Práctica No. 2

DESTILACIÓN SIMPLE Y FRACCIÓN

INTRODUCCIÓN.

En el laboratorio de química orgánica la destilación es uno de los principales métodos pera la purificación de líquidos volátiles. Consiste en evaporar la sustancia por calentamiento y posteriormente condensar de nuevo el vapor a líquido.

Existen varias maneras de llevar a cabo la destilación; en la práctica la elección del procedimiento dependerá de las propiedades del líquido que se trata de purificar y de las propiedades de las impurezas que se trata de separar. Algunas de las técnicas empleadas, entre otras son: la destilación simple, la destilación fraccionada, la destilación a presión reducida y la destilación a arrastre de vapor.

Si se parte de una mezcla de dos sustancias en la que sólo una de ellas es volátil, se pueden separar ambas mediante una destilación simple. El componente más volátil se recogerá por condensación del vapor y compuesto no volátil quedará en el matraz de destilación. Si ambos componentes de una mezcla son volátiles la destilación simple no logrará su completa separación. La mezcla comenzará a hervir a una temperatura intermedia entre los puntos de ebullición de los dos componentes, produciendo un vapor que es más rico en el componente más volátil (de menor punto de ebullición). Si condensamos este vapor obtendremos un líquido enriquecido notablemente en este componente, mientras que el líquido que queda en el matraz estará enriquecido en el componente menos volátil (mayor punto de ebullición). Por lo tanto, en una destilación simple no conseguiremos separar completamente las dos sustancias volátiles.

Para lograr esta separación habría que someter a nuevas destilaciones tanto el destilado como el residudo obtenido. Esto haría el destilado cada vez más rico en el componente más volátil separando éste del menos volátil. Las columnas de destilación efectúan este proceso de modo continuo. En una columna de destilación el vapor se condensa y se vuelve a destilar muchas veces antes de abandonar la columna. Normalmente se recogen pequeñas fracciones de producto destilado. Llamándose al proceso de destilación fraccionada.

temperatura, la presión de vapor se incrementa también y se iguala con la presión atmosférica. En este momento la sustancia llega a su punto de ebullición.

En la práctica se utilizará da destilación para purificar un líquido orgánico y por tanto podemos considerar que en principio siempre tenemos una mezcla. La mezcla puede consistir en un 95% del compuesto deseado junto con un 5% de impurezas desconocidas o puede ser una mezcla conteniendo, por ejemplo, un 50% de producto y un 50% de reactivo de partida. En cualquiera de los dos casos en necesario introducir una serie de principios que rigen la destilación de mezclas de líquidos volátiles. Estos principios son conocidos como la Ley de Dalton y la Ley de Raoult.

Ley de Dalton: Conocida también como la ley de las presiones parciales. Establece que la presión total de un gas o la presión de vapor de un líquido (P°) es la suma de las presiones parciales de sus componentes individuales A y B (�°� y �°�). Así,

� = �°�+ �°

Ley de Raoult: Establece que, a una temperatura y presión dada, la presión parcial de vapor de un componente (�°�) en una mezcla es igual a la presión de vapor del compuesto puro (�°� puro) multiplicado por su fracción molar (��) en la mezcla.

�°� = (�°� ��� ��

Por tanto de ambas leyes se deduce que la presión de vapor de una mezcla líquida es dependiente de la presiones de vapor de los componentes puros y de su fracción molar en la mezcla.

Existen también sustancias que en ciertas proporciones forman mezclas azeotrópicas que se caracterizan porque su vapor tiene la misma composición que la fase líquida y que por tanto no se pueden separar por destilación. Un ejemplo típico es la mezcla azeotrópica formada por el etanol y el agua (95,6% de etanol y 4,4% agua) cuyo punto de ebullición a una atmósfera es de 78,2°C.

Materiales Reactivos • 1 Equipo de destilación simple • Pentano • 1 Equipo de destilación

fraccionada • Hexano

• 2 Matraces bola de 100 mL • Heptano • 1 Manto de calentamiento • Octano • 1 Reóstato • Ciclohexano • 2 Probetas de 100 mL • Isoctano • 2 Vasos de precipitados de 100

mL •

Destilación simple.

1.- Lavar y secar en la estufa (110°C) el equipo de destilación.

2.- Armar el sistema conforme a la Figura No.1

3.- Agregar al matraz bola (1) 30 mL de la muestra que le proporcionara su instructor.

