UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGIENIERIA QUMICA

CURSO:SINTESIS DE ORGANICA

Practica de laboratorio N1

SINTESIS DE HALUROS DE ALQUILO

PROFESOR DEL CURSO:

MGR. RAUL PAREDES MEDINA

ALUMNO:

CODIGO:

2009-34115

FECHA DE REALIZACION: 2012 - 05 - 11FECHA DE ENTREGA: 2012 - 06 - 12

TACNA - PER2011

SINTESIS DE HALUROS DE ALQUILO

I. OBJETIVO:

Sintetizar Bromuro de n-butilo a travs de una reaccin SN2. Sintetizar Cloruro de Tert-butilo a travs de una reaccin SN1. Calcular el rendimiento para cada reaccin.

II. PRINCIPIOS TEORICOS

La sntesis orgnica consiste en la preparacin de determinados compuestos orgnicos por lo general de alguna materia prima o de partida disponible en el comercio. Se constituye en la piedra angular sobre la que se basa la Qumica Orgnica Industrial.La sntesis orgnica no slo se realiza en escala masiva en la planta industrial, sino tambin a escala modesta en los laboratorios. Hoy en da miles de qumicos investigadores dedican sus vidas al estudio de la sntesis orgnica en el laboratorio y como fruto de ello sobrepasan los compuestos orgnicos los siete millones con diversos usos medicinales, alimenticios, colorantes, drogas y los de diverso uso industrial.Los bromuros de alquilo primarios pueden sintetizarse por calefaccin del correspondiente alcohol primario en una disolucin acuosa de bromuro sdico que contenga un exceso de acido sulfrico. Estos reactivos dan lugar a una mezcla en equilibrio en la que se halla presente el cido bromhdrico.

KBr + H2SO4 NaHSO4 + HBr

HBr H+ + Br-

CH3CH2 CH2 CH2OH + H2SO4 CH3CH2 CH2 CH2 O+H2 + -OSO3H

CH3CH2 CH2 CH2 O+H2 + Br- CH3CH2 CH2 CH2 Br + H2O

EL alcohol n-butlico da lugar al bromuro de n-butilo a travs de una sustitucin nucleoflica. En ella no participa ningn carbocatin, pues un carbocatin primario sera demasiado inestable y su formacin es difcil. La sustitucin directa del grupo hidroxilo por el bromuro no es eficaz debido a que el primero es un mal grupo saliente.El acido sulfrico es necesario para facilitar la salida del grupo hidroxilo. Este cido y el bromhdrico en la mezcla de reaccin son una fuente de protones. El ion hidrogeno protona al grupo hidroxilo, dando un grupo saliente muy bueno, la molcula de agua.Ahora el ion bromuro puede efectuar una sustitucin SN2 sobre el carbono inmediato, con salida de una molcula neutra (agua) y no de un ion negativo (hidroxilo).Los productos secundarios de la anterior reaccin son el 1-buteno, el dibutil ter y el n-butanol de partida. El alqueno y el ter pueden separarse por destilacin, pero es posible que una parte de los mismos permanezca como impureza. En cambio, la eliminacin de los tres subproductos se efecta adecuadamente por extraccin de la mezcla de reaccin con cido sulfrico concentrado.Una reaccin SN1 se diferencia de una SN2 en su orden o molecularidad. Las reacciones SN2 son sustituciones nucleoflicas directas en cuya etapa determinante de la velocidad participan tanto el nuclefilo como el grupo saliente (la participacin de dos especies corresponde en general a una reaccin de segundo orden). En una reaccin SN1 la etapa determinante de la velocidad es la formacin de un carbocatin, generalmente a travs de la prdida de algn grupo saliente en el sustrato. Puesto que en ella no participa ningn otro reactivo, se tratar de una reaccin unimolecular o de primer orden.Tal como ocurre con el alcohol n-butlico, el grupo hidroxilo del alcohol tert-butlico es un mal grupo saliente y no podra sustituirse en condiciones de reaccin normales. Sin embargo, en presencia de un cido fuerte como el HCl, dicho grupo hidroxilo se protona y puede salir con facilidad en forma de agua. El carbocatin que resulta del Tert-butanol es terciario y por tanto tiene una elevada estabilidad. El nuclefilo que se halla ms disponible en la disolucin es el ion cloruro, y el carbocatin se combina rpidamente con l. Una parte de los cationes formados volver a combinarse con el agua presente en el medio, pero esto slo conduce a la regeneracin del Tert-butanol, que a continuacin podr volver a entrar en la reaccin. Gradualmente todo el alcohol se convertir en cloruro de tert-butilo, el cual podr obtenerse por destilacin. El mecanismo de esta reaccin se expone a continuacin.Estructura de los halogenuros de alquiloEn esta introduccin a la sustitucin nucleoflica, trataremos principalmente una familia de compuestos que ya nos resulta familiar, los halogenuros de alquilo. Los halogenuros de alquilo tienen la frmula general RX, donde R representa un grupo alquilo o alquilo sustituido.R-XR=Radical X=Halgeno (Yodo, Cloro, Flor y Bromo)Un halogenuro de alquiloLa caracterstica principal de la estructura del halogenuro de alquilo es el tomo de halogenuro, X, y las reacciones caractersticas de un halogenuro de alquilo son las que tienen lugar en el halgeno. El tomo o grupo que define la estructura de una familia particular de compuestos orgnicos y, al mismo tiempo, determina sus propiedades se llama grupo funcional.En los halogenuros de alquilo, el grupo funcional es el halgeno. Un halogenuro de alquilo tiene un grupo alquilo unido a este grupo funcional; en condiciones apropiadas, estas partes alqulicas sufrirn las reacciones tpicas de los alcanos. No obstante, las reacciones que son caractersticas de la familia son las que ocurren en el tomo de halgeno.

