QUIMICA ORGANICA 2

DIRECCION GENERAL DE EDUCACIN SUPERIORINSTITUTO TECNLOGICO DE MINATITLAN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUIMICA Y BIOQUIMICA

QUIMICA ORGANICA 2REPORTE DE PRCTICA DE LABORATORIO No. 5 OBTENCION META-DINITROBENCENO

INTEGRANTES EQUIPO 5ARREOLA HERNNDEZ SELENEFERIA HERNNDEZ OSCAR ARMANDOREYES PEREZ ANDRES ARTUROHIGINIO LUGO JANIS LUISADOCENTEQ.F.B TOVILLA CORONADO ZOILA SOLEDADFECHA DE REALIZACIN DE LA PRCTICA: 15 DE MARZO DE 2015FECHA DE ENTREGA DEL REPORTE DE LA PRCTICA: 22 DE ABRIL DE 2015

Contenido

OBJETIVOS2MARCO TERICO3DATOS Y/O OBSERVACIONES7ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS11CALCULOS Y RESULTADOS17DISCUSIN DE RESULTADOS Y CONCLUSION GENERAL18CONCLUSIONES19BIBLIOGRAFA20

OBJETIVOS

Analizar la reactividad y orientacin del grupo nitronio (NO2 +) en el anillo aromtico, por medio de la obtencin del m-dinitrobenceno.Analizar y determinar porque los grupos desactivadores requieren condiciones ms vigorosas cuando se desea introducir un segundo grupo al anillo bencnico.

MARCO TERICO

En la mayora de las reacciones de los anillos aromticos son de sustitucin electroflica. En todas ellas se rompe heterolticamente una unin carbono hidrogeno del anillo aromtico y se forma una unin carbono-reactivo electroflico.- Las reacciones ms importantes del benceno y de los hidrocarburos aromticos son: la nitracin, la sulforacin, la halogenacin, la alquilacin, y la acilacin de fridel-crafts.- Estas reacciones y el anlisis del comportamiento de orientacin y de velocidad de reaccin, de un anillo aromtico sustituido, est en funcin de la induccin y la resonancia del grupo sustituyente, elementos fundamentales para la profundizacin del tema.- En la nitracin, para lograr un agente nitrante de carcter electroflico, se mezcla cido ntrico y cido sulfrico ambos concentrados, este ltimo provee el medio suficientemente cido para generar un in nitrnio a partir del cido ntrico, este a su vez el reactivo nitrante:El mecanismo de sustitucin en los hidrocarburos aromticos comienzan con el ataque electroflico por parte del in nitronio para formar al in carbonio intermedio, el cual en una segunda etapa transfiere un protn al in bisulfato, por ser este la base ms fuerte en la mezcla reaccionante, dando como resultado la formacin del nitrocompuesto y la regeneracin del cido sulfrico.El nitrobenceno, se puede nitrar nuevamente para producir m-dinitrobenceno, las condiciones experimentales son mucho ms energticos que las necesarias para nitrar el benceno debido a que el grupo nitro ya presente, tiene avidez por los electrones, por ello aminora la reactividad de los sustratos aromticos en los cuales se encuentra como sustituyente:

- Por otro lado, de las estructuras resonantes del nitrobenceno y del efecto inductivo, podemos deducir que la probabilidad de la sustitucin en las posiciones orto y para es prcticamente nula, debido a la presencia de cargas positivas formales en dichas posiciones, quedando las posiciones META como las menos favorables para la realizacin de un ataque por parte de un electroflico.La preparacin de la p-nitroanilina en el laboratorio tiene como parte inicial, proteger el grupo amino en razn de su alta reactividad y la facilidad de oxidarse porque la nitracin directa de la anilina conducira a una mezcla de productos de oxidacin y polimerizacin ya que el grupo amino presenta aumento considerable de la densidad electrnica del anillo bencnico volvindolo extremadamente reactivo. Para disminuir la reactividad y as preparar monoderivados de la anilina es necesario proteger el grupo amino, por ello se enmascara el grupo amino con un grupo menos reactivo y fcil de destruir cuando corresponda y de esta manera se hidroliza de tal forma que se obtiene el producto deseado, se nitra y luego se hidroliza para obtener la p-nitroanilina.

