MANUAL DE PRACTICAS 1 y 2 - UNAMdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Practicas1a4QOII... · Frasco 1.- Bromo en CCl 4 Frasco 2.- Permanganato de potasio (KMnO 4) Frasco 3.- 0.5 ml de

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO

QUÍMICA ORGÁNICA II (1413)

2012

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b

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PRÓLOGO Química Orgánica II (1413) Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G

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PRÓLOGO

Dadas las necesidades del cambio al nuevo plan de estudios para la Carrera de Químicos, en la Facultad de Química de la UNAM. Fue necesario hacer modificaciones a las prácticas de Química Orgánica II (clave 1413), utilizando los manuales del antigüo plan de estudios: el de Compuestos con Carbono, Hidrógeno y Halógenos clave 1435 y el de Compuestos con Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y Azufre clave 1535. Con ellos, los nuevos programas y la colaboración de los maestros que han impartido la teoría y el laboratorio en dicha química desde el año 2007 a la fecha, se logra obtener el presente manual de prácticas del nuevo plan de estudios.

Estas modificaciones estuvieron a cargo de la jefa de laboratorio Dra. María del Consuelo

Socorro Sandoval García, con la colaboración de la alumna Noemy Bolaños Méndez en el año 2007. tomando como base los manuales elaborados por el Dr. José Gustavo Ávila Zárraga (clave 1435) y la M en C Ana Adela Sánchez Mendoza (clave 1535) en el año 2004.

Los datos de los compuestos, así como los diagramas de tratamiento de residuos y desechos, fueron capturados de los datos elaborados por la Dra. Irma Cruz Gavilán García.

Los espectros de infrarrojo, resonancia magnética nuclear de hidrógeno y espectrometría de masas fueron obtenidos directamente de the Aldrich library of RMN 1H Y 13C, FT NMR Spectra by Charles J. Pouchert and Jacquelynn Behnke, USA, 1993.

PROGRAMA TEÓRICO EXPERIMENTAL Química Orgánica II (1413) Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G

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FACULTAD DE QUÍMICA PROGRAMA TEORICO EXPERIMENTAL PARA LA MATERIA “QUÍMICA ORGÁNICA II” (1413)

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA

Semana Horas

acumuladas en teoría

Unidad Experimento Horas

acumuladas en

el laboratorio Plan de trabajo en el laboratorio

1 3 0 4 Medidas de seguridad, reglamentos de laboratorio

2 6 1 8 Reacción de Diels-Alder Obtenciónón del anhídrido-5,6-norbornendicarboxílico

3 9 2 12 Obtención y caracterización de acetileno

4 12

HALOGENUROS DE ALQUILO

3 16 Halogenuros de alquilo. Obtención de: Bromuro de n-butilo SN2

5 15 4 20 Cloruro de ter-butilo SN1. Su hidrólisis para determinar la constante de velocidad de la reacción

6 18

HALOGENUROS DE ARILO

5 24 Reacción de Grignard Preparación de compuesto organometalico (1ª parte) 7 21 6 28 Obtención del alcohol (2da parte) 8 24

ALCOHOLES 7 32 Oxidación n-butanol

9 27 8 36 Reducción de cetonas α ,β-insaturadas con microondas en estado sólido

Sustitución electrófilica aromática. (1ª parte)

m-Dinitrobenceno 2,4-Dinitroclorobenceno

10 30

FENOLES

9 40 Nitrobenceno (2da parte) o y p-Nitrofenol

11 33 10 44 Síntesis de Williamson

12 36 ÉTERES Y FENOLES 11 48

(Reposición). Reacción de sulfonación y polimerización Sulfonación del dodecilbenceno. Preparación de un detergente Polimerización. Obtención de polimetacrilato de metilo

13 39 12 50 Entrega de calificaciones a los alumnos así como su firma de enterados y la entrega de calificaciones a la sección

14 42

COMPUESTOS AROMÁTICOS

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DIELS-ALDER

Obtención de anhídrido–5,6–norbonen-dicarboxílico Química Orgánica II (1413)

Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G

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REACCION DE DIELS–ALDER OBTENCIÓN DE ANHÍDRIDO–5,6–NORBONENDICARBOXÍLICO

OBJETIVOS

1. Ejemplificar una reacción pericíclica (cicloadición 4 + 2) 2. Comprobar el producto obtenido por pruebas analíticas: a. Bromo en tetracloruro. b. Solución de permanganato de potasio. c. Cromatografía en capa fina analítica.

