PRÁCTICA NO.9 “SINTESIS DE CLORURO DE ter -BUTILO -BUTILO
Y EFECTO DEL DISOLVENTE EN LA VELOCIDAD DE UNA REACCION DE SOLVOLISIS OBJETIVOS 1. Efectuar la síntesis de cloruro de ter-butilo, mediante a una reacción de sustitución nucleofílica nucleofí lica unimolecula unimolecular(SN1) r(SN1) 2. Conocer los métodos de estudio de los mecanismos de reacción 3. Analizar los diferente factores de importancia en el método cinético 4. Relacionar el orden de reacción con los diferentes tipos de reacciones orgánicas 5. Estudiar una reacción de solvolisis 6. Comprobar el efecto de la polaridad del disolvente sobre la velocidad de una reacción de primer orden INTRODUCCIÓN Uno de los métodos de obtención de halogenuros de alquilo es la sustitución nucleofílica alifática de alcoholes. Esta sustitución es posible realizarse con nucleófilos como PCl3,SOCl2,HCl,etc. La reacción que se llevara a cabo para la síntesis de cloruro de ter-butilo es una SN1, las reacciones de SN1, donde la velocidad de la reacción depende de la concentración del alcohol, siendo independiente del nucleófilo. teniendo influencia ,la polaridad del disolvente , la estructura del alcohol, la naturaleza del grupo saliente y el tipo de nucleofilo .Las reacciones que se llevan a cabo por un mecanismo SN1 son favorecidas en disolventes polares próticos y con constante dieléctrica alta , ya que hay una estabilización del carbocation intermediario.
Cuando el nucleofilo que se emplea es a la vez el disolvente se le llama reacción de solvolisis, como la que realizaremos en la practica:
PROPIEDADES DE LOS REACTIVOS Y PRODUCTOS NOMBRE Cloruro de ter-butilo metanol etanol propanol Alcohol de de ter-butilo Solubilidad Insoluble en agua
Soluble en agua Soluble en agua Soluble en agua Soluble en agua P.M(g/mol) 92.497 32,04 46,07 60,09 74.12 P. fusion(ºC) 92.497 -97 -114 -126 26 P.Ebullición(ºC) 73.3 65 78 65 82 Densidad 0.84 0.7918 0.789 0.79 0.78
SINTESIS DE CLORURO DE TER-BUTIL RESULTADOS Cantidad de cloruro ter-butilo obtenida: 8.5ml 7.8g 3.84g 9.743g 74.044g 36.453g 92.497g 18g alcohol ter-butilo= 0.78g/mol cloruro de ter-butilo= 0.84 g/mol Volumen : 10ml m cloruro de ter- butilo= 9.743g (teorico) V= 8.5ml obtenido cloruro ter- butil= Rendimiento=cloruro de ter-butil obtenidoX100 cloruro de ter-butil teórico 74.044g 92.497g = 9.743
Rendimiento= 7.14g X100 7.8g x 9.70g Rendimiento= 73.60% SOLVOLISIS TUBO Nº SISTEMA I ETANOL/AGUA SISTEMA II METANOL/AGUA SISTEMA III PROPANOL/AGUA 1 55.25 seg 28.72 seg 36 seg 2 55.59 seg 32.05 seg 49.83 seg 3 54.32 seg 47.21 seg 2.07 min 4 2.48 min 59.54 seg 5.57 min 5 23.40min 1.21 min 14.29 min 6 35.4min 1.23 mn 21.22 min ANALISIS DE RESULTADOS Para la síntesis del cloruro de ter-butilo es una reacción SN1 El primer paso consiste en una reacción acido-base, entre el hidroxilo del alcohol y el protón acido para dar la formación del intermediario
La segunda etapa constituye el paso lento de la reacción y se pierde una molécula de agua para formar del carbocation
La tercer etapa el nucleófilo que es el cloruro reacciona con el carbocation para formar el cloruro de ter-butilo
Al colocarle al alcohol ter-butilo, el acido clorhídrico, este funciona como catalizador que forma el ion oxonio y solamente agitamos porque si calentamos originaríamos una reacción de eliminación. Y se le agrega cloruro de calcio que actúa como un agente desecante que favorece la eliminación del agua y aumenta la concentración de ion cloruro favoreciendo a la formación de 2 fases :la acuosa y la orgánica. La fase orgánica le agregamos bicarbonato de sodio al 5% para neutralizar el acido clorhídrico. Separamos y finalmente secamos el cloruro de ter-butilo con cloruro de calcio. SOLVOLISIS La reacción de solvolisis en la practica es SN1: En la primera etapa el cloruro de ter-butilo que es una molécula polar forma interacciones dipolo-dipolo con las moléculas del disolvente . En una etapa lenta se obtiene el carbocation intermediario, en el cual el momento dipolar es mayor que el del cloruro de ter-butilo original.
lenta En la segunda etapa el carbocation intermediario es una etapa rápida, interacciona con una molécula de agua o metanol produciendo(C) o (C1).