HIDROCARBUROS AROMTICOSSon compuestos cclicos muy insaturados, que muestran caractersticas del benceno, o sea que lo tengan o no en tu estructura. El benceno se encuentra en tres tipos dehidrocarburos aromticos:a. Compuestos formados por un solo ncleo de benceno como el tolueno y los hidrocarburos que contienen un ncleo bencnico, al cual se hallan unidos radicales alifticos.b. Compuestos con ms de un ncleo de benceno, los cuales se encuentran formando anillos condensados.c. Compuestos con ms de un ncleo de benceno, en los cuales los diferentes ncleos no comparten tomos de carbono.

Teoras moderadas sobre la estructura del benceno.a. TEORA DE RESONANCIA. Considera que la estructura verdadera del benceno es una forma intermedia entre las dos formas propuestas por Kekul. Esto es a lo que se llama hbrido de resonancia, el cual es el ms estable que cualquiera de los dos anteriores.Las estructuras en resonancia suponen deslocalizacin de electrones pi y a esto se debe que el benceno tenga un solo tipo de enlace en el anillo.b. TEORA DE ORBITALES MOLECULARES.Afirma que el benceno es una molecular con carbonos e hidrgenos en el mismo plano adems es simtrica, los carbonos se ubican en los vrtices de un hexgono regular, donde cada ngulo de enlace 120 grados; esto sugiere que los tomos poseen hidridacin sp2 para los enlaces sigma.En cada uno de los carbonos hibridados queda un electrn que ocupa un orbitalppuro perpendicular al plano formado enlace entre los carbonos; estos seis orbitales p se solapan para dar tres orbitales pi.- AROMATICIDADUna sustancia es aromtica cuando contiene un nmero de electrones pi igual a 4n+2, donde n es el nmero entero.

EFECTO SUSTITUYENTELos grupos presentes en el anillo del benceno pueden afectar tanto la velocidad de reaccin como el punto donde se produce la sustitucin o sea la orientacin, los grupos sustituyentes se dividen en 2:a. Grupos activadores. Que hacen que el anillo aromtico sea ms reactivo, los grupos tienden a producir una sustitucin electroflica principalmente en las posiciones. ORTO y PARA.b. Los grupos inhibidores retardan la velocidad de incorporacin de un segundo sustituyente. Tienden a dirigir el eleclroflico hacia la sustitucin META. La reactividad en una sustitucin electroflica aromtica depende de la tendencia del sustituyente de rechazar o extraer los electrones, un grupo que libera electrones activa el anillo uno que los atrae lo desactiva.

Nitracin del Benceno: Monosustitucin.Se deja reaccionar en una mezcla al benceno con el cido Ntrico y cido Sulfrico concentrado a temperaturas de 50 y 60C, convirtindose suavemente a nitrobenceno. A ms de 60C produce la disustitucin. Se piensa que en sta reaccin el electrfilo es el Ion nitronio, NO2+, que se genera a partir del cido ntrico por protonacin y prdida de agua. H2SO4

El nitrobenceno es unas 100,000 veces menos reactivo que el benceno, en lo que se refiere a sustitucin electroflica aromtica. Por ejemplo, la nitracin del nitrobenceno necesita de cidos ntrico y sulfrico concentrado a temperaturas mayores de 100C. Esta nitracin se lleva a cabo lentamente y produce el ismero meta como producto principal.DinitrobencenosNO2 NO2NO2NO2 HNO3, H2SO4 NO2 100C ++ NO2 NO2 ortometapara (6%)(93%)(0.7%)

MATERIALES Y REACTIVOS

#MATERIALUNIDADREACTIVOSUNIDAD3Pipetas graduadas 5 mlcido ntrico conc. 3 ml1Matraz balon de fondo plano esmerilado100 ml cido sulfrico conc. 6 ml1 TripiNitrobenceno 2.5 ml1Tela de alambre con asbestoMetanol 3 ml1 MecheroHielo1 Bao Mara3vaso de precipitado 100 ml1vaso de precipitado 50 ml1Agitador de vidrio1Probeta 50 ml1 Piseta1 Embudo de filtracin rpida1Soporte metlico1Anillo metlico

