1. Universidad del Papaloapan
INGENIERIA EN BIOTECNOLOGIA
Nombre de la materia:Química Orgánica II
Nombre del alumno: Ángel de Jesús Heredia Pardiño
Nombre de la práctica: Obtención de bromuro de N-Butilo
Numero de la práctica: Practica # 1
Nombre del catedrático: Dr. Omar Viñas Bravo
Especialidad: Biotecnología-3
2 de noviembre del 2012
2. Contenido
Trabajo previo. .................................................................................................................................... 3
¿En que consiste las reacciones de sustitucion nucleofilica?. ........................................................... 11
Basicidad y nucleofilicidad. .............................................................................................................. 11
Cinetica. ............................................................................................................................................ 11
Estereoquimica. ................................................................................................................................... 4
Efecto del sustrato. .............................................................................................................................. 4
Efecto del solvente. ............................................................................................................................. 4
Rearreglos. .......................................................................................................................................... 4
Propiedades fisicas y toxicas de los reactivos empleados ................................................................ 5-9
Producto esperado ............................................................................................................................. 10
Destilacion simple y reflujo .............................................................................................................. 10
Objetivos. .......................................................................................................................................... 11
Objetivos generales. .......................................................................................................................... 11
Objetivos particular. .......................................................................................................................... 11
Introduccion. ................................................................................................................................ 11-12
Parte experimental de la practica. ................................................................................................... 111
Desarrollo de la practica............................................................................................................... 14-17
Cuestionario. ................................................................................................................................ 18-19
Análisis de los resultados. ............................................................................................................. 20
Bibliografias. ..................................................................................................................................... 21
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3. Trabajo previo
¿En que consisten las reacciones de sustitución nucleofílica?
Una sustitución nucleofílica es un tipo de reacción de sustitución en la que un nucleófilo,
rico en electrones remplaza en una posición electrofila pobre en electrones, de una
molécula a un átomo o grupo, denominados grupo saliente. La reacción se produce sobre un
carbono electrófilo.
Basicidad y Nucleofilicidad
La basicidad viene determinada por la constante de equilibrio para abstraer un protón. La
nucleofilia se define por la velocidad de ataque sobre un átomo de carbono electrófilo para
dar sustituciones o adiciones. En ambos casos, el nucleófilo (o base) forma un nuevo
enlace; si el nuevo enlace lo forma con un protón, ha reaccionado como una base, si el
nuevo enlace lo forma con el carbono, ha reaccionado como un nucleófilo. La mayoría de
los buenos nucleófilos (pero no todos) también son bases fuertes, y viceversa. Observando
el producto formado podemos decidir si la base ha actuado como una base o como un
nucleófilo. Si el nuevo enlace es con un protón, ha reaccionado como una base; si el nuevo
enlace lo forma con el carbono, ha reaccionado como un nucleófilo.
Cinética
La velocidad de la reacción SN1 es proporcional a la concentración del haluro de alquilo
pero no a la concentración del nucleófilo, sigue una ecuación de la velocidad de primero
orden, la velocidad de la reacción SN2 es proporcional a las concentraciones tanto del
haluro de alquilo [R-X] como del nucleófilo, [Nuc:] sigue una ecuación de velocidad de
segundo orden.
SN1 velocidad = Kr [R-X]
3
4. SN2 velocidad = Kr [R-X] [Nuc:] ¯
Estereoquímica
Es el estudio de los compuestos orgánicos en el espacio. Para comprender las propiedades
de los compuestos orgánicos es necesario considerar las tres dimensiones espaciales.
Las bases de la estereoquímica fueron puestas por
Jacobus van’t Hoff y Le Bel, en el año 1874. De
forma independiente propusieron que los cuatro
sustituyentes de un carbono se dirigen hacia los
vértices de un tetraedro, con el carbono en el centro
del mismo. La disposición tetraédrica de los
Molécula e imagen especular sustituyentes de un carbono sp3 da lugar a la
existencia de dos posibles compuestos, que son imágenes especulares no superponibles,
llamados enantiómeros. En general a las moléculas que se diferencian por la disposición
espacial de sus átomos, se les denomina estereoisómeros.
