vazquez castro

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

QUÍMICO FARMACÊUTICO BIÓLOGO

TRABAJO PRÁCTICO EDUCATIVO

“ACTUALIZACIÓN DEL MANUAL DEL LABORATORIO

DE QUÍMICA ORGÁNICA II PARA LOS PROGRAMAS

EDUCATIVOS DE Q.F.B. Y Q.A.”

PRESENTA

VÁZQUEZ CASTRO EMMANUEL

DIRECTOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL

DRA. ESMERALDA SÁNCHEZ PAVÓN

ORIZABA, VER. MAYO, 2011

Universidad Veracruzana

Facultad de Ciencias Químicas

1

AGRADECIMIENTOS.

Quisiera comenzar por darte gracias Dios, por todos los dones y bendiciones con los

cuales me has colmado toda mi vida, porque sin ellos nada sería igual, del mismo modo por todas y

cada una de las personas que has puesto en mi camino, ya sea para bien o para mal, porque estas con

migo cada momento.

Así como por todos los nuevos días que me has dejado al lado mi famililla y amigos.

Que sin su apoyo condicional e incondicional, me han ayudado a seguir adelante, y forjarme un futuro.

Familia, les doy gracias, porque cada momento que hemos pasado juntos, por los buenos y

por los malos momentos y por todos aquellos que habrán de venir.

A mis padres Cesar y Gabriela que cada día han estado a mi lado y que no los merezco

como padres, por ser tan extraordinarias personas, que Dios me dio el privilegio de tener. Un millón de

gracias que son pocas para lo que todo lo que han hecho por mí.

A mis abuelos Rutilio y Porfirio así como Ofelia y Paulina, que me quieren como mis

padres, ustedes que me han dado tanto y sin merecerlo, gracias por sus consejos, cariño y sobre todo

por su amor.



2

A mi hermano, gracias por tus regaños y sobre todo por tus consejos, eres un hermano

que no cambiaría por nada, de verdad gracias.

Aunque no pueda escribir a toda la familia, mis tíos Mago y Mario. Miguel Ángel y Eva, y

a toda mi familia que no es menos importante, gracias a todos.

Amigos, gracias por estar a mi lado algunos de ustedes saben que son más que amigos si

no mis hermanos, las damas primero, Alba, Ariadna, Suhey, Alita, Nancy (vida), Nancy B, Laura,

Aracely, Lina, Monss. Luis, Erick, Chino, Porras, Alejandro (vida), Ricardo, Daniel (Santes), Daniel

(Zodiac), Jesús.

A Gaby, gracias niña que eres como mi hermana te quiero mucho, y gracias todo, la

verdad no se que mas decirte pero pues tú lo sabes bien.

Gely moxa, gracias niña te quiero mucho y gracias por tu amistad y por todo en este

tiempo que me has dejado concerté, te quiero mucho. Tú puedes.

A la Dra. esmeralda que confía en mí y en todos sus chicos, es una excelente Dra., así como

excelente persona. Muchas gracias. Del mismo modo a los sinodales, la Maestra Elizabeth Márquez

López, la Maestra Marisol Morales Castillo y a la Dra. Sharon Rossete Luna, que sin ellas este trabajo,

no sería el mismo, gracias por sus consejos y aportaciones.



3

ÍNDICE:

Pagina

LISTA DE ABREVIATURAS i

LISTA DE FIGURAS iii

PROLOGO 1

OBJETIVO 3

REGLAMENTO 4

RELACIÓN DE PRACTICAS 8

UNIDAD 1

tema 1.- Sustitución nucleofílica a carbono saturado 9

Practica 1 Obtención de bromuro de N-butilo SN2 16

Practica 2 Obtención cloruro de ciclohexilo SN1 20

Practica 3 Determinación de la constante de velocidad de reacción

de la hidrólisis del cloruro de ter-butilo. SN1

24

UNIDAD 2

Tema 2.- Reacción de eliminación 29

Practica 4 Obtención de ciclohexeno E1 32

UNIDAD 3

Tema 3.- Adición nucleofílica a carbono insaturado 36

Practica 5 Obtención acetileno 38



4

UNIDAD 4

Tema 4 Radicales libres 42

Practica 6 Obtención de benzopinacol. 45

UNIDAD 5

Tema 5 Sustitución aromática 47

Practica 7 Obtención baquelita. 51

Practica 8 Alquilación de Friedel y Crafts

Obtención de p-terbutilfenol

57

UNIDAD 6

Tema 6.- Sales de diazonio 61

Practica 9 Preparación de sudan. 64

Practica 10 Preparación de naranja de metilo. 65

CONCLUSIONES 70

ANEXOS 71



i

LISTA DE ABREVIATURAS

AlCl3.- Tricloruro de aluminio.

BF3.- Trifluoruro de boro.

BF4.- Tetrafluoruro de boro.

CaCl2 .- Cloruro de calcio.

CH3.- Metilo.

CH3CN,. Acetonitrilo.

CuCl2.-Cloruro de cobre.

DMF.- Dimetilformamida.

DMSO,- Sulfóxido de dimetilo.

E.E .- Experiencia Educativa.

E1.- Eliminación unimolecular.

E2.- Eliminación bimolecular.

FeCl3.-Cloruro férrico.

H2O2 .-Peróxido de hidrogeno.

H2SO4 .- Ácido sulfúrico.

HBr.- Ácido Bromhídrico.

HCl.- Ácido Clorhídrico.

HMPA.- Hexametil fosforamida.

HNO2.- Ácido nitroso.

KMnO4.- Permanganato de potasio.

MXP.-Peso mexicano.

N2O3.-Tríoxido de nitrógeno.

NaBr.- Bromuro de sodio.



ii

NaHCO3.- Carbonato Ácido de Sodio.

NaNO2.- Nitrito de sodio.

NaOH.- Hidróxido de sodio.

NH2 .- Amina.

NO2.- Ión nitronio.

Nu.- Nucleófilo.

-OH .- Oxidrilo.

QA.- Químico agrícola.

QFB.- Químico farmacéutico biólogo.

SN1.- Sustitución nucleofílica unimolecular.

SN2.- Sustitución nucleofílica bimolecular.

TosO.- Tosilo.

ZnCl2.- Cloruro de zinc.



iii

LISTA DE FIGURAS.

Pagina

Figura 1. Reacción del alcohol n-butílico para formar, bromuro de n-butilo. 16

Figura 1.2. E quipo de destilación fraccionada con baño de hielo. 18

Figura 1.3. Mecanismo de reacción para la obtención de bromuro de n-butilo. 71

Figura 2. Reacción de ciclohexanol para formar cloruro de ciclohexilo. 20

Figura 2.2. Sistema de reflujo con trampa de NaOH (A) y equipo de destilación

simple (B).

22

Figura 2.3 Mecanismo de reacción para la obtención de cloruro de ciclohexilo. 71

Figura 3.1. Reacción del alcohol terbutílico para obtener cloruro de ter-butilo. 24

Figura 3.3. Hidrolisis del cloruro de ter-butilo. 25

Figura 3.4. Equipo de destilación simple con baño de hielo. 27

Figura 3.5. Mecanismo de reacción para la obtención de cloruro de ter-butilo. 71

Figura 4.1. Reacción para la obtención de cliclohexeno. 32

Figura 4.2. Esquema del equipo de destilación simple. 34

Figura 4.3. Mecanismo de reacción para la obtención de cliclohexilo. 72

Figura 5.1. Reacción de carburo de calcio para obtener acetileno. 38

Figura 5.2. Llenado de los tubos de ensayo con acetileno formado. 40

Figura 5.3. Mecanismo de reacción para la obtención de acetileno. 72

Figura 6.1. Reacción para la obtención de benzopinacol. 44

Figura 6.2. Mecanismo de reacción para la obtención del benzopinacol. 73

Figura 7.1. Reacción para la obtención de baquelita. 51

Figura 7.2. Mecanismo de reacción para la obtención de la baquelita. 73

Figura 8.1. Reacción para la obtención de p-terbutilfenol. 57



iv

Figura 8.2. Baño de hielo con matraz generador y trampa de NaOH. 59

Figura 8.3. Mecanismo de reacción para la obtención de p-terbutilfenol. 75

Figura 9.1. Reacción para la obtención de sudan. 64

Figura 9.2. Mecanismo de reacción para la obtención de sudan. 75

Figura 10.1 Reacción para la obtención de naranja de metilo. 67

Figura 10.2. Mecanismo de reacción para la obtención de naranja de metilo. 76



1

PROLOGO.

La importancia de la química orgánica se ve reflejada en la amplia gama de

aplicaciones, que esta posee, ya sea en el ámbito laboral, profesional o estudiantil, la amplia

gama de compuestos como son los ácidos nucleídos, azúcares y grasas. Todos ellos

contienen como base principal es el carbono. Los productos orgánicos están presentes en

todos los aspectos de nuestra vida: la ropa que vestimos, los jabones, shampoo’s,

desodorantes, medicamentos, perfumes, utensilios de cocina, la comida, etc.

Los productos orgánicos han mejorado nuestra calidad y esperanza de vida. Como

ejemplo podemos citar una familia de compuestos que a casi todos nos ha salvado la vida:

los antibióticos. Y en cierto modo una de las partes más importantes de la química orgánica

es la síntesis orgánica. Hasta el día de hoy se han sintetizado más de diez millones de

compuestos orgánicos.

Debido a esto, es de suma importancia la modificación y actualización del manual

de laboratorio de la E.E. de Química Orgánica II de la carrera de Químico Farmacéutico

Biólogo de la Facultad de Ciencias Químicas.

Esto con el motivo de que el alumno que se encuentra cursando esta E.E. posea un

panorama mucho más amplio de esta área de la química, así como poder compaginar tanto

los conocimientos teóricos, con la parte practica que conlleva este laboratorio. Y que con

esto al alumno se le facilite el aprendizaje, y comprensión de la misma.

A lo largo de este manual se hablara de temas como:

Sustitución nucleofílica a carbono saturado.

Reacción de eliminación.

Radicales libres.

Sustitución electrofílica aromática.

Sales de diazonio.



2

Todos y cada uno de estos temas son de suma importancia, debido que estos le

brindaran las bases necesarias al alumno para E.E. posteriores.

Basado en lo que son las unidades de competencia, y de este modo sean

implementadas a lo largo de todo este laboratorio. Y sin dejar de lado la seguridad tanto de

los estudiantes como de los docentes que se encuentran impartiendo esta E.E.

Cabe mencionar que este manual responde también a la implementación de una

Química sostenible (Química verde), tratando de disminuir las cantidades de los reactivos

empleados a lo largo de las practicas, con la finalidad de producir una menor cantidad de

residuos, para hacer de este laboratorio lo menos nocivo que sea posible para el medio

ambiente.

Estas prácticas se llevaron a cabo en el laboratorio 106 de la Facultad de Ciencias

Químicas, en Orizaba Veracruz, del mismo modo se consultaron los precios de los

reactivos empleados en el laboratorio y así conocer el costo de cada practica por equipo,

esta consulta se realizo en el catalogo de Sigma-Aldrich en el mes de mayo del presente

año.

Se utilizaron reactivos y equipos comerciales que se disponían en el laboratorio

obteniendo rendimientos aceptables con forme a lo reportado en la literatura.



3

OBJETIVO.