4.- Encender el manto de calentamiento y el reóstato.

5.- Anotar la temperatura a la cual empieza a destilar el líquido y recibir el destilado hasta antes de que la temperatura llegue a ser constante (fracción 1).

6.-Al permanecer constante la temperatura, cambiar inmediatamente el matraz receptor (2) para recibir ahora todo lo que destile a esa temperatura (fracción 2).

7.- Dejar en el matraz 1 el residuo que ya no destila (fracción 3).

8.- Anotar en la Tabla No. 1 los resultados obtenidos. (sección de Resultados).

Practica No. 3

ALQUENOS: Reacciones de polimerización por radicale s libres.

INTRODUCCIÓN.

Una de las reacciones más comunes y útiles para la obtención de polímeros, es la polimerización por radicales libres. Se emplea para sintetizar polímeros a partir de monómeros vinílicos, es decir, pequeñas moléculas conteniendo dobles enlaces carbono-carbono. Entre los polímeros obtenidos por polimerización por radicales libres tenemos el poliestireno, el poli (metacrilato de metilo), el poli (acetato de vinilo) y el polietileno ramificado.

La reacción comienza con una molécula llamada iniciador (que puede ser, el peróxido de benzoilo, peróxido de tert-butilo, entre otras). Este compuesto sufre un rompimiento hemolítico, quedando como resultado dos fragmentos, cada uno con un electrón desapareado, llamados radicales libres. (Figura No. 1). Estos electrones desapareados no se sentirán cómodos estando aislando y trataran de aparearse. Si son capaces de encontrar CUALQUIER electrón con cual aparearse, lo harán.

El doble enlace carbono-carbono de un monómero vinílico como el etileno, tiene un par electrónico susceptible de ser fácilmente atacado por un radical libre. El electrón desapareado, cuando se acerca al par de electrones, no puede resistir la

tentación de robar uno de ellos para aparearse. Este nuevo par electrónico establece un nuevo enlace químico entre el fragmento de iniciador u uno de los carbonos de doble enlace de la molécula de monómero. Este electrón, sin tener donde ir, se asocia al átomo de carbono que no esta unido al fragmento de iniciador, esto nos conduce a la misma situación con la que comenzamos, ya que ahora tendremos un nuevo radical libre cuando este electrones desapareado venga a colocarse sobre ese átomo de carbono. El proceso completo, desde la ruptura de la molécula de iniciador para generar radícales hasta la radicales hasta la reacción del radical con una molécula de monómero, recibe el nombre de etapa de iniciación de la polimerización (Figura No. 2)

Este nuevo radical reacciona con otra molécula de etileno, del mismo modo que lo hizo el fragmento en iniciador. El proceso de adicionar mas y mas moléculas monoméricas a las cadenas en crecimiento, se denomina propagación.

Puesto que seguimos regenerado el radical, podemos continuar con el agregado de mas y mas moléculas de etileno y constituir una larga cadena del mismo (Figura No. 3). Las reacciones como estas que se que se auto-perpetuan, son denominadas reacciones en cadena. Los radicales son inestables y finalmente van a encontrar una forma de aparearse sin general un nuevo radical. Entonces la reacción en cadena comenzara a detenerse. Esto sucede de varias maneras, la mas simple consiste en que se encuentren dos cadenas en crecimiento. Los dos electrones desapareados se unirán para formar un par y se establecerá un nuevo enlace químico que unirá las respectivas cadenas. Esto se llama acoplamiento y es una de las dos clases principales de reacciones de terminación.

Competencia:

El alumno será capaz de llevar a cabo la polimerización de un alqueno, aplicando el mecanismo de reacción por radicales libres y realizara pruebas de su solubilidad en diferentes disolventes comunes.

Materiales:

• 8 tubos de ensayo • 1 plancha de calentamiento • 1 vaso de pp. de 250 ml • 2 vasos de pp. de 100 ml • 1 navecilla • 1 espátula delgada • 1 pipeta de 10 ml • 1 pipeta de 5 ml • 1 pipeteador • 1 papel Whatmann No. 1 • 1 embudo de filtración • 1 matraz Kitasato de 250 ml • 1 mechero • 1 pinzas para tubo de ensayo • 1 gradilla • papel secante • piseta • 1 probeta de 100 ml • 1 agitador de vidrio • bomba de vacío • Vortex

Reactivos:

• Tolueno • Estireno • Peróxido de benzoilo • Metanol • Etanol • Benceno • Tetracloruro de carbono • Eter de petróleo • Acetona

Metodología:

Obtención del poliestireno

1. Agregar 10 ml de tolueno, 4 ml de estireno y 0.3 gr de peróxido de benzoilo en un tubo de ensayo.

2. Calentar la mezcla en baño maría por 60 minutos. 3. Enfriar el tubo y observar la viscosidad de la solución. 4. Transferir la solución LENTAMENTE a un vaso de precipitado que contenga

100 ml de metanol. 5. Separar el precipitado blanco que se forma mediante filtración al vacío. 6. Lavar el precipitado con 25 ml de metanol. 7. Secar el precipitado a temperatura ambiente y posteriormente fundir una

porción del precipitado en un tubo de ensayo utilizado un mechero.

Pruebas de solubilidad.

Con la porción restante del precipitado, realiza las siguientes pruebas de solubilidad colocando en seis tubos de ensayo una porción de precipitado y adicionándoles los solventes de acuerdo a la siguiente tabla:

Tabla No. 1- Solventes y grados de solubilidad del poliestireno

Solvente Cantidad (ml) Grado de solubilidad

Agua 1

Etanol 1

Benceno 1

Tetracloruro de carbono 1

Éter de petróleo 1

Acetona 1

Éter etílico 1

Resultados.

1. En una hoja anota tus observaciones y comentarios sobre todo el proceso de polimerización que realizaste y adiciónala al reporte de la practica.

2. Discute los resultados de la pruebas de solubilidad que realizaste.

Preguntas finales

1. ¿Qué es el poliestireno?. Describir alguno de sus usos?

2. ¿Cuáles es la función del tolueno en el experimento?

3. Escribir la formación de los radicales libres benzoilo a partir del peróxido de benzoilo. Explica como se forman.

4. Escribe los pasos de iniciación y propagación de la reacción hasta formar un tetrámero del poliestireno.

5. Cuando el radical libre formado se adiciona al estireno se pueden formar dos radicales libres. Dibuja a estructura de ambos e indica cual es forma de manera mayoritaria y porque.

6. Propón un mecanismo de terminación de la reacción.

7. En las pruebas de solubilidad que realizaste, por que el poliestireno se disuelve mas en los disolventes menos polares?

Bibliografía

- Hart, H., Hart, D.J. y L. E. Craine. 1995. Química orgánica. Mc Graw Hill Editores. Mexico, D. F. 578 pp.

- Linstromberg, W.W., and H. E. Baumgarten., 1980. Organic Experiments.

Heat and Company. Pp. 21-29

- Pavia, D. L., 1999. Introduction to Organic Laboratory Techniques:

Microscale Approach. 3rd . Edition. Brooks Cole.

Practica #4

SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA EN DERIVADOS HALOGENADOS

INTRODUCCIÓN.

Los haluros de alquilo o derivados halogenados son derivados hidrocarbonados en los que uno, o más, enlaces C-H han sido sustituidos por enlaces C-X (X=F, Cl, Br, I). El enlace C-halógeno es el resultado del solapamiento de un orbital sp₃ del carbono con un orbital hibrido del halógeno.

Estos compuestos presentan reacciones de sustitución y de eliminación, las cuales en ocasiones pueden darse de manera simultánea si las condiciones así lo permiten. La sustitución Nucleofica es una de las reacciones químicas más estudiadas y utilizadas; esta se puede dar mediante dos mecanismos: SN₂ Y SN₁.

El mecanismo SN₂ se da en un solo paso, el nucleofilo entra al mismo tiempo que el grupo saliente sale del compuesto (en el caso de los derivados halogenados el grupo saliente siempre será el halógeno) formándose como paso intermedio un estado de transición (Figura 1) que es el paso limitante de este mecanismo.

El mecanismo SN₁ ocurre en dos pasos. El primer paso consiste en la salida del grupo saliente (halógeno) para formar un carbocation. Este es el paso limitante en este mecanismo de reacción. Una vez formado este intermediario reactivo, se da el segundo paso que es la captación del nucleofilo por parte del carbocation (Figura 2)

El tipo de mecanismo por el cual reaccionara un derivado halogenado dado, así como las condiciones de la reacción y el tiempo que tardara en ocurrir dependerá de una gran variedad de factores. La estructura del derivado halogenado, el grupo saliente, el nucleofilo y el solvente juegan un papel muy importante en la selección del mecanismo de reacción.