La reacción SN2 implica un carbocatión plano intermedio que puede ser aceptado desde
cualquier cara; por lo tanto, la reacción SN1 generalmente da lugar a una mezcla de
productos con inversión y retención de configuración.
Estereoquímica SN1: mezcla de retención e inversión; racemizacion.
Estereoquímica SN2: inversión completa
Efecto del sustrato
Los haluros de metilo y los haluros primarios no se pueden ionizar fácilmente, y
experimentan sustitución SN1 porque los carbocationes primarios y metilo tienen energía
alta, están relativamente poco impedidos, por lo que son buenos sustratos SN2. Los haluros
3ro experimentan SN1.
Efecto del solvente
El paso lento de la reacción SN1 implica la formación de dos iones. La solvatación de estos
iones es crucial para estabilizarlos y disminuir la energía de activación para su formación.
Se necesitan disolventes ionizantes muy polares como el agua y los alcoholes, para la S N1.
En la reacción SN2 genera menos separación de cargas. Necesita disolventes menos polares
para que pueda ir más rápida.
Rearreglos
La reacción SN1 implica un intermedio carbocationico. Este intermedio puede reordenarse,
generalmente por una transposición de hidruro o de alquilo, para dar lugar a un carbocatión
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5. mas estable. La reacción SN2 transcurre en un solo paso sin intermedios, en la SN2 no son
posibles los reordenamientos.
Propiedades físicas y toxicas de los reactivos empleados
Bromuro de sodioNaBr (102.90 gr/mol)
Ingestión
Síntomas en caso de ingestión: Erupciones en la piel,
visión borrosa y otros efectos oculares, somnolencia,
irritabilidad, alucinaciones y coma.
inhalación
Síntomas en caso de inhalación: Tos, dificultad para
peligrosidad respirar.
Piel
Síntomas en caso de contacto con piel: Piel seca, dolor
y enrojecimiento.
Ojos
Síntomas en caso de contacto con ojos: Enrojecimiento
y dolor.
Valor del pH 5.4 (50 gr/l, H2O, 20°C
Densidad 3.21gr/cm3
Punto de fusión 755 °C
Punto de ebullición 1390 °C
Solubilidad en agua 116 gr/100 gr agua a 50°C
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6. Acido sulfúricoH2SO4 (98.08 gr/mol)
Clasificación europea de substancias peligrosas del
ACIDO SULFURICO
Corrosivo (C)
Frases de Riesgo
R35: Provoca quemaduras graves.
Ingestión
Síntomas en caso de ingestión: fuertes dolores,
malestar general, vómito y diarreas, existe peligro de
perforación del tracto gastrointestinal, tiempo después
Peligrosidad de la exposición puede aparecer estenosis del píloro.
Inhalación
Si el producto es inhalado en forma de aerosol irrita
mucosas de vías respiratorias, existe riesgo de daño
pulmonar.
Piel
Quemaduras graves y ulceraciones.
Ojos
Quemaduras, riesgo de lesiones oculares graves.
Densidad 1.84 gr/cm3
Punto de fusión 10 °C
Punto de ebullición 337 °C
Viscosidad 26.7 cP a 20 °C
Solubilidad en agua Completamente soluble (reacción exotérmica)
6
7. Alcohol N-Butilo H3C-(CH2)3-OH (74.12 gr/mol)
Explosivo en estado seco.
Frases de Seguridad
Consérvese bajo llave.
Ojos
Irritante.
Peligrosidad
Piel
Suavemente irritante.
Inhalación
Síntomas en caso de inhalación: Irritación de las
mucosas, dificultad para respirar, tos, sueño, anestesia
y aturdimiento.
