Síntesis de bromuro de butilo PDF

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Síntesis de Halogenuros de Alquilo...

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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS LICENCIATURA EN BIOTECNOLOGÍA

《LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA Il》

PRÁCTICA 1: OBTENCIÓN DEL BROMURO DE n-BUTILO EQUIPO 1.5 INTEGRANTES ROMERO BALBOA OSORIO ADRIANA | 201878599 LAZCANO VALENTE KAREN ALETSE | 201827287 SÁNCHEZ DEMUNER HERNÁN | 201833245 DOMÍNGUEZ GUTIÉRREZ ALEJANDRO | 20185220

Sección 002 HEROICA DE PUEBLA DE ZARAGOZA, PUEBLA, PUEBLA 26 DE SEPTIEMBRE DE 2019

OBTENCIÓN DE BROMURO DE N-BUTILO ABSTRACT The best method to produce alkyl halides is synthesis from alcohols. This method works better when applied to tertiary alcohols, however it can also be carried out with secondary and primary alcohols but at lower speeds and at considerably high reaction temperatures. When synthesizing alkyl halides via bimolecular nucleophilic substitution it is necessary to consider the nature of the solvent and the interactions that will conform to the electrophilic carbon, as well as the type of nucleophile to be used; in this experiment, n-butyl bromide was synthesized from a primary alcohol, which, when interacting with a protic solvent, favored the displacement of the hydroxyl group and the bonding of the bromide, resulting in n-butyl bromide. RESUMEN El mejor método para producir halogenuros de alquilo es la síntesis a partir de alcoholes. Este método funciona mejor cuando es aplicado a alcoholes terciarios, sin embargo también puede llevarse a cabo con alcoholes secundarios y primarios pero a velocidades menores y a temperaturas de reacción considerablemente altas. Al sintetizar halogenuros de alquilo vía sustitución nucleofílica bimolecular resulta necesario considerar la naturaleza del solvente y las interacciones que conformarán al carbono electrofílico, así como el tipo de nucleófilo a emplear; en este experimento se sintetizó bromuro de n-butilo a partir de un alcohol primario, el cual al interaccionar con un disolvente prótico favoreció el desplazamiento del grupo hidroxilo y la unión del bromuro, dando como resultado bromuro de n-butilo. PALABRAS CLAVE: Bromuro de bn-butilo, alcohol n-butílico, SN2, haluros de alquilo, alcohol primario. INTRODUCCIÓN Los haluros de alquilo son compuestos derivados de los alcanos, en los cuales uno o más enlaces C-H han sido reemplazados por enlaces carbono-halógeno. La fortaleza de los enlaces carbono-halógeno disminuye a medida que se desciende por la familia de los halógenos en la tabla periódica, asimismo, el momento dipolar decrece desde 1.82D para el flúor, hasta 1.64D para el yodo. Las características antes mencionadas, aunadas a la facilidad con las que se puede llevar a cabo una reacción de sustitución nucleofílica o de eliminación (ya que no requieren condiciones previas, como protonarse) vuelven a los halógenos buenos grupos salientes, los átomos más grandes repartirán mejor la carga electrónica, por lo cual será más fácil que se sustituyan o eliminen, favoreciendo esto la salida del yodo, bromo y cloro antes que al flúor. Esta cualidad los vuelve útiles para la síntesis de otros compuestos orgánicos. Los haluros de alquilo pueden ser sintetizados de distintas formas, en la práctica a realizar se hará por medio de un alcohol. Dado que el grupo hidroxilo no es un mal grupo saliente, es necesario un agente que lo protone, es decir es necesaria una

especie ácida, pudiéndose usar ácido clorhídrico, bromhídrico o yodhídrico; es posible usar también otros ácidos, aunque al no contener el halógeno, será necesaria agregar otra especie que lo contenga para sintetizar el haluro de alquilo. OBJETIVOS ● Realizar la síntesis de bromuro de n-butilo a través de una reacción de sustitución nucleofílica bimolecular. ● Reconocer la función de cada reactivo y del disolvente. ● Aplicar los conceptos de sustituciones nucleofílicas (SN2, SN1). ● Realizar el tratamiento correspondiente a las sustancias de desecho para contribuir a la seguridad personal y del medio ambiente.

