Práctica No. 7 Reacciones de sustitución electrofílica aromática PDF

Preview

Summary

...

Description

LABORATORIO QUÍMICA ORGÁNICA II Fernando Torres Santander Práctica No. 7 “Reacciones de sustitución electrofílica aromática: Nitración del benzoato de metilo” Clave: 18 Problema a resolver 

Figar las condiciones y precauciones que se debe tener para la obtención de Nitro benzoato de metilo en condiciones de un laboratorio común de orgánica.

Resumen La reacción más común de los compuestos aromáticos es la sustitución electrofílica aromática. Esto es, un electrófilo reacciona con un anillo aromático y sustituye a uno de los hidrógenos; la reacción es característica para todos los anillos aromáticos, no sólo benceno y bencenos sustituidos; de hecho, la habilidad de un compuesto para experimentar la sustitución electrofílica es una buena prueba de la aromaticidad. Pueden introducirse varios tipos de sustituyentes diferentes en un anillo aromático a través de las reacciones de sustitución electrofílica, como lo fue el caso de la presente práctica en la cual se sustituyó un hidrogeno por un grupo nitro, éstos compuestos son muy usados en la industria y tienen muchos usos prácticos por lo que es una reacción realmente importante. Resultados Rendimiento crudo: 0.6 𝑔 ×

1 𝑚𝑜𝑙 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑐í𝑙𝑖𝑐𝑜 = 0.00441 𝑚𝑜𝑙 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙𝑜 136.15 𝑔 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑐í𝑙𝑖𝑐𝑜

0.7598 𝑔 ×

1 𝑚𝑜𝑙 = 0.00419 𝑚𝑜𝑙 𝑚 − 𝑛𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙𝑜 181.15 𝑔

0.00419 𝑚𝑜𝑙 ×

100 % 0.00441 𝑚𝑜𝑙

= 95.01 %

Rendimiento lavado: 𝑔 ×

1 𝑚𝑜𝑙 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑐í𝑙𝑖𝑐𝑜 136.15 𝑔 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑐í𝑙𝑖𝑐𝑜

0.2923 𝑔 ×

1 𝑚𝑜𝑙 = 0.00161 𝑚𝑜𝑙 𝑚 − 𝑛𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙𝑜 181.15 𝑔

0.00161 𝑚𝑜𝑙 ×

Laboratorio de Química Orgánica II

= 0.00441 𝑚𝑜𝑙 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙𝑜

100 % 0.00441 𝑚𝑜𝑙

= 36.51 %

Química Farmacéutico Biológica

LABORATORIO QUÍMICA ORGÁNICA II Fernando Torres Santander Análisis de Resultados En la presente práctica se realizó la nitración del benzoato de metilo, las reacciones de sustitución sobre anillo bencénico son interesantes.

Figura 1. Mecanismo de reacción de la nitración del benzoato de metilo y formación del ión nitronio. Un punto muy importante es la formación del ión nitronio ya que se establece un equilibrio entre el ácido nítrico y el ácido sulfúrico, como podemos observar en la figura 1, este paso es sumamente esencial ya que es el ion que se sustituirá en nuestro anillo bencénico. Un factor de suma importancia en la presente práctica es el orden de adición de los reactivos a utilizar, es importante tomar las medidas de seguridad ya que por ejemplo en el paso uno en donde se realiza la mezcla la adición del ácido sulfúrico debe ser poco a poco, esto porque la reacción es exotérmica y podría afectar a nuestra reacción haciendo que la temperatura suba muy rápidamente y provocar que el compuesto sufra una segunda nitración y obtengamos el correspondiente compuesto dinitrado, dicho lo anterior es por esta razón que el control de la temperatura es decisivo para el buen rendimiento de la práctica.

Laboratorio de Química Orgánica II

Química Farmacéutico Biológica

LABORATORIO QUÍMICA ORGÁNICA II Fernando Torres Santander

Figura 2. Compuesto dinitrado (3,5-Dinitrobenzoato de metilo) Continuando con lo anterior (orden de los reactivos) es muy importante que el agua o hielo se agregue una vez que la reacción haya terminado, ya que nos ayudará a precipitar el compuesto; si llegara a caer un poco de agua o hielo antes de que la reacción finalice causará que la reacción se retarde, porque la misma interfiere con el equilibrio ácido nítrico-ácido sulfúrico que forma los iones nitronio. A menor cantidad de agua presente, más activa la mezcla nitrante. Analizando nuestro mecanismo encontramos un paso que resultará lento en la reacción, éste paso es la sustitución del ion nitronio por el hidrógeno, esto porque es muy complicado romper la estabilidad del anillo bencénico, una molécula demasiado estable por sus dobles enlaces conjugados, para llegar a una molécula con carga mucho menos estable (carbocatión), esto es lo que hace también que el tiempo de reacción sea más lento. Un factor importante a analizar es la sustitución en posición meta del ion nitronio, como sabemos las sustituciones cuando tenemos un radical unido al anillo bencénico pueden darse en tres lugares distintos dando así origen a los compuesto orto, meta y para. Justamente lo que nos indicará en que posiciones se sustituirán los grupos será el sustituyente que se encuentre pegado al anillo bencénico. Los sustituyentes afectan la reactividad del anillo aromático. Algunos sustituyentes activan el anillo, haciéndolo más reactivo que el benceno, y algunos desactivan el anillo, haciéndolo menos reactivo que el benceno; por ejemplo, en la nitración aromática un sustituyente 𝑂𝐻−hace al anillo 1000 veces más reactivo que el benceno, mientras que un sustituyente 𝑁𝑂2 hace al anillo más de 10 millones de veces menos reactivo.

Figura 3. Reactividad del anillo bencénico con respecto a sustituyentes.

Laboratorio de Química Orgánica II

Química Farmacéutico Biológica

LABORATORIO QUÍMICA ORGÁNICA II Fernando Torres Santander Los desactivadores y orientadores meta, como el −𝐶𝐻𝑂, actúan a través de una combinación de efectos inductivos y de resonancia atractores de electrones que se refuerzan entre sí y se sienten más poderosamente en las posiciones orto y para. Como resultado, los intermediarios orto y para son menos estables así que la reacción con un electrófilo ocurre en la posición meta

Figura 4. Estabilidad de los carbocationes generados para sustituciones orto, mete y para.

Conclusión En las reacciones de sustitución electrofílica aromática es importante el sustituyente que pueda tener el anillo aromático ya que éste indicará la posición en la cual se sustituirá el anillo, por lo que podemos manejar esto a nuestra conveniencia y de esa manera obtener más fácilmente un producto para después quitar el sustituyente inicial. De igual manera siempre debemos cuidar las medidas de seguridad y adición de reactivos ya que esto nos dará la pauta para obtener o no mejores rendimientos. Bibliografía 

Mc Murry, J. Química Orgánica, 7a ed.; Cengage Learning: México, 2008; pp. 560-569.

Laboratorio de Química Orgánica II

Química Farmacéutico Biológica...