anlogo con etilo) ha cobrado importancia recientemente. Se utiliza para mejorar el nmero de octano en gasolinas sin plomo, se prepara por la adicin, catalizad por cido, del metanol al 2-metilpropeno. La reaccin se parece a la hidratacin de alquenos. La nica diferencia radica es que se utiliza como nuclefilo un alcohol, el metanol, en lugar de agua.

Sntesis de Williamson

La sntesis de laboratorio mas importante para teres no simtricos es la sntesis de Williamson, llamada as por el qumico britnico Alexander Williamson, quien la descubri a finales del s. XIX. Este mtodo consta de dos pasos; en el primer paso se convierte un alcohol en alcxido al tratarlo con un metal reactivo (sodio o potasio) o con un hidruro metlico. En el segundo paso se efecta un desplazamiento SN2 entre el alcxido y un Halogenuro de alquilo. La sntesis de Williamson se resume por medio de las siguientes ecuaciones generales.

2 ROH + 2Na 2RO- Na+ + H2

RO- Na+ + R X ROR + Na+ X-

Debido a que el segundo paso es una reaccin SN2, procede mejor si R del halogenuro de alquilo es primario que si es terciario, con el cul no procede la reaccin.

Ruptura de teres

Loa teres tienen pares electrnicas sin compartir en el tomo de oxigeno, por lo tanto son bases de Lewis. Reaccionan con los cidos fuertes como los protones, y con los cidos de Lewis, como los halogenuros de boro.

Estas reacciones son semejantes a la reaccin de los alcoholes con cidos fuertes. Si los grupos R y/o R son primarios o secundarios se puede romper su enlace con el oxgeno por la reaccin con un nuclefilo fuerte, como I- o Br- (a travs de un proceso SN2). Por ejemplo:

CH3CH2OCH (CH3)2 + HI CH3CH2 I + HOCH (CH3)2 Etil isopropil ter Yoduro de etilo Alcohol isoproplico Si R o R es terciario, no se requiere de un nuclefilo fuerte, ya que la reaccin ocurre a travs de un mecanismo SN1.

El resultado total de estas reacciones consiste en la ruptura de un de los enlaces C O del ter. La ruptura de los teres es una reaccin de gran utilidad para determinar la estructura de teres complejos de origen natural, ya que permite romper una molcula grande en fragmentos ms pequeos y manipulables.

Resumen de las reacciones de los teres:

a) Preparacin por deshidratacin de alcoholes.

b) Preparacin a partir de alquenos y alcoholes

c) Preparacin a partir de alcoholes y halogenuros de alquilo

ROH + NaH RO- Na+ + H2

RO- Na+ + R X RO-R + Na+ X-(Es mejor si R= primario)

d) Ruptura mediante halogenuros de hidrgeno

e) Ruptura mediante tribromuro de boro

Epxidos

Los epxidos (u oxiranos) son teres cclicos con un anillo de tres miembros que contiene un tomo de oxigeno. El epxido comercial mas importante es el oxido de etileno (oxirano) p. eb. 13.5C, producido por la oxidacin con aire; catalizada con plata, del etileno.

(Etilenglicol; oxido de etileno)

La produccin anual de etileno en los Estados Unidos de Amrica sobrepasa los dos millones de toneladas. Solo una pequea cantidad se utiliza directamente. La mayor parte del oxido de etileno constituye la materia prima para la fabricacin de otros productos, principal de los cuales es el etilenglicol.

Otros epxidos se preparan, generalmente, por la accin de un alqueno con un peroxicido orgnico, que al igual que el peroxido de hidrogeno HOOH, con el que estn relacionadas estructuralmente, son buenos agentes oxidantes. El acido peroxiactico se utiliza en gran escala, mientras que en el laboratorio el frecuentemente se utilizacin peroxicidos como el acido mcloroperoxibenzoico (R = m-clorofenilo).

Reacciones de epxidos

Debido a la tensin que se presenta en el anillo de tres miembros, los epoxidos son mucho ms reactivos que los teres comunes y forman productos en los cuales ocurre la apertura de l anillo. Por ejemplo, con agua se produce la apertura del anillo, catalizada por acido, para formar glicoles.

a) Preparacin a partir de alquenos:

b) Reaccin con agua y con alcoholes:

teres cclicos

Se conoce como teres cclicos con anillos mayores que los epoxidos de tres miembros. Los ms comunes son los que tienen anillos con cinco o seis miembros, Como ejemplos mencionaremos.

Tetrahidrofurano Tetrahidropirano 1,4-dioxano(oxolano); p.eb. 67C (oxano) p.eb. 88C p.eb. 101C

El tetrahidorfurano (THF) es un disolvente de gran utilidad, ya que no solamente disuelve compuestos orgnicos, sino que es soluble en agua. El THF es un excelente disolvente (con frecuencia es superior al dietil ter) en el cual se pueden preparar los reactivos de grignard. A pesar de que tiene el mismo numero de tomos de carbono que el dietil ter, estn sujetos en un anillo por lo tanto, el oxigeno del HTF esta menos impedido y puede coordinarse mejor con el magnesio en un reactivo de grignard. El tetrahidropirano y el 1, 4- dioxano tambin son solubles en agua y en disolventes orgnicos.

