I. Introduccin.Los alquenos son hidrocarburos con dobles enlaces carbono-carbono. A los alquenos a veces se les denomina definas, termino derivado de olefiant gas, que significa "gas formador de aceite". Este trmino fue acunado por Los primeros investigadores que observaron la apariencia oleosa de los derivados de los alquenos. Los alquenos se encuentran entre los compuestos industriales ms importantes, y muchos alquenos tambin se encuentran como metabolitos en animales y plantas. El etileno es el compuesto que ms se utiliza en la industria, para fabricar polietileno, y otros compuestos qumicos industriales y de gran consumo. El pineno es el componente mayoritario de la trementina (aguarrs), disolvente de la pintura que se obtiene destilando resina de pino. La muscalura (cis-9-tricoseno) es el atrayente sexual de la mosca comn domestica.

Debido a que el doble enlace carbono-carbono se convierte fcilmente en otros grupos funcionales, los alquenos son intermedios importantes para la sntesis de polmeros, productos farmacuticos, pesticidas y otros productos qumicos importantes. El etileno es el compuesto orgnico que ms se produce, alrededor de 72 millones de TM por ao en todo el mundo (Wade, 2004).

El ciclohexeno se obtiene mediante la sntesis del ciclohexanol utilizando cido fosfrico mediante un proceso de la qumica verde y as la obtencin de ste. Es utilizado en la fabricacin de otros qumicos, en la extraccin de aceites y como solvente.

II. Objetivo

Preparar ciclohexeno por deshidratacin cataltica de ciclohexanol Comprender la influencia de factores experimentales que modifican una reaccin reversible. Identificar el ciclohexeno mediante pruebas qumicas cualitativas.

III. Antecedentes1) Consultar las reacciones de adicin a dobles enlaces. Establecer mecanismo.

Fig. 1 Tipos de reacciones de adicin en alquenos

Principales reacciones de adicina) Con el hidrgeno en presencia de Ni, Pt, Paladio, se forman parafinas (alcanos)

b) Los Halgenos se adicionan dndonos derivado dihalogenados en carbonos vecinos

c) Adicionando cido hipocloroso o hipobromoso da como resultado Clorhidrinas o Bromhidrinas.

d) Con soluciones diluidas con agentes oxidantes como el agua oxigenada en presencia del permanganato de Potasio KmnO4 (Reactivo de Bayer) se forman glicoles.

e) Con el ozono nos dan Oznidos; estos compuestos son muy importantes porque permiten fijar la posicin de la doble ligadura, ya que por hidrlisis se desdobla en 2 molculas de Formaldehdo.

Reacciones de Adicina) Adicin de hidrgeno

b) Adicin de Halgenos.

c) Adicin de Halogenuros de hidrgeno.

d) Preparacin de Halohidrinas.

e) Adicin de cido Sulfrico

- Polimerizacina. Catlisis inica.

b. Catlisis por radicales libres.

c. Adicin de un sistema dinico conjugado.

(Morrison, 1998)2) Consultar la obtencin de alquenos.

Se obtienen o preparan fcilmente a partir de precursores sencillos, que por lo que general son alcoholes en los sistemas biolgicos y alcoholes o haluros de alquilo en el laboratorio.

La preparacin de alquenos est regida por las reacciones de la eliminacin. Las dos reacciones de eliminacin ms comunes son la deshidrohalogenacin, es decir la perdida de HX de un haluro de alquilo, y la deshidratacin esto es la prdida del agua de un alcohol. La deshidrohalogenacin ocurre usualmente por la reaccin de un haluro de alquilo con una base fuerte como el hidrxido de potasio; por ejemplo, el bromociclohexano produce ciclohexeno cuando esta tratado con KOH en disolucin de etanol. La deshidratacin se realiza frecuentemente al tratar un alcohol un alcohol con un cido fuerte.

Reacciones de eliminacin Una eliminacin implica la prdida de dos tomos o grupos del sustrato, generalmente con la formacin de un enlace pi. Dependiendo de los reactivos y de las condiciones en que se encuentren, una eliminacin debera ser un proceso de primer orden (E1) o de segundo orden (E2). En muchos casos las reacciones de eliminacin y de sustituciones pueden transcurrir al mismo tiempo y bajo las mismas condiciones.Eliminacin intermolecularEste mecanismo se denomina unimolecular porque el estado de transicin limitante de la velocidad de reaccin implica a una sola molcula en lugar de una colisin entre dos molculas. El paso lento de una reaccin E1 es el mismo que la SN1: ionizacin unimolecular para formar un carbocatin. En el segundo paso rpido, una base atrae un protn del tomo de carbono adyacente al C+ . Los electrones antes formaban el enlace carbono-hidrogeno ahora forman el enlace pi entre dos tomos de carbono (Carey, 1999).

