Practica sintesis de ciclohexanona PDF

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de ciclohexanona a partir de de ciclohexanol Carrillo Brandon, Zamudio Laura. Departamento de Laboratorio de Universidad Av. San Rafael Atlixco 186, Leyes de Reforma 1ra Secc., 09340 Ciudad de DEL REPORTE Fecha de Fecha de entrega: Palabras clave: Hidrazona ABSTRACT Cyclohexanol was reacted with chr...

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Síntesis de ciclohexanona a partir de oxidación de ciclohexanol García Carrillo Brandon, Guzmán Zamudio Laura. Departamento de Química, Laboratorio de Química Orgánica, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco 186, Leyes de Reforma 1ra Secc., 09340 Ciudad de México, México.

2 INFORMACIÓN DEL REPORTE

A B STR AC T

Fecha de realización: 07/06/2019 Fecha de entrega: 14/06/2019

Cyclohexanol was reacted with chromic acid to obtain cyclohexanone through an oxidation process. The cyclohexanone was distilled and 2,4dinitrophenylhydrazine was added to a sample of this product obtaining a yellow solution that indicated the presence of hydrazones and the success of the procedure performed.

Palabras clave: Oxidación Hidrazona destilación

1. Introducción La ciclohexanona es un líquido incoloro y transparente con un aroma arcilloso, su fórmula química es C6H10O lo que le confiere un peso molecular de 98.14 g/mol así como un punto de fusión bajo de 31°C, es soluble en etanol y éter además de ser una importante materia prima y es intermediario principal para la fabricación de nylon, caprolactama y ácido adípico. También es un disolvente industrial para pinturas, especialmente las que contienen nitrocelulosa, polímeros de cloruro de vinilo y sus copolímeros o pinturas de polímeros de metacrilato. Es usado como solvente para pesticidas, tintes, aceites lubricantes de aviación, grasas, ceras y gomas. 1. Su estructura molecular es la siguiente (Figura 1).

Figura 1: Representación de la estructura de ciclohexanona.

La ciclohexanona tiene un grupo carbonilo, C=O, por lo que pertenece a la familia de las cetonas.2 Una cetona se puede detectar a partir de una espectroscopia infrarroja dónde se observa la presencia de un grupo carbonilo por absorción de alargamiento C=O, mediante una banda intensa, que aparece a unos 1700cm-1. Hay diversos métodos para preparar cetonas, algunos de ellos son los siguientes: 1. Acilacion de FriedelCrafts: Nos permite sintetizar cetonas aromáticas con un grupo carbonilo ligado directamente al anillo aromático. 2. Reacción de cloruro de ácido con compuestos organocupricos: Es un método muy útil para obtenerse cetonas alifáticas complejas. 3. Oxidación de alcoholes secundarios: Implica la pérdida del hidrógeno del carbono que tiene el grupo -OH para transformarse en una cetona, es la forma más rápida y sencilla de sintetizarlas. 4. Síntesis acetoacetica: En esta reacción el etoxido de sodio convierte al éster acetoacetico en éster sodioacetico, que puede reaccionar con un halogenuro de alquilo para generar un éster alquiloacetoacetico. Este

éster se hidroliza con alcalina acuoso que se descarboxila para formar cetonas.3 5. Ozonolisis de alquenos: .La ozonolisis seguida de una reducción suave, rompe los alquenos dando cetonas.2 6. Hidratación de alquinos: Es una reacción útil para formar metilcetonas. En esta ocasión se sintetizará ciclohexanona a partir de ciclohexanol y una mezcla crómica, por lo cual se llevará a cabo una reacción de oxidación de alcoholes secundarios, posteriormente se realizarán una prueba de identificación con 2,4-dinitrof para observar si el producto obtenido es una cetona. La reacción que sigue ésta síntesis se muestra en el esquema 1, el mecanismo de reacción se detalla en la sección de resultados.

Esquema 1: Reacción de oxidación del ciclohexanol para obtener ciclohexanona.

2. Resultados y

Discusión Al disolver el K2Cr2O7 en el agua, la solución obtenida fue de color naranja intenso y se mantuvo en constante agitación para disolver la mayor cantidad de sólido posible. Posteriormente cuando se adicionó esta mezcla al ciclohexanol, primero se observó un color naranja que posteriormente viró a color negro el cual se fue propagando por toda la reacción debido a la agitación constante del matraz. Cuando la solución se destiló, se observaron distintos cambios cromáticos en el matraz. Primero, al dejar el matraz en el sistema de destilación sin calentar, la solución se observó de color negro, posteriormente cuando se encendió el reóstato se comenzó a observar un vire de color rojo y también se observó que la temperatura aumentó rápidamente en la reacción pero mientras se destilaba el producto, al final la solución obtuvo un color verde intenso y oscuro. Este viraje de color de negro a verde se ocasionó por el cromo debido a que, al ser una reacción de oxidación, una molécula debía oxidarse y otra debía reducirse, en este caso el cromo. El color verde indicó que el cromo presente en la solución, presenta un

número de oxidación +3 y como su especie más estable tiene el número de oxidación +6 permite conocer la ecuación de balance de cargas del cromo la cual se muestra a continuación (Esquema 2).

Cr6+ + 3eCr3+ Esquema 2: Esquema de reducción de cromo Al destilar el producto y agregarle cloruro de sodio, se pudo obtener una mezcla miscible de agua y ciclohexanona que era turbia y que no presentaba 2 fases. Se utilizó una alícuota del producto y se colocó en un tubo de ensaye al cual también se le adicionó 2,4dinitrofenilhidrazina (También llamado reactivo de Brady) y se obtuvo un precipitado además de que la solución obtuvo un color amarillo. Esto último indicó que existe ciclohexanona en la solución debido a que se forma una hidrazona (Esquema 3).