Recientemente se ah despertado un gran inters por los politeres macrociclicos. Estos compuestos reciben el nombre de teres corona, ya que sus molculas tienen formas parecidas a una corona. El nmero que aparece entre corchetes, en sus nombres comunes se indica el tamao del anillo, el nmero terminal determina la cantidad de oxgenos. Generalmente los oxgenos se encuentran separados entre si por 2 tomos de carbono.

Los teres corona son los nicos que presentan la propiedad de formar complejos con los iones positivos (Na+, K+ y otros). Los iones positivos se asemejan selectivamente en los anillos macrociclicos, segn el tamao del anillo en particular y del Ion. Por ejemplo [18]-corona- 6 se une con el K+ mas fuertemente que con el Na+, que es mas pequeo (demasiado pequeo para poder ajustarse) o que con el Cs+, que es mas grande (demasiado grande para ajustar en la cavidad). De forma semejante, el [15]-corona-5, se une con el Na+, y el [12]-corona-4, se une con el Li+. Los teres corona actan como anfitriones para sus huspedes inicos.

Esta capacidad para acomplejarse es tan fuerte que los compuestos inicos se pueden disolver en disolventes orgnicos que contengan un ter corona. Por ejemplo, el permanganato de potasio es soluble en agua pero insoluble en benceno. Sin embargo, si se disuelve un poco de diciclohexil [18]-corona-6 en el benceno es posible extraer el permanganato de potasio del agua con el benceno. El benceno prpura resultante que contiene iones permanganato libres, no solvatados, es un poderoso agente oxidante.

La unin selectiva de los iones metlicos con los compuestos macrociclicos es de gran importancia en la naturaleza. Algunos antibiticos, como la nonactina presentan grandes anillos que contienen tomos de oxgenos separados en forma regular. La nonactina (que contiene 4 anillos de tetrahidrofurano) unidos a travs de cuadro enlaces ster) se une selectivamente con el K+ (en presencia de Na+) en medio acuoso, lo que permite el transporte selectivo del K+ (y no del Na+) a travs de la membranas celulares.

Acidez de fenoles y cidos carboxlicos

Fenoles

Recibe el nombre de fenol, el alcohol monohidroxlico derivado del benceno; dndosele, adems, a todos los compuestos que tengan un radical oxidrlico unido al anillo bencnico.

Propiedades fsicas:

Temperatura de fusin.Temperatura de congelacin.Calor latente de fusin.Temperatura de ebullicin.Peso molecular.Densidad 41/4Densidad 25/441C42C29.30 Kcal/mol181.75C94.111.05 g/cm31.071 g/cm3

El fenol, es muy soluble en ter etlico, alcohol etlico, cido acticilico, glicerina, bixido de azufre lquido y benceno. Es menos soluble en los hidrocarburos parafnicos.

Propiedades qumicas:

Qumicamente, el fenol, se caracteriza por la influencia mutua entre el grupo hidroxilo u oxidrilo (HO:) y el anillo aromtico. El grupo fenilo fenil negativo, es la causa de una leve acidez del grupo oxidrlico (pK en solucin acuosa a 25 C es 1.3 x 10 -10). En fenol reacciona con las bases fuertes para formar sales llamadas fenxidos (alguna veces fenonatos fenolatos):C6H5-OH + NaOH H2O + C6H5-ONa

Los fenatos de sodio y potasio, son rpidamente descompuestos por el dixido de azufre; ste compuesto, tambin descompone al fenol. El Grupo hidroxilo puede ser fcilmente eterificado y eterificado. El acetato de fenilo CH3=COO=C6H5, el fosfato de trifenilo (C6H5)3PO4 y el salicilato de fenilo (C6H5)2O son los teres comerciales ms conocidos del fenol. El fenol es rpidamente oxidado a una variedad de productos que incluye a los bancenodioles (hidroquinona, resorcinol y pirocatecol), bencenotrioles y derivados del difenilo (difenoles bifenoles) HO-C6H4-OH, y xido de difenilo (dibenzofurano) y productos de descomposicin, dependiendo este del agente occidente y de las condiciones de operacin. La reduccin del fenol con zinc por destilacin, da benceno, y la hidrogenacin del fenol, finalmente, es mtodo para la obtencin del ciclohexanol. El grupo hidroxilo de una alta reactividad al grupo fenilo. Los tomos del hidrgeno en las posiciones o- (orto) y p- (para), con respecto del grupo hidroxilo, son altamente reactivos (orienta las sustituciones hacia eses posiciones); o sea, los hidrgenos en 2- y 4- son los primeros en ser sustituidas para formar el monoderivados para formar el monoderivado inicial, despus el 2- 4- el 2- 6- derivado, y finalmente el 2- 4- 6- triderivado, esto si las condiciones lo permite. Los fenoles son compuestos orgnicos de frmula general ArOH. Son una especie recalcitrante y de toxicidad considerable, siendo entre estos el pentaclorofenol ms txico. Estos compuestos se encuentran generalmente en aguas residuales de industrias petroqumicas, papeleras, y de produccin de pesticidas y herbicidas entre otras.

El ion fenxido est mucho ms estabilizado por medio de la resonancia con el anillo aromtico. Aunque las formas resonantes con la carga negativa formal sobre los carbonos contribuirn menos al hbrido de resonancia, su escritura permite entender por qu un fenol es ms de un milln de veces ms cido que un alcohol. Por ello reaccionan con NaOH, que es capaz de desprotonar cuantitativamente a un fenol en medio acuoso.