General

Actualizar el manual de laboratorio de la E.E de Química Orgánica II de los

programas educativos de Q.F.B. y Q.A, reduciendo las cantidades de los reactivos

empleados en que cada practica, con lo cual se disminuirán los costos generados en el

curso; así mismo disminuir la generación de residuos.



4

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICA. UNIVERSIDAD VERACRUZANA

REGLAMENTO GENERAL PARA LOS LABORATORIOS DE QUÍMICA

Control de asistencia

1. Todas las secciones se ajustarán al horario establecido por la Secretaría

Académica de la Facultad, se dará un margen para poder asistir con retardo, establecido

por el profesor titular al inicio de cada curso.

El alumno debe tener presente que se evaluará sus asistencia y puntualidad según el

porcentaje indicado en los parámetros de evaluación de cada maestro titular, considerando

que NO hay semana de recuperación, y que a pesar de tener derecho a un 20% de

inasistencia justificadas según el Reglamento de los Alumnos, se debe cumplir de manera

presencial el 100% de las prácticas del Programa.

2. Durante la práctica, los alumnos no podrán salir del laboratorio a excepción de

enfermedad, estricta necesidad y con permiso del maestro.

3. Todos los integrantes de cada gaveta, deberán contar con una copia de la llave del

candado que asegura la misma.

4. No se permitirá salir a buscar material, por lo que se debe preparar el material

necesario desde antes de entrar, para no interrumpir ni retrasar el trabajo programado para

cada sección.



5

Reglamento de higiene y seguridad para laboratorios de Química

1. Todas las actividades que se realicen en los laboratorios deberán estar supervisadas

por un responsable.

Responsable por grupo: profesores titulares y/o auxiliares

2. El equipo de protección personal que será usado en los laboratorios y anexos del

laboratorio donde se lleven a cabo trabajos de experimentación será:

Alumnos:

1. Bata de algodón 100% (cerrada, manga larga y larga).

2. Lentes de seguridad. En caso de lentes graduados solicitar a los alumnos que

sean de vidrios endurecidos e inastillables y uso de protectores laterales.

3. Mascarilla con cartuchos apropiados para ácidos, bases y disolventes orgánicos.

4. El pelo recogido (en las prácticas que se utilice mechero).

5. Guantes.

6. Toalla o lienzo de algodón.

7. Zapatos cerrados.

Profesor titular:


2. Lentes de seguridad.

3. En caso de lentes graduados deberán ser de vidrio endurecido e inastillable y uso

de protectores laterales.

Profesor auxiliar:


2. Lentes de seguridad. En caso de lentes graduados deberán ser de vidrio

endurecido e inastillable y uso de protectores laterales.

3. Guantes cuando se encuentre en contacto con los reactivos.



6

3. En los laboratorios y anexos en donde se realicen experimentos, queda prohibido

fumar, consumir alimentos o bebidas, el uso de lentes de contacto y el uso de zapatos

abiertos (tipo guarache).

4. Los sistemas de extracción de gases y campanas deberán de mantenerse siempre

sin obstáculos que impidan que cumplan con su función y deberán de ser accionados al

inicio del trabajo experimental.

5. Todas las sustancias, equipos, materiales, etc., deberán ser manejados con el

máximo cuidado, atendiendo a las de los procedimientos correspondientes.

6. No tire cerillos al piso, ni los apague contra el plástico que protege las mesas, no

deberán tirarse en las canaletas de las mesas ni en los lavaderos, existirán botes de basura

para poder desecharlos, asegurándose que estos se encuentren apagados.

7. Estrictamente prohibido verter los residuos a las tarjas, drenajes y botes de

basura.

8. Está prohibido sacar los reactivos del laboratorio.

9. No jugar ni correr en el laboratorio.

10. No se admitirá a nadie que llegue extraoficialmente de visita.

11. Se prohíbe la entrada de otros grupos en horas de trabajo.

12. Se dejara limpia el área de trabajo (mesas y pisos).



7

13. Al finalizar las actividades en el laboratorio el responsable del área, profesor o

auxiliar (el último en salir del laboratorio), deberán verificar que queden cerradas las llaves

de gas, agua, apagadas las bombas de vacío, circuitos eléctricos, luces, etc.

14. Quedará a consideración y criterio del profesor titular anexar un reglamento

interno.

Este Reglamento será dado a conocer a todos los alumnos al inicio del periodo lectivo

y una vez recabada su firma de enterado, estará en un lugar visible en cada

laboratorio.



8

RELACIÓN DE PRÁCTICAS

TEMA 1.- SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA A CARBONO SATURADO

Practica 1. Obtención de bromuro de N-butilo. SN2

Practica 2. Obtención de cloruro de ciclohexilo. SN1

Practica 3. Determinación de la constante de velocidad de reacción de la

hidrólisis del cloruro de ter-butilo. SN1

TEMA 2.- REACCIÓN DE ELIMINACIÓN

Practica 4. Obtención de ciclohexeno. E1

TEMA 3.- ADICIÓN ELECTROFÍLICA A CARBONO INSATURADO

Practica 5. Obtención acetileno.

TEMA 4.- RADICALES LIBRES

Practica 6. Obtención de benzopinacol.

TEMA 5.- SUSTITUCIÓN AROMÁTICA

Practica 7. Obtención de baquelita.

Practica 8. Obtención de para-terbutilfenol

TEMA 6.- SALES DE DIAZONIO

Practica 9. Preparación de sudan.

Practica 10. Obtención de naranja de metilo II.



9

TEMA 1

SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA A CARBONO SATURADO

En química orgánica cuando un halogenuro de alquilo reaccionan con un nucleófilo

o una base pueden suceder dos cosas: que el nucleófilos (Nu) sustituye al grupo X lo que

nos dará unas reacción de sustitución nucleofílica (SN), la cual se divide en dos: las

reacciones de sustitución nucleofílica unimolecular (SN1), y las reacciones de sustitución

nucleofilica bimolecular (SN2). O también se puede llevar a cabo la eliminación de un HX

para formar un alqueno (tema 2) este tipo de reacciones se les llamara reacciones de

eliminación.

Las reacciones de sustitución nucleofílica (SN) son aquellas en las cuales el átomo

de carbono de un halogenuro de alquilo, tiene una carga parcial positiva. Este carbono

puede ser atacado por un anión o una especie que tenga un par de electrones no

compartidos en su capa externa. El resultado es una reacción de sustitución, estas

reacciones se van a ver afectadas por diversos factores los cuales ayudaran a favorecer uno

de los dos mecanismos ya sea la SN1 o la SN2, estos factores serán:

El sustrato

El nucleófilo atacante

El grupo saliente

El disolvente

Hablando de la sustitución nucleofílica bimolecular (SN2), la característica esencial

del mecanismo SN2 es que la reacción se lleva a cabo en una solo etapa, sin intermediarios,

el nucleófilos entrante ataca al halogenuro de alquilo o tosilato (sustrato) desde la dirección

opuesta al grupo que sale. Por lo tanto cuando el sustrato es un compuesto ópticamente

activo la reacción ocurre con inversión de la configuración.



10

Las reacciones de SN2 suceden cuando un par de electrones del Nu:- expulsa al

grupo X:- , llevándose el par de electrones del enlace original C-X. Esto ocurre mediante un

estado de transición en el cual se forma parcialmente un enlace nuevo Nu-C a la vez que se

rompe parcialmente el enlace original C-X, donde el nucleófilo atacante y el ión halogenuro

que sale comparten la carga negativa. El estado de transición para esta inversión tiene los

tres enlaces restantes con el carbono en el mismo plano.

El ataque del Nu entrante por el lado opuesto a 180° del grupo X que sale, lo que

origina que se invierta la estereoquímica del sustrato. El cual es una de las variables de las

cuales depende que se lleven a cabo las reacciones de SN2.

Sustrato

Unas de las variables de las reacciones de SN2 son el sustrato y el grado de

sustitución de este. Dado que el estado de transición SN2 comprende la formación parcial

del enlace entre el nucleófilo atacante y el átomo de carbono del halogenuro de alquilo, el

sustrato estéricamente impedido y voluminoso evita el acercamiento del Nu, dificultando la

formación del enlace, es decir, el estado de transición para la reacción de un halogenuro de

alquilo estéricamente impedido cuyo átomo de carbono está menos accesible para el ataque

del nucleófilo, tiene mayor energía y se forma con más lentitud que el estado de transición

correspondiente a un halogenuro de alquilo estéricamente menos impedido. Es más difícil

el ataque nucleofílico a medida que se aumenta el tamaño de los tres sustituyentes unidos al

carbono que tiene el halógeno.

CH3

Br

CH3

HOH-

C

H CH3

CH3

BrOH-

CH3

OH

CH3

H + Br-



11

Los sustratos que se muestras su reactivad decrece de izquierda a derecha siendo los

halogenuros de metilo son por mucho los sustratos más reactivos en las reacciones de SN2,

seguidos por los halogenuros de alquilo primarios, como los de etilo y propilo. La presencia

de sustituyentes alquilo en el carbono que tiene el grupo saliente, como en los halogenuros

de isopropilo desacera la reacción considerablemente, y así sucesivamente hasta llegar a los

halogenuros de alquilo terciarios. Como resultado de esto las reacciones de SN2 solo se

pueden suceder en sitios relativamente libres de impedimento estérico.

Nucleófilo

La naturaleza del nucleófilos atacante es otra variable que tiene un gran efecto sobre

las reacciones de SN2, cualquier especie, sea neutra o con carga negativa, puede actuar

como nucleófilo, siempre que tenga un par de electrones no compartidos (esto siempre que

sea una base de Lewis), si el nucleófilo tiene carga negativa el producto será neutro; si es

neutro, el producto tendrá una carga positiva. Esto va de la mano con respecto a que

nucleófilo se puede ver afectado por el disolvente, aunque de forma general la

“nucleofilicidad” mide la afinidad de una base de Lewis por un átomo de carbono en la

reacción de SN2 y la basicidad mide la afinidad de una base por un protón. Del mismo

modo la nucleofilicidad suele aumentar al bajar en un grupo de la tabla periódica, y de

forma general los nucleófilos con carga negativa suelen ser más reactivos que los de carga

neutra.

Grupo saliente

Una variable que afecta a las reacciones de SN2 es la naturaleza del grupo

desplazado, por el nucleófilos atacante. Puesto que el grupo saliente sale con una carga

negativa, cabe esperar que los mejores grupos salientes sean los que mejor estabilizan dicha

Br

CH3

CH3

CH3

H

CH3

CH3

Br

Br

CH3

H

CH3 Br

H

H

CH3 Br

H

H

H

Orden creciente de reactividad



12

carga negativa, ya que la estabilidad de un anión es inversa a su basicidad los mejores

grupos salientes son las bases más débiles, los tosilatos son los mejores grupos salientes así

como el I- y el Br

- pero el Cl

- y el F

- son menos eficaces como grupos salientes.

Disolvente

El disolvente afecta la velocidad de muchas de las reacciones de SN2, los solventes

próticos que contienen grupos –OH o –NH, suelen ser los peores para efectuar estas

reacciones. Los disolventes polares apróticos los que poseen dipolos grandes o que carecen

de –OH o –NH son los mejores.