3) En qu consiste la deshidratacin cataltica de alcoholes para obtener alquenos. Explicar mecanismo.La deshidratacin cataltica de los alcoholes es un mtodo comn de obtencin de alquenos. La palabra deshidratacin significa perdida de aguaAl calentar la mayora de los alcoholes con un cido fuerte se provoca la prdida de una molcula de agua (se deshidratan) y forman un alqueno (Carey, 1999).

4) Cmo influyen las condiciones experimentales (presin, temperatura, concentracin etc.) en la reversibilidad de una reaccin.

Se define un proceso como reversible cuando tiene lugar en condiciones tales que basta una modificacin mnima, infinitesimal, de las mismas para que se invierta su sentido. La evolucin del sistema tiene lugar, cuando es reversible, a travs de una seria de estados de equilibrio. Los procesos reversibles se caracterizan por la ausencia de rozamientos y gradientes o diferencias finitas de temperatura, presin, concentraciones o potenciales elctricos entre los puntos del sistema o entre sistema y su ambiente. En cuanto no se cumpla la condicin aparecern fenmenos irreversibles y desde luego si existen diferencias finitas de las condiciones mencionadas, no bastara modificar infinitamente poco dichas condiciones para que invierta el sentido del flujo de calor o el del cambio de las concentraciones y el proceso ser irreversible.La reversibilidad de una reaccin se puede evitar. Si se elimina el producto del medio de reaccin a medida que esta sucede. Si se aumenta la concentracin de uno o varios de los reactivos Si se aumenta o disminuye la temperatura en el sentido que se favorezca la reaccin directa, etc.

Por lo tanto, las condiciones experimentales en las que se efecta una reaccin de determinan los resultados de esta, en cuando a calidad y cantidad del producto obtenido (Fox, 2000).

5) Consultar las propiedades fsicas, qumicas, usos y toxicidad de cada uno de los reactivos usados en esta prctica as como del producto a sintetizar.

CiclohexanolNocivo por inhalacin e indigestin. Flamable, irritante y reacciona violentamente con oxidantes.

cido SulfricoPor combustin, formacin de humos txicos de azufre. La sustancia es un cido fuerte, reacciona violentamente con bases y es corrosiva para la mayora de metales ms comunes, originando hidrogeno. Reacciona violentamente con agua y compuestos orgnicos con desprendimiento de calor.

R 35 Provoca quemaduras graves.

cido FosfricoH290: Puede ser corrosivo para los metales.H314: Provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares graves. WGK 1 contamina ligeramente el agua.R 34 Provoca quemaduras.

CiclohexenoFcilmente inflamable. Nocivo por ingestin. Txico para los organismos acuticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acutico. Nocivo: si se ingiere puede causar dao pulmonar.

IV. Reaccin a efectuar y estequeometra

+ H3PO4+ H2O

CompuestoPM (g/mol)Peso/VolmolDensidadpe(C)pf(C)

Ciclohexanol100.12 g/mol10 mL 5 mL0.09620.04810.963 g/mL160.823

cido sulfrico98.1 g/mol0.5 mL0.00941.84 g/mL33710

cido fosfrico98 g/mol1.2 mL0.02301.88 g/mL15842

Ciclohexeno82 g/mol0.77 g1.88 g0.00940.02300.811g/mL82.98-

V. MecanismoSntesis por mtodo de la qumica verde

El primer paso en el mecanismo es la protonacin del grupo alcohol por el cido (un poco exotrmico).El siguiente es la prdida de la molcula de agua para formar un carbocation (muy endotrmico). El ltimo paso para la formacin del ciclohexeno es la eliminacin del hidrgeno alfa por la base, agua, para formar el alqueno.El ion hidronio reacciona con el ion dihidrgeno fosfato formando agua y cido fosfrico.

Sntesis por Reflujo

VI. Parte Experimental

MATERIALES

Equipo para destilacin1Plato para agitacin y calentamiento

Anillo metlico1Probeta graduada de 25 ml 1

Agitador de vidrio1Pipeta graduada de 5 ml1

Vidrio de reloj1Matraz bola1

Matraces erlenmeyers de 50 ml 2Tubos de ensayo 6

Embudo de separacin de 1Pinzas, soportes, tela de asbesto

125 mL

Matraz bola de 25 ml2

Mechero

Vaso de precipitados de 250 ml1

reactivos:

Ciclohexanol 10 ml

Dicloro metano5.0 ml

cido sulfrico concentrado0.5 ml

Solucin de bromo al 5%5.0 ml

Bicarbonato de sodio2.0 g

Permanganato de potasio0.1 g

cido fosfrico2.0 mL

Sulfato de sodio anhidro2.0 g

VII. Procedimiento

Con el fin de comparar la eficiencia de dos procedimientos para la sntesis del ciclohexanol se trabajan dos mtodos.