Los halgenos, forman principalmente, dihalofenoles y trihalofenoles; los derivados del cloro, son los principales, puesto que el cloro con el fenol, forma dos derivados principales, que se usan como herbicidas y preservadores de madera, como son el diclorofenol y el pentaclorofenol:C6H5 = CH + 2Cl2 C6H3 (C12) - OH + 2HC1C6H5 = OH + 5Cl2 C6 (C15) - OH + 5HC1Estas reacciones se llevan a cabo en presencia de los llamados cidos Lewis, por ejemplo: cloruro de aluminio, fluoruro de boro, etc. La reaccin del fenol con el cido sulfrico, es para la obtencin del cido hidroxibencensulfnico:C6H5 - OH + H2SO4 C6H4 (SO3H) - OH + H2O. La nitracin del fenol, se lleva a cabo con el cido ntrico diluido, el producto final, es el 2,4,6-trinitrofenol, o sea, el explosivo cido pcrico:C6H5 - OH + 3HNO3 -C6H2 (NO2)3OH + 3H2O Por oxidacin forma el cido oxlico y productos resinosos. La reaccin ms importante del fenol, es su condensacin con el formaldehdo, contndose con el 60% de la produccin del fenol, para la obtencin de las llamadas resinas fenlicas:C6H5 -OH + 3HCHO-C6H2 -OH -(CH2OH)3C6H2 -OH(CH2OH)3 [ C6H2 -OH -(CH2O+)]3 La condensacin del fenol y la acetona, den el 4- 4` isopropilidendifenol bisefenol A. La condensacin del fenol con el anhdrido ftlicoda la fenolftaleina; su reaccin con el fenato de sodio y el bixido de carbono, para formar el cido saliclico. Tambin es de importancia comercial el acoplamiento del fenol con las sales de diazonio, para la obtencin de tinturas azo.

cidos carboxlicos

Propiedades fsicas:

Puntos de ebullicin: Los cidos carboxlicos hierven a temperaturas muy superiores que los alcoholes, cetonas o aldehdos de pesos moleculares semejantes. Los puntos de ebullicin de los cidos carboxlicos son el resultado de la formacin de un dmero estable con puentes de hidrgeno Puntos de fusin: Los cidos carboxlicos que contienen ms de ocho tomos de carbono, por lo general son slidos, a menos que contengan dobles enlaces. La presencia de dobles enlaces (especialmente dobles enlaces cis) en una cadena larga impide la formacin de una red cristalina estable, lo que ocasiona un punto de fusin ms bajo. Solubilidades. Los cidos carboxlicos forman puentes de hidrgeno con el agua, y los de peso molecular ms pequeo (de hasta cuatro tomos de carbono) son miscibles en agua. A medida que aumenta la longitud de la cadena de carbono disminuye la solubilidad en agua; los cidos con ms de diez tomos de carbono son esencialmente insolubles. Los cidos carboxlicos son muy solubles en los alcoholes, porque forman enlaces de hidrgeno con ellos. Adems, los alcoholes no son tan polares como el agua, de modo que los cidos de cadena larga son ms solubles en ellos que en agua. La mayor parte de los cidos carboxlicos son bastante solubles en solventes no polares como el cloroformo porque el cido continua existiendo en forma dimrica en el solvente no polar. As, los puentes de hidrgeno de dmero cclico no se rompen cuando se disuelve el cido en un solvente polar.

Propiedades qumicas:

Acidez: La reaccin ms caracterstica de los cidos carboxlicos es su ionizacin Reaccin de neutralizacin: Los cidos carboxlicos sencillos son cidos dbiles que al reaccionar con bases fuertes, como el hidrxido de sodio, originan sales estables que son slidos solubles en agua y se hallan completamente disociadas en solucin Reaccin de los cidos carboxlicos con amoniaco: Los cidos carboxlicos reaccionan con el amoniaco formando amidas, en una reaccin muy lenta a la temperatura ambiente. Primero se forma la sal de amonio y se separa el agua si la reaccin se mantiene por encima de los 100 C

Los cidos carboxlicos son mucho ms cidos que los fenoles. A pesar de que el anin carboxilato slo se puede describir con dos formas resonantes, stas son equivalentes y tienen la carga negativa sobre el oxgeno muy electronegativo. Esto explica la elevada estabilidad del anin carboxilato. Los cidos carboxlicos reaccionan con bases tan dbiles como el bicarbonato.

Por reaccin con alcoholes se transforman en steres, con aminas en amidas, el PBr3 los transforma en haluros de alcanoilo. Todas las reacciones siguen el mecanismo de adicin-eliminacin. Los organolticos reaccionan con los cidos carboxlicos formando cetonas. El hidruro de aluminio y litio los reduce a alcoholes. Las cetonas, los aldehdos, y los cidos carboxilos, contienen el grupo carbonilo, a pesar de que las reacciones de los cidos son bastantes diferentes de las de la cetona y los aldehdos. Las cetonas y los aldehdos generalmente reaccionan mediante adicin nucleoflica al grupo carbonilo, pero los cidos carboxlicos (y sus derivados) lo suelen hacer por sustitucin nucleoflica en el grupo acilo, donde un nuclefilo reemplaza a otro en el tomo de carbono carboxlico. En medio bsico se puede adicionar un nuclefilo fuerte al grupo carbonilo para dar lugar a un intermedio tetradrico. De este intermedio se elimina el grupo saliente. La hidrlisis de un ster a acido, catalizada por una base.