Los disolventes próticos con el etanol y el metanol desaceleran las reacciones de

SN2, rodeando al nucleófilo reactivo, en un proceso llamado solvatación, las moléculas de

disolvente forman puentes de hidrogeno con el nucleófilo, lo que disminuye su energía y

su reactividad, los disolventes que aumenta la velocidad de reacción de las reacciones de

SN2 son el acetonitrilo o CH3CN, dimetilformamida o DMF, el sulfóxido de dimetilo o

DMSO y la Hexametil fosforamida o HMPA.

Las reacciones SN2 se favorecen cuando se efectúa con un sustrato no impedido, un

nucleófilo con carga negativa y un disolvente polar aprótico, y se desfavorece cuando hay

un sustrato impedido. Y es por esta razón que no todas las reacciones se pueden llevar a

cabo por este método, es ahí donde entra la sustitución nucleofílica unimolecular.

Sustitución nucleofílica unimolecular SN1

Muchas de las reacciones orgánicas son relativamente complicadas y se llevan a

cabo en etapas sucesivas, uno de estos pasos suele ser que los demás y se le denomina paso

limitante (paso lento) de la velocidad, el hecho de que la cinética de la reacción SN1 es de

primer orden indica que el halogenuro de alquilo interviene de manera unimolecular en el

paso limitante de la velocidad de reacción sin la intervención del nucleófilo, este participa

en otro paso, el mecanismo es el siguiente.



13

A diferencia de lo que sucede en el SN2, donde el grupo saliente se desplaza al

mismo tiempo que se acerca el nucleófilo, en una SN1 primero se pierde el grupo saliente y

luego se adiciona el nucleófilo.

Debido a que una reacción de SN1 se efectúa a través de un carbocatión

intermediario, su resultado estereoquímico debe de ser distinto al de las reacciones SN2,

debido a que los carbocationes son planos y tienen hibridación sp2, son quirales. Por lo

tanto si se lleva a cabo una reacción SN1 con un enantiómero de un reactivo quiral y este se

desplaza por un carbocatión intermediario, el producto debe de ser ópticamente inactivo.

Un nucleófilo puede atacar al carbocatión intermediario simétrico con la misma facilidad de

ambos lados lo que proporciona una mezcla de enantiómeros en proporción 50:50 lo que es

una mezcla racémica.

Sustrato

En las reacciones SN1 mientras más estable sea el carbocatión intermediario mayor,

la reacción SN1 es más rápida, el orden es estabilidad de los carbocationes de alquilo es

3°>2°>1°>-CH3, a estos hay que agregar el carbocatión alilo y bencilo, los cuales son

estabilizados por resonancia, debido a esta un carbocatión alílico o bencílico en un carbono

primario, tiene casi la misma estabilidad que un carbocatión alquilo secundario, de igual

manera, un carbocatión alílico o bencílico en un carbono secundario posee más o menos la

misma estabilidad que un carbocatión alquilo terciario.

Br

CH3

CH3

CH3C

+

CH3

CH3

CH3

O H

H

CH3

CH3

CH3 O+

H

H

OH2

OH

CH3

CH3

CH3

+ OH3

+



14

Grupos saliente

En las reacciones de SN2 los mejores grupos salientes son los más estables. En la

reacción de SN1 se ve que hay un orden idéntico de reactividades por que el grupo saliente

participa en forma directo en el paso limitante de la velocidad. De esta manera, se

encuentra el orden de reactividad en SN1 es: H2O < Cl-< Br

-< I

- < TosO

-.

En las reaccione SN1, que se puede efectuar en condiciones acidas, el agua neutra

puede funcionar como un grupo saliente. Esto sucede cuando se preparan halogenuros de

alquilo a partir de un alcohol terciario por medio de la reacción con HBr y HCl.

Nucleófilo

La naturaleza del nucleófilo es importante en las reacciones SN2, sin en cambio en

las reacciones SN1 se efectúa pasando por una etapa limitante de la velocidad en la que el

nucleófilo no interviene en la cinética. El nucleófilo no entra en la reacción si no hasta que

se efectúa la disociación, que es el paso limitante de la velocidad por lo que no afecta la

velocidad de reacción.

Disolvente

Los disolventes tienen un gran efecto sobre las reacciones de SN1; pero no, porque

las causas de estos efectos no son las mismas. Los efectos del disolvente sobre las

reacciones de SN2 se deben principalmente a la estabilidad o desestabilización del

nucleófilo. Sin embargo, sus efectos sobre la reacción SN1 se deben sobre todo a la

estabilidad o desestabilidad del estado de transición. Las propiedades de un disolvente que

contribuye a su capacidad de estabilizar iones el solvatación se relaciona con la polaridad

del mismo, los disolventes polares, como el agua, el metanol y sulfóxido de dimetilo, son

buenos para solvatar iones, pero la mayor parte de los esteres e hidrocarburos que son no

polares, son muy malos.



15

En el siguiente cuadro se muestra de manera muy general las reacciones de SN1

contra las de SN2

Tipo de halógeno SN1 SN2

CH3X No sucede por inestabilidad Muy favorecida

RCH2X No sucede Favorecida

R2CHX Puede presentarse con los

halogenuros de bencílicos y alilicos

Se dan en competencia

con las E2

R3CX Se favorece en disolventes

hidroxilicos No ocurre



16

PRÁCTICA 1

OBTENCIÓN DE BROMURO DE N-BUTILO (SN2)

UNIDAD DE COMPETENCIA

Obtención de un halogenuro de alquilo primario a partir de un alcohol primario

mediante una reacción de sustitución nucleofílica.

Investigar el mecanismo y las reacciones competitivas que ocurren durante la

reacción.

REACCIÓN:

Figura 1.1. Reacción del alcohol n-butílico para formar, bromuro de n-butilo.

V= 5 ml V= 6 ml

= 0.810 g/ml = 1.276 g/ml

m= 4.05 g m= 7.656 g

PM= 74.12 g/mol PM= 137.03 g/mol

n= 0.0.0547 mol n= 0.05576 mol

p. eb.= 117.7 °C p. eb.= 100-104 °C

Reactivo PM Peso Numero de moles Equivalentes

Alcohol N-butílico 74 g/mol 4.05 g 0.0547 1

NaBr 103 g/mol 7 g 0.0679 1.2

H2SO4 98 g/mol 9.2 g 0.0938 1.7

REACTIVOS:

₰ NaBr 7.0 g

₰ NaOH 10.0 g

₰ Solución de NaOH al 5% 10.0 ml

₰ Alcohol n-butílico 5.0 ml

₰ H2SO4 conc. 5.0 ml

₰ Na2SO4 5.0 g

+NaBr H2SO4+ CH3 Br NaHSO4 OH2+ +CH3 OH



17

MATERIAL:

₰ Equipo Quifick

₰ 2 matraz Erlenmeyer de 250

₰ Quemador bunsen con manguera

₰ Cuerpos de ebullición

₰ Mangueras de látex

₰ Vaso de precipitados de 400 ml


₰ Agitador de vidrio

₰ 2 soportes universales

₰ Tela de alambre con asbesto

₰ Termómetro de -10 a 400 °C

₰ Tiras de papel pH

PROCEDIMIENTO

1. En un matraz de dos bocas de 25 ml coloque 10 ml de agua, añada 7 g de bromuro

de sodio, agite, y adicione 5 ml de n-butanol.

2. Mezcle perfectamente, añada cuerpos de ebullición y adapte un sistema de

destilación fraccionada.

3. Enfríe el matraz en un baño de hielo y pasados unos minutos adicione por la boca

lateral del matraz 5 ml de ácido sulfúrico concentrado, mediante un embudo de

adición, en porciones de aprox. 1.5 ml cada vez.

4. Terminada la adición, retire el baño de hielo y el embudo de adición y tape la boca

lateral del matraz de dos bocas con el tapón esmerilado. Adapte una trampa de

solución de sosa (25 ml).

5. Caliente la mezcla de reacción suavemente.

6. Se empieza a notar el progreso de la reacción por la aparición de dos fases, siendo la

fase inferior la que contiene el bromuro de n-butilo.

7. Reciba el destilado en un recipiente enfriado en un baño de hielo.



18

8. Continúe el calentamiento hasta que el destilado es claro y no contiene gotas

aceitosas.

9. Pase el destilado al embudo de separación y lave este con 15 ml de agua (el

bromuro es la capa inferior), agite vigorosamente.

10. Verifique que el pH no sea ácido utilizando tiras de papel pH (en caso necesario

haga otro lavado con 15 ml de agua).

11. Transfiera el bromuro de n-butilo húmedo a un matraz Erlenmeyer y seque con

sulfato de sodio anhídro.

12. Decante al matraz de pera y destile por destilación simple, colectándose la fracción

que destila entre 75-80 °C en un recipiente previamente pesado.

FIGURA

Figura 1.2. Equipo de destilación fraccionada con baño de hielo.



19

RESULTADO

Rendimiento esperado, no mayor al 80%.

CONCLUSIONES

CUESTIONARIO

1.- Considerando los desechos de reacción ¿Qué procedimiento químico emplearía

antes de desecharlos?

2.- ¿Cómo eliminaría los desechos de NaOH y el H2SO4 concentrado?

3.- ¿Qué otras condiciones de reacción podría proponer para esta práctica?

ANEXO.

Tiempo estimado para la realización de la práctica 2 hrs.

Costo de reactivos empleados en esta práctica por equipo $ 31.23 MXP.

Figura 1.3. Mecanismo de reacción para la obtención de bromuro de n-butilo.

Bibliografía.

Mc Murry, J Química orgánica 2004 sexta edición, internacional Thomson editores S.A.

México D.F.

Fessenden, J. R., y S.J. Fessenden. Química Orgánica. 1983. Primera edición. Grupo

Editorial Iberoamericana. México, D.F.

Morrison, T.R. y R.N. Boyd. 1990. Química Orgánica. Quinta edición. Edit. Addison

Wesley Iberoamericana. Wilmington, Delawere, E.U.A.



20

OH

+ HCl

CaCl2

Cl

+ OH2

PRÁCTICA 2

OBTENCIÓN DE CLORURO DE CICLOHEXILO

UNIDAD DE COMPETENCIA:

Que el alumno conozca y sea capaz de preparar un halogenuro de alquilo

secundario a partir del alcohol correspondiente, mediante una reacción de

sustitución nucleofílica.

Preparar el cloruro de ciclohexilo por la reacción de ciclohexano con ácido

clorhídrico concentrado en presencia de cloruro de calcio anhídro, aislar y purificar

por destilación el producto de la reacción.

Al término de esta práctica el alumno deberá de dominar tanto el conocimiento

teórico, del mismo modo como el pleno dominio del montaje y uso del equipo

empleado durante el desarrollo de la misma.

REACCIÓN

Figura 2.1 Reacción de ciclohexanol para formar cloruro de ciclohexilo

V= 3 ml V= 3.7 ml

= 0.963 g/ml = 1.000 g/ml

m= 2.88 g m= 3.7 g

PM= 100.16 g/mol PM= 118.61 g/mol

n= 0.057 mol n= 0.057 mol

p. eb.= 160-161 °C p. eb.= 142 °C


Ciclohexanol 100.16 g/mol 2.88 g 0.0287 1

HCl 36 g/mol 10.62 g 0.277 9.65

CaCl2 110 g/mol 2.5 g 0.022 1.3



21

REACTIVOS

₰ Ciclohexanol 3.0 ml

₰ Sol. saturada de NaCl 10.0 ml

₰ HCl conc. 9.0 ml

₰ Sol. saturada de Na2CO3 10.0 ml

₰ CaCl anh. 2.5 g

₰ NaOH 2.0 g

MATERIAL:

₰ Equipo Quifick












PROCEDIMIENTO

1. En un matraz balón de 25 ml, de una boca, coloque 3 ml de ciclohexanol, agregue

9 ml de ácido clorhídrico concentrado y 2.5 g de cloruro de calcio anhídro.