ANTECEDENTES

1. Reacciones pericíclicas. 2. Reacciones concertadas, iónicas y por radicales. 3. Reacción de Diels–Alder 4. Estereoquímica de los aductos de Diels–Alder. 5. Mecanismo de reacción.

REACCIÓN

MATERIAL (1) Anillo de fierro (2) Pinzas de 3 dedos c/nuez (1) Buchner con alargadera (1) Pipeta graduada de 5 ml (1) Cámaras de cromatografía (2) Portaobjetos (1) Colector (1) Portatermómetro (2) Columnas Vigreaux (1) Recipiente de peltre (1) Espátula (1) Refrigerante para agua (4) Frascos viales (1) T de destilación (1) Matraz bola de 50 ml (1) Tela de asbesto (1) Matraces Erlenmeyer de 50 ml (1) Termómetro de -10 a 400o C (1) Matraz kitasato de 250 ml con manguera (2) Vaso graduado de 250 ml (1) Mechero con manguera SUSTANCIAS

5 ml Acetato de etilo 2 ml Diclorometano 1 g Anhídrido maleico 5 ml Hexano 1 ml Bromo en tetracloruro de carbono 1 ml Solución de permanganato de potasio 25 ml Diciclopentadieno

DIELS-ALDER



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INFORMACIÓN 1. Las reaccione pericíclicas proceden por mecanismos concertados (paso único), debido a que se rompen

los enlaces antigüos y se forman nuevos en un sólo paso. 2. Las reacciones pericíclicas son estereoespecíficas, existen tres tipos principales de reacciones

pericíclicas: a. Reacciones de cicloadición b. Reacciones electrocíclicas c. Transposiciones sigmatrópicas

PROCEDIMIENTO Coloque 25 ml de ciclopentadieno en un matraz bola de 50 ml, adapte un sistema para destilación

fraccionada, colecte el destilado en un matraz Erlenmeyer de 50 ml, que deberá estar sumergido en un baño de hielo. En un matraz Erlenmeyer de 50 ml coloque 1 g de anhídrido maleico y disuélvalo en 5 ml de una mezcla de acetato de etilo–hexano (1:1). A continuación agregue lentamente y con agitación 1 ml de ciclopentadieno recién destilado, mantenga la agitación durante 5 minutos.

Al aparecer los cristales enfríe el matraz de reacción hasta alcanzar la cristalización total. Filtre y lave los cristales del aducto formado con 5 ml de una mezcla fría de acetato de etilo–hexano (1:1), determine el punto de fusión y calcule el rendimiento del aducto.

Posteriormente coloque el aducto en un matraz Erlenmeyer de 50 ml y mézclelo con 20 ml de agua, en seguida caliente a ebullición durante 15 minutos, manteniendo el volumen de agua, adicionando la que sea necesaria. Permita que enfríe a temperatura ambiente y cristalice en hielo, filtre el sólido, determine el rendimiento y punto de fusión de diácido obtenido.

PRUEBAS ANALÍTICAS 1. En un frasco vial coloque una pequeña cantidad del aducto obtenido y disuélvalo en una pequeña

cantidad de acetato de etilo, agregue unas gotas de solución de bromo en tetracloruro de carbono. Observe y anote sus resultados, escriba la reacción que se llevó a cabo.

2. Coloque una pequeña cantidad del aducto obtenido, en un frasco vial y disuélvalo con acetato de etilo, agregue unas gotas de una solución de permanganato de potasio-agua. Observe y anote los resultados, escriba la reacción efectuada.