Uso del acido fenoxiactico

Herbicida para despus de emergencias con accin del tipo de hormona del crecimiento (afecta a la divisin celular, activa el metabolismo del fosfato y/o modifica el metabolismo del cido nucleico) El 2, 4,5-T se produce comercialmente mediante condensacin de cloroacetato sdico con 2, 4,5-triclorofenxido sdico. A temperaturas elevadas, la accin del lcali sobre el 2,4,5-triclorofenol puede producir cierta cantidad de 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-dioxina (TCDD, o dioxina). Todo el 2,4,5-T est contaminado con TCDD en grados variables. En condiciones de fabricacin no controladas, se ha observado una contaminacin con TCDD de hasta 30-40 ppm, pero las normas actuales de produccin suelen limitar la TCDD a 0,05 ppm, y los mtodos de produccin ms modernos permiten reducir incluso ese nivel a 0,1 ppm o menos. Es imposible que los fabricantes produzcan 2,4,5-T sin cierta contaminacin con TCDD. Se usa tambin para los medios de cultivos de hongos que se genera la penicilina V.

Sustitucin Nucleoflica bimolecular (SN2)

El qumico alemn Paul Walden en 1896, descubri que los cidos (+) y (-) -mlico enantiomricamente puros podan interconvertirse a travs de una serie de reacciones de sustituciones simples. Walden trat el cido (-) mlico con PCl5, aisl cido (+) clorosuccnico, dextrgiro. Tratando este cido con xido de plata hmedo, se formo el cido (+) mlico. De igual manera la reaccin de cido (+) mlico con PCl5 produjo, cido (+) clorosuccnico el cual al ser tratado luego con xido de plata produjo cido (-) mlico. Puesto que el cido (-) mlico se transformaba en cido (+) mlico, algunas reacciones del ciclo deben haber ocurrido con un cambio en la configuracin del centro estereognico.

Actualmente, las transformaciones coma las que ocurren en el ciclo de Walden se denominan reacciones de sustitucin nucleoflica, debido a que cada paso implica el reemplazo (sustitucin) de un nuclefilo (ion cloruro, o hidrxido) por otro. Las reacciones de sustitucin nucleoflica constituyen una de las clases ms importantes de reacciones generales en qumica orgnica.

Walden advirti que los cambios en la configuracin deban haberse efectuado durante el ciclo de reacciones, no pudo deducir en cual de sus pasos ocurrieron. En la dcada de 1920 Joseph Kenyon y Henry Phillips iniciaron una seria de investigaciones para dilucidar el mecanismo de las reacciones de sustitucin nucleoflica y encontrar cmo se verifican las inversiones de configuracin. Reconocieron que la presencia de un grupo carboxilo en los trabajos de Walden con el cido mlico pudo haber provocado complicaciones, y por ello eligieron casos ms simples para sus investigaciones. Una de las reacciones estudiada fue la que intervena los dos enantimeros del 1-fenil-2-propanol.

Si bien esta serie particular de reacciones implica la sustitucin nucleoflica de un toluensulfonato de alquilo en vez de un halogenuro de alquilo, interviene exactamente el mismo tipo de reaccin estudiado por Walden. A partir de sta y de otra docena de series de reacciones, Kenyon y Phillips concluyeron que la reaccin de sustitucin nucleoflica de halogenuros de alquilo primarios y secundarios y de tosilatos siempre procede con una inversin de la configuracin.

Las reacciones de sustitucin nucleoflica de tosilatos y halogenuros de alquilo primarios y secundarios presentan lo siguiente:

Estas reacciones siempre ocurren con inversin completa de la estereoqumica del carbono estereognico. Estas reacciones presentan cintica de segundo orden y obedecen la siguiente velocidad:

Velocidad = k x [RX] x [Nu: -]

Donde:k es una constante[RX] es la concentracin del compuesto que se le harn las sustituciones;[Nu:-] es la concentracin del nuclefilo.

En 1937, Hughes e Ingold propusieron la primera explicacin satisfactoria al formular el mecanismo de lo que ellos llamaron reaccin SN2, abreviatura de Sustitucin Nucleoflica bimolecular (Bimolecular, debido a que en el paso cuya cintica se mide, participan dos molculas: el nuclefilo y el halogenuro de alquilo).

La caracterstica esencial del mecanismo de reaccin SN2 es que la reaccin transcurre en un solo paso, sin intermediarios, cuando el nuclefilo entrante ataca el sustrato desde una posicin a 180 del grupo saliente (ataca por la parte de atrs). A medida que el nuclefilo entra de un lado y se enlaza al carbono quiral, el grupo halogenuro o tosilato se aleja del otro lado y se invierte la configuracin estereoqumica de la molcula.

Se puede decir que la reaccin ocurre cuando un par de electrones del nuclefilo, Nu: -, obliga a separarse al grupo saliente, Y- , con el par de electrones del enlace C Y anterior. Esto ocurre a travs de un estado de transicin en el cual el nuevo enlace Un C est parcialmente roto, y en el que la carga negativa es compartida tanto por el nuclefilo entrante como por el grupo saliente que se est desprendiendo. El estado de transicin para esta inversin debe tener los tres enlaces restantes del carbono de un arreglo planar.

El mecanismo propuesto por Hughes e Ingold es del todo congruente con los resultados experimentales y explica tanto los datos cinticos como los estereoqumicos. De este modo, es requisito que el ataque del nuclefilo entrante sea desde atrs, a 180 del grupo saliente y hace que se invierta la estereoqumica del sustrato. Tal mecanismo tambin explica por qu se encuentra una cintica en el que participan los dos reactivos, el halogenuro de alquilo y el nuclefilo. En el paso cuya velocidad se mide intervienen 2 molculas.