III. MATERIALES EQUIPOS Y REACTIVOS

Materiales y equipos

Baln pequeo de fondo redondo Cocina elctrica Ncleos de ebullicin Matraz de Erlenmeyer Equipo de refrigeracin a reflujo Hielo Pera de decantacin Vagueta Termmetro Soporte universal Rejilla de asbesto Probeta graduada de 50 y 10 ml Esptula Balanza electrnica Aro metlico Vaso de precipitado Pisceta Equipo de destilacin simple

Reactivos

Bromuro de potasio Agua destilada Alcohol n-butlico cido sulfrico (c) Bisulfito de sodio Solucin acuosa de NaHCO3 al 5% CaCl2 HCl(c) al 37% Alcohol tert-butlico Agua destilada

IV. PARTE EXPERIMENTAL

Sntesis del bromuro de n-butilo a travs de una reaccin SN2.

a) En un baln pequeo de fondo redondo se puso 6,785 g de bromuro de potasio (KBr) previamente pesado, al cual le agregamos 15 ml de agua destilada ms 5 ml de alcohol n-butlico.b) Enfriamos la mezcla en un bao de hielo y aadimos lentamente 6,23 ml de acido sulfrico concentrado, sin dejar de enfriar ni de agitar. Adicionamos ncleos de ebullicin, al agregar el acido sulfrico se dio una reaccin exotrmica ( libera calor)

c) Secamos el baln con un pao y lo colocamos sobre la cocina elctrica y acoplamos un refrigerante a reflujo con sus correspondientes accesorios.

d) Calentamos la mezcla hasta ebullicin durante 30 minutos en este tiempo se observ dentro del sistema 2 capas una color amarillenta ( parte superior) y la otra blanca (parte inferior).

e) Concluido los 30 minutos, apartamos la cocina elctrica y dejamos en reposo con el refrigerante en marcha.

f) Quitamos el refrigerante y acoplamos un aparato de destilacin sencillo. Como colector usamos un frasco Erlenmeyer de 125 ml. La mezcla del zotropo del agua-bromuro de n-butilo destil prximamente a 90 C (controlamos con frecuencia la temperatura). Al principio, en el destilado aparecen dos fases y se continu destilando hasta que qued solo una fase y la temperatura alcance un valor de 95 C. La temperatura a la que la mezcla azeotropica entra a ebullicin fue a 37 C.

g) Transferimos el destilado a una pera de decantacin y se lo lav con igual volumen de agua al cual se puso 0,2588 g de bisulfito de sodio.

h) Se lo agit unos 30 segundos, repetimos tres veces la operacin. El bromuro de n-butilo ahora se encuentra en la cara inferior. i) La capa inferior de bromuro de butilo se pas a un frasco Erlenmeyer limpio y seco. El embudo de decantacin se lav y se seco y el bromuro de butilo se vuelve a poner en el. Luego lavamos con 10 ml de agua y separamos el haluro. Finalmente, lavamos con 6 ml de solucin acuosa de Na2HCO3 al 10 %, y separamos el haluro.j) Secamos el haluro con aproximadamente 2 g de CaCl2 anhidros calentando suavemente y con agitacin por un minuto y dejamos reposar hasta que el sobrenadante quedo transparente. Decantamos y pusimos el producto en un frasco debidamente rotulado.

k) Calculamos el rendimiento:

Se obtuvo 6,7 ml en bruto, luego de los lavados obtuvimos 5 ml de la sntesis del Bromuro de n-butilo se obtiene los siguientes datos.