1Mtodo A: por reflujo directo

Este mtodo se realiza con el objeto de compararlo con el anterior en cuanto a los resultados que se obtengan. Por esta razn, solo un equipo lo realizar y los dems debern tomar en cuenta los resultados para hacer la comparacin respectiva.Monte un equipo de reflujo directo. En el matraz de una boca coloque 10 ml de ciclohexanol, agregue gota agota y agitando 0.5 ml de cido sulfrico concentrado, agregue cuerpos de ebullicin y adapte el resto del equipo. Caliente el sistema con el mechero a travs de la malla de asbesto durante 45 minutos. Luego djelo enfriar un poco y vierta la mezcla de reaccin en una suspensin de 2 g de bicarbonato de sodio en 10 ml de agua. Separe la fase orgnica, lvela con 3 porciones de 5 ml de solucin saturada de bicarbonato de sodio y squela con sulfato de sodio anhidro.Purifique por destilacin simple cuidando que el intervalo de la temperatura de destilacin no sea mayor de 40C. Calcule el rendimiento y realice las pruebas de instauracin.

2 Mtodo B: por un proceso de la qumica verde

A un matraz redondo de 10 mL agregue 5 mL de ciclohexanol, 1.2 mL de cido fosfrico al 85% y una barra magntica. Mezcle las dos fases agitando. Prepare un aparato de destilacin simple. Caliente primero con un reflujo suave por unos minutos y despus con un calentamiento ms vigoroso para destilar la mezcla y recogerla en el matraz de recoleccin. Mantenga la destilacin hasta que el volumen que permanezca en el matraz de destilacin sea menor a 1 mL aproximadamente.Transfiera el destilado a un embudo de separacin y lave con 5 mL de agua. Separe cuidadosamente las capas y transfiera la fase orgnica a un matraz erlenmeyer seco. Elimine el exceso de agua antes de aadir sulfato de sodio anhidro para secar esta fase. Cuando se haya eliminado el agua, el lquido debe estar transparente y algo del agente secante debe permanecer sin aglomerarse. Transfiera la capa orgnica a un matraz redondo limpio y seco y recolecte el material que destila en un rango de 10C desde que caiga la primera gota. Transfiera el material destilado a un vial seco y tarado y determine el rendimiento.

3Pruebas de identificacin de alquenos

a. Prueba del Br2/CCl4En un tubo de ensayo coloque 1 ml de la sustancia problema. Adicione, gota a gota y con constante agitacin, 1 ml de una solucin al 2% en volumen de Br2/CCl4 hasta que el color del bromo persista. La desaparicin del color sin evolucin de gas es una prueba positiva. Si se ve el desprendimiento de gas, es que ocurri una reaccin de sustitucin y no una de adicin y por lo tanto es probable que la sustancia problema no contenga ni un doble ni un triple enlace. Observe e interprete los resultados. Escriba la ecuacin que se lleva a cabo.

b. Prueba de BaeyerEn un tubo de ensayo coloque 1 ml de la sustancia problema. Adicione, gota a gota, una solucin acuosa 1% (peso/volumen) de permanganato de potasio (acidulada a pH 2) con constante agitacin hasta que el color prpura del permanganato persista. La desaparicin del color prpura y la aparicin de una suspensin color caf es una prueba positiva. Observe e interprete los resultados. Escriba la ecuacin que se lleva a cabo.Notas:1. tenga cuidado de utilizar el material bien limpio y seco2. tome las precauciones necesarias cuando trabaje con cidos

VIII. Diagrama de flujoReferir a Anexo 1

IX. Resultados

1) Mecanismo para la obtencin del ciclohexenoReferir a seccin V. Mecanismo

2) Qu es una reaccin reversible.Es aquella que puede volver a su condicin original , de acuerdo a las condiciones del medio, aquella reaccin que puede proceder en ambos sentidos.

3) Qu es una reaccin irreversible?Es aquella que no es posible volverla a su condicin original mediante algn mtodo qumico o fsico. Una reaccin que se lleva acabo prcticamente en un solo sentido. La velocidad de reaccin de alguno de los sentidos es despreciable con respecto a la otra.

4) Qu es una reaccin en equilibrio?Se dice que una reaccin est en equilibrio cuando las rapideces de las reacciones en un sentido y en otro se igualan, y las concentraciones de los reactivos y productos permanecen constantes.

5) Cules fueron los principales factores experimentales que se controlaron en esta prctica?Se debe tomar en cuenta que la deshidratacin de alcoholes es reversible. Un cido cataliza la hidratacin de alquenos para dar alcoholes de manera que la reaccin ocurre en ambos sentidos.

