Universidad Nacional Andrés Bello Facultad de Ecología y Recursos Naturales Departamento de Ciencias Químicas Laboratorio de Química Orgánica II
Laboratorio N°1: OXIDACIÓN DE ALCOHOLES
Fecha de entrega: 03 de Agosto, 2013 Profesor : Marcelo Asencio Sección: 3 Integrantes: -Prado Gaspar -Tapia Klingerth
1. Introducción
Los alcoholes son compuestos muy versátiles, tienen puntos de ebullición altos, pueden formar puentes de hidrógeno y son menos densos que el agua. Además se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. Se pueden clasificar en función al número de átomos de hidrógeno sustituidos en el átomo de carbono al que se encuentran enlazado el grupo hidroxilo, así existen alcoholes primarios, secundarios y terciarios. La oxidación de alcoholes es una reacción orgánica muy común, se pueden obtener distintos compuestos como aldehídos, cetonas, o ácidos carboxílicos, dependiendo del alcohol y el oxidante utilizado. Alcoholes secundarios se pueden oxidar para obtener cetonas en presencia de oxidantes fuertes como ácido crómico. El agente oxidante en este caso es el cromato ácido (HCrO4-) que se puede obtener disolviendo una sal de cromato (de sodio o potasio) en agua. En el primer paso de la oxidación se forma un éster del ácido crómico. Luego se produce una reacción de eliminación similar a una E2, y se forma la cetona. El cromo (IV) que se forma en este proceso continúa reaccionando para dar la forma reducida y estable cromo (III). Distintos estados de oxidación de cromo utilizado como oxidante se acompañan de cambios de color particulares. Por ejemplo el Cr (VI) de color naranja es reducido a Cr (III) que es de color verde. Los cambios de color observados pueden utilizarse como ensayo para evidenciar la presencia de alcoholes oxidables (primarios y secundarios). Por otro lado, un alcohol primario puede ser oxidado a un aldehído. Sin embargo, a diferencia de las cetonas, los aldehídos se pueden continuar oxidando para formar ácidos carboxílicos. Muchos agentes oxidantes no son selectivos porque no permiten detener la oxidación en la etapa de aldehído, por lo tanto el alcohol primario se oxida finalmente hasta ácido carboxílico. Para evitar este problema y poder obtener aldehídos como producto final se utilizan oxidantes suaves como clorocromato de piridinio (PCC). En el caso contrario se pueden utilizar oxidantes fuertes como dicromato de potasio o permanganato de potasio para obtener ácidos carboxílicos.
En este práctico se llevará a cabo la oxidación de un alcohol secundario (Ciclohexanol) con el fin de obtener la cetona correspondiente (Ciclohexanona).
La ciclohexanona es una molécula cíclica compuesta de seis átomos de carbono y con un grupo funcional cetona. Pertenece por tanto al grupo de las cetonas cíclicas. Es un líquido incoloro, cuyo olor recuerda al de la acetona. La ciclohexanona es soluble en agua y miscible con los solventes orgánicos más comunes. La ciclohexanona se emplea como disolvente en la industria, y como reactivo en la producción de ácido adípico y de caprolactama, compuestos empleados en la fabricación de nylon-6,6 y nylon-6 respectivamente.
1. Objetivos General: Sintetizar Ciclohexanona a través de la oxidación de un alcohol secundario.
Específico 1: Seguir el curso de la reacción, comprendiendo los mecanismos involucrados en la misma, así como el uso de los distintos reactivos y lo importante de la temperatura.
Específico 2: Determinar el rendimiento porcentual de la reacción realizada.
