SINTESIS DE CICLOHEXANO A PARTIR DE CICLOHEXANOL PDF

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Warning: TT: undefined function: 32REACCIÓN DE ELIMINACIÓN E1:SÍNTESIS DE CICLOHEXENO A PARTIR DE CICLOHEXANOLAndres Felipe Tavera Martinez 1 ; Arley Miguel Olives Romero 2RESUMEN: La reacción de eliminación E1, es el mecanismo por el cual se sintetiza ciclohexeno a partir de ciclohexanol, en este l...

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REACCIÓN DE ELIMINACIÓN E1: SÍNTESIS DE CICLOHEXENO A PARTIR DE CICLOHEXANOL Andres Felipe Tavera Martinez1; Arley Miguel Olives Romero2 RESUMEN: La reacción de eliminación E1, es el mecanismo por el cual se sintetiza ciclohexeno a partir de ciclohexanol, en este laboratorio se tomó una porción de ciclohexanol la cual fue sometida a un proceso de destilación y reacción con ácido sulfúrico para la obtención del alqueno. El producto que se obtuvo fue purificado por decantación y el lavado con bicarbonato de sodio, finalmente se procedió a realizar las pruebas de caracterización como lo fue el punto de ebullición el cual correspondió a los 83°C y a la prueba de IR en el cual se identifico la presencia del doble enlace correspondiente al alqueno. PALABRA CLAVE: Reacción de eliminación, Síntesis, Purificación, Velocidad de reacción. ABSTRACT: The elimination reaction E1, is the mechanism by which cyclohexene is synthesized from cyclohexanol. In this laboratory, a part of cyclohexanol was taken, which was subjected to a distillation process and reaction with sulfuric acid to get alkene. The obtained product was purified by decantation and washing with sodium bicarbonate. Finally, the characterization tests were carried out, such as the boiling point, which corresponded to 83 ° C and the IR test, in which I identify the presence of the double bond corresponding to the alkene. KEYWORDS: Elimination reaction, Synthesis, Purification, Reaction rate INTRODUCCIÓN: Existe una posibilidad que consiste en la sustracción de un protón por la base para dar lugar a la formación de un alqueno. A esta otra alternativa de reacción se le denomina reacción E1 (eliminación unimolecular). El mecanismo E1 se puede formular de la siguiente manera: H O

+

H

Etapa Limitante

CH

+ Rapido

Ilustración 1 Mecanismo de reacción E1 La cinética de la reacción E1 es de primer orden, ya que en la etapa limitante de la velocidad es decir la formación de carbocatión, no interviene la base. De igual manera el orden de reactividad en la reacción E1 es el mismo que en las reacciones SN1, esto es debido a la

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20172150044, Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Laboratorio de Química orgánica II 20172150017, Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Laboratorio de Química orgánica II

estabilidad de los carbocationes. De esta forma se tiene que reaccionara primeramente en un carbocatión terciario, secundario y muy mínimamente en un primario. La orientación de la reacción de eliminación E1, sigue la regla de Saytzeff. La estabilidad del estado de transición formado cuando la base quita el protón determina dicha orientación, el enlace C-H esta parcialmente roto y el doble enlace carbono-carbono se está formando. En general en la eliminación E1, la base tiene que esperar a que primero se forme el carbocatión es decir la etapa lenta o limitante y posteriormente la base, ya sea fuerte o débil, extraerá el protón del carbocatión. Además, este tipo de reacciones solo ocurre en sustratos secundarios y terciarios en concentraciones bajas de la base o con bases débiles que comúnmente son el propio disolvente. MATERIALES Y METODOS -

REACTIVOS

Ácido sulfúrico al 98%, Agua destilada, Bicarbonato de sodio al 5%, Ciclohexanol, Cloruro de sodio, Sulfato de sodio anhidro, -

METODOLOGIA:

Para la adición del ácido sulfúrico, en el matraz balón de una o dos bocas, primero se colocó una barra magnética y 10 mL de ciclohexanol, y mediante el embudo de adición, se agregó gota a gota agitando magnéticamente 0,5 mL de ácido sulfúrico concentrado. Se inició el calentamiento controlando la temperatura y destilando. Se colectó la fracción destilada obtenida entre los 80-85°C, enfriando el matraz colector con un baño de hielo como se muestra en la Ilustración 4. Se suspendió el calentamiento cuando solo quedaba un pequeño residuo en el matraz y a su vez empezaron a aparecer vapores blancos de SO2. Luego se saturo el destilado (ubicado en el matraz colector) con cloruro de sodio agregando 1 g, transfiriendo la fase superior, decantando hacia el embudo de separación y desechando la solución saturada de cloruro de sodio (fase inferior). Se lavó el producto contenido en el embudo de separación, tres veces con una disolución de bicarbonato de sodio al 5%, empleando porciones de 5 mL cada vez. La fase orgánica se colocó en un vaso de precipitados de 50 mL, y se pasó a secar con sulfato de sodio anhidro, transfiriéndola después a una probeta de 10 mL para medir su volumen. Esta fase orgánica es el ciclohexeno. Se caracterizó a través de la determinación del punto de ebullición de la sustancia mediante el método del tubo de Thiele, comparándola con los datos que aparecen reportados en la literatura, usando otra parte del producto para la determinación del espectro de infrarrojo. -