En condiciones de deshidratacin, el alqueno, que es bastante voltil, generalmente se desprende de la mezcla reaccionante, por lo que el equilibrio es desplazado hacia la derecha y, en consecuencia, toda la secuencia de reacciones es forzada hacia la eliminacin.Por esto, es conveniente llevar a cabo la reaccin en presencia de calor, de manera que se escape el alqueno, y siga teniendo en este sentido el equilibrio.

6) Explique por medio de una ecuacin qumica la reaccin que se lleva a cabo entre el alqueno y cada reactivo de identificacin, explique el cambio fsico que ocurre en cada caso.

Prueba Baeyer

Para la prueba de Baeyer se agrega una solucin acidulada de permanganato de potasio al compuesto insaturado (en nuestro caso el ciclohexeno). El KMnO4 hidroxila los alquenos con estereoqumica sin. La solucin de permanganato es prpura oscuro, al reaccionar y formar el diol el color desaparece, precipitando el dixido de manganeso de color caf (Fig. 2).

Prueba de Br2/CCl4

Br2/CHCl2

Para la prueba de bromo, se agrega una solucin de Br2 en diclorometano. El color del bromo es rojizo anaranjado, si se agrega a un compuesto saturado el color persiste sin embargo, si se agrega a un compuesto con doble o triple enlace el bromo reacciona para dar una molcula dibromada as que el color desaparece (Fig. 2).

Fig 2. Pruebas de identificacin (izquierda) para el ciclohexeno por reflujo KMnO4 dio positivo y la prueba de Br2 tambin (derecha) para el ciclohexeno por qumica verde ambas dieron positivo, pero las pruebas fueron ms rpidas y claras.

7) Investigue los inconvenientes de cada prueba.BaeyerLos aldehdos y el cido frmico (y los steres de cido frmico) tambin dan una prueba positiva por lo que si se tiene un compuesto desconocido la prueba dar positiva no slo para alquenos o alquinos. Br2El bromo es un compuesto sumamente txico, por lo que esta prueba, aunque pequeas cantidades es contaminante y peligrosa (se debe realizar en una campana de extraccin).

8) Consulte si los productos que se forman al realizar las pruebas de instauracin son txicos.El dixido de manganeso es una sustancia que irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La inhalacin del aerosol puede originar reacciones asmticas. La exposicin por inhalacin prolongada o repetida puede originar asma. La sustancia puede tener efectos sobre el corazn, dando lugar a miocardiopatas. Del bromo ciclohexeno no se reporta la toxicidad. 9) Cul es el rendimiento del ciclohexeno?

Reflujo

RENDIMIENTO TERICO

0.0094 mol de cido sulfrico producirn 0.0094 mol de ciclohexeno.

Qumica verde

RENDIMIENTO TERICO

0.0230 mol de cido fosfrico producirn 0.0230 mol de ciclohexeno.

X. Bibliografa

Morrison, RT., Boyd, RN. 1998. Qumica Orgnica. Addison Wesley Longman, Mxico. Harvey, F. 2014. Material didctico de enseanza para Qumica Orgnica II. Brewter. R.Q. 1997. Curso prctico de la qumica orgnica, 5ta ed. Editorial Alhambra, Espaa. Chang, R. 2013. Qumica undcima edicin. McGraw Hill. Mxico. http://www.merckmillipore.com/pharmaceutical-ingredients/ Carey, F.A. 1999. Qumica Orgnica, 3ra edicin. Editorial McGraw-Hill, Mxico. Wade, L.G. 2004. Qumica Orgnica, 5ta edicin. Pearson Educacin, Espaa.

ANEXO 1

Ciclohexanol+cido sulfrico/Acido fosfrico

Reflujo / Destilar Residuo Destilado

Na2SO4Mat. org. degradadaCiclohexenoagua, cido

1) saturar con NaHCO32) D1 11lavar con NaHCO33) Qumica verde: lavar H2O Fase orgnica Fase acuosa

D1: separe las fases, mande a incineracin la fase orgnica, utilice fase acuosa para neutralizar D2.D2: neutralice con D1 y cheque pH.D3: lave con EtOH y seque para uso posterior.D4: mande a incineracinD5: mande a incineracin.D6: filtre el MnO2, etiqutelo y confnelo. Cheque pH al lquido y deseche por el drenaje.

Ciclohexeno impuro hmedocidoNaHCO3

D2 11

3) secar con Na2SO4 4) decantar o filtrar Destilado Residuo

Na2SO4. H2OCiclohexeno impuro

D3 11

5) Destilar Destilado Residuo

Ciclohexeno puro

Residuos orgnicos

D4 11 7) tomar muestra Br2 KMnO4

MnO2Diol BromoCiclohexano

D6 11D5 11