DATOS Y/O OBSERVACIONESProcedimientoObservacionesFotografaPrimero tomen un matraz de erlenmeyer de 50 ml para preparar la mezcla A el cual consta de 3 ml de cido ntrico en 6 ml de cido sulfrico concentrado precaucin tenga en cuenta que los dos cidos son corrosivos, sus reacciones son exotrmica y violentas siempre estos tipos de mezclas se deben de agregar lentamente y contar con el equipo de seguridad de laboratorio. .Tomamos un matraz erlenmeyer de 50 ml y preparamos la mezcla como se explic en el manual de la prctica en la cual tuvimos que tener mucha precaucin debido a los reactivos que estbamos utilizando eran cidos.posteriormente adicinele 2.5 ml de nitrobenceno lentamente y agtenlo. Calienten El matraz en bao Mara, y agiten frecuentemente, hasta que una muestra se solidifique al verterse en agua helada (se requieren unos 20 minutos despus de iniciado el calentamiento). Que se observa?Despus adicionamos 2.5 ml de nitrobenceno y lo agitamos para posteriormente calentarlo en bao mara.La maestra nos ayudado verificando si ya estaba listo el producto dentro del matraz primero pasaron 17 minutos luego lo dejamos otros dos minutos ms por lo tanto se estuvo calentando 26 minutos. El contenido del matraz virtalo sobre unos 25 g de hielo picado y 25 ml de agua, agitando vigorosamente durante la adicin. Recojan El m-dinitrobenceno por filtracin y laven con abundante cantidad de agua. Recristalicen con 25 ml de metanol caliente. Que se observa? El contenido del matraz lo vertimos sobre uno 25 g de hielo picado y 25 ml de agua agitndolo el cual tena una apariencia amarillenta.La maestra nos ayud a realizar el siguiente paso el cual era recoger el m-dinitrobenceno por filtracin y lavarlo con abundante cantidad de agua.Se observ un producto de color amarillento pero menos espeso que antes con un olor caracterstico.

Nota: El m-di nitrobenceno son agujas amarillas con un punto de fusin de 90C.

Esto fue lo que obtuvimos al final con su peso respectivo

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

Describir el mecanismo del ataque de sustitucin electroflica del Ion nitronio al nitrobenceno.

Mecanismo de reaccinEl benceno reacciona con cido ntrico concentrado y caliente dando nitrobenceno. La reaccin presenta dos inconvenientes: es lenta y adems el cido ntrico concentrado y caliente puede oxidar cualquier compuesto orgnico mediante una reaccin explosiva. Un procedimiento ms seguro consiste en emplear una mezcla de cido ntrico y cido sulfrico. El cido sulfrico acta como catalizador, permitiendo que la reaccin se lleve a cabo ms rpidamente y a menores temperaturas.El cido sulfrico reacciona con el cido ntrico generando el ion nitronio (NO2+), que es el electrfilo de la reaccin de sustitucin electroflica aromtica.El ion nitronio reacciona con el benceno formando el complejo sigma que pierde un protn que es atrapado por el ion bisulfato para dar lugar al nitrobenceno.

Se puede preparar orto y para-nitrotolueno por este mtodo?

S, pero esto sera muy difcil ya que al producirse la reaccin de manera ms lenta por no calentar el cido ntrico ni el sulfrico a ms de 100 C este produce el ismero meta con mayor porcentaje de probabilidad.Los complejos sigma que se generan como consecuencia del ataque a las posiciones orto y para del tolueno se describen adecuadamente mediante la contribucin de tres estructuras resonantes: dos son de tipo carbocatin secundario y una de tipo carbocatin terciario. Esta ltima estructura es la que explica la mayor estabilizacin del catin ciclohexadienilo, en comparacin con el catin ciclohexadienilo que se genera en la nitracin del benceno, que se describe mediante tres estructuras resonantes de carbocatin secundario. Por otra parte, el complejo sigma que resulta del ataque meta tiene la carga positiva repartida sobre tres carbonos secundarios. Este intermedio tiene energa semejante al intermedio que se genera en la reaccin de nitracin del benceno. Por tanto, cuando el ataque del electrfilo se produce en las posiciones orto o para, el grupo metilo del tolueno estabiliza al complejo sigma, y en igual medida al estado de transicin que lo genera. En consecuencia, el tolueno reacciona con ms rapidez que el benceno y lo hace preferentemente en las posiciones orto y para.Sin embargo, cuando se produce el ataque orto o para en la molcula de tolueno la carga positiva est repartida sobre dos tomos de carbono secundarios y uno terciario.