2. Posteriormente agregue varios cuerpos de ebullición y conecte al matraz un

refrigerante de agua en posición de reflujo.

3. A la salida del refrigerante coloque una trampa de gases con hidróxido de sodio en

granallas y algodón. Como se indica en la figura 2.2 (A)

4. Caliente la mezcla a través de una tela de asbesto, lleve a un reflujo suave (menos

de 100 °C) por un período de 60 minutos.

5. Enfríe la mezcla de reacción a temperatura ambiente y transfiérala a un embudo de

separación.



22

6. Deje que se separe la mezcla en dos fases y deseche la fase inferior acuosa. Lave la

fase orgánica sucesivamente con:

a. 10 ml de solución saturada de cloruro de sodio.

b. 10 ml de solución saturada de bicarbonato de sodio.

c. 10 ml de solución saturada de cloruro de sodio.

7. Seque la fase orgánica con cloruro de calcio anhidro.

8. Coloque la fase orgánica seca en un matraz de destilación, y ensamble un sistema

de destilación simple.

9. Por último destile y colecte la fracción con punto de ebullición 128- 130 °C.

10. Registre sus resultados y calcule el rendimiento del producto puro.

FIGURA:

A) B)



23

Figura 2.2 Sistema de reflujo con trampa de NaOH (A) y equipo de destilación simple (B)

RESULTADOS

Rendimiento esperado, no mayor del 75%

CONCLUSIONES

CUESTIONARIO

1.- ¿Qué tratamiento aplicaría a los residuos de la reacción?

2.-¿Cómo se debe de eliminar el NaOH en solución que se encuentra en la trampa?

3.- mencione las principales propiedades de los halogenuros de alquilo.

ANEXO.

Tiempo estimado para la realización de esta practica 2 Hrs.

Costo de reactivos empleados en esta práctica por equipo $ 39.79 MXP

Figura 2.3 Mecanismo de reacción para la obtención de cloruro de ciclohexilo.

Bibliografía.


México D.F.







24

PRACTICA 3

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE VELOCIDAD DE REACCIÓN DE

LA HIDRÓLISIS DEL CLORURO DE TER-BUTILO. (SN1)

UNIDAD DE COMPETENCIA.

El alumno aprenderá a comprobar experimentalmente el mecanismo de una reacción

SN1 mediante la determinación gráfica del orden y la constante de velocidad de una

ecuación de 1er orden.

Que el alumno sea capaz de aplicar y relacionar el conocimiento adquirido durante

esta práctica con otras E.E. que se encuentre cursando.

REACCIÓN:

Obtención de cloruro de ter-butilo.

Figura 3.1. Reacción del alcohol terbutílico para obtener cloruro de ter-butilo

V= 4 ml V= 4.915 ml

= 0.786 g/ml = 0.851 g/ml m= 2.358 g m= 3.331 g PM= 74.12 g/mol PM= 92.57 g/mol n= 0.0636 mol n= 0.0636 mol

p. eb.= 83 C p. eb.= 51-52 C


Alcohol

terbutilico

74.12 g/mol 2.358 0.0318 1

OH

CH3

CH3

CH3 + HCl Cl

CH3

CH3

CH3 + OH2



25

HCl 36 g/mol 10.62 0.295 9.27

Hidrólisis del cloruro de ter-butilo.

Figura 3.2. Hidrolisis del cloruro de ter-butilo.

REACTIVOS:

₰ Alcohol terbutílico 4 ml ₰ Sol. Na2CO3 10% 10 ml

₰ Etanol 96° 70 ml ₰ Agua destilada 40 ml

₰ HCl conc. 9 ml ₰ Na2SO4 anhidro. 1gr

₰ Fenoftaleína. ₰ NaCl 1 gr

₰ Sol. NaOH 0.05N 10 ml

Material.

₰ Equipo Quifick











₰ Bureta graduada de 25 ml.

₰ Pipeta graduada de 10 ml.

₰ Pipeta volumétrica de 10 ml.

OH

CH3

CH3

CH3+Cl

CH3

CH3

CH3 +OH2 HClEtOH/H

2O



26

PROCEDIMIENTO

Obtención de cloruro de ter-butilo.

1. Coloque en un matraz Erlenmeyer de 25 ml con tapón: 4 ml de terbutanol, 9 ml de

ácido clorhídrico, 1.0 g de cloruro de calcio y mézclelos con agitación vigorosa

durante 15 minutos.

2. Transfiera el contenido del matraz a un embudo de separación, deje reposar hasta la

separación de fases, elimine la capa inferior (ácido clorhídrico residual).

3. Lave dos veces el cloruro de ter-butilo formado con una solución de carbonato de

sodio al 10% (5 ml cada vez) (el cloruro de ter-butilo queda en la parte superior).

4. Seque el cloruro de ter-butilo con sulfato de sodio anhídro.

5. Purificar por destilación simple.

6. Recoja la fracción que destila entre 42-45 °C. (recoger el destilado en un matraz

sumergido en un baño de hielo)

SEGUNDA PARTE.

Determinación de la constante de velocidad de la hidrólisis del cloruro de ter-butilo.

OH

CH3

CH3

CH3+Cl

CH3

CH3

CH3 +OH2 HClEtOH/H

2O

1. Coloque 1 ml de cloruro de ter-butilo, recién destilado y seco, en un matraz aforado

de 100 ml, afore con una mezcla de etanol / agua 77:33 (utilice alcohol de 96° y

agua destilada).



27

2. Mezcle y empiece a contar el tiempo. Espere dos minutos, tome una alícuota de 10

ml y titule con NaOH 0.05 N, use fenoftaleína como indicador

3. A los 12 minutos de haber hecho la mezcla, realice otra titulación, hasta hacer un

total de 8-9 titulaciones.

4. Anote los resultados en el siguiente cuadro:

Tiempo Vol. de

NaOH

X=concentración

de Cl

(a-x) a/(a-x) Log

a/(a-x)

K



28

FIGURA

Figura 3.4. Equipo de destilación simple con baño de hielo

Resultados.

Rendimiento esperado, no mayor del 92%.

Conclusiones.

Cuestionario.

1. Con base a los datos experimentales ¿cuál es el orden de la reacción?

2. De acuerdo a este orden; ¿cuál es el mecanismo de la reacción de hidrólisis?

3. ¿Qué será necesario hacer antes de desechar al drenaje los residuos de la reacción de

obtención del cloruro de ter-butilo que contienen agua, cloruro de calcio y ter-

butanol?

4. ¿Qué precauciones debe tener al trabajar con ácido clorhídrico concentrado?



29

ANEXO.

Tiempo estimado para la realización de esta practica 3 Hrs.

Costo de reactivos empleados en esta práctica por equipo $ 19.70 MXP.

Figura 3.5. Mecanismo de reacción para la obtención de cloruro de ter-butilo.

Bibliografía.


México D.F.







30

TEMAS 2

REACCIONES DE ELIMINACIÓN

En la unida uno se hablo que existen dos posibles clases de reacciones cuando un

nucleófilo o base de Lewis reacciona con un halogenuro de alquilo, el nucleófilo puede

atacar en el carbono y sustituir al halógeno con lo cual se dara una reacción de SN o puede

ser que reaccione con un hidrogeno vecino y causar la eliminación de HX, para formar un

alqueno con lo cual sucederá una reacción de eliminación, las cuales a su ves se dividen en

dos, las reacciones de eliminación unimolecular E1 y las reacciones de eliminación

bimolecular E2.

Debido a que las reacciones de eliminación son más complicadas que las SN por

varias razones, una de ellas es la regioselectividad, ya que casi siempre las reacciones de

eliminación producen mezcla de alquenos y lo mejor que se puede hacer es pronosticar cuál

será el producto principal. De acuerdo con la regla de Alexander Zaitsev, las reacciones de

eliminación inducidas por bases suelen producir el alqueno mas sustituido (el más estable)

el esto es que el carbono con mas sustituyentes alquilo en el doble enlace.

La eliminación de un HX de un halogenuro de alquilo es un método excelente para

la preparación de alqueno, y para esto existen dos métodos de preparación las reacciones de

E1 y E2.

Reacción E2.

Eliminación bimolecular, sucede cuando un halogenuro de alquilo se trata con una

base fuerte, con un ión hidróxido o un alcoxído, RO-, es el mecanismo que se sigue con

más frecuencia para una eliminación.



31

Al igual que las reacciones de SN2 la E2 se lleva a cabo en un solo paso, sin

intermediarios, cuando la base atacante comienza a sustraer el hidrogeno de un carbono

junto al grupo saliente, iniciándose el rompimiento del enlace carbono-hidrogeno, se

empieza a formar el doble enlace carbono-carbono y el grupo saliente comienza a alejarse,

llevando consigo un par de electrones del enlace carbono-grupo saliente.

Así como la reacción E2 es análoga de la reacción SN2 existe una reacción análoga a

la reacción SN1, denominada E1 (eliminación unimolecular).

Las eliminaciones E1 comienzan con la misma disociación unimolecular como en

las reacciones SN1 pero seguida por la pérdida de un hidrogeno del carbocatión

intermediario, en vez de la sustitución, en realidad, las reacciones E1 y SN1 suceden

normalmente en competencia, siempre que se trate de un halogenuro de alquilo en un

disolvente prótico con un nucleófilo no básico. Por consiguiente los mejores sustratos para

la reacción E1 son los mismos que para las SN1 y se pueden obtener mezclas de productos

de sustitución y de eliminación.

R4

R1

R2

H

X

R3

OH-

R1

R4

R3

R2

R4

R1

R2

H

X

R3

OH-

+ OH2 X-

+

CH3

Cl

CH3

CH3C

+

CH3

CH3 H

H

H CH2

CH3

CH3

Base



32

En el siguiente cuadro se muestra las diferencias entre cada una las reacciones de

sustitución y eliminación.

Tipo de

halógeno

SN1 SN2 E1 E2

RCH2X No sucede Muy favorecida No sucede Sucede cuando

se usan fuertes

bases

R2CHX Puede presentarse

con los halogenuros

de bencílicos y

alílicos

Se dan en

competencia

con las E2

Puede darse con

los halogenuros

bencílicos y

alílicos

Se favorece

cuando se

emplean bases

fuertes

R3CX Se favorece en

disolventes

hidroxilicos

No ocurre Se presenta en

competencia con

SN1

Se favorece

cuando se

utilizan bases



33

PRÁCTICA 4

OBTENCIÓN DE CICLOHEXENO


Que el alumno sea capaz de preparar ciclohexeno por deshidratación catalítica de

ciclohexanol.

Comprender la influencia de factores experimentales que modifican una reacción

reversible.

Que al término de esta práctica el alumno comprenda las reacciones de eliminación

E1 y E2.

REACCIÓN

Figura 4.1. Esquema de reacción para la obtención de cliclohexeno.

