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PRÁCTICA 11 SÍNTESIS DE orto Y para-NITROBROMOBENCENO

REPORTE OBJETIVOS ● Demostrar la reacción de Sustitución Electrofílica Aromática (SEa) mediantes la nitración del bromobenceno ● Demostrar el efecto orientador del Bromo a las posiciones orto- y para- en las reacciones de (SEa) RESULTADOS

ANÁLISIS DE RESULTADOS:

Bromobenceno Onitrobromobenceno 213.74ml/mol 156 cm 3/mol 5mL X O-Nitrobromobenceno X=3.65 % Rendimiento: (3.0/3.65)x100= 82% Bromobenceno pnitrobromobenceno 213.74ml/mol 169 cm 3/mol 5mL X P-Nitrobromobenceno X=3.95 % Rendimiento: (3.3/3.95)x100= 83% Para McMurry (2008) “La anillos aromáticos pueden nitrarse por la reacción con una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico concentrados, el electrófilo es el ion nitronio, NO2 (+) , el cual se genera a partir del HNO3 por protonación y la pérdida de agua. El ion nitronio reacciona con el benceno para producir un carbocatión intermediario (p. 551).”

Primero obtendremos el electrófilo que usaremos para quien se encargará de formar el carbocatión intermediario, y este estará estabilizado por varias formas de resonancia, el electrófilo que usaremos será el ion nitronio. En un vaso de precipitados mezclar 7 ml de ácido nítrico concentrado, se le añadirá igualmente 7 ml de ácido sulfúrico concentrado. Mezclar los ácidos en baño de hielo ya que se está realizando una reacción exotérmica requiriendo controlar la temperatura de la reacción y agitar constantemente; El ión Nitronio, al estar en temperatura ambiente, este se convierte en gas, por ello, es un requerimiento mantenerlo en baño de hielo.

Cuando el benceno tiene un sustituyente aparecen tres posiciones diferenciadas, orto, meta y para. En este punto nos interesa saber en cual de esas posiciones entraría un segundo grupo al realizar cualquiera de la reacciones.

Desactivantes (orto para dirigentes): desactivan por efecto inductivo, son los halógenos (-F, -Cl, -Br, -I)

débiles

Como podemos ver, el bromo es un orto-director y desactiva ligeramente el anillo

aromático. En nuestra molécula (Bromobenceno) cuando queremos meter a un grupo nitro (NO2), ¿Dónde entrará el el grupo Nitro?. Para responder a esta pregunta no tenemos más que buscar en la lista anterior los halógenos (desactivante y orto ó para dirigente), esto indica que el grupo Nitro entrará en la posición orto. A la mezcla de ácidos se le colocara 5 ml de bromo benceno sin parar de agitar y sin quitarlo del baño de hielo, una vez adicionado todo el bromo benceno se retirará del baño de hielo y se agitara hasta la aparición de nódulos blancos esto nos muestra la formación del Orto-Para-nitrobromobenceno. Llevar la mezcla a un embudo de separación y disolver con 20 ml de cloruro de metileno quedando una fase orgánica en la parte de arriba (amarilla) y una fase acuosa en la parte inferior (ácida) que deberá ser neutralizada con bicarbonato de sodio. Después realizar 1 lavado con 10 ml de agua y 3 lavados con solución saturada de bicarbonato de sodio, quedando la fase orgánica en la parte de abajo y la acuosa en la parte de arriba, que deberá ser separada y neutralizada con bicarbonato por que contiene residuos de ácido sulfúrico (fase acuosa). Llevar la fase orgánica a un vaso de precipitados perfectamente limpio y seco el cual se le adicionará sulfato de sodio anhídrido. Posteriormente se destilara el cloruro de metileno en un rotavapor para así quedar con sólido blanquecino, el cual se disolverá con 40 ml de etanol al 96% en baño de agua hirviendo, posteriormente cuando esté disuelto llevar a un baño de hielo hasta que el alcohol tome la temperatura del hielo, filtrar con 5 ml de etanol frío, el producto que se queda en el papel filtro el es para-nitrobromobenceno que es no polar y en el etanol de encuentra el orto-nitrobromobenceno quien es polar, este se llevará a baño maría hasta que quede a un cuarto de la capacidad inicial para después solidificar en un baño de hielo. Los tres carbocationes intermediarios están estabilizados por resonancia, pero los intermediarios orto y para están más estabilizados que el intermediario meta. Para las reacciones orto y para, pero no para la reacción meta, una forma resonante coloca la carga positiva directamente en el carbono sustituido con el metilo, donde está en una posición terciaria y puede ser estabilizado mejor por el efecto inductivo donador de electrones del grupo metilo; por tanto, los intermediarios orto y para son más bajos en energía que el intermediario meta y se forman más rápido.

CUESTIONARIO

1. Realiza el mecanismo de reacción de la nitración del bromobenceno para la síntesis de orto- y para-nitrobromobenceno.

2. ¿Por qué la adición del bromobenceno a la mezcla de ácidos se debe hacer en baño de hielo y no a temperatura ambiente o a reflujo? La emisión de sus gases es perjudicial para la salud y la reacción que se presenta es exotérmica y su reacción puede ser violenta si no se reduce la temperatura. 3. ¿Por qué crees que el p-nitrobromobenceno es el producto mayoritario? Porque requiere una energía de activación menor 4. ¿Por qué motivo los grupos con pares de electrones libres tales como el –OH, -NH2, -X (Cl, Br), etc, son grupos que además de activar a la SEAr, dirigen la entrada del E+, a las posiciones orto y para? Porque al tener los pares libres de electrones y carga negativa son atraídos por los electrófilos para formar un enlace por la deficiencia de electrones de los electrófilos. 5. ¿Cómo crees que sean energéticamente los isómeros orto- y para- del bromobenceno? El isómero orto- tendrá menos energía que el isómero para- debido a los enlaces intermoleculares que poseen 6. ¿Por qué motivo el para-nitrobromobenceno es el producto que cristaliza primero en etanol y después el orto-nitrobromobenceno ? Porque la disposición de los sustituyentes de la isomería para- no permite su solubilización, porque las fuerzas intermoleculares se anulan. 7. Si en dado momento nos interesara formar el 2,4,6-trinitrobromobenceno,qué modificación tendrías que hacer al protocolo seguido en ésta práctica?

Favorecer el aumento de temperatura 8. Diseña una alternativa para sintetizar los compuestos de ésta práctica partiendo de benceno. Halogenar el benceno con Bromo y después realizar la nitración por medio de la reacción de Fridel-Crafts CONCLUSIONES: Durante las reacciones de sustitución electrofílica, se forma un carbocatión el cual presenta resonancia dentro de la estructura y dependiendo del sustituyente se puede activar o desactivar el anillo de benceno y se puede dirigir hacia las posiciones según el sustituyente. El bromo es un orto- director y desactiva ligeramente el anillo aromático. La síntesis de orto y para-nitrobromobenceno son reacciones exotérmicas. La posición es la más favorecida debido a que se requiere una menor energía de activación para obtenerla

BIBLIOGRAFÍA: ● McMurry, J. 2008. Química orgánica. 7a. Edición. Cengage learning. México. pp 534 ● Carey Francis A. (2006). Química Orgánica. Quinta Edición. Edit. McGraw-Hill Interamericana, México. pp. 1653. ● Chang, R. (2013) Química. México. McGraw-Hill...