2. Materiales y métodos
Materiales utilizados
4 Matraces de Erlenmeyer de 125 mL 1 matraz de fondo redondo de 250 mL 1 matraz de fondo redondo de 100 mL 1 varilla de agitación 1 piseta con agua 1 balanza granataria 1cbalanza analítica 1 espátula 1 barra magnética 1 termómetro 1 refrigerante simple o tipo Liebig 1 adaptador tipo Claisen 1 adaptador de destilación 2 pinzas de tres dedos con nuez 1 soporte universal 1 probeta de 100 mL 1 embudo de decantación de 250 mL 1 embudo analítico 1 aro para embudo de decantación 1 rotavapor
Reactivos
Ciclohexanol Fórmula:CH2(CH2)4CHOH Peso Molecular: 100.2 g/mol Punto de ebullición: 161,1°C Punto de fusión: 23-25°C Densidad: 0.96g/mL Ácido acético Fórmula:C2H4O2 Peso Molecular: 60.05 g/mol Punto de ebullición: 118.1°C Punto de fusión: 16.07°C Densidad: 1.049 g/mL Cloruro de sodio Fórmula: NaCl Peso Molecular: 58.4 g/mol Punto de ebullición: 1465°C
Punto de fusión: 801°C Densidad: 2.2g/mL Éter Fórmula: C4H10O Peso Molecular: 74.12 g/mol Punto de ebullición: 34.6°C Punto de fusión: -116.3°C Densidad: 0.7134g/mL Hidróxido de sodio 10% Fórmula: NaOH Peso Molecular: 40 g/mol Punto de ebullición: 1390°C Punto de fusión: 323°C Densidad: 2.1 g/mL Sulfato de sodio anhidro Fórmula: Na2SO4 Peso Molecular: 142.04g/mol Punto de fusión: 1157°C Densidad: 2.68 g/mL
Dicromato de potasio Fórmula: K2Cr4O7 Peso Molecular: 294.21g/mol Punto de ebullición: 500.15°C Punto de fusión: 398.15°C Densidad: 2.69g/mL
Cuadro Comparativo
Compuest o
Fórmul a
P.M
P.E.
P.F.
Densid ad
S. H2O
S. Éter
Ciclohexan ol [1]
C6H12O
100.2 g/mol
161°C
Ciclohexan ona [2]
C6H10O
98.2 g/mol
156°C
23°C
0.96g/m 40 g/l Miscibl L (20 °C) e
-31 °C 0.95g/m 80 g/l Miscibl l (20 °C) e
Método:
K 2Cr2O7 + CH3COOH
Ciclohexanol +
-Agitar.
-Enfriar a 15°C.
-Calentar. Enfriar a 15°C.
-
Color Naranja [Cr -60°C, 15min. -65°C, 30min.
Color Verde [Cr (III)]
100mL H2O
-Reposar 15min. -Verter a Balón de 250mL
+ -Destilar por Arrastre de Vapor.
+ 16g NaCl
80mL Destilado -Agitar. -Verter a Embudo de
40mL Éter Decantación.
Disolución Saturada
Fase Orgánica
50mL NaOH 10%
-pH alcalino.
Fase Orgánica -Verter a Erlenmeyer.
Na2SO4 Anhidro
-Filtrar en Balón de 100mL
Rotavapor -Destilar
Ciclohexanona
3. RESULTADOS Masa inicial de ciclohexanol: 15g. Moles iniciales de ciclohexanol: 0.1497mol Volumen recogido de ciclohexanol-agua: 80mL Masa de ciclohexanona pura teórica: 0.1497mol x 98.2g/mol = 14.7g Masa de ciclohexanona pura experimental: Peso del Balón sin destilado → 86.9575g Peso del Balón con destilado → 92.8081g Peso del Destilado → (92.8081 – 86.9575)g = 5.8506g
Moles de ciclohexanona pura 98.2g/mol = 0.05958mol
experimental:
5.8506g
÷
Rendimiento: (5.8506g x 100) ÷ 14.7g = 39.8%
4. DISCUSIÓN (Responda las siguientes preguntas. Breve y con claridad)
a. ¿Cuál es el reactivo en exceso (ciclohexanol, dicromato de potasio) en la reacción efectuada? Utilice una ecuación y las cantidades respectivas.