Algunas reacciones SN2 son rpidas y otras lentas; algunas tienen altos rendimientos, y otras tienen rendimientos bajos. La reaccin SN2 ser ms rpida cuando el carbono al cual esta enlazado el grupo saliente es primario, y la velocidad va disminuyendo cuando va de carbono primario a secundario, a terciario y as, al haber ms carbonos alrededor del carbono quiral, estos producen un impedimento estrico, debido a que el nuclefilo tiene bloqueada la entrada por atrs por los dems grupos alrededor del carbono quiral.

El solvente a emplear debe ser un solvente polar (alcoholes, agua), lo cual producir tambin una reaccin ms rpida, y de preferencia si es un solvente polar aprtico (acetona) que tienen dipolos fuertes pero carecen de grupos salientes OH o NH; los solventes prticos como metanol y etanol retardan las reacciones SN2 por que afectan el nivel de energa del reactivo nuclefilo y no el nivel de energa del estado de transicin.

Las molculas del solvente polar aprtico son capaces de formar enlaces de hidrgeno con los nuclefilos cargados negativamente, solvata la solucin, o sea que se reparten las cargas y esto hace que se requiera menos energa para llevar a cabo la reaccin, ya que estabiliza al nuclefilo reduciendo su reactividad hacia los electrfilos en la reaccin SN2. Tambin la reaccin ser ms rpida cuando saliente sea un compuesto estable, o sea que no necesite estas enlazado al carbono, y el nuclefilo sea un compuesto de carga negativa o con electrones libres.

El nuclefilo puede ser cualquier especie que sea negativa o neutra, siempre y cuando tenga un par de electrones libres; si el nuclefilo es de carga negativa, el producto es neutro, pero si el nuclefilo es neutro y se desplaza un anin, el producto queda con carga positiva.

Extraccin:

La transferencia de un soluto de un disolvente a otro es lo que se denomina extraccin.

De acuerdo con la expresin de coeficiente de distribucin anteriormente comentada es evidente que no todo el soluto se transferir al disolvente 2 en una nica extraccin (salvo que el valor de K sea muy grande). Normalmente son necesarias varias extracciones para eliminar todo el soluto del disolvente 1.

Para extraer un soluto de una disolucin siempre es mejor usar varias pequeas porciones del segundo disolvente que usar una nica extraccin con una gran cantidad. La extraccin puede ser un mtodo tanto de separacin como de purificacin; Mezclas de compuestos cidos, bsicos y neutros se pueden separar fcilmente haciendo uso de la tcnica de la extraccin.

Los disolventes orgnicos utilizados en extraccin deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad de solvatacin hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullicin para facilitar su eliminacin posterior. En un laboratorio de Qumica Orgnica, esta operacin se suele realizar entre una disolucin acuosa (fase acuosa) y otro disolvente inmiscible con el agua (fase orgnica) con la ayuda de un embudo de decantacin. La posicin relativa de ambas fases (arriba o abajo) depende de la relacin de densidades.

Los disolventes clorados como: Cloroformo, Cloruro de metileno, Tetracloruro de carbono quedan siempre en la capa inferior. Disolventes como: ter etlico, Acetato de etilo, Tolueno, Benceno, Hexano quedan siempre en la capa superior. Es evidente que disolventes miscibles con el agua no son tiles para este proceso tales como: Acetona, Metanol y etanol.

Con relativa frecuencia aparecen en el proceso de extraccin emulsiones o interfases que impiden una correcta separacin en el embudo de decantacin de las capas acuosa y orgnica, especialmente, cuando se trata de extracciones con cloruro de metileno. La forma de solventar este problema se conveniente aadir unos mililitros de salmuera y agitar de nuevo. En la mayor parte de los casos se produce la separacin de las fases

La extraccin selectiva se emplea para separar mezclas de compuestos orgnicos, en funcin de la acidez, de la basicidad o de la neutralidad de stos; Los compuestos inicos son ms solubles en agua que los compuestos covalentes y stos, son ms solubles en disolventes orgnicos que aqullos.

Extraccin simple: Consiste en separar substancias segn la tcnica de extraccin. Esta tcnica se basa en la diferente solubilidad de un compuesto en un determinado lquido: si inicialmente tenemos una sal disuelta en un disolvente orgnico y le aadimos un disolvente acuoso (una base, un cido, agua), la sal se ir del disolvente orgnico y se disolver en la fase acuosa. Se realiza la extraccin simple y se continan los fraccionamientos, hasta un nmero suficiente de operaciones que nos permitir una separacin, en realidad completa.

Extraccin mltiple: La extraccin a contracorriente realiza la separacin de una manera sistemtica que se efecta en una serie de n-tubos de extraccin en los cules la fase inferior permanece estacionaria, mientras que la superior es mvil en el curso de n 1 transferencias. Al principio de la experiencia, el tubo no. 1 contiene dos disolventes y la mezcla que se trata de fraccionar, mientras que los otros tubos no contienen ms que la fase estacionaria. Una transferencia consiste en hacer pasar la fase superior de un tubo al siguiente por medio de un recipiente de extraccin.

