Sustitucion Electrofilica Aromatica PDF

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Quimica organica previos...

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

LICENCIATURA EN BIOQUÍMICA DIAGNÓSTICA

QUIMICA ORGANICA I

INVESTIGACIÓN PREVIA PRÁCTICA NO. 10: SUSTITUCION ELECTROFILICA AROMATICA.

EQUIPO 1

2019-II

Practica no. 10: sustitución electrofilica aromática. Objetivos. Plantear el mecanismo de reacción entre el nitrato de calcio tetrahidratado y el ácido salicílico catalizado por el ácido acético.

Características relevantes de la sustitución electrofilica aromática. El anillo bencénico sirve de fuente de electrones, esto es, que actúe como base. Los compuestos con los que reacciona son electrónicamente deficientes; es decir, son reactivos electrofílicos o ácidos. Al igual que las reacciones típicas de los alquenos son de adición electrofílica, las del anillo bencénico son de sustitución electrofílica. Estas reacciones no sólo son típicas del benceno mismo, sino también del anillo bencénico donde quiera que se encuentre y, de hecho, de muchos anillos aromáticos, bencenoides y no bencenoides. La sustitución electrofílica aromática incluye una amplia gama de reacciones: nitración, halogenación, sulfonación y reacciones de Friedel-Crafts, experimentadas por casi todos los anillos aromáticos; procesos como nitrosación y acoplamiento diazoico, que sólo sufren los anillos de gran reactividad, y reacciones como la desulfonación, intercambio isotópico y muchos cierres de anillos. Aunque estos aparentemente no tienen relación alguna, es provechoso considerarlos como procesos de este tipo, cuando se someten a un examen más profundo. Desde el punto de vista de su importancia, en síntesis, la sustitución electrofílica aromática quizá no ha sido igualada por ninguna otra clase de reacciones orgánicas. Constituye la vía de acceso inicial para casi todos los compuestos aromáticos, pues permite la introducción directa de ciertos grupos sustituyentes que luego pueden convertirse en otros, incluyendo anillos aromáticos adicionales, por reemplazo, o por transformación.

Reacción general.

Mecanismo de reacción.

Calculo del rendimiento de la reacción.

Fundamento de la técnica. La reacción más importante de los compuestos aromáticos es la sustitución electrofilica aromática. Esto es, un electrófilo (E+) reacciona con un anillo aromático y sustituye uno de los hidrógenos. Mediante este tipo de reacción es posible anexar distintos sustituyentes al anillo aromático. Se le puede Halogenar (sustituir con halógeno: -F, -Cl, -I, -Br, -At), Nitrar (sustituir por un grupo nitro: -NO 2), Sulfonar (sustituir por un grupo ácido sulfonico -SO3H), Alquilar (sustituir por un grupo alquilo: -R), etc. Todas estas reacciones pueden ser llevadas a cabo seleccionando los reactivos y condiciones apropiadas. Halogenacion: a) Bromación de anillos aromáticos: Se hacen reaccionar los anillos aromáticos con bromo, con FeBr3 como catalizador dando como resultado bromobenceno como producto de sustitución. b) Cloración y Yodación: El cloro y el yodo pueden introducirse en el anillo aromático mediante una reacción electrofilica en las condiciones apropiadas. Los anillos aromáticos reaccionan en presencia de FeCl 3 como catalizador, para producir clorobencenos. El yodo por si mismo no reacciona con los anillos aromáticos y se necesita un promotor para que efectúe adecuadamente la reacción. Los mejores promotores son los oxidantes como el peróxido de hidrogeno H 2O2, o sales de cobre como CuCl2. Estos promotores actúan oxidando el yodo, convirtiéndola en una empresa electrófila más potente que reacciona como si fuera I+. Entonces el anillo aromático ataca el I+, con lo que forma un producto de sustitución normal. Nitración Aromática: Los anillos se pueden nitrar con una mezcla de ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrados. Se piensa que el electrófilo es el ion nitronio, NO 2+, que se genera del ácido nítrico, por protonación y perdida de agua. Este ion genera un carbocatión intermediario, cuando este pierde un protón se genera el nitrobenceno como producto de sustitución.

Este proceso es realmente importante para la industria de explosivos, pigmentos y farmacia. Sulfonacion aromática: Los anillos aromáticos pueden sulfonarse por reacción con ácido sulfúrico fumante (H2SO4 + SO3). El electrófilo reactivo es HSO3+ o SO3, dependiendo de las condiciones de reacción. Este proceso ocurre similar a la bromación y nitración pero tiene la característica de que es reversible. Esta reacción tiene importancia en la elaboración de colorantes y productos farmacéuticos. Alquilación de anillos aromáticos: Reacción de Friedel-Crafts: Es una sustitución electrofilica aromática en la cual el anillo ataca un carbocatión electrófilo. Este carbocatión se genera cuando el catalizador AlCl3, ayuda al halogenuro de alquilo a ionizarse. La reacción finaliza con la pérdida de un protón. Esta reacción posee tres limitaciones fundamentales: Solo se pueden usar halogenuros de alquilo. La reacción es ineficaz cuando los anillos aromáticos se encuentran unidos a grupos fuertemente desactivadores. Es difícil controlar el número de alquilaciones que se desea producir. Pueden producirse transformaciones e el esqueleto del grupo alquilo. (pueden anexarse un n-propil o un i-propil). Fenoles y alcoholes aromáticos. Quinonas: Los fenoles son compuestos aromáticos que contienen un grupo hidroxilo unido directamente al núcleo. El más simple de los fenoles es el hidroxilo derivado del benceno llamado fenol o ácido carboxílico. Los fenoles se sintetizan por fusión de sulfonatos con álcalis, por descomposición de sales de diazonio en condiciones adecuadas, tratando los derivados halogenados de los hidrocarburos bencenoicos con soluciones de álcalis a altas temperaturas. Diagrama de flujo ecológico.