Volumen de Bromuro de n-butilo Volumen del alcohol n-butlico6,7 ml 5 ml

De estos datos se necesita el peso de cada compuesto para calcular el rendimiento, por lo tanto mediante su densidad que la encontramos en una podemos hallarla. (densidad) del bromuro de n-butilo= 1,3 g/ml (densidad) del alcohol n-butlico = 0,810 g/ml

Calculando su peso

C4H9Br = 6,7 ml x 1,3 g/ml = 8,71 g C4H9OH= 5 ml x 0,810 g /ml = 4,05 g

Segn la ecuacin de la reaccin tenemos:

C4H9OH + HBr C4H9Br + H2O

47g ----------------------> 137g 4,05g -----------------------> x x= 11,8 g

Rendimiento

11,8 g --------------------------> 100 %8,71 g ---------------------------> x X= 73,81 %

El rendimiento de la sntesis del bromuro de n-butilo es 73,81 %

Sntesis del cloruro de tert-butilo a travs de una reaccin de SN1. a) A un baln de destilacin pequeo, sujeto con un aro, vertimos 25 ml de HCl (c) al 37 % y frio (en bao de agua y hielo). Agregamos cuidadosamente, mientras agitamos 12,5 ml de alcohol tert-butlico.La aparicin de dos fases nos indic que la reaccin ha tenido lugar ya que el alcohol es soluble en HCl, pero el cloruro de tert-butilo no lo es.

b) Adicionamos ncleos de ebullicin, adaptamos al equipo de destilacin simple y destilamos la mezcla inmediatamente. Recogimos el destilado en un frasco Erlenmeyer .El destilado tenia al principio dos fases. Suspendimos la destilacin cuando la temperatura aumento abruptamente por encima de 90 C.La temperatura a que empez a ebullicionar fue a 36 C (cae la primera gota)El volumen total del destilado fue 11 ml

c) Traspasamos el destilado a una pera de decantacin pequea. Lavamos el destilado con dos porciones de 10 ml de H2SO4, procedimos como en el caso anterior y separamos el haluro. Finalmente lavamos con 10 ml de solucin acuosa de NaHCO3 al 5 % , y separamos el haluro.

d) El haluro se pas a un frasco de Erlenmeyer de 125 ml. Secamos el haluro con aproximadamente 2 g de CaCl2 anhidro durante 1 minuto y dejamos reposar hasta que el sobrenadante quedase transparente.

e) Procedimos a decantar y pusimos el producto en un frasco debidamente rotulado.

f) Calculamos el rendimiento:

Volumen del alcohol tert-butlico 12,5 ml Volumen del cloruro de tert-butilo 11 ml

La densidad de cada compuesto es : CH3(CH3)2OH = 0,786 g/ ml CH3(CH3)2Cl = 0,85 g/ ml

Calculando el peso W CH3(CH3)2OH = 12,5 ml x 0,7869 g/ml = 9,84 gW CH3(CH3)2Cl = 11 ml x 0,85 g /ml = 9,35 g

De la ecuacin de la reaccin tenemos

CH3(CH3)2OH + HCl CH3(CH3)2Cl + H2O

74 ------------------------>92,5 g9,84 g -----------------------> x x= 12,3 g

El rendimiento ser 12.3 g ----------------> 100 %9,35 g ------------------> x x= 76,016 %

El rendimiento del la sntesis del cloruro de tert-butilo es 76,02 %

V. CUESTIONARIO

1. En forma ordenada exponga sus observaciones de la preparacin de haluros alqulicos con sus correspondientes ecuaciones. .En la sntesis del bromuro de n-butilo a travs de una reaccin SN2. Al entrar en contacto la mezcla de (bromuro de potasio + alcohol n-butlico) con el cido sulfrico concentrado ocurre una reaccin exotrmica (liber calor). Por lo que se lo puso en un bao de hielo. Al calentar dicha mezcla con la cocina elctrica se observ que se separaron 2 capas antes de entrar a ebullicin. La temperatura a la que la mezcla azeotropica entra en ebullicin fue a los 37 C El destilado lo transferimos a una pera de decantacin y lo lavamos con igual volumen de agua que contena 0,2588g de bisulfito de sodio, el bromuro de n-butilo ahora se encuentra en la capa inferior. Secamos el haluro con 2 g de CaCl2 anhidro, calentndolo suavemente hasta que el sobrenadante quedo transparente. Finalmente decantamos y pusimos el producto en un frasco rotulado.

En la sntesis del cloruro de tert-butilo a travs de una reaccin SN1. Al verter alcohol tert-butlico al baln que contiene HCl (c) y frio (en bao de agua y hielo) aparece 2 fases lo que nos indic que la reaccin ha tenido lugar ya que el alcohol es soluble en HCl, pero el cloruro de tert-butilo no lo es. La temperatura a la que cae la primera gota fue a los 36 C (temperatura a la que empieza a ebullicionar), el volumen total de destilado fue 11 ml.