Por qu el grupo nitro dirige a la posicin meta y no a orto-para?

El grupo nitro al ser un grupo aceptor de electrones, solo permite que la SEA oriente otros grupos a las posiciones meta.La nitracin del nitrobenceno necesita de cidos ntrico y sulfrico concentrado a temperaturas mayores de 100C. Esta nitracin se lleva a cabo lentamente y produce la ismera meta como producto principal.

Nitracion del tolueno

Si cada posicin fuera igualmente reactiva habra cantidades iguales de producto orto y meta y la mitad de producto para debido a que hay dos posiciones orto, dos meta y una para. El paso que determina la velocidad de la reaccin es el primer paso, que corresponde a la formacin del complejo sigma. Este es tambin el paso en el que el electrfilo se enlaza al anillo, determinando el tipo de sustitucin. La formacin del complejo sigma es una reaccin endotrmica y por tanto la estructura del estado de transicin que conduce al complejo sigma se asemeja al producto de la reaccin (postulado de Hammond). Por tanto, se puede justificar el empleo de las estabilidades de los complejos sigma como indicadores de las energas de los estados de transicin que conducen a su formacin. Cuando el benceno reacciona con el catin nitronio, el complejo sigma tiene la carga positiva distribuida sobre tres tomos de carbono secundarios:

Por qu se recristalizar el m-dinitrobenceno?

Por las caractersticas que influyen en la nitracin.Como son:

Temperatura

- La temperatura no tiene una influencia directa sobre la orientacin de los grupos -NO2, sin embargo, influye notablemente en la pureza del producto de reaccin.

-Al elevar la temperatura se aumenta el grado de nitracin

Agitacin. La reaccin de nitracin puede verificarse en fase cida como en fase orgnica.

-Por emulsin puede conseguirse que cada fase est siempre saturada de la otra y, en estas condiciones, la velocidad de reaccin en cada fase es constante, aunque en la fase cida es varias veces mayor que en la fase orgnica.

-La velocidad de reaccin decrece rpidamente cuando la superficie de contacto entre las fases se reduce.

Solubilidad. Este factor nos indica la solubilidad del nitro derivado en el cido sulfrico.A medida que aumenta la temperatura crece la solubilidad; sta disminuye con la dilucin del cido.

-Puesto que los nitros derivados se disuelven mejor en el cido sulfrico ms concentrado, empleando mezclas sulfontricas con gran concentracin de H2S04 se podr llegar antes a un determinado grado de nitracin.

Qu otro solvente puede utilizar en la recristalizacin del m-dinitrobenceno?

Sulfonacin del BencenoLa reaccin del benceno con una disolucin de trixido de azufre en cido sulfrico produce cidos bencenosulfnicoLa reaccin ms importante de los compuestos aromticos es la sustitucin electroflica aromtica. Esto es, un electrfilo (E+) reacciona con un anillo aromtico y sustituye uno de los hidrgenos.

Qu otros grupos presentan el mismo comportamiento que el Ion nitronio?

Mediante una reaccin de sustitucin electrofilica es posible anexar distintos sustituyentes al anillo aromtico. Se le puede Halogenar (sustituir con halgeno: -F, -Cl, -I, -Br, -At), Sulfonar (sustituir por un grupo cido sulfonico -SO3H), Alquilar (sustituir por un grupo alquilo: -R), etc. Todas estas reacciones pueden serllevadas a caboseleccionando los reactivos y condiciones apropiadas

Investigar las propiedades fsicas y usos del m-dinitrobenceno.