Esquema 3: Reacción del reactivo de Brady con ciclohexanona.4 A pesar de que la prueba indica la presencia de ciclohexanona, no se puede determinar el volumen de ésta debido a que exhibe miscibilidad con el agua por lo que no se puede identificar el volumen obtenido ni tampoco el rendimiento de la reacción. Lo único que se puede conocer es la reacción

química que se llevó a cabo para obtener el producto, en esa reacción se puede identificar que el producto obtenido es ciclohexanona además de sulfato de cromo (III), sulfato de potasio y agua. La reacción general es la que se observa en el esquema 4:

3C6H12O + K2Cr2O7 + 4H2SO4 3C 6H10O + Cr2(SO4)3 + 7H2O + K2SO4

4. Sección experimental Esquema 5: Mecanismo de reacción de ciclohexanol a ciclohexanona. Se procedió a investigar el espectro IR de la ciclohexanona y análogamente, se discutieron sus resultados para determinar los grupos funcionales que estaban presentes en la molécula (Figura 2).

Esquema 4: Reacción general para obtener ciclohexanona a partir de ciclohexanol. El mecanismo de reacción consistió en protonar al grupo alcohol utilizando un protón del ácido crómico para que se vuelva un grupo saliente. Posteriormente el oxígeno que donó el protón atacará el átomo de carbono que tiene enlace con el grupo saliente para que se rompa el enlace con el alcohol protonado y se forma el éster cromato. Finalmente, el oxígeno de la molécula de agua atraerá el protón del carbono que tiene el enlace con el ión para romper ese enlace, al ocurrir esto el carbono formará un enlace pi con el oxígeno lo que lo desestabilizará y se romperá el enlace con el ión de cromo formando así la ciclohexanona. El esquema de reacción se presenta a continuación (Esquema 5).

Figura 2: Espectro IR de la ciclohexanona. La primer banda intensa que se puede observar está a la derecha de 3000 cm-1 lo cual indicaría enlaces sencillo tipo C – C característicos de los alcanos y que también indica que esos enlaces están presentando un estiramiento, posteriormente se observa una banda en aproximadamente 1735 cm-1 la cual es característica del enlace del grupo carbonilo C = O y a su vez indica que ese enlace presenta un estiramiento. .

3. Conclusiones Mediante un proceso de oxidación se obtuvo una solución miscible de agua con ciclohexanona. Se utilizó una prueba de identificación de cetonas con 2,4dinitrofenilhidrazina la cual dio positiva y se obtuvo un espectro IR del producto permitiendo identificar la presencia de ciclohexanona en el producto obtenido.

Se comenzó realizando la preparación de la mezcla crómica en un vaso de precipitado de 50mL, donde se colocó 4.9476 g de K2Cr2O7 y 25mL de H2O, posteriormente se adicionaron lentamente 4.5mL de H2SO4 concentrado, la mezcla obtenida era color naranja y se dejó reposando dentro de la campana de extracción en lo que se colocaba en otro vaso de precipitado 2.5mL de ciclohexanol. El vaso con ciclohexanol se colocó en un baño de hielo. La mezcla crómica se transfirió a un embudo de separación y con ayuda de un soporte universal y un anillo se fijó el embudo de separación por encima del vaso de tal manera que cuando se abriera la llave, la mezcla crómica cayera dentro del vaso, esta adición de la mezclan crómica al ciclohexanol se realizó de manera lenta y revisando que la temperatura no rebasará los 60°C. Una vez agregada toda la mezcla crómica al ciclohexanol, se dejó reposando la mezcla en baño de hielo durante 30 minutos, pasando ese tiempo se añadieron 25mL de H2O. Se montó un sistema de destilación y se procedió a destilar la mezcla anterior, procurando que el matraz esférico donde se recolectó el destilado estuviera en un baño de hielo. La destilación comenzó a los 90°C, y se detuvo a los 97°C, se agregaron 3g de sal y se agitó hasta disolverse la mayor parte, se transfirió el destilado a un embudo de separación para observar las fases pero no se observó la diferencia de fases por lo que las pruebas de identificación se realizaron con una muestra

4 del líquido obtenido en el embudo de separación. Para las pruebas de identificación se colocó una pequeña muestra del producto en un tubo de ensayo y se agregaron unas cuantas gotas de 2,4-dinitrofenilhidrazina, si se formaba un sólido amarillo insoluble el producto obtenido era una cetona y efectivamente se obtuvo.

5. Referencias y Notas 1. Haofei Chemical; "Propiedades químicas y usos de ciclohexanona": consultado en: http://m.haofeichemical.com/i nfo/chemical-properties-anduses-of-cyclohexanone25265128.html 2. MORRISON Robert T., Boyd Robert N.; "Química orgánica"; Edit. Pearson educación, 5a Ed.: México 1998; pp.660 745,748-756, 773, 1046-1047 3. WADE L.G., Jr; "Química Orgánica"; 2a ed.; Edit. Prentice Hall Hispanoamericana,S.A., México:1993, pp.820,821835837 4. FERNANDEZ G., Química orgánica, “Ensayo de la 2,4dinitrofenilhidrazina” Imagen recuperada de: https://www.quimicaorganica. org/aldehidos-y-cetonas/235ensayo-de-la-24dinitrofenilhidrazina.html...