V= 5 ml V= 9.7243 ml

= 0.962 g/ml = 0.811 g/ml

m= 9.62 g m= 7.886 g

PM= 100.16 g/mol PM= 82.15 g/mol

n= 0.096 mol n= 0.096 mol

p. eb.= 160-161 °C p. eb.= 83 °C

Reactivos PM Peso Numero de moles Equivalentes

Ciclohexanol 100.16 4.81 0.04823 1

H2SO4 98 g/mol 0.75 0.00765 0.158

OH

+ H2SO4 + OH2



34

REACTIVOS

₰ Ciclohexanol 5.0 ml ₰ NaCl. 2 g

₰ H2SO4 conc. 0.5 ml ₰ Sol. de KMnO4 al 0.2% 25 ml

₰ Na2SO4 anh 2 g ₰ NaHCO3 2 g

MATERIAL

₰ Equipo Quifick












₰ Pipeta volumétrica de 10 ml.

PROCEDIMIENTO

1. Monte un equipo de reflujo directo. En el matraz pera de una boca coloque 5 ml de

ciclohexanol, agregue gota a gota y agitando 0.5 ml de ácido sulfúrico concentrado,

agregue cuerpos de ebullición y adapte el resto del equipo.

2. Caliente el sistema con el mechero a través de la tela de alambre con asbesto,

durante 45 minutos.

3. Dejarlo enfriar un poco y verter la mezcla de reacción en una suspensión de 2 g de

bicarbonato de sodio en 10 ml de agua. Separe entonces la fase orgánica, lávela con

3 porciones de 5 ml de una solución saturada de bicarbonato de sodio y

posteriormente secar con sulfato de sodio anhídro.

4. Purifique por destilación simple, el ciclohexeno obtenido.

5. Mida el volumen obtenido.

6. Calcule el rendimiento de la reacción.



35

FIGURA

Figura 4.2 Equipo de destilación simple

Prueba de identificación.

Reacción con KMnO4.

En un tubo de ensayo coloque 1 ml de solución de permanganato de potasio (acidule

a pH 2 ó 3), agregue 1 ml de ciclohexeno y agite. Observe e intérprete los resultados. La

prueba será positiva si aparece un color purpura.



36

RESULTADOS

Rendimiento esperado, no mayor de 85%.

CONCLUSIONES

CUESTIONARIO

1. Defina: a) ¿Qué es una reacción reversible?

b) ¿Qué es una reacción irreversible?

c) ¿Qué es una reacción en equilibrio?

2. ¿Qué debe hacer con los residuos de la reacción depositados en la pera o matraz

antes de desecharlos por el drenaje?

3. ¿Cuál es la toxicidad de los productos que se forman al realizar las pruebas de

instauración?

ANEXO

Tiempo estimado para la realización de la práctica 2 Hrs.


Figura 4.3. Mecanismo de reacción para la obtención de cliclohexilo.

Bibliografía.


México D.F.







37

CH CH

UNIDAD 3

ADICIÓN ELECTROFÍLICA A CARBONO INSATURADO

Los alquinos son hidrocarburos que contienen un triple enlace C-C. Se les denomina

también hidrocarburos acetilénicos porque derivan del alquino más simple que se llama

acetileno. La estructura de Lewis del acetileno muestra tres pares de electrones en la región

entre los núcleos de carbono.

Acetileno.

El acetileno tiene una estructura lineal que se explica admitiendo una hibridación sp

en cada uno de los átomos de carbono. El solapamiento de dos orbitales sp entre sí genera

el enlace σ C-C. Por otra parte, el solapamiento del orbital sp con el orbital 1s del

hidrógeno forma el enlace σ C-H. Los dos enlaces π se originan por solapamiento de los

dos orbitales p que quedan en cada uno de los dos átomos de carbono. El solapamiento de

estos orbitales forma un cilindro de densidad electrónica que circunda al enlace σ C-C.

La longitud del enlace C-C en el acetileno es de 1.20 Å y cada uno de los enlaces C-

H tiene una distancia de 1.06 Å. Los dos enlaces, tanto el C-C como el C-H, son más cortos

que los enlaces correspondientes en el etano y en el etileno.

El triple enlace es relativamente corto debido al solapamiento de los tres pares de

electrones y al elevado carácter s de los orbitales híbridos sp (50% de carácter s), lo que

aproxima más a los átomos de carbono que forman el enlace σ del acetileno.



38

CH3 CH H Br+ C+

H

H

CH3

+ Br-

Reacciones de los alquinos: Adiciones electrofílicas al triple enlace.

a) Adición de hidrácidos (H-X).

Los hidrácidos se adicionan al triple mediante un mecanismo similar al de la adición

a enlaces dobles. La regioselectividad de la adición al triple enlace de H-X sigue también la

regla de Markovnikov.

El mecanismo de la reacción se inicia con la adición del protón al triple enlace, lo

que origina un carbocatión vinilo. Si se pueden formar dos carbocationes vinilos diferentes

el que se forma preferentemente es el que coloca la carga positiva en el átomo de carbono

más sustituido (orientación Markovnikov).

En el segundo paso del mecanismo se produce el ataque nucleofílico del ión

halogenuro al carbocatión vinilo, lo que proporciona un halogenuro de vinilo.

Paso 1,- Adición del protón.

Paso 2.- Adición del nucleófilo.

La adición de hidrácidos, como HCl o HBr, a alquinos internos da lugar a mezclas

de haluros de vinilo isoméricos en las que predomina el haluro de vinilo Z.

CH3 CH + HBr

CH3

Br

H

H

2-Bromo-1-propeno

C+

H

H

CH3

+ Br-

Br

H

H

CH3



39

PRACTICA 5

OBTENCIÓN DE ACETILENO.


Que el alumno comprenda las reacciones de adición electrofílica a carbono

saturado.

Que al término de esta práctica el alumno logre poner en práctica los

conocimientos adquiridos a lo largo de esta.

Obtener acetileno a partir de carburo de calcio.

REACCIÓN

Figura 5.1 reacción de carburo de calcio para obtener acetileno.

PM: 64.10 g/mol

: 2.22 g/mL

PM: 26.04 g/mol

En gas a 15 °C: 1.11Kg/m3

Punto de ebullición: -75 °C


Carburo de calcio 64 g/mol 1 g 0.0156 1

Agua 16 g/mol 10 g 0.625 40.06

REACTIVOS

₰ 1 g de carburo de calcio.

₰ 3 ml de solución de KMnO4 al 1%

en agua.

₰ 1 ml de sol. Acuosa al 1% de

Na2CO3

₰ 3 ml de sol. Acuosa al 1% de

yodo.

Ca

+ OH2 CH CH + Ca(OH)22



40

MATERIAL

₰ 3 tubos de ensayo de 15x1.5 cm.

₰ 1 soporte metálico.

₰ 1 tripie metálico.

₰ Pinzas universales.

₰ 1 quemador bunsen.

₰ 1 tina galvanizada.

₰ 1 matraz kitazato con tapón de

hule.

₰ 1 embudo de separación.

₰ 1 pipeta graduada de 10 ml.

PROCEDIMIENTO

1. En un matraz Kitazato colocar el carburo de calcio previamente pesado

2. Adaptarle en la boca un embudo de adición

3. Adicionar 10 ml de agua al embudo

4. En la salida lateral del Kitazato colocar una manguera que termina en un corto tubo

de vidrio que se introduce dentro de un tubo de ensaye. (El tubo de ensayo está

lleno de agua e invertido, dentro de la tina galvanizada también llena de agua.

5. Prepara los tubos (siguientes con las soluciones indicadas abajo en los incisos)

6. Una vez preparado todo el sistema

7. Adiciona gota a gota el agua sobre el carburo

8. Si observa que tarda mucho en reaccionar, calentar con cuidado, manteniendo la

manguera sumergida en el agua, para evitar que se escape el gas al exterior.

9. El gas que se va obteniendo va desplazando el agua contenida en el tubo.

10. Una vez desplazada todo el agua, realizar la prueba de identificación del inciso c.

11. Cambiar el tubo por otro que contiene lo indicado en el inciso a y en el inciso b

12. Anotar las observaciones

Realizar las siguientes pruebas de identificación.

a. Tape la boca del tubo que contiene acetileno y añada la solución de KMnO4 y el

Na2CO3, agite, observe y anote.

b. A otro tubo con gas añadir la solución Yodo, agitar y observa el cambio de

coloración.



41

c. El tercer tubo se envuelve en una franela y se tapa. Se acerca con PRECAUCIÓN

un cerillo encendido a la boca del tubo y observar la detonación que causa la

reacción de combustión procure no dirigirlo hacia a alguna persona cuándo efectúe

la reacción.

NOTA: Trabaje con mucha precaución ya que el acetileno puede reaccionar con el

aire, evite inhalarlo. Al terminar las reacciones, espere que todo el carburo termine de

reaccionar, decante y el residuo sólido se desecha en el bote de basura. Evite tapar los

lavaderos

FIGURA

Figura 5.2. Esquema para el llenado de los tubos de ensayo con acetileno formado



42

RESULTADOS

Las pruebas cualitativas realizadas para la identificación de acetileno, fueron

positivas.

Prueba deKMnO4.- la solución de permanganato cambio de color rosa o violeta, a

color café, resultando positiva esta prueba.

Prueba de ignición.- Al momento de acercar el cerrillo encendido con mucha

precaución al tubo se escucho una pequeña detonación dando como positiva la

prueba.

Prueba con yodo.- Cuando se hizo reaccionar la solución de yodo con el etino esta

empezó a cambiar hasta obtener una solución transparente, esta reacción se llevo

alrededor de unos 3 minutos.

CONCLUSIONES

CUESTIONARIO

1.- ¿Qué reacción se lleva a cabo en la identificación con la prueba de I y con la

prueba de KMnO4?

2.- ¿Cómo se lleva a cabo el proceso de combustión del acetileno?

ANEXO

Tiempo estimado para la realización de la práctica 1.5 Hrs.


Figura 5.3. Mecanismo de reacción para la obtención de acetileno.

Bibliografía.


México D.F.







43

UNIDAD 4

RADÍCALES LIBRES

Hoy en día se sabe que existen 4 tipos de reacciones, y de manera general a la forma

en la cual estas se llevan a cabo se le llama mecanismo de reacción y en este se describe

con detalle lo que sucede exactamente en cada etapa de una transformación química, cuales

enlaces se rompen, y en qué orden, y cuáles son las velocidades relativas en cada una de

estas etapas, en todas las reacciones químicas hay rupturas y formación de enlaces, cuando

dos moléculas reaccionan, forman producto, rompiéndose enlaces específicos en las

moléculas reaccionantes (reactivos) y creándose determinados enlaces en las moléculas

producidas (productos), hay dos modos en que se puede romper un enlace covalente

formado por dos electrones: eléctricamente simétricos de suerte que un electrón permanece

en cada fragmento producido o eléctricamente asimétrico, de manera que ambos electrones

quedan en un fragmento y el otro fragmento queda con un orbital vacio, se dice que el

rompimiento simétrico es homolítico (ruptura homolítica), y que el rompimiento asimétrico

es heterolítico (ruptura heterolitica).

Así como hay dos modos en los cuales se puede romper un enlace también existen

dos maneras en las que se puede formar un enlace covalente con dos electrones: de forma

homogénica, eléctricamente simétrica, cuando cada reactivo aporta un electrón al nuevo

enlace, o heterogénica, eléctricamente asimétrica cuando uno de los reactivos aporta ambos

electrones.