3. Cromatografía en capa fina analítica comparativa. Coloque una pequeña cantidad del diácido obtenido en un frasco vial y disuélvalo con acetato de etilo. De la misma manera disuelva una pequeña cantidad de anhídrido maleico. Aplique las dos muestras en una cromatoplaca y eluya con diclorometano, revele con luz ultravioleta. NOTAS

1. Coloque dos columnas Vigreaux en serie y cubra las columnas con fibra de vidrio o algodón. 2. Todo el sistema deberá estar perfectamente seco. 3. No utilizar exceso de la mezcla acetato de etilo–hexano.

CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la toxicidad de las siguientes sustancias: diciclopentadieno, diclorometano, hexano y anhídrido maleico?

2. ¿Cuál es el tratamiento que se les debe de dar a las aguas madres de la hidrólisis? 3. ¿Cómo recuperaría el diácido residual del filtrado?

BIBLIOGRAFÍA

1. R. J. W. Kremlin and R. H. Still, “ Named and miscellaneous reactions in practical Organic Chemistry“, Heinemann Educational Books LTD London, 1967.

2. B.J. Hazzard (Traducción) Organicum Practical Handbook Of Organic Chemistry 1a. Edition, Addison – Wesley Publishing Company, Inv., USA (1973).

3. R. T. Morrison y R. N. Boyd., Química Orgánica, 3ª. Edición, Fondo Educativo Interamericano, S. A. México ( 1976 ).

DIELS-ALDER



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REACCION DE DIELS–ALDER OBTENCIÓN DE ANHÍDRIDO–5,6–NORBONENDICARBOXÍLICO

D1: Separar ambos solventes para su recuperación D2: Neutralizar y desechar al drenaje

OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE

ACETILENO Química Orgánica II (1413)


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OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL ACETILENO

OBJETIVOS 1. Conocer un método de preparación de un alquino. 2. Confirmar la presencia del triple enlace, realizando pruebas de instauración. 3. Comprobar el carácter ácido de los hidrógenos del acetileno, formando un acetiluro. 4. Realizar la hidratación del acetileno y reconocer el acetaldehído por la formación de la 2,4–

dinitrofenilhidrazona correspondiente.

ANTECEDENTES 1. Métodos de obtención de alquinos. 2. Propiedades de alquinos en general. 3. Reacciones de adición a triple enlace. 4. Reacciones de formación de acetiluros. 5. Importancia industrial del acetileno. 6. Hidratación del acetileno. 7. Utilidad de la reacción de 2,4–dinitrofenilhidracina con compuestos carbonílicos (aldehídos y

cetonas). REACCIONES

Obtención del acetileno

Hidratación formación de acetaldehído

Formación del Derivado

Pruebas de insaturación

Formación de acetiluro de cobre

MATERIAL (1) Anillo metálico (3) Pipeta graduada de 5 ml (1) Colector (1) Portatermómetro (1) Columna Vigreaux (1) Probeta graduada 25 ml (1) Embudo Buchner con adaptador (1) Recipiente de peltre (1) Embudo de filtración rápida (1) Refrigerante con mangueras (1) Espátula (1) Tapón de corcho




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(4) Frascos viales (1) Tapón Esmerilado QF (2) Manguera de 10 cm (1) Tapón monohoradado con tubo de desprendimiento (1) Matraz bola de una boca 25 ml (1) Tapón monohoradado con tubo de vidrio en forma de “ U “ (1) Matraz Erlenmeyer 125 ml (1) “ T “ de destilación (2) Matraz Erlenmeyer 50 ml (1) Tela de alambre con asbesto (1) Matraz Kitazato de 125 ml (1) Termómetro de – 10 a 400 oC (1) Mechero (1) Varilla de vidrio (1) Pinzas de Mohr (1) Vaso de precipitados 250 ml (2) Pinzas de tres dedos con nuez (1) Vidrio de reloj

SUSTANCIAS 0.1 g 2,4–dinitrofenilhidracina 0.1 g Cloruro cuproso 1 ml Ácido nítrico 2 ml Etanol 8.5 ml Ácido sulfúrico 1 ml Hidróxido de amonio la necesaria Agua 0.1 g Permanganato de potasio 0.1 ml Bromo 0.5 g Sulfato de mercurio 2 g Carburo de calcio 2 ml Tetracloruro de carbono

INFORMACION

1. El gupo funcional característico de los alquinos es el triple enlace carbono–carbono y cuya fórmula molecular general es Cn H2n-2.