Extraccin a contracorriente: de dos sustancias se basa en la diferencia de sus coeficientes de reparticin entre dos fases lquidas no miscibles y en cierta medida la relacin que guarda con la extraccin simple es la misma que la que hay en la destilacin fraccionada a la simple. La mezcla que se trata de separar se divide desigualmente entre dos fases lquido y vapor, en equilibrio.

Para diferenciar la capa orgnica de la acuosa: depende de las densidades relativas de los dos disolventes. Disolventes como el acetato de etilo y el ter son menos densos que el agua y en estos casos la capa orgnica ser la superior. Por el contrario, disolventes como el diclorometano y cloroformo son ms densos que el agua y la capa orgnica ser, por tanto, la inferior. Sin embargo, si el disolvente disuelve gran cantidad de material la densidad se incrementar y puede que las densidades relativas varen. En caso de duda se puede adicionar una cantidad de agua y ver que fase aumenta su volumen. Aquella que crezca ser la capa acuosa.

Agentes deshidratantes

Despus del proceso de extraccin las capas orgnicas estarn "hmedas" debido a que una pequea cantidad de agua se disuelve en el disolvente orgnico. Para eliminar esta cantidad de agua se usa un agente deshidratante. Un agente deshidratante es una sal inorgnica que adquiere agua de hidratacin cuando se expone a la humedad o a una disolucin hmeda. Normalmente a la disolucin hmeda se adicionan unos cristales de sulfato de sodio anhidro. Se deja reposar al menos 15 minutos. Transcurridos ese tiempo se filtra el agente deshidratante usando un filtro y un embudo de vidrio. El filtrado se recoge en un matraz limpio y seco quedando el agente deshidratante en el filtro. Para minimizar prdidas es conveniente lavar el agente deshidratante con una pequea cantidad del disolvente orgnico utilizado.

MATERIAL

Recipiente de peltre 1Matraz Erlenmeyer 50 ml. c/corcho 1

Resistencia elctrica 1Vaso de precipitados 250 ml 1

Agitador de vidrio 1Embudo Bchner c/alargadera 1

Probeta graduada 25 ml 1Matraz Kitasato c/manguera 1

Matraz Erlenmeyer 125 ml 1Embudo de separacin c/tapn 1

Pinzas de tres dedos c/nuez 1Esptula 1

Vidrio de relojPipeta de 10 ml.

