TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO. INSTITUTO TECNOLOGICO DE MINATITLAN. LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA II PRACTICA No. 3 SINTESIS DE m-DINITROBENCENO m-DINITROBENCENO EQUIPO “6”
INTEGRANTES DE EQUIPO: Hernández Velázquez Jesús Antonio Avelino Sánchez Jorge Arturo Contreras Méndez Antonio Xala Morales Roció Fonseca Hernández Juan Adán DOCENTE: Tovilla Coronado Zoila Soledad
2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS Obtener m-dinitrobenceno mediante una reacción de sustitución electrofílica aromático.
Analizar la reactividad y orientación del grupo nitronio (NO2 + ) en el anillo aromático, por medio de una reacción de sustitución electrofílica aromático en anillos aromáticos monosustituídos.
Determinar porque los grupos desactivadores requieren condiciones más vigorosas cuando se desea introducir un segundo grupo al anillo bencénico.
3.- MARCO TEORICO ¿QUÉ ES LA NITRACIÓN? La nitración es una de las reacciones químicas comercialmente más importantes. Se trata de la reacción entre un compuesto orgánico y un agente nitrante (por ejemplo el ácido nítrico) que introduce un grupo nitro en el hidrocarburo produciendo un éster .
La nitración en el anillo bencénico consiste en la introducción de un grupo nitro (-NO2), que generalmente sustituye a un hidrógeno o a otros grupos tales como –SO3H, -OMe, -COMe a través de una sustitución electrofílica al anillo aromático (SEAr).
La sustitución electrofílica al aromático se produce cuando el orbital HOMO del benceno transfiere electrones al orbital LUMO del electrófilo, para dar un intermedio no aromático cargado positivamente. El átomo de carbono del benceno sufre un cambio en su hibridación de sp2 en su estado inicial a sp3 en el intermedio. Este intermediario posee una mayor energía que los reactivos y productos final, pero tiene la capacidad de estabilizar la carga positiva formada por deslocalización de electrones entre las posiciones orto y para al lugar de ataque. Finalmente, la pérdida de un protón regenera el anillo aromático, obteniendo el producto de sustitución. El ácido nítrico concentrado en presencia de ácido sulfúrico concentrado es el medio de reacción para la obtención de nitrobenceno. La introducción de un segundo grupo nitro en una molécula de nitrobenceno es una reacción más lenta de efectuar, dada la naturaleza desactivante del grupo nitro en el anillo de benceno. La orientación en la sustitución aromática es normalmente consecuencia del control cinético en la formación de los productos y guarda sólo una relación limitada en las actividades termodinámicas de los productos. El m-dinitrobenceno es una sustancia sintética usada en la fabricación de explosivos. Es un sólido amarillo en forma de cristales a temperatura ambiente. Tiene un peso molecular de 168.1 g/ mol, un punto de ebullición de 300-303 °C y su punto de fusión es de 90 °C.
1-3 dinitrobenceno
La densidad relativa (agua) es igual a 1.6 g/ml y su solubilidad en agua es escasa. Puede estallar por calentamiento intenso bajo confinamiento. Por combustión, forma gases y humos tóxicos, reacciona violentamente con oxidantes fuertes, bases fuertes y metales reductores (Sn, Zn), originando riesgo de incendio y explosión.
4.- DATOS Y OBSERVACIONES DATOS Etapa 1: Preparación de la mezcla sulfonítrica
En un matraz balón de 100 ml sumergido en hielo preparar la mezcla, la cual consta de 3 ml de ácido nítrico en 6 ml de ácido sulfúrico concentrado.
PRECAUCIÓN”
teng a en cuenta que los dos ácidos s on corros ivos , s us reacci ones s on exotérmica y violentas s iempre, estos tipos de mezclas s e deben de agreg ar lentamente y contar con el equipo de s eg uri dad de laboratorio.
Etapa 2: Desarrollo de la reacción Etapa 3: Proceso de reflujo
Etapa 4: Formación del mdinitrobenceno
Etapa 5: Determinación del punto de fusión
Retire el matraz del baño de hielo y adicione lentamente y con agitación 2.5 ml de nitrobenceno , (gota a gota y agitando)
colocar un refrigerante en la boca del matraz y se calienta este dispositivo en baño maría. Agitar con frecuencia, se requieren unos 30 minutos después de iniciado el calentamiento. Se retira el dispositivo y se deja enfriar.
El contenido del matraz viértalo sobre un vaso con unos 25 g de hielo picado y 25 ml de agua, agitando vigorosamente durante la adición. Recoja el mdinitrobenceno por filtración a vacío y laven con abundante cantidad de agua fría. Recristalicen con 25 ml de metanol caliente.
Determine el punto de fusión del m-dinitrobenceno. El mdinitrobenceno son agujas .
OBSERVACIONES Etapa 1: Preparación de la mezcla sulfonítrica
En la primera etapa agregamos 3 ml de ácido nítrico en el matraz que estaba en
baño maría con hielo, después de agregar esto añadimos 6 ml de ácido sulfúrico lentamente. cerca de los extractores de aire ya que se forman gases a la hora de mezclar estas soluciones.