A los procesos que involucran rompimiento y formación de enlaces de manera

simétrica se les llama reacciones por radicales. Un radical (llamado del mismo modo

radical libre) es una especie química neutra que contiene un número impar de electrones y

como consecuencia, tiene un solo electrón no apareado en uno de sus orbitales, a estos

procesos en los que hay ruptura y formación asimétrica de enlaces se les denomina

reacciones iónicas, en estas intervienen especies que tienen una cantidad par de electrones

en sus orbitales.



44

Las reacciones por radicales no son tan comunes como las iónicas, pero son de gran

importancia en algunos procesos industriales y en los procesos bilógicos.

Los radicales son muy reactivos porque contienen un átomo con una cantidad impar

de electrones, en su capa de valencia, en vez del octeto de un gas noble. Un radical puede

adquirir un octeto en la capa de valencia de varias formas, una de ellas es tomando un

átomo con un electrón de enlace de otra molécula, lo que produce un nuevo radical libre, y

el resultado de esta es una reacción por sustitución de radicales.

También puede reaccionar un radical con un alqueno, para lo cual toma uno de los

electrones de su doble enlace y se produce un nuevo radical el resultado de esto es una

reacción de adición por radicales.

Reacciones de sustitución por radicales.

Este tipo de reacciones requieren normalmente de tres pasos a seguir los cuales son:

iniciación, propagación y terminación.

Paso.- Iniciación esta etapa dispara la reacción al producir una pequeña cantidad de

radicales reactivos, en este caso se lleva a cabo una ruptura hemolítica por irradiación de

luz ultravioleta lo que resulta en la formación de un radical libre.

Paso 2.- Propagación una vez que ya se han producido algunos radicales libres se

pasa a una etapa de propagación, cuando un radical choca con una molécula estable le

extrae un hidrogeno, y esta molécula a la cual le fue robado hidrogeno, sigue reaccionando

para estabilizarse, una vez iniciada la propagación del ciclo autosostenido de pasos de

iniciación y propagación, lo que hace que esta sea una reacción en cadena.

Pasó 3.- Terminación a veces llegan a chocar dos radicales, se combinan y forman

un producto estable. Cuando esto sucede, el ciclo de reacciones se interrumpe y termina la

cadena, sin embargo esos pasos de terminación suceden con poca frecuencia.



45

PRACTICA 6

OBTENCIÓN DE BENZOPINACOL


Que el alumno conozca la gran importancia que tienen los radicales libres en

la vida del ser humano, así como la forma en la cual se producen.

Obtener benzopinacol a partir de benzofenona mediante un mecanismo de

radicales libres, bajo el efecto de las radiaciones ultravioleta del sol.

REACCIÓN.

Figura 6.1. Reacción para la obtención de benzopinacol.

Benzofenona. Isopropanol Benzopinacol

Peso: 0.5 g. Vol: 8 ml Peso: 0.8 g.

PM: 182.22g/mol. PM: 60.1 g/mol. PM: 366 g/mol.

N: 0.0027 mol. N: 0.1051 mol. N: 0.00191 mol

Relativa: 1.1 g/ml : 0.785

P, eb; 305°C


Benzofenona 183.22 g/mol 0.5 g 0.00274 1

Isopropanol 60.1 g/mol 6.28 g 0.1044 38.1

O

+ CH3 CH3

OHLuz solar

AcOH (cat)

OH OH

2



46

REACTIVOS

₰ 0.5 g de benzofenona.

₰ 5 ml de alcohol isopropílico.

₰ 1 gt de ácido acético glacial.

MATERIAL:

₰ 1 vial transparente.

₰ 1 agitador de vidrio.

₰ 1 pipeta graduada de 10 ml.

PROCEDIMIENTO

1. En un vaso de precipitados pesar la benzofenona y disolverla en el alcohol

isopropílico usando el agitador de vidrio.

2. Una vez disuelta agregar una gota de ácido acético glacial

3. Verter en el frasco vial, se tapa herméticamente e invertir el frasco y dejarlo

expuesto a los rayos del sol.

4. Después de cinco horas observar la formación de cristales incoloros, la reacción

se puede completar de 3 a 10 días, cuando ya no se nota aumento en la formación

de cristales.

5. Se filtran, se dejan secar para pesarlo y se entregan.

RESULTADOS


CONCLUSIONES

CUESTIONARIO

1.- defina que son los antioxidantes.

2.- cuales son las fuentes principales de donde el ser humano obtiene estos

antioxidantes.

3.- mencione por lo menos 4 antioxidantes.



47

ANEXO

Tiempo estimado para la realización de la práctica 2 Hrs. Más el tiempo de espera

para la formación de cristales en el vial.


Figura 6.2 mecanismo de reacción para la obtención del benzopinacol.

Bibliografía.


México D.F.







48

UNIDAD 5

SUSTITUCIÓN AROMÁTICA.

Mediante este tipo de reacción es posible anexar distintos sustituyentes al

anillo aromático. Se le puede Halogenar (sustituir con halógeno: -F, -Cl, -I, -Br, -At), Nitrar

(sustituir por un grupo nitro: -NO2), Sulfonar (sustituir por un grupo ácido sulfonico -

SO3H), Alquilar (sustituir por un grupo alquilo: -R), etc.

Todas estas reacciones pueden ser llevadas a cabo seleccionando los reactivos y

condiciones apropiadas, así como la aromaticidad de los reactivos de partida.

Halogenación:

a) Bromación de anillos aromáticos: Se hacen reaccionar los anillos aromáticos con

bromo, con FeBr3 como catalizador dando como resultado bromobenceno como producto

de sustitución.

b) Cloración y Yodación: El cloro y el yodo pueden introducirse en el anillo

aromático mediante una reacción electrofílica en las condiciones apropiadas. Los anillos

aromáticos reaccionan en presencia de FeCl3 como catalizador, para producir

clorobencenos.

El yodo por sí mismo no reacciona con los anillos aromáticos y se necesita un

promotor para que efectúe adecuadamente la reacción. Los mejores promotores son los

oxidantes como el peróxido de hidrogeno H2O2, o sales de cobre como CuCl2. Estos

promotores actúan oxidando el yodo, convirtiéndola en una empresa electrófila más potente

que reacciona como si fuera I+. Entonces el anillo aromático ataca el I+, con lo que forma

un producto de sustitución normal.

Nitración Aromática:

Los anillos se pueden nitrar con una mezcla de ácido nítrico y ácido sulfúrico

concentrados. Se piensa que el electrófilo es el ion nitronio, NO2+, que se genera del ácido



49

nítrico, por protonación y perdida de agua. Este ion genera un carbocatión intermediario,

cuando este pierde un protón se genera el nitrobenceno como producto de sustitución.

Este proceso es realmente importante para la industria de explosivos, pigmentos y

farmacia.

Nitrobenceno

Sulfonación aromática:

Los anillos aromáticos pueden sulfonarse por reacción con ácido sulfúrico fumante

(H2SO4 + SO3). El electrófilo reactivo es HSO3+ o SO3, dependiendo de las condiciones de

reacción. Este proceso ocurre similar a la bromación y nitración pero tiene la característica

de que es reversible. Esta reacción tiene importancia en la elaboración de colorantes y

productos farmacéuticos.

Alquilación de anillos aromáticos:

Reacción de Friedel-Crafts: Es una sustitución electrofílica aromática en la cual el

anillo ataca un carbocatión electrófilo. Este carbocatión se genera cuando el catalizador

AlCl3, ayuda al halogenuro de alquilo a ionizarse. La reacción finaliza con la pérdida de un

protón.

Esta reacción posee tres limitaciones fundamentales:

1. Solo se pueden usar halogenuros de alquilo.

2. La reacción es ineficaz cuando los anillos aromáticos se encuentran

unidos a grupos fuertemente desactivadores.

NO2



50

3. Es difícil controlar el número de alquilaciones que se desea producir.

4. Pueden producirse transformaciones e el esqueleto del grupo alquilo.

(pueden anexarse un N-propil o un I-propil).

Fenoles y alcoholes aromáticos. Quinonas:

Los fenoles son compuestos aromáticos que contienen un grupo hidroxilo unido

directamente al núcleo. El más simple de los fenoles es el hidroxi derivado del benceno

llamado fenol o ácido carboxílico.

Fenol.

Los fenoles se sintetizan por fusión de sulfonatos con álcalis, por descomposición

de sales de diazonio en condiciones adecuadas, tratando los derivados halogenados de los

hidrocarburos bencenoicos con soluciones de álcalis a altas temperaturas.

Fenoles dihidroxílicos:

Los más simples son los derivados del benceno y se conocen tres isómeros de este

p-dihidroxibenceno (hidroquinona), m-dihidroxibenceno(resorcina) y o-

dihidroxibenceno(pirocatequina).

NO2

CH3

OH



51

La hidroquinona se emplea como revelador fotográfico; la resorcina se emplea para fabricar

plásticos, colorantes e incluso algunos fármacos.

Fenoles trihidroxílicos:

Existen tres trihidroxibencenos posibles: 1,2,3- trihidroxibenceno(pirogalol);1,3,5-

trihidroxibenceno(floroglucina) y 1,2,4-trihidroxibenceno (hidroxihidroquinona); todas son

sustancias cristalinas. El pirogalol se obtiene calentando ácido gálico y despreciándose el

dióxido de carbono y el contenido de oxígeno en mezclas gaseosas.



52

PRACTICA 7.

OBTENCIÓN DE BAQUELITA.


Que le alumno comprenda las reacción de sustitución aromática, para la obtención

de un polímero.

Obtener baquelita, como una resina resultante de la reacción entre fenol y formaldehído.

Comparar los rendimientos obtenidos de este polímero entre los equipos de laboratorio.

REACCIÓN

Figura 7.1. Reacción para la obtención de baquelita.

Fenol Baquelita.

PM: 94 g/mol. PM: 236 g/mol

Peso: 1.5 g. Peso: 1.8 g.

n: 0.0 159 mol. n: 0.007 mol.

OH OH

OH OH

R

R

R

R

OH

CH3COOH

NH4 conc.+ CH2 O



53


Fenol 94 g/mol 1.5 g 0.0159 1

Formaldehido 30 g/mol 5.45 g 0.181 11.38

Ácido acético 60 g/mol 0.419 g 0.0069 0.433

Hidróxido de

amonio 17 g/mol 0.8 g 0.047 2.95

REACTIVOS

₰ 1.5 g de fenol.

₰ 5 ml de formaldehido.

₰ 0.8 ml de NH4OH conc.

₰ 8 gt de ácido acético glacial.

MATERIAL

₰ 1 tapón de hule monohoradado

₰ 1 varilla de vidrio de 80 cm

₰ 1 pipeta graduada de 10 ml

₰ 1 perilla

₰ 1 soporte metálico

₰ 1 pinzas universales

₰ 1 quemador bunsen

₰ 1 vaso de p.p. de 250 ml

PROCEDIMIENTO

1. Pesar en una balanza granataria un tubo de ensayo limpio y seco

2. En un tubo de ensayo pese con una espátula de metal ( sin derramar ni

tocar) CON PRECAUCIÓN el fenol

3. Añadir con mucho cuidado el formol por las paredes del tubo

4. Enseguida adicionar el hidróxido de amonio concentrado

5. Tapar el tubo con el tapón monohorado, que lleva la varilla de vidrio de 80

cm que servirá como refrigerante de aire

6. Montar un baño maría, usando un soporte con unas pinzas sujetando un vaso

de p.p.



