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REACCIONES SN1 A PARTIR DE

LA OBTENCION DE CLORURO DE T-BUTILO

Marco F. Ortiz, Angy M. Leira amlo_52@hotmail.com

Facultad De Ingeniería

Programa de Ingeniería Química Septiembre del 2013

Resumen: En la presente práctica de reacciones con alcoholes, mediante

una reacción de sustitución nucleófilica; se obtendrá un haluro de alquilo

terciario, a partir de la mezcla entre t-Butanol y HCl concentrado en

presencia de cloruro de Calcio anhidro para la obtención del cloruro de t-

butilo. En el proceso de separación de la mezcla se forman dos fases, las

cuales la superior es t-butanol y la inferior es HCl concentrado;

posteriormente para eliminar los residuos de la solución se hizo un proceso

de decantación, luego lo que quedaba del producto se lavaba con una

solución de bicarbonato de sodio para terminar de eliminar residuos.

Palabras claves: Mecanismo de reacción, Sustitución nucleófilica,

Preparación de haluros de alquilo terciarios.

I. Introducción Los halogenuros son compuestos que contienen un halógeno unido a un átomo de carbono saturado con hibridación sp3, donde el enlace C-X es covalente polar y por tanto los halogenuros de alquilo pueden comportarse como electrolitos; éstos se pueden obtener mediante varios procesos como la halogenación de alcanos, formarse a partir de alquenos y en alcoholes reaccionan también con H-X, pero éste método sólo funciona bien con alcoholes terciarios, mediante una reacción de SN1 (Sustitución Nucleófilica de primer orden); aunque con alcoholes primarios y secundarios se usa frecuentemente cloruro de tionilo y haluros de fósforo; también se pueden obtener calentando el alcohol con ácido clorhídrico concentrado y cloruro de zinc anhidro. Por lo tanto, la reacción de alcohol terbutílico (2-metil-2-propanol) con el ácido clorhídrico produce cloruro de terbutilo (2-cloro-2-metilpropano) y agua:

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Reacción del alcohol ter-butílico para producir cloruro de ter-butilo.

En el cloruro de ter-butilo el cloro está unido directamente a un átomo de carbono. El enlace es covalente aunque debido a la diferencia de electronegatividad entre los dos elementos está fuertemente polarizado. Por esta razón el cloro puede ser sustituido en muchos casos en reacciones de sustitución nucleofílica. El cloruro de ter-butilo es un compuesto orgánico, líquido a temperatura ambiente. Es soluble en agua, también es inflamable y volátil. II. Resultados Y Discusión En el proceso de obtención del Cloruro de Ter-Butilo se pudo apreciar una reacción SN1, cuya cinética es de primer orden; es decir, que depende estrictamente del sustrato. El ter-butanol es un compuesto muy reactivo que se convierte en cloruro de ter-butilo por simple agitación con el ácido Clorhídrico concentrado a temperatura ambiente. Durante la mezcla se notaron dos fases una fase orgánica (cloruro de t-butilo-Transparente) y una fase Acuosa (HCl-Verde claro), además de una reacción exotérmica. La reacción tiene el siguiente mecanismo: Reacción total

(CH 3)3COH + HCl (CH 3)3CCl + H 2O Paso 1: Protonación del alcohol para formar un ión alquiloxonio

(CH 3 )3C

O

H

+ H--Cl

(CH 3 )3C

O

H

+ Cl-

En este paso el alcohol acepta un protón obtenido del ácido disociado, para la formulación de la especia protonada, este proceso se da gracias a la basicidad del alcohol terciario. Paso 2: Disociación del ión ter-butiloxonio para formar el carbocatión

(CH 3 )3C

O+

H

H CH 3C+

+ HO H

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Simultáneamente con la Protonación se da la disociación del ión ter-butiloxonio, debido a que el grupo OH al protonarse se convierte en un buen grupo saliente (H2O) dando paso a la formación del carbocatión. Paso 3: Captura del catión

CH 3C+ + Cl

- (CH 3)3--Cl

Por último, el carbocatión formado de la Protonación y el ión cloruro obtenido de la disociación del ácido se solapan o interactúan para dar paso a la formación del Cloruro de ter-butilo. Para obtener este producto se llevaron a cabo una serie de pasos definitivos como la separación del producto deseado con respecto al desecho (HCl) y el lavado con la solución de bicarbonato de sodio (NaHCO3), con el fin de neutralizar el exceso de Ácido Clorhídrico (HCl) presente luego de realizarse la fase acuosa con la fase orgánica; durante este proceso la solución presentó efervescencia; como muestra de la neutralización.

III. Preguntas

1. ¿Cuál es el mecanismo de reacción para la obtención del cloruro de ter-butilo?

Protonación

(CH 3 )3C

O

H

+ H--Cl

(CH 3 )3C

O

H

+ Cl-

Formación del Carbocatión

(CH 3 )3C

O+

H

H CH 3C+

+ HO H

Captura del Catión.

CH 3C+ + Cl

- (CH 3)3--Cl

2. Los residuos de la reacción contiene agua, cloruro de calcio y t-butanol. ¿Qué es necesario hacer antes de desecharlos por el drenaje? R/ Destilar el t- butanol para emplearlo en prácticas siguientes es una opción para el tratamiento de uno de los componentes, por otro lado, para el tratamiento del cloruro de calcio se recomienda diluir con grandes cantidades de agua, por lo cual este no tendrá gran impacto en el drenaje.

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3. ¿Para qué se usa el bicarbonato de sodio en el proceso? Escribir la reacción R/ Se emplea bicarbonato de sodio para eliminar restos de HCl que no hayan reaccionado, como el bicarbonato es una base débil neutraliza los restos de HCl presentes. La reacción que ocurre es la siguiente:

HCl + NaHCO3 NaCl + CO2 + H2O

4. Con base a criterios estéricos y electrónicos, justificar la reactividad de alcoholes en SN1 y SN2. R// la reactividad de los alcoholes en SN1 son los alcoholes terciarios dado que en un mecanismo de este tipo, la estabilidad y rapidez de la reacción está marcada por la formación de un carbocatión, que busca la estabilidad en el carbono más sustituido. Los alcoholes secundarios son menos reactivos que los terciario y en cuyo caso necesitan de calentamiento para que presente la misma rapidez. Los alcoholes primarios no pueden llevar a cabo reacciones SN1 porque los carbocationes primarios son demasiado inestables . Entonces, cuando un alcohol primario reacciona con un haluro de hidrogeno lo debe hacer a través de una reacción SN2, donde el ataque del nucleófilo es por el lado de atrás debido al impedimento estérico que presenta la molécula; puesto que entre menos impedido esté, la reacción será la adecuada.

VI. Conclusión

Mediante una reacción de sustitución nucleofílica es posible obtener cloruro de ter-butilo

(2-cloro-2-metilpropano) a partir de alcohol ter-butílico (2-metil-2-propanol) y ácido

clorhídrico concentrado, sin embargo en el transcurso de la práctica se presentaron

inconvenientes con la visualización de las fases, imposibilitando la obtención del producto

por completo, puesto que sólo se obtuvo 0.5 ml de Cloruro de Ter-Butilo.

VII. Referencias

- Guía de Laboratorio de Química Orgánica, prácticas de docencia para el

programa de ingeniería Química, 2013.

- McMurry, Jonh ., QUÍMICA ORGÁNICA / Organic Chemistry., 7 edición, Cengage

learning editores, S.A., 2008, México. Capítulo 10

- CareyF. A., QUIMICA ORGANICA, 6 edicion, Mc Graw Hill, Interamericana

Editores, S.A. De C.V., 2006.