Etapa 2: Desarrollo de la reacción
Etapa 3: Proceso de reflujo
Después de preparar la mezcla sulfonitrica la retiramos del baño maría con hielo, y agregamos 2.5 ml de nitrobenceno cerca de los extractores de aire ya que se forman gases a la hora de mezclar estas soluciones.
En esta etapa colocamos un equipo de calentamiento para la solución, se puso a calentar en movimiento en una parrilla, a falta del equipo el movimiento se tuvo que hacer manualmente durante media hora. En el transcurso del calentamiento empezaron a salir humos de un color cale por medio del refrigerante. Adentro del matraz se formaron 3 productos: metra, orto y neón dinitro benceno el que se formó en mayor cantidad fue el metra y tridinito benceno.
Etapa 4: Formación del m-dinitrobenceno
ETAPA 5: Determinación del punto de fusión
Una vez que se calentó la solución la llevamos a un vaso de precipitado donde teníamos 25 gr de hielo y 25 ml de agua y agitamos vigorosamente. Una vez después de agitar recogimos el mdinitrobenceno por filtración al vacio lavando con agua destilada, obtuvimos una muestra de 4.12 gr color amarilla en estado solido.
Este punto no se pudo llevar a cabo por falta de tiempo
5.- ESQUEMAS
Etapa 1: Preparación de la mezcla silfonítrica
El matraz de balón de 100 ml sumergido en el baño maría para agregar 3 ml de ácido nítrico en 6 ml de ácido sulfúrico concentrado.
Etapa 2: Desarrollo de la reacción
Adicionamos 2.5 ml de nitrobenceno gota a gota y agitando lentamente la compañera usando un cubre boca y un compañero sosteniendo el nitrobenceno.
Etapa 3: Proceso de reflujo Montamos el refrigerante en la boca del matraz sobre la parrilla de calentamiento, tomamos el tiempo después que empezó a hervir la solución. Nota: El agitador de la parrilla no servía por lo que tuvimos que hacer el agitado manual sobre la parrilla.
Momento donde empezó a hervir la solución y empezamos a contar los 30
minutos
Después de un tiempo de estar agitando empezó a desprender vapores por lo que el cubre boca era fundamental
Evidencia del tiempo tomado.
Desprendimos el matraz del refrigerante y lo pusimos directo al extractor.
Etapa 4: Formación del m-dinitrobenceno
El contenido del matraz lo pasamos a un baso de precipitado con 25 gr de hielo y 25 ml de agua lo agitamos
Filtramos el m-dinitrobenceno
Como no terminamos la practica dejamos nuestro m-dinitrobenceno cuando regresamos se había asentado
Lo que quedo después del filtrado en el papel filtro el mdinitrobenceno
6.- CALCULOS Y RESULTALDOS
Comparación resultado teórico con el práctico. En nuestro calculo teórico nos da que obtenemos 4.096 gr de mdinitrobenceno (C 6 H 4 N 2 O 4) y al momento de efectuar la practica nuestro producto obtenido de este mismo compuesto fue de 3.92 gr lo cual nos da como resultado un rendimiento porcentual de:
4.096gr 3.92 gr
100% x=95.70%
Esto quiere decir que nuestro porcentaje obtenido fue de un 95.70% comparado con la masa obtenida en nuestro resultado teórico nos da un error o falla de 4.30% que se perdió en el proceso.
CUESTIONARIO 1. Describir el mecanismo del ataque de sustitución electrofílica del Ion nitronio al nitrobenceno. El ion nitronio reacciona con el benceno formando el complejo sigma, que a continuación, pierde un protón para dar lugar al nitrobenceno.
2. ¿Se puede preparar orto y para-nitrotolueno por este método? Los derivados metilados en o- y p- de la anilina, o- y p-Toluidina se obtienen de modo similar por reducción del o- y p- nitrotolueno que se preparan por nitracion del tolueno y separación de los dos isómeros por destilación fraccionada.
3. ¿Por qué el grupo nitro dirige a la posición meta y no a orto-para? Los grupos directores meta son siempre desactivantes , es decir dificultan la segunda la carga en el anillo aromatico. La sustitución ocurre casi únicamente en meta. Por consiguiente, los iones bencenonio correspondientes a los compuestos orto y para deben ser mucho menos estables que el del meta. Las formas resonantes de cada uno de los iones nos dan la respuesta:
4. ¿Por qué se recristalizar el m-dinitrobenceno? Se recristaliza por que se le agrego el metanol caliente. Además de que este tipo de proceso se busca la purificación de sustancias sólidas que contienen pequeñas cantidades de impurezas.