54

7. Colocar el tubo dentro del baño maría

8. Calentar de 5 a 8 min. Hasta que el contenido del tubo adquiera una

consistencia lechosa

9. Enseguida calentar 5 min. mas

10. Enfriar la mezcla decantado la parte superior , la parte que queda en el fondo

del tubo , de aspecto viscoso es la baquelita

11. La masa viscosa se calienta otros 10 min.

12. Añadir a la masa viscosa gota agota ácido acético, hasta que aclare, evitando

un exceso.

13. Calentar el tubo en el baño maría por 30 min. mas a una temperatura de 60°

a 65° C

14. Sacar el tubo del baño maría

15. Calentar en una estufa de secado a una temperatura de 70 a 80 C hasta que la

mezcla se solidifique, evitando que se queme el producto

16. Enfriar y pesar el tubo para obtener el peso de la baquelita por diferencia con

el peso inicial del tubo vacío y se anota el resultado.

RESULTADOS


CONCLUSIÓN

CUESTIONARIO

1.- escriba la resonancia del fenol.

2.- ¿Como influye la presencia del primer sustitúyete de un compuesto aromático en

una segunda reacción de sustitución? Explique.

3.- Describa el método de obtención de otro polímero de aplicación industria.



55

ANEXO



Figura 7.2. Mecanismo de reacción para la obtención de la baquelita.

BIBLIOGRAFÍA.


México D.F.







56

ALQUILACIÓN DE FRIEDEL- CRAFTS.

En 1877 en la Universidad de París, un equipo franco-americano formado por los

químicos Charles Friedel y James M. Crafts, descubrió un nuevo método para obtener

alquilbencenos, el cual permitió la unión directa de un grupo alquilo a un anillo aromático;

dicho método recibió el nombre de alquilación de Friedel- Crafts. En esta reacción, el

benceno y algunos bencenos sustituidos se alquilan al ser tratados con un halogenuro de

alquilo en presencia de un ácido de Lewis, el cual actúa como catalizador.

El mecanismo de esta reacción es el de una típica sustitución electrofílica

aromática.

Frecuentemente, el electrófilo es un carbocatión generado a través de la disociación

del halogenuro de alquilo. El ácido de Lewis abstrae al halógeno, provocando de esta

manera dicha disociación. Entre los ácidos de Lewis más utilizados en la alquilación de

Friedel-Crafts se encuentran: el tricloruro de aluminio (AlCl3), el tricloruro de hierro

(FeCl3), el trifluoruro de boro (BF3) y el cloruro de cinc (ZnCl2).

Existen varias restricciones que limitan la utilidad de esta reacción, algunas se

mencionarán a continuación.

Anillos aromáticos muy desactivados no sufren la alquilación de Friedel-Crafts, es

decir, con anillos que tienen uno ó más grupos fuertemente electroatractores no se verifica

la reacción.

Si el anillo aromático presenta sustituyentes conteniendo átomos con ares de

electrones sin compartir, podría formarse un complejo entre tales átomos y el ácido de

Lewis, lo cual tendría como consecuencia que con dicho anillo aromático la reacción de

Friedel-Crafts no se llevara a cabo. Este es el caso de los anillos que tienen como

sustituyentes a los grupos –NH2, -NHR ó -NR2.



57

Cuando los halogenuros de alquilo empleados generan carbocationes que son

susceptibles de sufrir una transposición para formar un carbocatión más estable, se

obtendrán muy probablemente mezclas de productos. Un ejemplo ilustrativo de lo anterior

lo constituye la reacción del benceno con el cloruro de n-propilo; de esta reacción se

obtiene una mezcla de dos productos: el n-propil benceno, que es el producto esperado, y

el isopropilbenceno, que proviene del catión isopropilo, el cual es resultado de la

transposición del carbocatión primario formado a partir del cloruro de n-propilo. El

producto mayoritario de la reacción es el isopropilbenceno, lo cual se atribuye a la mayor

estabilidad de un carbocatión secundario respecto a uno primario.



58

PRACTICA 8.

ALQUILACIÓN DE FRIEDEL Y CRAFTS

OBTENCIÓN DE P-TERBUTILFENOL


Que el alumno comprenda y sea capaz de poder aplicar una de las reacciones más

empleadas en química orgánica que es la alquilación de Friedel y Crafs.

Del mismo modo que el alumno pueda Sintetizar al p-terbutilfenol a partir de fenol

y cloruro de ter-butilo (obtenido con anterioridad en el laboratorio)

REACCIÓN

Figura 8.1. Reacción para la obtención de p-terbutilfenol

Fenol Cloruro de ter-butilo p-terbutilfenol

PM= 94 g/mol. PM= 92.57 g/mol PM= 150 g/mol

p.f. = 41° p.eb. = 51° p. f. = 98 - 101 °C

Reactivos PM Peso Numero de moles equivalentes

Fenol 94 g/mol 1 g 0.0106 1

Cloruro de

ter-butilo 92.57 g/mol 1.3 g 0.0140 1.3

Tricloruro de

aluminio

132 g/mol 0.2 0.0015 0.141

OH

+ CH3

Cl

CH3

CH3

AlCl3

OH

CH3CH3

CH3

+ ClH



59

REACTIVOS

₰ Cloruro de ter-butilo 1.5 ml.

₰ Fenol 1 g.

₰ Éter de petróleo 50 ml.

₰ Cloruro de aluminio AlCl3 0.2 g

₰ NaOH en lentejas.

MATERIAL:

₰ Matraz Erlenmeyer de 100 ml.

₰ Espátula metálica.

₰ Matraz Kitasato c/maguera.

₰ Trampa de humedad.

₰ 2 tapones de hule monohoradados.

₰ Varilla de vidrio en forma de

escuadra.


₰ Perrilla.

₰ Agitador de vidrio.

PROCEDIMIENTO

1. Monte un aparato como el que se muestra en la figura 7.2. En el matraz de 25 mL

(seco), mezcle 1.0 g de fenol con 1.5 mL de cloruro de terbutilo (preparado

anteriormente)

2. Agite hasta la disolución total del fenol. Sumerja el matraz de reacción en un baño

de hielo y agregue 0.2 g de cloruro de aluminio anhidro, tape inmediatamente

después.

3. Saque el matraz del baño de hielo y agite; cuando la reacción inicial se observa un

burbujeo que es resultado del desprendimiento de HCl (si tal burbujeo es violento,

controle la reacción con el baño de hielo).

4. Después de aproximadamente 20 min., la mezcla empieza a solidificarse y cesa el

desprendimiento de HCl.

5. Una vez que la mezcla se haya solidificado por completo, adicione 5.5 ml de agua

destilada (en la campana) y triture el sólido con una varilla de vidrio.

6. Separe el producto por filtración y déjelo secar durante 5 min. Aproximadamente.

Transfiera el sólido a un matraz Erlenmeyer y cristalícelo de éter de petróleo.



60

FIGURA

Figura 8.2. Baño de hielo con matraz generador y trampa de NaOH

RESULTADOS


CONCLUSIONES

CUESTIONARIO

1.- ¿Cuál es la razón de tener el material seco? Explique con reacciones.

2.- ¿De dónde proviene el HCl que se desprende durante la reacción?

3.- ¿Podría utilizar clorobenceno en lugar de cloruro de terbutilo?, ¿por qué?



61

ANEXO



Figura 8.3. Mecanismo de reacción para la obtención de p-terbutilfenol

BIBLIOGRAFÍA.


México D.F.







62

UNIDAD 6.

SALES DE DIAZONIO

Las aminas primarias aromáticas con ácido nitroso forman sales de diazonio

relativamente estables, estas pueden actuar como electrófilos débiles y reaccionar con

anillos aromáticos activados, produciendo reacciones de sustitución electrofílica aromática.

Los fenoles y las aminas aromáticas poseen un anillo activado que permite que las

sales de diazonio reaccionen con ellos; produciendo compuestos coloridos que pueden ser

usados como colorantes

Reacción de diazotación

La reacción de diazotación es una de las más importantes en química orgánica y es

la combinación de una amina primaria con ácido nitroso para generar una sal de diazonio.

El ácido nitroso como tal es gaseoso, pero se pueden preparar soluciones acuosas diluidas,

haciendo reaccionar nitritos alcalinos como el nitrito de sodio (NaNO2) con algún ácido

mineral como el ácido clorhídrico acuoso, o el ácido sulfúrico, perclórico o fluorobórico.

Cuando se trata de una amina primaria alifática la sal de diazonio que se genera es muy

inestable y regularmente se descompone inmediatamente, por lo que esta reacción no se

considera sintéticamente útil. En contraste, cuando se utiliza una amina primaria aromática,

la sal que se genera, es relativamente estable en solución y a temperaturas menores de 5 °C,

con lo cual, se tiene oportunidad de manipularlas y convertirlas en una variedad de grupos

funcionales diferentes, dándole a la reacción una gran aplicación sintética.

Las sales de diazonio aromáticas son inestables, cuando se secan son muy sensibles

por lo que pueden estallar al tocarlas. Algunas sales de diazonio como los trifluoroboratos,

ArN2 +BF4 son relativamente estables. Estos compuestos rara vez se pueden aislar, por lo

que las soluciones en las cuales se preparan se emplean en forma directa.



63

El ácido nitroso en solución acuosa se encuentra en equilibrio con especies tales

como el trióxido de dinitrógeno (N2O3), también llamado anhídrido nitroso.

En la reacción de diazotación el reactivo es en realidad el N2O3. La reacción se

inicia con el ataque de la amina, con sus pares de electrones libres, al agente que se va a

nitrar. El intermediario así formado expulsa un ión nitrito y forma un compuesto N-nitroso,

el cual a través de una serie de transferencias rápidas de protones y finalmente por pérdida

de una molécula de agua, genera la sal de diazonio.

Cada tipo de amina genera un producto diferente al reaccionar con el ácido nitroso,

HNO2. Este reactivo inestable se forma en presencia de la amina por acción de un ácido

mineral sobre nitrito de sodio. Cuando una amina aromática primaria, disuelta o suspendida

en un ácido mineral acuoso frío se trata con nitrito de sodio, se forma una sal de diazonio.

Puesto que éstas descomponen lentamente, aún a la temperatura de un baño de hielo, se

emplean sus soluciones de inmediato, una vez preparadas

Reacción de copulación

En condiciones apropiadas las sales de diazonio pueden reaccionar como reactivos

electrofílicos en substituciones aromáticas para dar productos llamados compuestos azo. A

esta reacción se le conoce como reacción de copulación.

Los compuestos azo tienen una gran importancia industrial debido a que son

sustancias intensamente coloridas, por lo que una gran variedad de ellas, se utilizan como

colorantes artificiales. Las coloraciones pueden ser amarillas, naranjas, rojas, azules e

incluso verdes, dependiendo de la estructura del compuesto.

Las sales de diazonio son poco electrofílicas por lo que reaccionan solo con

compuestos aromáticos ricos en electrones, en otras palabras, que tengan grupos

fuertemente electrodonadores, como−OH,−NR2,−NHR o−NH2. Por lo común, la

sustitución se realiza en la posición para con respecto al grupo activante,



64

El Mecanismo de reacción se inicia con el ataque del enlace π del anillo rico en

electrones a la sal de diazonio, la cual por polarización de uno de los enlaces, neutraliza la

carga positiva del nitrógeno central, generando de esta manera directamente el compuesto

Diazo.