Reactivos Acido acético

Propiedades físicas

Propiedades toxicológicas

Apariencia, olor y estado físico: Líquido

DL50 (oral, rata): 3310 mg/Kg DL5

claro, incoloro, de olor muy picante

(intravenosa, ratón): 525 mg/Kg DL50 (pie

(vinagre)

Peso

conejos):

Gravedad

Específica

molecular:

mg/Kg

CL50

(inhalació

ratones): 5620 ppm (1 hora) Ensayos en ojo

1.051 / 20ºC Punto de Ebullición: 118

(conejos) = 100 mg de ácido acético, causa

ºC Punto de Fusión: 16.6 ºC Densidad

pequeños efectos de irritación. Ensayos sob

relativa del vapor (aire = 1): 2.10

la piel: Soluciones entre el 80-100%, causa

Presión de vapor (mm Hg): 11.4/20ºC

severas quemaduras en conejos de india

pH:

Soluciones entre el 50-80% causan moderada

(solución

acuosa

=

1060

1):

2.4

(agua

60.05

1

M)

concentrado. Solubilidad: Soluble en

quemaduras. Concentraciones inferiores

agua, alcohol, glicerina y éter. Insoluble

50% producen pequeños daños. 100 mg d

en sulfuro de carbono.

ácido acético en los ojos de un conejo caus efectos irritantes leves. No se ha clasificad como cancerígeno por ACGIH, IARC, NIOSH OSHA. Está siendo investigado por efecto reproductivos

y

mutagenicidad.

No

e

teratogénico. No existe información disponib sobre neurotoxicidad.

Acido

Aspecto:

cristales

Datos Toxicológicos LD50 (rata, oral): 8

salicílico

blancos. Olor: Inodoro Densidad (20/20

mg/kg LD50 (conejo, piel): >10000 mg/

ºC): 1,443 Punto de inflamación: 157°C

Conejo, piel, irritación: 500 mg/kg, irritaci

Punto de ebullición: 211 ºC Punto de

moderada Conejo, ojos, irritación: 1

fusión: 158-161º (sublima a 76 ºC y se

mg/kg, irritación severa

Sólido,

descompone

polvo

cuando

o

se

calienta

rápidamente a presión atmosférica). Temperatura de auto ignición: 570°C pH a 20ºC: 2,4 (solución saturada). Solubilidad en agua: 0.2% en agua a 25 ºC - 1.8 g/l Solubilidad en otros solventes: Soluble en varios solventes orgánicos.

Coeficiente

de

partición

octanol/agua: Log P = 0,22

Nitrato de

Estado físico sólido (cristalinas) Color

calcio

incolora Olor inodoro Umbral olfativo

Corrosión o irritación cutánea No

tetrahidratado No existen datos disponibles Otros

clasificará como corrosivo/irritante para la pi

parámetros físicos y químicos pH

Lesiones oculares graves o irritación ocul

(valor) 5 – 7 (50 g /l , 25 °C) Punto de

Provoca

fusión/punto de congelación 45 °C

Sensibilización respiratoria o cutánea No s

lesiones

oculares

grave

clasificará como sensibilizante respiratoria sensibilizante

cutánea.

Resumen

de

evaluación de las propiedades CMR No s clasificará

como

mutágeno

en

célul

germinales, carcinógeno ni tóxico para reproducción

•

Toxicidad

específica

e

determinados órganos - exposición única N se

clasifica

como

tóxico

específico

e

determinados órganos (exposición única). Toxicidad específica en determinados órgano - exposición repetida No se clasifica com tóxico específico en determinados órgano (exposición repetida).

Referencias. •

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•

P. W. Atkins: Química General. Omega 1992. R. Chang: Principios Esenciales de Química General. 4ª edición McGraw-Hill 2006.

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W. L. Masterton, C. N. Hurley: Química Principios y Reacciones. 4ª edición Thomson Ed, 2003. Libros de problemas J. A. López Cancio: Problemas de Química. Prentice Hall, 2001.

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M. R. Fernández, J. A. Fidalgo: 1000 Problemas de Química General. Everest, 2006. C. J. Willis: Resolución de problemas de Química General. Reverté, 1995.

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E. Quiñoá, R. Riguera, J. M. Vila: Nomenclatura y formulación de los compuestos inorgánicos. McGraw Hill, 2006....