Usos del m-Dinitrobenceno:Sntesis de productos orgnicos, fabricacin de tintes, componente de explosivos, plastificante, etc.Propiedades del m-Dinitrobenceno:Son agentes oxidantes fuertes, explosivos y muy poco solubles en agua.

Explicar porque se emplean condiciones ms vigorosas la obtencin del m.dinitrobenceno que para el nitrobenceno?Porque la obtencin del nitrobenceno es ms directa que la de m-dinitrobenceno, en ella influye el cido que se ocupara para ambo, como lo son el cido ntrico y el sulfrico, pero en el m-dinitrobenceno tambin se agrega el ntrico.

CALCULOS Y RESULTADOS

CALCULO DE RENDIMIENTO

------------- Gr de = densidad x volumenGr de = 1.20 gr/ ml x 2-5 mlGr de = 3 grGr de

Lo que obtuvimos:

5.20 gr 1.62 gr (de papel filtro)= 3.58 gr

Rendimiento:

DISCUSIN DE RESULTADOS Y CONCLUSION GENERAL

1. El NO2 al ser un grupo aceptor de electrones, solo permite que la SEA oriente otros grupos a las posiciones meta.2. El agite de la solucin es necesario para que entre en contactos con los componentes y garantizar una homogeneidad mxima.3.El metra dinitrobenceno es un compuesto solido amarillo olor a almendras amargas, muy toxico.

Para lograr la nitracin fueron necesarios pasos secundarios, como la formacin de ion nitronio debido a la interaccin entre el cido sulfrico y cido ntrico, debido a que estos son compuestos polares y el nitrobenceno es no polar, no hubo solubilidad del nitrobenceno ya que este es solo soluble en compuestos no polares.

CONCLUSIONES

ARREOLA HERNNDEZ SELENAEn esta prctica pude apreciar la sustitucin necleofilica por el mtodo de nitracin para la obtencin de m-Dinitrobenceno. En esta prctica aprendimos la manera en que se hace una reaccin nucleofilica. Primero lemos la prctica para conocer la peligrosidad de los reactivos as como tambin para hacer el desarrollo de la prctica. Vimos que los reactivos al mezclarlos se volvan muy txicos y despedan vapores. Para solucionar este problema encendimos los extractores y comenzamos a hacer todo el desarrollo de la prctica. No tuvimos ninguna dificultad y conseguimos que la reaccin se diera de manera exitosa pues se formaron los cristales como lo peda la prctica.

FERIA HERNNDEZ OSCAR ARMANDOEn esta prctica pudimos apreciar el proceso de la reaccin para la formacin de nuestros productos por medio de diferentes procesos en los cuales se efectuaron diferentes reacciones para la sustitucin de los reactivos.

REYES PEREZ ANDRES ARTUROEn la prctica todo sali como esperado al tal punto en el que durante la formacin de nuestro producto todo sali de manera exitosa se formaron los cristales como lo peda la prctica por un proceso lento logramos cubrir los requisitos de la prctica.

HIGINIO LUGO JANIS LUISAEs indispensable el uso de cido sulfrico como catalizador para poder llevar acabo la reaccin ms rpido ya que es muy lenta y poder generar el ion nitronio que es el electrfilo de la reaccin de sustitucin que se est llevando a cabo. El nitrobenceno es insoluble en cidos concentrados debido a la igualdad en polaridad.

BIBLIOGRAFA

Williamson, Macroscale and Microscale Organic Experiments, 3rd Ed., Houghton Mifflin Co., 1999.

Qumica Orgnica. Morrison y Boyd. Captulo 13 sustitucin electrofilica aromtica

Qumica Orgnica CA; quinta edicinPaula Yurkanis Bruile, Ed. Pearson

Morrison, T.R. y R.N. Boyd. 1990. Qumica Orgnica. Quinta edicin. Edit. Addison Wesley Iberoamericana. Wilmington, Delawere, E.U.A. http://www.cosmos.com.mx/wiki/3xx4/dinitrobenceno

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