La copulación de sales de diazonio con fenoles y aminas aromáticas genera

azocompuestos, los cuales son de enorme importancia para la industria de los colorantes.

La obtención de un colorante diazoico consta de las operaciones siguientes:

1) Diazotación. De una sustancia aromática que contenga un grupo amino primario.

2) Preparación de una disolución de algún compuesto amino-aromático en un ácido

diluido o de una sustancia fenólica en un álcali diluido.

3) Mezclado de las soluciones anteriores con lo que tiene lugar la formación del

colorante en una reacción que se denomina copulación. Para que tenga lugar esa

reacción, la solución debe estar alcalina o ligeramente ácida.

Características estructurales de los colorantes.

La mayoría de los colorantes comunes son colorantes azo, formados por copulación

de aminas (en forma de sus sales de diazonio) con fenoles. La reacción de copulación se

lleva a cabo en solución alcalina, neutra o ácida. Debido a que este tipo de reacciones se

llevan a cabo a nivel industrial a bajas temperaturas, los colorantes azo son llamados

algunas veces colores fríos.

La copulación de una sal con un fenol da un colorante específico. Por ejemplo, el

naranja II está hecho por copulación del ácido sulfanílico diazociado con beta-naftol en

medio alcalino; otro, el naranja de metilo, es preparado por copulación de la misma sal de

diazonio con N,N-dimetilanilina en una solución débilmente ácida. El naranja de metilo es

usado también como un indicador que vira a un pH 3.2-4.4. El cambio de color se debe a la

transición de un cromóforo (grupo azo) a otro (sistema quinonoide). Ambas sustancias

tiñen lana, seda y piel



65

PRACTICA 9.

OBTENCIÓN PREPARACIÓN DE SUDAN


Que el alumno ponga en práctica los conocimientos adquiridos de las sales de

diazonio, para la preparación de colorantes.

Obtener un colorante, mediante la unión de una amina aromática, principalmente

primaria y un fenol, tomando en cuenta las condiciones de reacción. Y las

precauciones necesarias para la realización de esta práctica.

REACCIÓN

Figura 9.1. Reacción para la obtención de sudan


Anilina 92 g/mol 1.4 g 0.0152 1

Nitrato de sodio 60 g/mol 1.8 g 0.03 1.9

Ácido

clorhídrico

36 g/mol 5.22 g 0.145 9.53


Fenildiazina 106 g/mol 1.4 g 0.0132 1

Beta-naftol 144 g/mol 2.2 g 0,0152 1.1

NH2 NaNO2 / HCl

0 oC

N+

NH

Cl-

OH

N

N

OH



66

MATERIAL: REACTIVOS

₰ 1 vaso de p.p. de 100 ml ₰ 2.2 g de beta-naftol

₰ 1 vaso de p.p de 250 ml ₰ 5 ml de NaOH al 6 N

₰ 1 embudo de separación ₰ 1.3 ml de anilina

₰ 1 agitador ₰ 4.5 ml de HCl conc.

₰ 1 embudo de filtración rápida ₰ 1.8 g de NaNO2

₰ Agua destilada

PROCEDIMIENTO.

1. Disolver 2.2 g de β-naftol en 5 ml de NaOH 6N en caliente

2. A la solución anterior cuando esté totalmente disuelta, se adiciona 10 ml de agua

3. Enfriar la solución a 5°C

4. En otro matraz se prepara una solución de cloruro de bencendiazonio con: 1.4 g

de anilina disuelta en 4.5 ml de HCl conc. y 5 ml de agua.

5. Diazotar la solución a una temperatura de 4 a 0° C con 1.8 g de NaNO2 en 10 ml

de agua.

6. Adicionar el cloruro de bencendiazonio lentamente a la solución de b-naftol.

7. Dejar reposar en frío, luego a temperatura ambiente

8. Filtrar, lavar el filtrado con agua y dejar secar

RESULTADOS




67

CONCLUSIONES.

CUESTIONARIO

1.- ¿Qué precauciones se deben de tomar al momento de realizar esta práctica?

2.- Mencione por lo menos tres colorantes azoicos utilizados hoy en día en la industria

alimenticia, farmacéutica, y cosmetológica.

3.- Mencione una aplicación y pónganla en práctica para el colorante recién sintetizado.

ANEXO



Figura 9.2. Mecanismo de reacción para la obtención de sudan.

BIBLIOGRAFÍA.


México D.F.







68

PRACTICA 10.

PREPARACIÓN DE NARANJA DE METILO


Al término de esta práctica el alumno comprenda la preparación e importancia de

las reacciones de acoplamiento, dentro de las propiedades químicas de las sales

diazonio.

Obtener colorantes oxi-azoicos con bases en las reacciones de diazociación y

copulación, a efectuar sobre el ácido sulfanílico.

Aplicar las propiedades químicas de los compuestos obtenidos para la tinción de

fibras.

REACCIÓN

Figura 10.1- Reacción para la obtención de naranja de metilo.


Ac. sulfanílico 171 g/mol 1 g 0.0058 1

Dimetilamina 121 g/mol 0.6 g 0.0049 0.844

Nitrato de

sodio

69 g/mol 0.4 g 0.0057 0.987

Ac, clorhídrico 36 g/mol 2.9 g 0.0805 13.87

NH2

SO3H

NaNO2

HCl

NCH3 CH3

+N

N

HO3S

N

CH3

CH3



69

REACTIVOS

₰ NaNO2 0.4 g

₰ HCl conc. 2.5 mL

₰ NaOH 1.2 g

₰ Dimetilanilina 0.6 ml

₰ Ácido sulfanílico 1 g

MATERIAL:


₰ Probeta de 25 mL

₰ Vasos de precipitados de 125 mL

₰ Matraz Erlenmeyer de 125 mL

₰ Quemador bunsen.

₰ Espátula

₰ Recipiente p/baño

₰ Pipeta graduada de 10 mL

₰ Anillo de fierro

₰ Tela de asbesto

PROCEDIMIENTO

1. En un vaso de precipitados de 125 mL, coloque 1 g. de ácido sulfanílico, 0.6 mL de

dimetil anilina y 0.5 mL de ácido clorhídrico concentrado; agregue 5 mL de agua y

enfríe la mezcla hasta tener una temperatura de 0 a 5°C.

2. En otro vaso de precipitados de 125 mL prepare una solución de 0.35 g de nitrito de

sodio disueltos en 2.5 mL de agua.

3. Manteniendo la temperatura debajo de 5°C agregue gota a gota y con agitación

constante la solución de nitrito de sodio a la solución de la amina y el ácido

sulfanílico, preparada anteriormente.

4. Una vez terminada la adición agite la mezcla hasta que tome la temperatura

ambiente.

5. La mezcla adquiere un color rojo oscuro. Agregue gota a gota y agitando una

solución de sosa al 10% hasta tener un pH = 10, (utilizar tiras de papel pH)

6. Caliente la mezcla de reacción con agitación constante, retire el recipiente en el

momento en que se inicia la ebullición. Enfríe en hielo; induzca la cristalización con

NaOH. El anaranjado de metilo precipita como sal sódica.

7. Filtre, lave con agua destilada helada. Secar en desecador o en la estufa para pesar.



70

RESULTADOS


CONCLUSIONES.

CUESTIONARIO.

1. Explique cuál es la razón por la que las sales de diazonio aromáticas son

relativamente estables

2. Como evita que se descompongan las sales de diazonio.

3. ¿Qué es un colorante y como imparte color a una tela?

ANEXO.



Figura 10.2. Mecanismo de reacción para la obtención de naranja de metilo.

BIBLIOGRAFÍA.


México D.F.







71

CONCLUSIONES

Con el termino de este manual se han propuestos nuevas prácticas para el laboratorio de

la E.E. de química orgánica II.

Con la finalidad que los alumnos que se encuentren cursando esta E.E. comprendan con

mayor facilidad las reacciones y que se llevaron a cabo a lo largo de este curso, y de este

modo posean un panorama más amplio de la química orgánica.

Del mismo modo que posea la experiencia para el montaje de equipos, así como su uso

y las precauciones que se deben de tomar al manejarlos.

También se debe tomar en cuenta el manejo de los residuos generados por el laboratorio

haciendo conciencia en los alumnos así como en los docentes, teniendo en cuenta que

muchos de estos residuos son tóxicos para que se majen de forma adecuada, para su

posterior eliminación.

Y que al término de este laboratorio el alumno posea la capacidad de vincular los

conocimientos teórico-prácticos, obtenidos de esta E.E. de química orgánica II con E.E.

posteriores.



72

ANEXO

MECANISMOS DE REACCIÓN

Figura 1.3. Mecanismo de reacción para la obtención de bromuro de n-butilo

Figura 2.3 Mecanismo de reacción para la obtención de cloruro de ciclohexilo.

Figura 3.5. Mecanismo de reacción para la obtención de cloruro de ter-butilo

NaHSO4+

CH3

H

HOH

+ Br- CH3 Br + OH2

OH

+ H Cl

CH+

+ Cl-

Cl

- H2O

+ OH2

OH

CH3

CH3

CH3

H+

OH2

C+

CH3

CH3

CH3Cl

-Cl

CH3

CH3

CH3 + OH2



73

Figura 4.3. Mecanismo de reacción para la obtención de cliclohexilo.

Figura 5.3. Mecanismo de reacción para la obtención de acetileno.

OH H+

O+ HH

OH2

CH+

H

HSO4

+ OH2

Ca

O H

HCH

Ca+ OH

-

CH

Ca

OH

O H

H

CH CH + Ca(OH)2



74

Figura 6.2. Mecanismo de reacción para la obtención del benzopinacol.

Figura 7.2. Formación del grupo hidroximetil en posición orto.

O

C

O

CH3

OH

CH3

HC

OH

luz

+ CH3 C

CH3

O

HO

C

O

luz

C

OH

+CH3 CH3

O

+

C

OH

+C

OH

+CH3

O

CH3

OH OH

OH

CH2 OH

-

O

O-

HO

-

OH

H+



75

Figura 7.3. Formación del grupo hidroximetil en posición para.

Figura 7.4. Unión de grupo metilo con carbono en posición orto.

Figura 7.5. Ramificación: unión de grupos metilo con carbono en posición para.

OH

CH2 O

O

O-

H

H+

O-

OH

O

CH2

+

O-

O-

O

H

OH O-

OH O-

CH2 O

O-

OH OH

OH OH

R

R

R

R



76

Figura 8.3. Mecanismo de reacción para la obtención de p-terbutilfenol.

Figura 9.2. Mecanismo de reacción para la obtención de sudan.

OH

CH3

Cl

CH3

CH3 Al Cl

Cl

Cl

C+

CH3

CH3

CH3

O

CH3 CH3CH3

H

Cl-

OH

CH3 CH3CH3

NH2

+ NO2

N+

NO

HH

N+

N

CH3

OH2

NN

-

CH3

OHNN

CH3



77

Figura 10.2 Formación de sal de diazonio.

Figura 10.3. Mecanismo de reacción para la obtención de naranja de metilo.

N O

O-

+ H+

N O

OH N O

O-

N O

N

O

O

+

NH2

SO3H

N+

SO3H

H

N

H

ON

+

SO3H

NOH2

N+

SO3H

N

+

NCH3 CH3

HO3S N

N

CH3

CH3

S N

N

CH3

CH3O

O-

O

Na+

OH-

vazquez castro

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