Densidad 0.81 gr/cm3 a 68.0 °F
Punto de fusión -129.0 °F
Punto de ebullición 243.9 °F a 760.0 mm Hg
Punto de inflamabilidad 84 °F
Solubilidad en agua 77 gr/l
7
8. Hidróxido de SodioNaOH (39.9971 gr/mol)
Frases de Riesgo
Provoca quemaduras graves.
Ingestión
Es corrosivo, puede provocar daños severos y
permanentes en el tracto gastrointestinal.
Síntomas en caso de ingestión: Dolor abdominal, ardor,
diarrea, vómitos y posible colapso
Inhalación
peligrosidad
Es corrosivo, en exposiciones cortas provoca irritación,
puede ser dañino o mortal en altas dosis.
Piel
Corrosivo, puede provocar irritaciones fuertes,
quemaduras, dolor y úlceras.
Ojos
Corrosivo, provoca desde enrojecimiento, dolor, visión
borrosa, hasta quemaduras profundas graves.
Densidad 2.1 gr/cm3 (solido)
El rango de temperatura a la que cambia de estado de
Punto de fusión
sólido a líquido. 318 ° C
La temperatura máxima a la que un líquido puede
Punto de ebullición
permanecer como un líquido. 1390 ° C
Punto de inflamabilidad No inflamable
Solubilidad en agua 111 gr/100 mL a 20 °C
8
9. Cloruro de CalcioCaCl2 (110.999 gr/mol)
Frases de Riesgo
Irrita los ojos.
Frases de Seguridad
En caso de contacto con los ojos, lávense inmediata y
abundantemente con agua y acúdase a un médico.
Ingestión
Causa irritación de boca y estómago.
Peligrosidad Inhalación
Causa irritación de nariz y garganta.
Ojos
Causa irritación y posible daño transitorio en la cornea,
particularmente en contacto con el polvo.
Piel
Causa irritaciones leves, las soluciones muy
concentradas pueden causar irritaciones más marcadas,
incluso quemaduras superficiales.
Densidad 2.15 gr/cm3 a 20 °C
Punto de fusión 772 °C (anhidro)
Punto de ebullición <1600 °C (anhidro)
Solubilidad en agua 74.5 gr/100 mL a 20 °C
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10. Producto esperado
1-Bromobutano (C4H9Br)
Identificación de riesgo Inflamable. Irrita los ojos y la piel.
Aspecto Líquido transparente e incoloro.
Punto de ebullición 100-104°C
Punto de fusión -112°C
Punto de inflamación 16°C
Temperatura de auto ignición 265°C
Presión del vapor (100°C)1033 hPa
Densidad (20/4) 1,27 gr/cm3
Solubilidad Insoluble en agua. Soluble en alcohol y éter.
Destilación simple y reflujo
La destilación simple es un proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus
componentes mas volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para
recuperar dichos componentes en forma liquida por medio de la condensación. El objetivo
principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus
distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles, es
necesario que los puntos de ebullición sean distintos, para la facilidad y eficiencia de la
separación.
El reflujo es el proceso consiste en la ebullición de los reactivos mientras que el vapor al
ser condensado retorna al matraz de destilación como liquido. Este es usando para calentar
mezclas por tiempo prolongado a cierta temperatura en la cual no se puede permitir la
evaporación excesiva de los líquidos. La ventaja de esta técnica es que puede ser dejada por
un periodo de tiempo largo sin necesidad de adicionar mas solvente.
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11. Objetivos
Objetivos generales.
Ejemplificar una reacción de sustitución nucleofílica alifática de segundo orden (SN2).
Obtener un halogenuro de alquilo a partir de un alcohol primario empleando ácido sulfúrico
y bromuro de sodio.
Identificar el halogenuro obtenido a través de reacciones sencillas.
Objetivos particular.
Se realizara una reacción mediante el mecanismo SN2.