2.- Explique los espectros RMN e IR del bromuro de n-butilo y del cloruro de tert-butilo que se le proporcionan.

La espectropia infrarrojo: observa las vibraciones de enlaces y proporcionan evidencia de los grupos funcionales presentes. Para la espectropia infrarroja (IR) en el caso del bromuro de n-butilo se observa una fisin de enlace C-H entre una longitud de onda de 20800-3000 cm-1 de igual forma se observan en el cloruro de tert-butilo adems hay una flexin CH2 de 1450-1500 cm-1 y oscilaciones de CH3 y CH2 (solo para el bromuro de n- butilo) las dems son diferentes debido a la estructura primaria y terciaria de los respectivos haluros sintetizados.

La espectropia de resonancia magntica nuclear: observa los ambientes qumicos de los tomos de hidrogeno y proporciona evidencia de la estructura de los grupos alqulicos e grupos funcionales. Para la espectropia de resonancia magntica nuclear: como se observa en el cloruro de tert-butilo, los protones del tert-butilo son diferentes qumicamente de los protones metlicos y absorben 81,2 ppm en el caso de bromuro de n-butilo los protones de los tomos de carbono central absorben de 81,2 a 82,0 ppm los protones de metilo absorben 81,0 y adems los protones de CH2Br absorben 3,4 ppm.

3.-En los principios tericos se han citado como principales subproductos en la formacin del bromuro de n-butilo (a) el 1-buteno (b) y el dibutil ter (c) el producto de partida. Qu explicacin dara a la formacin del 1-buteno y dibutil ter en la secuencia de las reacciones? Escriba la secuencia de las reacciones.

En el caso del 1-buteno recordemos que se puede sintetizar los alquenos por deshidratacin de alcoholes de igual forma ocurre con el dibutil ter y el producto de partida el alcohol n-butilo, viene hacer lo que no ha reaccionado.

4.-Los mtodos para la preparacin del bromuro de n-butilo a partir de un alcohol primario y para la preparacin del cloruro de tert-butilo empleando concentraciones de cido muy diferentes. Si tuviera un alcohol desconocido Cmo determinara cul de los procedimientos anteriores es el adecuado para convertir en el correspondiente haluro?

Primero hay que tener en cuenta que la clase de alcohol desconocido se trata (primario, secundario, terciario) para saber su reactividad si es primario o secundario el alcohol, entonces la reaccin es SN2 y utilizamos el primer mtodo. Si es terciario se trata de una reaccin SN1 por lo que utilizaremos el segundo mtodo.

5.- Explique los usos de los haluros orgnicos como: disolventes, anestsicos, pesticidas, freones para refrigeracin y como reactivos para preparar otros productos qumicos.

DISOLVENTES: Los haluros alqulicos se emplean como disolventes orgnicos de grasas, barnices o como disolventes industriales.

ANESTSICOS: El cloroformo fue uno de los primeros anestsicos generales utilizados, pero por ser txico y cancergeno, su uso ha sido prohibido y reemplazado por unos menos txicos, como el cloruro de etilo, halotano, etc.

REFRIGERANTES: Los freones son haloalcanos fluorados y clorados que han sido desarrollados para reemplazar al amoniaco como gas refrigerante.

PESTICIDAS: Los halogenuros alqulicos han contribuido al bienestar humano , por su empleo como insecticidas contra los piojos , pulgas ,etc.

REACTIVOS: Los halogenuros de alquilo sirven como materia prima o intermediarios en la obtencin de otros compuestos orgnicos.

VI. CONCLUSION

Se logr sintetizar bromuro de n-butilo a travs de una reaccin de SN2, ya que el alcohol n-butlico es un alcohol primario, lo que favorece la SN2 desplazando as al grupo saliente el nuclefilo, es decir el bromo ataca al carbono del butilo por la parte posterior al enlace con el grupo saliente ( el alcohol) . utilizamos 5ml de alcohol y se obtuvo como producto 6,7 ml de bromuro de n-butilo con un rendimiento de 73,81 % Se logr Sintetizar cloruro de tert-butilo a travs a travs de una reaccin de SN1 utilizando 12,5 ml del alcohol tert-butlico y se obtuvo como producto 11 ml del cloruro de tert-butilo con un rendimiento de 76,016 %.

VII. BIBLIOGRAFA

Gua de prctica de laboratorio de Sntesis Orgnica, SINTESIS DE HALUROS DE ALQUILO, del Mgr. Ral Paredes Medina. LUIS CARRASCO VENEGAS, EFRAIN MANDUJANO AYLAS. Qumica General Experimental.