2. Los alquinos son compuestos no polares y por lo tanto insolubles en agua.El acetileno se prepara fácilmente por la acción del agua sobre el carburo de calcio. PROCEDIMIENTO Durante la sesión de laboratorio se obtendrá el acetileno (etino). Debido a que es un gas, se

tendrá que hacer reaccionar inmediatamente haciendo lo siguiente:

PRUEBAS DE INSATURACIÓN Y FORMACIÓN DE ACETILURO Coloque 1 ml de los siguientes reactivos en sus respectivos frascos: Frasco 1.- Bromo en CCl4 Frasco 2.- Permanganato de potasio (KMnO4) Frasco 3.- 0.5 ml de Hidróxido de amonio y 0.5 ml de cloruro de cobre (I). (nota 1)

Coloque 1.0 g de carburo de calcio en el tubo de ensayo y tape con el tapón del tubo de

desprendimiento. Introduzca la aguja de la jeringa cargada con agua en el tapón, lo más cercano a la pared del tubo, introduzca el tubo de desprendimiento en el frasco vial con la solución reactivo y adicione lentamente el agua sobre el carburo de calcio, concluida la prueba se enjuaga el tubo (la parte que estuvo en contacto con la solución) y se continúa la siguiente prueba (Véase esquema 1).

REACCION DE HIDRATACION DEL ACETILENO E IDENTIFICACION DEL ACETALDEHIDO FORMADO

Colocar 3 g de carburo de calcio dentro del matraz generador (nota 2) (ver esquema 2) y

sumerja el tubo de desprendimiento en un matraz Erlenmeyer de 50 ml, que contenga 13 ml de agua, 6.5 ml de ácido sulfúrico concentrado y 0.5 g de sulfato de mercurio. Es necesario que el matraz Erlenmeyer se encuentre en un baño de hielo.

NOTAS 1) Cuando se seca el acetiluro de cobre es explosivo, por lo tanto deberá destruir el acetiluro

formado de la siguiente forma: déjelo asentar y elimine el líquido por decantación, agregue 3 ml de ácido nítrico diluido (1:1) y caliente suavemente hasta destruir el sólido. Esquema 3

2) El matraz Kitasato deberá estar perfectamente seco. 3) Los residuos de carburo de calcio se colocan en un frasco. 4) Emplear flama moderada. 5) Las primeras gotas serán de acetaldehído y posteriormente destila agua.




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Esquema 1

Esquema 2

Esquema 3

1 ml Br2 /CCl4 CCCCc

CCl4

1 ml KMnO4

0.5 ml NH4OH 0.5 ml CuCl




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6) El tubo de ensaye deberá estar seco, porque la presencia de agua hace que precipite la 2,4–dinitrofenilhidracina de color rojo.

7) El derivado que se forma no es muy abundante, por lo cual se puede reunir los productos de varios alumnos y recristalizarlo de etanol, para determinar el punto de fusión. CUESTIONARIO

1. ¿Por qué es importante que el matraz generador esté completamente seco antes de agregar el carburo de calcio?

2. ¿Cuáles cambios observó al hacer reaccionar el acetileno con los diferentes reactivos? 3. Explique por qué se hace la reacción con 2,4–dinitrofenilhidracina.

BIBLIOGRAFÍA

1. Wingrove, A. S., Caret, R. L. Química Orgánica, Ed. Harla S. A. de C. V. México 1984, versión en español. Pág. 528 – 558.