(Rápida)
(rápida)
En la tercer etapa el oxonio resultante se desprotona generando los productos finales(D) o (D1). (Rápida)
(Rápida)
En las dos formas se libera HCl En la práctica hicimos un estudio cinético para apreciar la velocidad de una reacción agregando azul de bromotimol. Pues debido a que se libera una molécula de HCl su acidez se manifiesta con el indicador azul de bromotimol que cambia de color azul verdoso a amarillo. La velocidad de reacción depende de la polaridad del disolvente y de su constante dieléctrica alta . utilizamos tres sistemas de disolventes que tenían agua que es un disolvente muy polar con otros tres disolventes que son metanol , etanol y propanol , de los cuales el mejor disolvente es el metanol por tener menor cantidad de carbonos y menor impedimento histérico, lo cual se hace evidente en los tiempos de viraje en donde son mas rápidos que los del etanol, y estos a su vez del propanol donde los tiempos fueron muy lentos. Sin embargo en los tres sistemas al disminuir el volumen del agua la velocidad de reacción es mas lenta y esto es porque la constante dieléctrica y la polaridad del agua es muy alta lo que hace mas estable al carbocation mientras que el metanol. etanol y propanol tienen menor constante dieléctrica y son menos polares lo que hace
menos estable al carbocatión y por consiguiente es mas lenta la reacción. CONCLUSIONES: Para sintetizar el cloruro de ter-butilo el alcohol ter-butilo reacciono con un halogenuro de hidrogeno(HCl) mediante una reacción SN1 en donde el alcohol se tiene que protonar , ya que si no se protona el grupo OH no es un buen grupo saliente, y al protonar el alcohol, se forma el ion oxonio que si es un buen grupo saliente. Llevamos acabo la solvólisis del cloruro de ter-butilo la cual también es una reacción SN1 en la que el disolvente actúa como nucleófilo, sigue una cinética de primer orden debido a que la velocidad de reacción únicamente depende de la concentración del cloruro de terbutilo específicamente de la ruptura del enlace Cl —C, que es la fase lenta de la reacción. Sin embargo la favorecen los disolventes polares próticos y con constantes dieléctricas altas. Las SN1 se caracterizan por la formación de un carbocatión es por eso que están en competencia con las E1, por lo que para llevar a cabo una SN1 se requieren de bases débiles, como es el ion cloruro en la síntesis de cloruro de ter-butilo y el agua en la solvolisis los cuales se unen al carbocation.
BIBLIOGRAFIA Quimica organica fundamental Fieser Louis F., Fieser Mary Editorial reverte, S.A., 1985 pag.56 Química orgánica Allinger Cava de Jongh Johnson Editorial reverte, S.A., 1988 pag.420 Química orgánica McCurry, John 7ª Edition, Cengage Learning pag.359
Practica Cinética Química Efecto del disolvente en la velocidad de una reacción de solvólisis Fundamentos.
Esta practica se basará en el estudio de cómo los disolventes en diferentes concentraciones, aunado a una temperatura adecuada podrán afectar el ti empo de una reacción, ya sea aumentando o disminuyendo dicha velocidad. En esta practica se trabajara con 3 parejas de disolventes en 3 sistemas diferentes:
Objetivos. El alumno aprenderá a analizar los diferentes factores que pueden alterar la velocidad de reacción. El alumno aprenderá a identificar y a analizar una reacción de solvólisis.
Comprobar o refutar el efecto de polaridad de un disolvente sobre la velocidad de una reacción determinada (en este caso será una reacción de primer orden.). Resultados. Durante la primera recolección de datos; obtuvimos los siguientes valores
Resultados. Durante la primera recolección de datos; obtuvimos los siguientes valores
Discusión de Resultados. En el experimento el solvente actua como nucleofilo, colapsando el cation mientras otra molecula extrae el proton sobrante. Nuestros tiempos tambien dependian de la limpieza del material por lo que esto pudo afectar el resultado. Al aumentar la polaridad del solvente, el carbocatión estará más estabilizado por efecto de solvatación, lo cual implica que la reacción es más rápida, es decir aumenta su velocidad y a mayor cantidad de agua el tiempo fue menor.