INFRARROJO

Las muestras líquidas se analizan directamente, sin mezcla alguna, colocando una o dos gotas de la muestra entre dos placas de KBr o NaBr, las cuales conforman parte de la llamada celda de muestras líquidas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: H

OH

O O

+

S

+

H2O

O O

H

Ilustración 2 Reacción de eliminación E1, síntesis de ciclohexeno a partir de ciclohexanol H O

+

H

+

O

O

H

H

S O

O

O H

Ilustración 3 Protonación del grupo hidroxilo H O

+

CH

H

+

+

H

O H

Ilustración 4 Formación del Carbocatión

H H

+

H

+

CH

H

H

O

+

H

H

O

+

H

H

Ilustración 5 Formación del alqueno

O

H H

O

+

H

–

O S

+ O

O

H

H

O H

+

H

O

O S O

O

H

Ilustración 6 Abstracción del protón En la síntesis de ciclohexeno a partir de ciclohexanol se evidencia que el ácido sulfúrico en solución dona sus protones comportándose como un ácido de Bronsted y Lowry, un par de electrones del oxígeno que forma el OH que enlaza al ciclo, atacara el protón que está libre en solución, formando un enlace covalente, y dándole así una carga parcial positiva al oxígeno , por tanto esta molécula se separara del ciclo atrayendo el electrón que comparte

con el carbono alfa, esto es dado por la polarizabilidad y la electronegatividad del átomo de oxígeno, para que la formación del alqueno se produzca, el agua que se obtuvo se comportara como una base de Bronsted y Lowry, tomando el protón vecinal menos sustituido del ciclo, en este caso ambos están por igual entonces no afectara cual hidrogeno tome , esto hará que los electrones que compartían el átomo de carbono beta vecinal y el hidrogeno, se muevan para estabilizar al carbono alfa que esta deficiente de carga generando así el doble enlace, finalmente el hidrogeno que se enlazo a la molécula de agua se une al hidrogeno sulfato, formando nuevamente el ácido sulfúrico. La reacción para obtener ciclohexeno a partir de ciclohexanol es reversible. Esto se puede evitar si: -

Se elimina el producto del medio de reacción a medida que esta sucede Si se aumenta la concentración de uno o varios de los reactivos Si se aumenta o disminuye la temperatura en el sentido que se favorezca la reacción directa.

En el laboratorio la deshidratación se suele conseguir calentando el alcohol con ácido sulfúrico o con ácido fosfórico. En la primera etapa de la reacción del ácido protona al grupo hidroxilo del alcohol, que es muy rico en electrones, formando un ion oxonio alquilsustituido véase en la ilustración 3. A continuación el alcohol protonado se disocia dando agua y un carbocatión véase en la ilustración 4. En la última etapa o fase de la reacción se elimina un protón, del átomo de carbono adyacente al que lleva la carga positiva, eliminación que va acompañada del desplazamiento simultaneo del par de electrones. Véase en la ilustración 5 La potente acción desecante del ácido sulfúrico captura el agua eliminada del alcohol. La eliminación del agua y la volatibilidad del alqueno son los dos factores que favorecen el desplazamiento del equilibrio a la derecha es decir a los productos; si no se separa el alqueno, podría reaccionar con el ácido sulfúrico regenerando el alcohol. Linstromberg, W. W. (1977). La reacción E1 tiene lugar sobre derivados alquílicos secundarios o terciarios según un mecanismo en dos etapas. En la primera se produce la salida del grupo saliente para formar el carbocatión y a continuación la pérdida de un protón en el carbono beta para formar un doble enlace. Como ya se ha mencionado la temperatura influye en la obtención del producto, por tanto, es importante colectar el producto que se ha obtenido alrededor de los 80°C a 85°C ya que este será nuestro producto para obtener. Es importante mantener en frio nuestro colector ya que el producto que se obtiene es muy volátil con esto evitaremos perdidas de producto, una vez terminado el destilado se procede a saturar el producto con cloruro de sodio para poder solvatar la solución y hacer evidente las dos fases a separar, seguidamente se procede a lavarlo por decantación con bicarbonato de sodio, esto nos permite eliminar algunos productos indeseados, se recomienda que el producto de estos lavados se neutralice con el residuo del balón en el cual se tenía la mezcla original, en este punto de la purificación del producto es necesario revisar el pH, ya que los alquenos si se encuentran en medio acuoso y existe presencia de un ácido este forma los alcoholes. Por tanto, es necesario controlar el pH