2. Hazzard, B. J. Organicum Practical Handbook of Organic Chemistry (traducción) 1a. Ed., Addison – Wesley Publishing Company INC. USA 1973.

3. Voguel, A. I., Text – book Practical Organic Chemistry, 3rd. Ed. Longmans, London 1970. 4. Brewster, R. Q., Vanderwerf, C. A., Mc. Ewen, W. E. Curso Práctico de Química Orgánica, 3ª.

Ed., Alambra S. A., Madrid 1979.

Carburo de calcio

1) Agregar agua

Hidróxido de calcio,carburo de calcio

(trazas)

D1

SoluciónGas

Acetileno

Bromoen CCl4

D2 D3 D4

KMnO4,MnO2

NH4OH,CuCl2

Pruebas de caracterización

D1: la mezcla puede contener carburo de calcio. Deje en la campana y añada lentamente y agitando más

agua; si ya no se observa reacción, filtre y decante. El agua puede verterse al drenaje. El sólido es hidróxido de calcio, que puede secarse y tirarse a la basura.

D2: deje evaporar el CCl4 en la campana. D3: la presencia de un polvo café indica MnO2. Recupere por filtración y guarde para su confinamiento.

Si la solución no presenta ningún color, viértala al drenaje; pero se tiene color morado, indica la presencia de KMnO4 que es oxidante corrosivo. Su tratamiento consiste en llevar la solución a pH = 2, añada lentamente NaHSO3, lleve a pH = 7 y añada la cantidad necesaria de sulfuros para precipitar el manganeso como MnS. Filtre y guarde este compuesto para confinamiento.

D4: contiene acetiluro de cobre. Separe por decantación, añada HNO3 diluido y caliente suavemente. Evapore la solución y confine las sales de cobre remanentes.

OBTENCIÓN DE BROMURO DE n-BUTILO

Química Orgánica II (1413) Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S. Sandoval G

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OBJETIVOS 1. Obtener un halogenuro de alquilo primario a partir del alcohol correspondiente. 2. Investigar el mecanismo y las reacciones competitivas que ocurren durante la reacción.

ANTECEDENTES

1. Obtención de halogenuros de alquilo. 2. Propiedades químicas de los halogenuros de alquilo. 3. Mecanismo SN1 y SN2. 4. Comparación entre los mecanismos SN1 y SN2. 5. Estudio de las reacciones de equilibrio.

REACCIÓN

MATERIAL 1 Adaptador (tapón de hule con tubo de vidrio) 1 Parrilla con agitación 1 Agitador de vidrio 2 Pinzas de tres dedos con nuez 1 Anillo metálico 2 Pipetas de 5 ml 1 Barra de agitación magnética 1 Porta termómetro 1 Canastilla 1 Probeta graduada de 25 ml 1 Colector 1 Refrigerante para agua con mangueras 1 Elevador 1 Reóstato 1 Embudo de separación con tapón 1 “T” de destilación 1 Embudo de tallo corto 1 Termómetro de -10 a 400 0C 1 Embudo para sólidos 1 Trampa de humedad 1 Espátula 1 Recipiente de peltre 1 Manguera de 30 cm 1 Vaso de precipitado 100 ml 3 Matraces Erlenmeyer de 50 ml 1 Vaso de precipitado 400 ml 1 Matraz fondo plano de una boca de 50 ml 1 Vidrio de reloj 1 Matraz redondo de 25 ml (QF)

SUSTANCIAS

Cantidad Sustancias Calidad 10.0 ml Ácido sulfúrico concentrado Q. P. 11.6 ml Alcohol n-butílico Q. P. 12.0 g Bromuro de sodio Q. P. 20.0 g Hidróxido de sodio (lentejas) Q. P. 35.0 ml Hidróxido de sodio al 5 % Q. P. 10.0 g Sulfato de sodio anhidro Q. P.

PROCEDIMIENTO En un matraz de fondo plano coloque 12 g de bromuro de sodio, 10 ml de agua y 11.6 ml de n-

butanol. Mézclelos perfectamente, con agitación magnética y adapte el refrigerante en posición de reflujo.