Vaso de precipitados 150 mlRefrigerante con mangueras

Matraz pera de una boca de 50 ml

SUSTANCIAS

Fenol 0.5 g Sol. de NaOH 33% 2.5 mlcido monocloroactico 0.75 g

HCl concentrado 7.5 mlter etlico 15 mlSol. de NaHCO3 15% 7.5 ml

CLORURO DE HIDROGENO (Acido clorhdrico: HCl; Masa molecular: 36.5g/mol))Propiedades fsicas: Punto de ebullicin a 101.3 kPa: -85C; Punto de fusin: -114C; Solubilidad en agua, g/100 ml a 20C: 72; Solubilidad en agua: Elevada; Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.3; Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 0.25Propiedades qumicas: La disolucin en agua es un cido fuerte, reacciona violentamente con bases y es corrosiva. Reacciona violentamente con oxidantes formado gas txico de cloro. En contacto con el aire desprende humos corrosivos de cloruro de hidrgeno. Ataca a muchos metales formando hidrgenoPropiedades toxicolgicas: Inhalacin: Corrosivo. Sensacin de quemazn, tos, dificultad respiratoria, jadeo, dolor de garganta; Piel: Corrosivo. Quemaduras cutneas graves, dolor; Ojos: Corrosivo. Dolor, visin borrosa, quemaduras profundas gravesHIDROXIDO DE SODIO (Hidrxido sdico; Sosa custica; Sosa: NaOH; Masa molecular: 40.0)Propiedades toxicolgicas: INHALACION: Corrosivo. Sensacin de quemazn, tos, dificultad respiratoria. PIEL: Corrosivo. Enrojecimiento, graves quemaduras cutneas, dolor. OJOS: Corrosivo. Enrojecimiento, dolor, visin borrosa, quemaduras profundas graves. INGESTION: Corrosivo. Dolor abdominal, sensacin de quemazn, diarrea, vmitos, colapso.Propiedades fsicas: Punto de ebullicin: 1390C; Punto de fusin: 318C; Densidad relativa (agua = 1): 2.1; Solubilidad en agua, g/100 ml a 20C: 109; Presin de vapor, kPa a 739C: 0.13Propiedades qumicas: La sustancia es una base fuerte, reacciona violentamente con cidos y es corrosiva en ambientes hmedos para metales tales como cinc, aluminio, estao y plomo originando hidrgeno (combustible y explosivo). Ataca a algunas formas de plstico, de caucho y de recubrimientos. Absorbe rpidamente dixido de carbono y agua del aire. Puede generar calor en contacto con la humedad o el agua.BICARBONATO DE SODIO (NaHCO3 Masa molar 84.01g/mol) Valor de pH: ~8.6 (50g/l, H2O, 20C); Densidad 2.22g/cm3 (20C); Punto de fusin 270C(descomposicin); Solubilidad en agua95.5g/l (20C)cido monocloroactico (cido cloroetanoico: C2H3ClO2 / ClCH2COOH ) Masa molecular: 94.5 Estado fsico ASPECTO: Cristales higroscpicos incoloros, de olor acre. Peligros qumicos La sustancia se descompone al arder, produciendo humos txicos, incluyendo cloruro de hidrgeno y fosgeno. La disolucin en agua es moderadamente cida. Ataca el metal. Vas de exposicin: La sustancia se puede absorber por inhalacin, a travs de la piel y por ingestin. Toxicidad No puede indicarse la velocidad a la que se alcanza una concentracin nociva en el aire por evaporacin de esta sustancia a 20C. La sustancia es corrosiva para los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La inhalacin del aerosol puede originar edema pulmonar (vanse Notas). La sustancia puede causar efectos en sistema cardiovascular y sistema nervioso central, dando lugar a alteraciones cardacas, convulsiones y alteracin renal. La exposicin a altas concentraciones puede producir la muerte. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia mdica. La sustancia es nociva para los organismos acuticos.Propiedades fsicas: Punto de ebullicin: 189C; ; Punto de fusin para forma alfa = 63C, forma beta = 56.2C, forma gamma = 52.5C; Densidad: 1.58; Solubilidad en agua: muy elevada; Presin de vapor, Pa a 25C: 8.68; Densidad relativa de vapor (aire = 1): 3.26; Punto de inflamacin: 126 C c.c.; Temperatura de autoignicin: 470C; Lmites de explosividad, % en volumen en el aire: 8 -?; Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 0.34Fenol (Hidrxidobenceno: C6H6O/C6H5OH )Masa molecular: 94.1Propiedades toxicologicas: Inhalacin: Sensacin de quemazn, tos, vrtigo, dolor de cabeza, nuseas, jadeo, vmitos, prdida del conocimiento Piel: Puede absorberse. Quemaduras cutneas graves, shock, colapso, efecto anestsico local, convulsiones, shock, colapso, coma, muerte Ojos: Prdida de visin, quemaduras profundas graves. Ingestin: Corrosivo. Dolor abdominal, convulsiones, diarrea, dolor de garganta, coloracin oscura de la orina.Propiedades fsicas: Punto de ebullicin: 182C; Punto de fusin: 43C; Densidad relativa (agua = 1): 1.06; Solubilidad en agua, g/100 ml: 7; Solubilidad en agua: Moderada; Presin de vapor, Pa a 20C: Densidad relativa de vapor (aire = 1): 3.2; Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20C (aire = 1): 1.001; Punto de inflamacin: 79C c.c. Temperatura de autoignicin: 715C; Lmites de explosividad, % en volumen en el aire: 1.36-10; Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 1.46Propiedades qumicas: Puede explotar por calentamiento intenso por encima de 78C. La disolucin en agua es un cido dbil. Reacciona con oxidantes, originando peligro de incendio y explosin.Dietileter (ter dietlico; ter etlico: C4H10O )Masa molecular: 74.1Propiedades toxicolgicas: Dolor de cabeza, somnolencia, vmitos, narcosis, prdida del conocimiento. Piel seca. Enrojecimiento, dolor. Vrtigo, somnolencia, vmitos.Propiedades fsicas: Punto de ebullicin: 35C; Punto de fusin: -116C; Densidad relativa (agua = 1): 0.7; Solubilidad en agua, g/100 ml a 20C: 6.9; Presin de vapor, kPa a 20C: 58.6; Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.6; Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20C (aire = 1): 1.9; Punto de inflamacin: -45C; Temperatura de autoignicin: 180C; Lmites de explosividad, % en volumen en el aire: 1.7-49Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 0.89Propiedades qumicas: La sustancia puede formar perxidos explosivos bajo la influencia de la luz y el aire. Reacciona violentamente con oxidantes, originando peligro de fuego y explosin.

PROCEDIMIENTO

En un matraz de pera de 50 ml una boca disuelva 0.5 g de fenol (PRECAUCIN Este es muy irritante!) en 2.5 ml de NaOH al 33% (Nota 1), tape el matraz con un tapn de corcho y agite vigorosamente durante 5 min., Agregue 0.75 g de cido monocloroactico, vuelva a tapar el matraz y contine la agitacin por 5 minutos ms. Si la mezcla se hace pastosa, puede agregar de 1 a 3 ml de agua (Nota 2). Quite el tapn y coloque el matraz sobre un bao Mara con un sistema de reflujo durante 40 min. Enfre la solucin y diluya con 5 ml de agua.Acidule con HCl concentrado hasta pH de 1 (Nota 3). Coloque la mezcla en el embudo de separacin y:A) Haga extracciones con ter etlico usando 3 porciones de 5 ml c/u.B) Junte los extractos orgnicos y colquelos en el embudo de separacin.C) Lave la fase orgnica 3veces con 5ml de agua cada vez (las fracciones acuosas se desechan)(Nota 4).D) La fraccin orgnica se extrae con NaHCO3 al 15% (3 porciones de 2.5 ml c/u.).E) El extracto acuoso alcalino (Nota 5) se acidula con HCl concentrado, PRECAUCIN! (Nota 6) sea cuidadoso porque se produce espuma hasta que precipita todo el producto.F) El producto se asla por filtracin y se seca al aire. Se determina rendimiento y punto de fusin.NOTAS:1) Comprobar la alcalinidad de la solucin con papel pH.2) Si se agrega exceso de agua, puede disolverse el producto.3) Comprobar la acidez de la solucin con papel pH.4) Nunca deseche fracciones, hasta el final del experimento.5) Comprobar la alcalinidad de la solucin con papel pH.6) La adicin debe ser gota a gota.