Obtener el compuesto de n-butilo a partir de alcohol n-butílico, ácido sulfúrico y bromuro
de sodio.
Introducción
Los halogenuros de alquilo son todos los compuestos de fórmula general R-X, donde R es
un grupo alquilo y -X es un halógeno.
Una técnica para obtener los halogenuros de alquilo es a partir de alcoholes primarios y
secundarios. Entre los reactivos utilizados para realizar esta transformación se encuentran:
el cloruro de tionilo o halogenuro de fósforo; también se puede realizar calentando el
alcohol con ácido clorhídrico concentrado y cloruro de zinc anhídro, o bien usando ácido
sulfúrico concentrado y bromuro de sodio.
La reacción entre un halogenuro de alquilo primario y un nucleófilo para dar el producto
de sustitución sigue una cinética de segundo orden (SN2), es decir, su velocidad depende de
ambos reactivos:
La forma más simple de explicar este concepto, es suponer que para que se lleve a cabo la
reacción es necesario una colisión entre el nucleófilo y una molécula de halogenuro de
alquilo. El átomo de carbono del halogenuro es electrofílico debido a que está unido al
átomo de halógeno. La densidad electrónica es atraída por el halógeno, dejando el átomo de
carbono con una carga parcial positiva de tal forma que pueda ser atacado por un
nucleófilo:
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12. En el mecanismo SN2 el nucleófilo entra por el lado de atrás del sustrato lo más alejado
posible del grupo saliente (180°) lo que trae como consecuencia que la reacción sea muy
sensible al impedimento estérico. Cuando los sustituyentes sobre el carbono son muy
voluminosos el nucleófilo no se puede acercar y la reacción se hace más difícil. La
reacción es un proceso concertado en una sola etapa, sin intermediarios. Hay un estado de
transición donde el enlace con el nucleófilo está parcialmente formado y el del grupo
saliente esta parcialmente destruido. En este estado de transición el carbono se aplana hasta
que quedan los sustituyentes en un mismo plano (carbono trigonal plano). En caso de que el
carbono que sufre la sustitución sea quiral (con cuatro sustituyentes diferentes) su
configuración es invertida, como se observa en el esquema.
Mecanismo de reacción
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13. Parte experimental de la práctica.
3.1 Materiales y reactivos
Cantidad Material reactivos
1 Matraz de fondo redondo de 100 Bromuro de sodio
ml
2 Pipetas de 10 ml Agua destilada
1 Pipeta de 5ml Alcohol n-butílico
1 Magneto Acido sulfúrico
1 Equipo de destilación simple Hidróxido de sodio
2 Matraz de Erlenmeyer de 250 ml Cloruro de calcio
1 Embudo de separación de 250 ml
1 Embudo cónico de vidrio
2 Espátulas
1 Bandeja de plástico
1 Vaso de precipitados de 500 ml
1 Vaso de precipitados de 100 ml
3 Pinzas de sujeción
2 Soportes universales
2 Tapón de corcho horadado para
boca de 24/40
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14. 3.2 Desarrollo de la práctica
3.2_2Procedimiento
Figura 1.1 Figura 1.2
Se colocara 24 gramos de bromuro de sodio en un matraz de fondo redondo de 250 ml, se
le añadirá 25 ml de agua y 17 ml de alcohol n-butílico. Se pondrá a enfriar la mezcla en un
baño de hielo y se añadirá 20 ml de ácido sulfúrico concentrado vertiendo lentamente, se
agitara el matraz continuamente, se observara un color amarillo claro. Se le añadirá una
bala magnética para que la mezcla se mezcle completamente, como se muestra en la figura
1.1 y figura 1.2.
Figura 1.3 Figura 1.4
Se montara el reflujo, en este punto el embudo quedara invertido y el vaso de precipitado
servirá como un sistema de colector para absorber el bromuro de hidrogeno cuando
empezaron a caer las primeras gotas se empezó a tomar el tiempo de la reacciónfigura 1.3.