Enfríe el matraz en un baño de hielo-agua y pasados unos minutos adicione por la boca del condensador 10 ml de ácido sulfúrico concentrado (1) en porciones de 2 ml.

Terminada la adición retire el matraz del baño de hielo-agua y adapte una trampa de sosa en lentejas y solución de sosa al 5 % (25 ml), como se muestra a continuación.

Caliente suavemente y agite constantemente hasta obtener un reflujo moderado. Se empieza a notar el progreso de la reacción con la aparición de dos fases, siendo la superior la que contiene el bromuro de n-butilo. Después de 30 minutos bajo estas condiciones, suspenda el calentamiento, enfríe ligeramente y acondicione un aparato para destilación simple. Caliente y destile rápidamente, reciba el



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destilado en un recipiente enfriado en baño de hielo (2). El calentamiento se continúa hasta que el destilado es claro y no contenga gotas aceitosas.

El destilado se pasa a un embudo de separación y se lava sucesivamente con: 1. 5 ml de agua (el bromuro es la fase inferior). 2. 5 ml de H2SO4 concentrado enfriado a 5 oC (el bromuro es la fase superior). Agite

cuidadosamente. 3. 5 ml de agua (el bromuro es la fase inferior). 4. 5 ml de solución de NaOH al 5 % (el bromuro es la fase inferior). 5. 5 ml de agua (el bromuro es la fase inferior).

Transfiera el bromuro de n-butilo húmedo a un matraz Erlenmeyer y séquelo con sulfato de

sodio anhidro; decántelo a un matraz de bola de 25 ml y destílelo. Colecte la fracción que destila entre 80-90 oC en un recipiente previamente pesado (3).

NOTAS: 1. ¡Cuidado! El ácido sulfúrico concentrado causa severas quemaduras. Use lentes de protección, y

mantenga la agitación durante cada adición. 2. En el condensador se forma una mezcla aceitosa de agua-bromo de n-butilo. 3. Analice cuidadosamente cada uno de los pasos involucrados en este procedimiento. Como

puede haber desprendimiento de HBr trabaje con ventilación adecuada.

CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la toxicidad del bromuro de n-butilo y del bromuro de sodio? 2. ¿Qué procedimiento químico realizaría a los residuos de la mezcla de reacción? 3. ¿Cómo elimina los residuos de las soluciones de hidróxido de sodio y de ácido sulfúrico?

BIBLIOGRAFÍA Brewster, R. Q. y Vander, Werf C. A., Curso práctico de química orgánica, 2ª. Edición, Alambra,

España, 1970. Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica, Fondo Educativo Interamericano, México,

1976. Pavia, D., Lampman, G. M. y Kriz, G. S Jr., Introduction to Organic Laboratory Techniques, W.

B. Saunders, Philadelphia, EU, 1976.

Solución de CaOH ó Solución de NaOH



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CINÉTICA QUÍMICA

Química Orgánica II (1413) Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S . Sandoval G

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CINÉTICA QUÍMICA Determinación de la constante de velocidad de reacción

en la hidrólisis del cloruro de terbutilo

OBJETIVO. El alumno comprobará experimentalmente el mecanismo de una reacción SN1 mediante la

determinación gráfica del orden y la constante de velocidad de una reacción de primer orden.

ANTECEDENTES 1. Cinética Química. 2. Expresión de la velocidad de una reacción. 3. Ecuación cinética para una reacción de primer orden. 4. Determinación gráfica del orden y constante de la velocidad para una ecuación de primer

orden. 5. Mecanismo de obtención de cloruro de terbutilo. 6. Ecuación SN1: Mecanismo y cinética de la hidrólisis del cloruro de terbutilo.