en este punto del proceso de purificación. Finalmente se procede a secar la fase orgánica obtenida en un Beaker, añadiendo sulfato de sodio anhidrido para poder eliminar los residuos de agua que aún se encuentren presentes, seguidamente se filtra para retirar los sólidos del sulfato de sodio anhidrido, y el líquido que se obtiene corresponde al ciclohexeno, en la literatura se recomienda volver a destilar y colectar nuevamente el producto asegurando así un mayor grado de pureza. Finalmente se procede a realizar pruebas de caracterización como el punto de ebullición y el análisis de IR.

Ilustración 2 Espectro IR del ciclohexeno En la literatura se describe el espectro infrarrojo del cicloalqueno (Figura 5) como se muestra a continuación. -

La tensión de 2839.50 cm-1 corresponde a la existencia de los carbonos sp3 dentro de la molécula En la señal de 3021 cm-1 sobresale con alta intensidad el pico característico de los carbonos sp2 que suelen estar siempre por encima de 3000 cm-1 Para reconocer la existencia de un compuesto cíclico, hay un pico característico encontrado en la señal de 2659.39 cm-1. Según la literatura correspondiente al análisis de la espectrofotometría infrarroja, se encuentra en la señal más representativa del ciclohexeno debe encontrarse en 1646 cm-1 +/- 10 cm-1 aproximadamente, en el espectro, se puede evidenciar una señal en 1654 cm-1 la cual ratifica que el espectro corresponde al ciclohexeno. Novoa, W. N. B. (s. f.)

CONCLUSIONES El ciclohexeno puede ser obtenido a partir de la síntesis de ciclohexanol, mezclándose con ácido sulfúrico el cual ayudara a la síntesis de este. Es necesario un control riguroso sobre ciertos factores que pueden llegar a afectar la síntesis como lo es la temperatura y el control de la concentración de los reactivos, ya que de esta manera favorecemos la obtención del alqueno. El producto que se ha obtenido corresponde a las pruebas de caracterización que se

han reportado en la literatura como lo es el espectro IR y el punto de ebullición el cual corresponde a 83°C. Este tipo de reacción es denominada reacción de eliminación E1 la cual se dará en dos pasos el primero será el que limite la velocidad de la reacción y el segundo corresponde a la formación del producto, el proceso de purificación es importante para la obtención del producto como lo es lavado del producto y su filtración, en la literatura se reporta un rendimiento aproximado al 50%, lo cual indica que este tipo de síntesis no es factible a nivel industrial.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS -

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MIRANDA, M. D. P. C. (2008). Química orgánica. Editorial UNED. GUIA PARA ANALISIS DE MUESTRA POR INFRARROJO. (2008). UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA, FACULTAD DE CIENCIAS. http://www.ciens.ucv.ve:8080/generador/sites/LIApregrado/archivos/Guia%20para %20infrarrojo.pdf KhanAcademyEspañol. (2014, 20 julio). Eliminación E1: mecanismo. Recuperado 7 de junio de 2020, de https://www.youtube.com/watch?v=1Nx1mhIQCB4 Muñoz Tutoriales. (2018, 4 julio). Deshidratación de Alcoholes | Obtención de Alquenos | Reacciones de Alcoholes. Recuperado 7 de junio de 2020, de https://www.youtube.com/watch?v=8847gIRs_kk Linstromberg, W. W. (1977). Curso breve de química orgánica. Reverté. Lpzg, D. (2015, 22 mayo). Síntesis de Ciclohexeno (practica). Recuperado 7 de junio de 2020, de https://es.slideshare.net/dlocleath/sintes N.N. (S.F). Química de alimentos. Manual de experimentos de química orgánica II Novoa, W. N. B. (s. f.). Reacciones de eliminación (E1): Síntesis de ciclohexeno a partir de ciclohexanol. Recuperado 7 de junio de 2020, de https://www.academia.edu/40570779/Reacciones_de_eliminaci%C3%B3n_E1_S% C3%ADntesis_de_ciclohexeno_a_partir_de_ciclohexanol...