RESULTADOS:

REACCIN:

MECANISMO: SN2

(cido fenoxiactico)

Fenol (Reactivo limitante)P.M. 94 g/molcantidad inicial = 0.5g

cido fenoxiacticoP.M. 152 g/molCantidad final = 0.1863g

Moles de Fenol = 0.0053Moles de cido fenoxiactico = 0.0012

Punto de fusin: 98C

DISCUSIN DE RESULTADOS:

En esta prctica se realiz la obtencin de un ter por medio de la sntesis de Williamson que consta de dos pasos principalmente; en el primer paso se observ que el fenol (que es un alcohol secundario), se convirti en un alcxido al reaccionar con el NaOH, donde el sodio es un metal reactivo, que es con quien reacciona para dar una reaccin de tipo cido-base para dar lugar al fenxido de sodio y agua donde se forma un enlace inico dando cargas electrostticas y ya que el oxgeno adquiere una carga negativa le da la propiedad de ser un mejor nuclefilo para continuar despus para realizar el procedimiento para la obtencin del ter. En el segundo paso ocurre una reaccin del tipo SN2 entre el fenxido y el cido monocloroactico que es un halogenuro de alquilo primario y por lo tanto favorece la SN2 . El fenxido entro por la parte posterior saliendo as el cloro, y ya que esta a un pH muy alto, el cido en solucin bsica se encuentra ionizado, por lo que se le agreg HCl concentrado (1ml) hasta llevarlo a pH =1 ya que cido en cido se protona, dando as lugar a la formacin final del cido fenoxiactico y cloruro de sodio. Despus se hizo una extraccin con ter etlico donde se separo la fase acuosa (que es donde queda el NaCl) y en la orgnica el cido fenoxiactico a la que se le realizaron lavados con agua para que en la fase acuosa quedaran los restos de cido monocloroactico y en la orgnica el cido fenoxiactico y los restos de fenol. La ltima extraccin que se realiz fue con bicarbonato de sodio, por lo que la fase con la que en este caso trabajamos fue la acuosa desechando en la fase orgnica el ter etlico y el fenol. A la fase acuosa se le agreg HCl concentrado hasta llegar a pH=2 ya que la solucin tena NaHCO3 y por lo tanto estaba muy bsica y el cido en medio bsico se encuentra no protonado y ionizado, por lo que al agregar el HCl se llevo la solucin a un medio cido donde qued protonado y no ionizado. Se form espuma mientras se le agregaba el HCl a la fase acuosa ocurriendo la siguiente reaccin:

y como el H2CO3- se descompone en agua:

Razn por la cul se observa efervescencia. Se forma el slido (cido fenoxiactico) y al no ser soluble en agua, precipita. Despus se procedi a filtrar en la bomba de vaco para obtener el cido fenoxiactico en el papel filtro (cristales blancos brillante) y en las aguas madres el HCl y agua. Se sec en el horno y se pes en el papel filtro (previamente pesado) para obtener una cantidad de 0.1863g con los cuales se determin el porcentaje en rendimiento obteniendo un rendimiento del 23.04%, y por ltimo se determin el punto de fusin del cido fenoxiactico obtenido, que fue de 98C, temperatura que coincide con la del cido fenoxiactico comercial que va de 98-100C.

CUESTIONARIO

1) Qu reaccin ocurre entre el hidrxido de sodio y el fenol?

Una reaccin cido-base para formar un alcxido y agua

2) Qu reaccin ocurre entre el hidrxido de sodio y el cido monocloroactico? Una reaccin SN2

3) Qu sucede si la mezcla de reaccin no contiene la suficiente cantidad de hidrxido de sodio al iniciarse la reaccin? No reacciona la cantidad apropiada para llevar a cabo la reaccin cido base y posteriormente la reacciona de sustitucin, por lo que se obtendra una cantidad mnima de producto o nula

4) Escriba un diagrama de separacin que nos indique el proceso de purificacin del cido fenoxiactico.

cido fenoxiactico(Extraccin con ter etlico)

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

Espectros de I.R.

b) Fenol:

CONCLUSIONES:

Por medio de esta prctica se aprendi a realizar la obtencin de un ter mediante una reaccin de sustitucin nucleoflica bimolecular por medio del proceso conocido como sntesis de Williamson, que por medio de una serie de reacciones que se llevaron a cabo en el laboratorio, se dio la obtencin del producto (cido fenoxiactico). Tambin se aprendi a purificar el producto por medio de una serie de extracciones (de tipo selectiva) y lavados para as obtener el producto completamente puro de acuerdo a sus caractersticas acidas. Por ltimo para la comprobacin de que se obtuvo el producto deseado se le determin su punto de fusin para que coincidiera con el del reactivo comnmente usado para de esta forma comprobar que el mecanismo y proceso utilizado para la obtencin del ter fuera el adecuado.

BIBLIOGRAFA:

Hart, H.; Hart, D. J.; Craine, L. E. Qumica Orgnica. Mc Graw Hill. Mxico, 1995. 5ed. Pp.236-252 ngeles, O. G.; etal. Fundamentos de qumica 2. Mxico: Editorial Publicaciones Cultural 1ed. (1987). p67 Wade, L.G., Qumica Orgnica, 5 edicin, Prentice Hall, Madrid 2004, Pgs. 415-418, 900-921, 1078. www.monografias.com, consultada 22/02/07, 11:30pm, actualizada: 30/12/06 http://www.fq.uh.cu/ (20/feb/2007) www.mtas.com(20/feb/2007)

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