REACCIÓN

a. Obtención de cloruro de terbutilo

b. Hidrólisis de cloruro de terbutilo

MATERIAL 1 Anillo metálico 2 Pinzas de tres dedos con nuez 1 Bandeja de plástico 1 Pipeta graduada de 5 ml 1 Barra de agitación magnética 1 Pipeta volumétrica de 1 ml 1 Bureta graduada de 50 ml 1 Pipeta volumétrica de 10 ml 1 Colector 1 Porta termómetro 1 Embudo de separación con tapón 1 Probeta graduada de 25 ml 1 Embudo de tallo corto 1 Recipiente de peltre 1 Embudo para sólidos 1 Recipiente para baño María 1 Espátula 1 Refrigerante con mangueras 4 Matraces Erlenmeyer de 125 ml 1 “T” de destilación 1 Matraz aforado de 100 ml 1 Tapón de corcho ( No. 5) 1 Matraz de bola de una boca de 25 ml 1 Termómetro de -10 a 400 °C 1 Matraz Erlenmeyer de 50 ml 2 Vasos de precipitado de 100 ml 1 Parrilla con agitación 1 Vidrio de reloj

SUSTANCIAS 26 ml Ácido clorhídrico concentrado 70 ml Etanol 96 % 40 ml Agua destilada 0.1 g Fenoftaleína 12 ml Alcohol ter-butílico 15 ml Hidróxido de sodio 0.05 N 5 g Carbonato de sodio 1 g Sulfato de sodio anhidro 4 g Cloruro de calcio

INFORMACIÓN

a. Una reacción química comprende la conversión de reactivos a productos.

CINÉTICA QUÍMICA


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b. Las reacciones pueden ser bimoleculares o unimoleculares.

c. Un mecanismo de reacción es la descripción paso por paso, del proceso que ocurre cuando los

reactivos se convierten a productos.

d. La cinética de reacciones se refiere al estudio detallado de la velocidad de las reacciones químicas. Permite estudiar un mecanismo, ya que proporciona una medida de las velocidades de reacción, y una indicación sobre el número y la naturaleza de las moléculas que intervienen en la reacción. Los experimentos se llevan a cabo a temperaturas y concentraciones de reactivos controladas. Con precisión. Conforme transcurre la reacción se pueden determinar la disminución o el aumento de un reactivo o producto en función del tiempo transcurrido.

e. La interpretación de los resultados experimentales, junto con una expresión matemática,

conduce a una mejor comprensión de los mecanismos de reacción.

PROCEDIMIENTO

a) Cloruro de Terbutilo.

Coloque en un matraz de 125 ml con tapón: 12 ml de terbutanol, 36 ml de ácido clorhídrico, 4.0 g de cloruro de calcio y mézclelos con agitación vigorosa durante 15 minutos. Transfiera el contenido del matraz a un embudo de separación, deje reposar hasta la separación de fases, elimine la capa inferior (1), lave dos veces el cloruro de terbutilo formado con una solución de carbonato de sodio (2) al 10% (5 ml cada vez). Seque el cloruro de terbutilo con sulfato de sodio anhidro y purifíquelo por destilación simple (3). Recoja la fracción que destila entre 42-45oC.

b) Determinación de la constante de velocidad de la hidrólisis del cloruro de terbutilo.

Coloque 1 ml de cloruro de terbutilo, recién destilado y seco, en un matraz aforado de 100 ml (4), afore con una mezcla de etanol/agua 77:33 (utilice alcohol de 96% y agua destilada).

Mezcle y empiece a contar el tiempo (5). Espere dos minutos, tome un alícuota de 10 ml y titule con NaOH 0.05 N, use fenoftaleína como indicador (6). A los 12 minutos de hecha la mezcla titule la segunda alícuota y cada 10 minutos realice otra titulación, hasta el total de 8-9 titulaciones. Anote los resultados en el siguiente cuadro:

Tiempo Vol. de NaOH x= concentración mol/L

de cloruro de ter-butilo (a-x)

€

a(a − x)

log

€

a(a − x)

k

Cálculos

Calcule “k” para distintos valores de “t” con la siguiente fórmula:

k = 2.3 log

€

a(a − x)

€

1tdonde:

CINÉTICA QUÍMICA

Química Orgánica II (1413) Coordinadora Dra. Ma. del Consuelo S . Sandoval G

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a = Concentración inicial del cloruro de terbutilo en moles/L = 1 mL X 0.85 (dens. t-BuCl) X 10/92 (PM t-BuCl) = 0.092 mol / L. x = Vol. NaOH X Normalidad/10 = mol/L de cloruro de terbutilo transformado en el tiempo t.