Se colocara una disolución diluida de hidróxido de sodio en el vaso, el embudo se deberá
de ajustar, para que se introduzca ligeramente en la superficie del líquidofigura 1.4.
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15. Figura 1.5 Figura 1.6
Se calentara la mezcla con una manta calefactora, después de esto se dejara que se enfrié la
mezclafigura 1.5. Y de ahí se hará una destilación simplefigura 1.6, se le volverá añadir
unas bala magnética al matraz de fondo redondo.
Figura 1.7
Se destilara la mezcla y recogerá el destilado en un matraz enfriado, el cual la parte de
arriba como es mas denso el haluro de alquilo se queda arribafigura 1.7, el haluro de alquilo
se destila juntamente con agua, pero se separan esos dos líquidos al ser inmiscibles, los dos
líquidos se separaran en dos fases
Figura 1.9 Figura 1.9
Nota: para poder deshacernos del residuo de NaOH se tiene que medir su pH para saber si
se le tiene que adicionar una base o un acido para neutralizarlo y poder desecharlo, en este
caso el NaOH tiene un pH de 13 el cual se le añadirá un acido (HCl) figura 1.9 y figura
1.10.
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16. Figura 1.10
Se destilara la mezcla de haluro de alquilo para que se lleve acabo esta destilación debe
estar a una temperatura de 110 °C y 115 °C, a los 110 °C empezó a ebullir,se recogerá el
destilado contiene principalmente bromuro de n- butilo y agua, con unas pequeñas
cantidades de ácido sulfúrico y bromhídrico figura 1.10.
Figura 1.11 Figura 1.12
Se pondrá el destilado agregándole 25 ml de agua y se agitara la muestra en un embudo de
decantación figura 1.11, se recogerá la capa inferior del n – butilo, y se desechara la capa
acuosafigura 1.12.
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17. Figura 1.13
se volverá a colocar el haluro de alquilo en un embudo y se le añadirá 15 ml de ácido
sulfúrico, y se agitara de nuevo, después cerrar el embudo y agitarlo de nuevo, y abrir
cuidadosamente para liberar gases repetir ese procedimiento 2 veces mas hasta que
obtengan las dos fases figura 1.13.
Figura 1.14
Se lavara el bromuro de n – butilo con 15 ml de hidróxido de sodio. Separar las dos capas
y asegurarse de cuál es la capa orgánica, se secara el n-butilo con 1.5 gramos de cloruro de
calcio, tapar el matraz y agitarlo hasta que se vuelva claro el líquido, se pondrá en un
calentamiento suave en un baño de vapor. Decantar el líquido claro en un matraz seco de
destilación figura 1.15y se volverá a destilar el n-butilo, se recogerá el destilado y se
entregara al profesor.
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18. IV. Cuestionario
1. En esta reacción se produce como sub-producto el éter dibutilico (C4H9OC4H9,
FW 130.23, mp -98 °C, bp 142-143 °C). proponga un mecanismo de reacción
para explicar la formación de este producto.
2. Otro subproducto es el 1-buteno (C4H8, FW 56.11, mp -185 °C, bp -6.3 °C),
proponga un mecanismo de reacción para su formación.
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19. 3. Reporte el rendimiento teórico y el experimental.
No se pudo reportar el rendimiento ya que no se peso el producto final
4. Describa el mecanismo de reacción que se realizo.
Un de la manera más adecuada de obtener un bromuro de alquilo primario en
el laboratorio consiste en calentar el alcohol correspondiente con una mezcla
de ácido sulfúrico y bromuro sódico o potásico. La combinación del bromuro
con el ácido sulfúrico tiene dos funciones: primera, liberar el bromuro de
hidrógeno necesario para la reacción, y segunda, formar con el alcohol una
mezcla que hierva a una temperatura superior a la requerida, para que la
reacción entre el bromuro de hidrógeno y un alcohol primario transcurra con
una rapidez razonable.
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