Conclusiones:
Se lograron comprender los métodos de estudio, en algunos mecanismos de reacción. Observamos como el disolvente; afecta de manera directa sobre la velocidad de Reacción (de primer orden); debido a su polaridad. Observamos de manera práctica; como se lleva acabo una reacción de Solvólisis, con ayuda de los diferentes sistemas que se prepararon.
Bibliografía.
Química Orgánica Experimental.
Xorge A. Domínguez & Xorge A. Domínguez S. Editorial Limusa. Primera Edición, 1982.
Manual de Practicas Química Orgánica
M.C. José Jesús Morales castellanos & Dr. Gonzalo Trujillo Chávez.
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA Práctica 7: Cinética química: Efecto del disolvente en la velocidad de una reacción de solvólisis. OBJETIVOS: - Conocer los métodos de estudio de los mecanismos de reacción. - Analizar los diferentes factores de importancia en el método cinético. - Relacionar el orden de reacción con los diferentes tipos de reacciones orgánicas. - Estudiar una reacción de solvólisis. - Comprobar el efecto de la polaridad del disolvente sobre la velocidad de una reacción de primer orden. RESULTADOS. Durante la práctica se obtuvo la siguiente tabla de resultados. Los datos que se especifican en los sistemas 1, 2 y 3 corresponden a los tiempos de reacción que fueron tomados, en segundos, durante la práctica. Tubo Sistema 1: Metanol/Agua Sistema 2: Etanol/Agua Sistema 3: Propanol/Agua 1 19 15.05 2 2 19.9 17.03 3 3 28.3 18.8 4 4 29.5 20.04 5 5 33.9 22.02 6 6 37.3 23.9 8
En el procedimiento, se observó que en los tubos utilizados para llevar a cabo las reacciones, había un vire de color azul a color amarillo. Esto, como se mencionó , a diferentes tiempos en cada sistema que involucraba agua y un alcohol, distinto en cada sistema, a diferentes cantidades. ANÁLISIS DE RESULTADOS. Pudimos observar que los tiempos de reacción en cada sistema iban aumentando conforme aumentaba la concentración de alcohol en los diferentes tubos. Como se revisó durante el seminario, en las reacciones de solvólisis son mecanismos SN1, en las que el disolvente actúa como especie nucleófila. En esta práctica se varió la naturaleza y proporción del disolvente. el metanol, el etanol y el propanol son disolventes menos polares en comparación con el agua; una reacción entre estos alcoholes y el cloruro de terbutilo se llevará a cabo más lentamente que en el agua debido a su baja polaridad. Es por esto que observamos un aumento en los tiempos de reacción en cada sistema en los que varía la proporción de disolventes: si hay más agua que alcohol, la reacción se llevará a cabo en menos tiempo, y viceversa. CONCLUSIONES. En la práctica se analizó de manera experimental un mecanismo de reacci´n SN1, específicamente una reacción de solvólisis. Con los datos que se obtuvieron pudimos comprobar el efecto que tiene uno o más disolventes en la velocidad de una reacción química. Esto dependerá, también, de la naturaleza y las características tanto del disolvente (si es o¡prótico o aprótico, y de su constante dieléctrica), como del o los reactivosutilizados. CUESTIONARIO. 1. Indicar por qué en las reacciones de solvólisis realizadas, es importante: a) Controlar la temperatura a 30ºC. La temperatura es un factor que afecta la velocidad de una reacción. L as reacciones SN1 se favorecen a bajas temperaturas o a temperatura ambiente. b) Trabajar con el material seco. Cualquier rastro de agua afectará la concentración de los disolventes, por lo que se afectaría el tiempo de reacción. c) Medir exactamente los reactivos. La velocidad de reacción es afectada también por la cantidad o concentración de los reactivos. A mayor concentración, mayor velocidad de reacción. Si no se midieran exactamente los reactivos, no se podría determinar correctamente los tiempos de reacción en el proceso.
2. Escribir todas las reacciones que se realizaron con el cloruro de terbutilo. 3. Definir los siguientes términos: a) Orden de reacción. b) Molecularidad. c) Solvólisis. d) Par iónico. e) Constante dieléctrica. 4. Ejemplificar con uno de los sistemas empleados, la reacción competitiva de la SN1.