Para encontrar el valor de “k” por el método gráfico, construya la siguiente gráfica, cuya pendiente es igual a m= Y2-Y1/X2-X1 y nos da el valor de k= 2.3 m

Log

€

a(a − x)

t Formule las conclusiones de acuerdo a sus datos experimentales.

NOTAS:

(1) La fase inferior corresponde al HCl residual. (2) Durante los lavados el cloruro de terbutilo queda en la fase superior. Consulte la densidad del cloruro de

terbutilo. (3) Emplee un sistema de destilación sencilla, caliente el matraz sumergido en un baño María. Reciba el

destilado en un matraz con un baño de hielo. (4) Para obtener datos correctos se necesita que el material empleado esté limpio y seco. (5) Desde el momento que agrega la mezcla de etanol-agua empiece a contar dos minutos para hacer la

primera titulación. (6) Utilice 1 ó 2 gotas de fenoftaleína. El punto final de la titulación es cuando se produce el vire al color rosa

tenue y este persiste por un minuto. Para obtener mejor detección del punto de equivalencia, sumerja el matraz, que contiene la alícuota, en un baño de hielo.

CUESTIONARIO

1) ¿Cuál es el orden obtenido de los datos experimentales? 2) De acuerdo al orden ¿Cuál es el mecanismo de la reacción de hidrólisis?

3) ¿Cuál es la toxicidad del terbutanol, ácido clorhídrico y del cloruro de terbutilo.

4) Los residuos de la reacción de obtención del cloruro de terbutilo contienen agua, cloruro de

calcio y terbutanol. ¿Qué es necesario hacer para desecharlos al drenaje?

5) ¿Qué precauciones se deben tener al trabajar con ácido clorhídrico concentrado?

BIBLIOGRAFÍA Laider K. J., Cinética de reacciones. Vol. 1, Editorial Alambra, Madrid, España, 1971, pp 1-10, 19-29.

Brewster, R. Q. y Vanderwerf C. A.., Curso práctico de química orgánica, 2ª. Edición, Alambra, España, 1970.

Morrison, R. T. y Boyd, R. N., Química Orgánica, Fondo Educativo Interamericano, México, 1976.

Moore, J. A. y Dalrymple, D. L. ., Experimental Methods in Organic Chemistry, 2a. ed., W. B. Saunders, EU, 1976, pp. 271-275.

CINÉTICA QUÍMICA


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CINÉTICA QUÍMICA Determinación de la constante de velocidad de reacción

en la hidrólisis del cloruro de terbutilo

ter-butanolHCl, CaCl2

1) Agitar 15'2) Separar

Fase acuosa Fase orgánica

HCl Cloruro de terbutilo,agua, HCl

D2

D3

D5D4

D13) Lavar con Na2CO3 (10%)

Fase acuosa

H2ONaHCO3

4) Secar con Na2SO4

Fase orgánica

Sólido

Na2SO4H2O

Líquido

Cloruro de ter-butilo

5) Destilar

DestiladoResiduo

Residuodestilado

Cloruro de ter-butilo

6) Agregar agua-etanol

7) Determinar constanteCloruro de ter-butilo

D1, D3: revise pH, neutralice y deseche por el drenaje. D2: si contiene terbutanol, destile el agua y mande a incineración el residuo. D4: mande a incineración D5: recupere etanol por destilación. Neutralice el residuo y deseche por el drenaje.

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MANUAL DE PRACTICAS 1 y 2 - UNAMdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Practicas1a4QOII... · Frasco 1.- Bromo en CCl 4 Frasco 2.- Permanganato de potasio (KMnO 4) Frasco 3.- 0.5 ml de