5. ¿Qué otro solvente puede utilizar en la recristalización del mdinitrobenceno? Etanol
6. ¿Qué otros grupos presentan el mismo comportamiento que el Ion nitronio? Sucede con compuestos aromáticos gracias a un mecanismo de sustitución electrófilo aromático. El benceno resulta nitrado gracias al reflujo de ácido sulfúrico concentrado y ácido nítrico concentrado a 50 °C. 2H2SO4 + HNO3 → 2HSO41-
+ NO2+ + H3O+
C6H6 + NO2+ → C6H5NO2 + H+
H+ + H3O+ + 2HSO41- → H2O + 2H2SO4 El ácido sulfúrico es regenerado y por tanto actúa como catalizador.
7. Investigar las propiedades físicas y usos del m-dinitrobenceno.
Solubilidad = 0 (muy poca)
Componente para explosivos
Punto de ebullición = 573.15 -576.15 K Punto de fusión = 363. 15 K Densidad = 1600 kg/m3 Peso molecular = 168.1 kg /mol Punto de inflamación = 149 C°
Fabricación de tintes Plastificantes
8. Explicar porque se emplean condiciones más vigorosas el obtención del mdinitrobenceno que para el nitrobenceno? Debido a que pueden existir algunos productos de polinitración que sean explosivos.
9. ¿Qué competencia de las sugeridas se desarrollaron o adquirieron? Capacidad para demostrar comprensión y conocimiento relacionados con el efecto de la reactividad y orientación de los grupos en las reacciones de sustitución en anillos aromáticos mono sustituidos. Habilidades en el manejo seguro de materiales y sustancias químicas incluyendo cualquier tipo de peligro asociado con su uso Habilidad de comunicación , tanto oral como escrita. Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de organizar y planificar.
7. -DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIÓN Hernández Velázquez Jesús Antonio En esta práctica obtuvimos m-dinitrobenceno por medio del ácido sulfúrico y ácido nítrico concentrado que se tuvieron que mantener en temperaturas bajas ya que al entrar los dos en contacto el matraz se calentaba, se dice que el mdinitrobenceno se obtiene por medio de la sustitución electrofílica al aromático , que dice que el carbono del benceno sufre un cambio en su hibridación de sp2 en su estado inicial a sp3 en el intermedio. Que produce una mayor energía en los reactivos y el producto final , que logra estabilizar la carga formada por deslocalización de electrones entre la posición orto y dar el lugar al ataque, por lo que la pérdida del protón genera el anillo aromático, obteniendo el producto sustituido.
Contreras Méndez Antonio En esta práctica pudimos realizar una sustitución electrofílica en este caso del nitro benceno que al reaccionar con ácido nítrico y ácido sulfúrico a cierta temperatura produce el m-dinitrobenceno que se produce cuando un grupo NO2 sustituye a un hidrógeno del grupo benceno del reactivo esto se llama sustitución electrofilica, también comprendí la importancia de cuidarnos de la toxicidad de esto compuesto en especial de lo que es el ácido sulfúrico.
Fonseca Hernández Juan Adán En esta práctica obtuvimos m-dinitrobenceno mediante una reacción de sustitución electrofílica aromático. Por medio del reflujo esta práctica estuvo muy sencilla lo único que llevo más tiempo fue el calentamiento y por f alta de equipo de laboratorio pero fuera de allí no tuvimos ningún inconveniente en terminarla salvo en el punto de fusión. A lo último obtuvimos m-dinitrobenceno en estado sólido que se encontraba en un color amarillo.
Xala Morales Roció En esta práctica pudimos desarrollar el trabajo en equipo también Dichos enlaces no pueden ser observados a simple vista; sin embargo, es posible notar cambios perceptibles al ojo humano que permitan reconocer que la reacción se está llevando a cabo y que ésta genera productos.
Avelino Sánchez Jorge Arturo Por medio de esta práctica de laboratorio pudimos conocer los compuestos aromáticos así como los procesos de un manera más directa, puesto que no so hay que saber lo teórico ya que son reacciones que suceden casi al instante, por lo tanto hay que tener mucho cuidado a la hora de manejarlas puesto que son peligrosas; el mecanismo que utilizan para poder producirse, como es la nitración. En esta fue una sustitución electrofílica , del nitrobenceno la cual reacciono con ácido nítrico y el sulfúrico, en una temperatura adecuada produce el dinitrobenceno.
9. BIBLIOGRAFÍA http://materias.fi.uba.ar/7218/Nitracion.pdf https://ocw.unizar.es/ocw/ciencias-experimentales/tecnicas-basicas-delaboratorio-quimico/teoria/Recristalizacion_teoria.pdf https://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l13/nota7.ht ml http://organica1.org/qo1/Mo-cap14.htm#_Toc485961681 https://jgutluis.webs.ull.es/clase28.pdf https://books.google.com.mx/books?id=KpTfbF6mguAC&pg=PA114&lpg=PA11 4&dq=como+se+prepara+el+p-nitrotolueno&source=bl&ots=fqqxW6dIn&sig=Ln5jwmTWNh5rUzJwsBvXwP-i-v8&hl=es419&sa=X&ved=0ahUKEwig1LLV5Y7XAhUJ22MKHUG2Ax4Q6AEILDAB#v=on epage&q=como%20se%20prepara%20el%20p-nitrotolueno&f=false