REACTIVOS Y MATERIAL A) REACTIVOS ● 3.5 ml de ácido sulfúrico Propiedades físicas Densidad: 1840 kg/m3; 1,83 g/cm3 Masa molar: 98,08 g/mol Punto de fusión: 283 K (10 ℃) Punto de ebullición:610 K (337 ℃) Presión de vapor:0.001 mmHg (20 °C) Viscosidad:26.7 cP (20 °C)

Hoja de seguridad Irritación de la garganta, nariz y ojos. Los labios, uñas y piel se tornan azulados. Puede provocar tos, mareo, fiebre, problemas del habla, vómito, náusea, aumento precipitado o disminución de presión arterial, edema pulmonar, pérdida de la visión, dificultad para respirar, debilidad corporal y dolor en el pecho. Riesgo de ceguera

● 3.7 ml de alcohol n-butílico Propiedades físicas Densidad: 809,8 kg/m3; 0,8098 g/cm masa molar: 74,121 g/mol Punto de fusion:183,7 K (-89 ℃) Punto de ebullicion:390,88 K (118 ℃)

● 4.1 g de bromuro de sodio

Hoja de seguridad La sustancia es un líquido inflamable y podría formar mezclas de aire/vapor explosivas. El vapor se puede extender por el suelo y encenderse por cargas electrostáticas. La sustancia puede causar daños irreversibles en los ojos e irritación y deshidratación de la piel por contacto. Los vapores son irritantes para el sistema respiratorio y también afectan las sistema nervioso, pudiendo causar somnolencia o mareos. Los primeros síntomas de la exposición pueden incluir fatiga y dolor de cabeza.

Propiedades físicas Apariencia:Polvo blanco Densidad:3210 kg/m3; 321 g/cm3 Masa molar:102,894 g/mol Punto de fusión:1020 K (747 ℃) Punto de ebulicion:1396 ℃ (1669 K)

Hoja de seguridad ¡Advertencia! Nocivo por ingestión. Afecta el sistema nervioso central, cerebro y los ojos. Puede causar irritación a la piel, ojos y tracto respiratorio.

● 10 ml de hidróxido de sodio al 10% Propiedades físicas Apariencia: Sólido, Blanco. Densidad:2100 kg/m3; 2,1 g/cm3 Masa molar:39,99713 g/mol Punto de fusion:591 K (318 ℃ Punto de ebullicion:1663 K (1390 ℃)

hoja de seguridad Este producto puede generar irritación y quemaduras por contacto en el hombre y otros organismos, su liberación al ambiente generará un aumento del pH.

● 1 g de cloruro de calcio anhidro Propiedades físicas

Hoja de seguridad

Aspecto Forma cristalino H302 Nocivo en caso de ingestión. H318 Provoca lesiones oculares graves. Color blanco H402 Nocivo para los organismos acuáticos. pH sin datos disponibles Punto de fusión/ punto de congelación 772 °C (1,422 °F) Punto de ebullición 1,670 °C (3,038 °F) ● Agua Propiedades fisicas Apariencia:Incoloro Densidad: 1000 kg/m3; 1 g/cm3 Masa molar:18,01528 g/mol Punto de fusion:0 ℃ (273 K) Punto de ebullicion:100 ℃ (373 K) Estructura cristalina:Hexagonal Viscosidad:1 cP (20 °C

Hoja de seguridad Sustancia no peligrosa

● Etanol Propiedades fisicas

Hoja de seguridad

Apariencia:Incoloro Densidad:789 kg/m3; 0,789 g/cm3

Líquido inflamable (Categoría 2) Irritación ocular (Categoría 2)

Masa molar:46,07 g/mol Punto de fusion:158,9 K (-114 ℃) Punto de ebullicion:351,6 K (78 ℃) Estructura cristalina:sistema cristalino monoclínico Viscosidad:1,074 mPa·s a 20 °C.

Peligro para el medio ambiente acuático – peligro agudo (Categoría 3)

● AgNO3 Propiedades fisicas Apariencia:Sólido blanco Densidad:4400 kg/m3; 44 g/cm3 Masa molar:169,87 g/mol Punto de fusion:485 K (212 ℃) Punto de ebullicion:717 K (444 ℃)

Hoja de seguridad Es tóxico, la inhalación, ingestión o contacto con la piel con el material puede causar lesiones.

B) MATERIAL: ● ● ● ● ●

matraz de redondo de 100 ml refrigerante vaso de precipitados de 250 ml embudo de separación matraz Erlenmeyer de 50 ml

● ● ● ●

1 barra magnética 1 canasta de calentamiento con agitación 1 cabeza de destilación mangueras de hule y pinzas

METODOLOGÍA 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Colocar 3.5 ml de agua en el matraz de fondo redondo de 100 ml. Se agita y se enfría exteriormente, se añade 3.5 ml de ácido sulfúrico. Se añade 3.7 ml de alcohol n-butílico y se mezcla bien los líquidos. Se agrega 4.1g de bromuro de sodio a la mezcla. Se conecta el matraz de fondo redondo a un refrigerante de reflujo. Se calienta suavemente con agitación removiendo la mezcla hasta que se disuelva la mayor cantidad de bromuro de sodio. 7. Calentar la mezcla a reflujo durante 45 minutos. 8. Pasando el tiempo, se adapta el matraz a un aparato de destilación simple. 9. La mezcla se destila y se conecta a un matraz erlenmeyer. 10. Se pasa todo lo destilado a un embudo de separación. 11. Se decanta la capa inferior de bromuro de n-butilo.