COMPETENCIA.

El alumno será capaz de realizar reacciones SN2 y SN1 con diferentes derivados halogenados y de predecir el mecanismo de reacción con base a los nucleofilos, electrófilos y grupos salientes que se le proporcionaran.

MATERIALES REACTIVOS 1 Embudo de separación de 125 ml Tert-butanol 3 Probetas de 20 ml Acido clorhídrico concentrado 1 Probeta de 50 ml Bicarbonato de sodio al 5% 1 Vaso de precipitado de 100 ml Cloruro de calcio 1 Magneto 1-Bromobutano 1 Plancha de agitación y calentamiento Bromociclohexano 2 Pipetas Pasteur con bulbo 2-Bromobutano 1 Charola con hielo Clorobenceno 1 Matraz Erlenmeyer de 50 ml Yoduro de sodio 0.5M en 2-butanona 1 Espátula Nitrato de plata al 1% en etanol 1 Navecilla 1 Embudo de filtración rápida Papel whatmann #1 1 Gradilla 24 Tubos de ensayo 2 Pipetas de 1 ml 1 Vaso de precipitado de 500 ml 1 Termómetro 1 Piseta Papel secante

METODOLOGIA.

1.-Colocar 14ml de tert-butanol en un embudo de separación de 125 ml.

2.-Adicionar 50 ml de acido clorhídrico concentrado. Mezclar por espacio de 10 minutos. Dejar que la mezcla se separe.

3.-Eliminar la capa acuosa en la parte de debajo del matraz.

4.-Adicionar a la capa superior 15 ml de agua destilada FRIA. Mezclar, separa y eliminar la capa inferior.

5.-Adicionar a la capa superior 15 ml de una solución de bicarbonato de sodio al 5%. Mezclar, separar y eliminar la capa inferior. De cloruro de calcio.

6.-Adicionar a la capa superior 15 ml de agua destilada FRIA. Mezclar, separar y eliminar la capa inferior.

7.-Transferir la capa superior a un matraz Erlenmeyer de 50 ml que contenga un gr de cloruro de calcio. Agitar y dejar que la mezcla repose 15 minutos.

8.-Filtrar para eliminar el cloruro de calcio.

Mecanismo SN2.

1.-Colocar en tubos de ensayos secos y limpios una gota de cada derivado halogenado presente en la tabla I

Tabla I Reactivos y tiempos de reacción

REACTIVOS TIEMPO DE FORMACION DE PRECIPITADO

Agua 1-bromobutano Bromociclohexano 2-bromobutano Clorobenceno Cloruro de tert-butilo

2.-Adicionar a cada tubo 1 ml de Nal 0.5 M en 2-butanona. Agitar suavemente y anotar en la tabla I en cuales tubos hubo formación de precipitado.

3.-Colocar todos los tubos en los que no hubo formación de precipitado en un baño de agua a 60⁰C por 5 minutos y anota tus observaciones.

Mecanismo SN1

1.-Colocar en tubos de ensayos secos y limpios una gota de cada derivado halogenado presente en la tabla I.

2.-Agregar 1 ml de nitrato de plata al 1% en etanol. Una prueba positiva presentara la formación de un precipitado blanquecino. Anota tus observaciones.

Resultados.

1.-En una hoja anota tus observaciones y comentarios sobre ambos mecanismos de reacción e inclúyelas en tu reporte.

2.-Compara tus resultados con los de otros equipos.

Preguntas finales

1.- ¿Cuál es la función del yoduro de sodio en las reacciones SN2?

2.- ¿Cuál es la función del etanol en las reacciones SN1?

3.-Haz una tabla que contenga todos los derivados halogenados que probaste y los productos que obtuviste mediante los dos mecanismos de reacción. Discute tus resultados.

4.-De todas las pruebas que resultaron positivas, escribe el mecanismo de reacción COMPLETO.

Bibliografia

Brown, W. H., and C. S. Foote., 1998. Organic Chemistry. Second Edition. Saunders College Publishing . 1135 pp.

Snyder , G.J., 1999. CHEM 143 AM Organic Chemistry Lab Manual.Departament of chemistry and biochemistry. University of California, San Diego, Ca, 140 pp.

Vollhardt, K.P.C. and N.E. Schore., 1994. Organic Chemistry. Second Edition. W.H. Freeman and Company. 1156 pp.