3 mol Ciclohexanol 1 mol Dicromato de Potasio 0.1497 mol Ciclohexanol X
X = 0.0499 mol Dicromato de Potasio
15g Dicromato de Potasio ÷ 294.185g/mol= 0.05228mol Dicromato de Potasio
Reactivo en exceso: K 2Cr2O7 (Dicromato de Potasio) b. ¿Porqué, una vez mezclado los reactivos, la temperatura debe mantenerse bajo 65ºC? La temperatura de la reacción se mantiene bajo los 65°C, ya que estamos en presencia de un proceso exotérmico. El mal cuidado de los niveles de temperatura podrían llevar a un exceso de esta, y descontrolar la reacción. Es por esta razón que mantenemos ciertos parámetros de temperatura.
c. Comente la razón de utilizar destilación por arrastre de vapor para separar la ciclohexanona de la mezcla de reacción. Esta técnica es la más adecuada, ya que la condición más importante para que este tipo de destilación pueda ser aplicado es que tanto el componente volátil como la impureza sean insolubles en agua, para que el producto destilado volátil forme dos capas al condensarse, permitiendo que la separación del producto y del agua sea sencilla. En la destilación por arrastre de vapor de agua, se lleva a cabo la vaporización selectiva del componente volátil de una mezcla formada por éste y otros "no volátiles". Lo anterior se logra por medio de la inyección de vapor de agua directamente en el interior de la mezcla, denominándose este "vapor de arrastre", pero en realidad su función no es la de "arrastrar" el componente volátil, sino condensarse en el matraz formando otra fase inmiscible que cederá su calor latente a la mezcla a destilar para lograr su evaporación. En este caso se tendrán la presencia de dos fases insolubles a lo largo de la destilación (orgánica y acuosa), por lo tanto, cada líquido se comportará
como si el otro no estuviera presente. Es decir, cada uno de ellos ejercerá su propia presión de vapor y corresponderá a la de un líquido puro a una temperatura de referencia. Es así como podemos decir que es el mejor método para separar la ciclohexanona.
d. ¿Qué y para qué se utiliza el salting-out ? Es un proceso en el cual las sustancias solubles en agua son desplazadas por la adición de una sal a la solución acuosa. Esto puede ser por precipitación (formación de una fase sólida) y realizado por la formación de una fase orgánica líquida. El efecto principal es aumentar la fuerza iónica de la fase acuosa y la consiguiente reducción en la solubilidad de muchos compuestos covalentes o iónicos.
e. Señale una técnica por la cual se puede comprobar la pureza de la ciclohexanona obtenida. Indique en qué consiste la técnica o método y que resultado espera. La determinación del punto de fusión se utiliza para caracterizar compuestos orgánicos y para comprobar la pureza. El punto de fusión de una sustancia pura es siempre más alto y tiene un rango más pequeño que el punto de fusión de una sustancia impura. Cuanto más impuro sea, más bajo es el punto de fusión y más amplio es el rango. Este análisis se puede llevar a cabo introduciendo en un tubo capilar una pequeña cantidad de sustancia finamente pulverizada y comprimirla firmemente, luego el tubo capilar se introduce en un instrumento de laboratorio el cual proporciona aberturas oculares y un termómetro, para divisar cuando se haya fusionado toda la muestra y a que temperatura se realizó.
CONCLUSIONES
1. Se logró sintetizar empíricamente Ciclohexanona a partir de un alcohol secundario (Ciclohexanol) con un oxidante enérgico, como lo es el Dicromato de Potasio, de manera exitosa.
2. Logró comprender la importancia del correcto manejo de los equipos y reactivos, así como lo fundamental del control de la temperatura en momentos claves de la síntesis, viendo reflejada su incidencia en el porcentaje de rendimiento (e este caso 39.8%, lo que es bajo para esta reacción).
REFERENCIAS
LIBROS
a) CRC HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS. David R. Lide. Editorial
Advisory
Board
2009,
90th
Editorial.
Pág.
263.
b) McCurry “Química orgánica” Quinta edición México: internacional Thomsom, c2001 Pág. 679 - 681
LINKS http://www.grupoprevenir.es/fichas-seguridad-sustanciasquimicas/0243.htm [1]
http://www.grupoprevenir.es/fichas-seguridad-sustanciasquimicas/0425.htm [2]