12. Se lava con 10 ml de una solución de NaOH al 10% el bromuro de n-butilo. 13. Se lava con 10 ml de agua destilada el bromuro de n-butilo. 14. Se seca con cloruro de calcio anhidro.

MECANISMO DE REACCIÓN

RESULTADOS Al realizar la destilación se obtuvo inicialmente ácido bromhídrico y bisulfato de sodio como producto secundario, la reacción produjo alta concentración de ácido bromhídrico el cual reaccionó con el alcohol n-butílico sintetizando bromuro de nbutilo y agua. Posteriormente la mezcla obtenida se lavó con hidróxido de sodio y se decantó la fase inferior la cual contenía al bromuro de n-butilo; por último se secó con cloruro de calcio anhidro para eliminar agua en exceso, el volumen obtenido posterior al secado fue de 1.8 mL, obteniendo un rendimiento de 43.79%. DISCUSIÓN Se llevó a cabo una reacción de sustitución bimolecular. Al adicionar el ácido sulfúrico al agua, esta solvató al ácido, formando ión sulfato e hidronios; la alta concentración de protones reaccionó con los pares electrónicos disponibles del oxígeno presentes en alcohol n-butílico, se formó el estado de transición pentavalente, coexistiendo temporalmente el nucleófilo y el grupo saliente en el carbono electrofílico, estando este último en un estado de transición sp3-sp2, finalmente se rompe el enlace con el hidroxilo, y el bromo se une covalentemente al carbono, sintetizando finalmente el bromuro de n-butilo.

CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS La reacción realizada fue la siguiente. Moles de Agua: 0.1944 mol. Moles de alcohol n-butílico: 0.03582 mol. Moles de Bromuro de sodio: 0.03984 mol. El reactivo limitante en la reacción es el alcohol n-butílico. Se espera un total de 0.03582 mol de producto como rendimiento teórico. RENDIMIENTO Rendimiento teórico: 4.11mL Producto obtenido: 1.8 mL Rendimiento: 43.79%

OBSERVACIONES El bajo rendimiento puede deberse a que la destilación fue llevada a cabo en un matraz Erlenmeyer, por lo que el cuello de este actuó como refrigerante provocando que se destilara una gran porción de la muestra por reflujo y una porción más pequeña por destilación simple. De igual forma se cree que el tiempo de destilación simple fue otro factor que pudo haber afectado el rendimiento, dado que no se dejó concluir la reacción el tiempo indicado. La reacción fue llevada a cabo mediante destilación por reflujo y simple debido a que el hidroxilo no es buen grupo saliente, así también porque los alcoholes primarios necesitan condiciones de mayor temperatura, en comparación con reacciones en condiciones normales con buenos grupos salientes. CONCLUSIONES Se realizó la síntesis de bromuro de n-butilo a partir de n-butanol, el cual transcurrió mediante una reacción de sustitución bimolecular, al ser un alcohol primario reaccionó a baja velocidad y a alta temperatura, obteniendo un rendimiento experimental de 43.79% de bromuro de n-butilo. La reacción de síntesis llevada a cabo se trató de una sustitución bimolecular, debido a factores como la desprotonación del ácido, el cual protonó al oxígeno completando la estabilidad electrónica del mismo; simultáneo a este reacomodo de densidad electrónica, cabe mencionar que tener un grupo con mayor reactividad que el grupo saliente permite que la vía de sustitución ocurra a través de forma concertada, sin intermediarios de reacción y únicamente mediante un estado de transición.

Es necesario tomar en cuenta las interacciones de los reactivos, ya que en todo momento es elemental predecir el producto, ejemplo de esto ocurre en la técnica de separación, donde por diferencia de densidades y solubilidad es posible decantar únicamente la fase de interés para su posterior purificación. BIBLIOGRAFÍA Organic Chemistry, J. McMurry, 5ª ed., Brooks/Cole, 2000, tema 11: “Reactions of Alkyl Halides: Nucleophilic Substitutions and Eliminations”, pag. 385., tema 10: “Alkyl Halides”, pag 369-372, tema 22: “Carbonyl AlphaSubstitution Reactions” – (22.5 Acidity of Alpha Hydrogen Atoms: Enolate Ion Formation, 22.6 Reactivity of Enolate Ions, 22.8 Alkylation of Enolate Ions)- pag 911, 915, 917. Rodríguez, T. (s.f.). Reacciones de Sustitución Nucleófila en Síntesis Orgánica. Universidad de Burgos. Torres, A. (s.f). Obtención de bromuro de n-butilo. Yurkanis P. (2016) Essential Organic Chemistry Essex: England....