SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA OBTENCIÓN DE 2,4-DINITROCLOROBENCENO Y OBTENCIÓN DE 2,4-DINITROFENILAMINA PDF

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Prereporte de reacciones SEA sustitucion electrofilica aromática...

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA LABORATORIO DE SÍNTESIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS PLAN ACADÉMICO DE QUÍMICO EQUIPO No. 6.1 PLAN DE LA PRACTICA No. 8.1 y 8.2 TITULO: SUST I T UCI ÓNEL ECT ROF Í L I CAAROMÁT I CAOBT ENCI ÓNDE2 , 4 DI NI TROCLOROBENCENOYOBT ENCI ÓNDE2 , 4 DI NI T ROF ENI LAMI NA OBSERVACIONES 5

CAL

Presentación Contenido

1

Objetivo

2

Hipótesis

6

Fundamento referenciado

2

Monografía del producto

6

Toxicología de reactivos

2

Metodología bloques

2

Material y reactivos

2

Rendimiento Teórico

2

Mecanismo de reacción

6

Bibliografía

4

Disposición o tratamiento de residuos

40

TOTAL

teórico

OBJETIVO: Ejemplificar en la Sustitución Electrofílica Aromática (S.E.A.) el efecto del halógeno en la orientación de la sustitución y la utilización del producto obtenido como materia prima en la práctica No. 8.2. Ejemplificar la sustitución nucleofílica aromática (S.N.A.) mediante la obtención de una anilina y utilizar como materia prima, el producto obtenido en la práctica No. 3 de este curso. HIPÓTESIS

Se comprobará el efecto del grupo sustituyente halógeno en la orientación de la reacción de sustitución electrofílica aromática. En la práctica 8.2 se utilizará la reacción de sustitución nucleofílica aromática para obtener una anilina. FUNDAMENTO TEÓRICO Solo se forma un producto cuando ocurre una Sustitucion Electrofílica en el benceno, ¿pero qué sucede cuando realizamos una reacción sobre un anillo aromático que ya tiene un sustituyente? Los sustituyentes afectan la reactividad del anillo haciéndolo más reactivo que el benceno o menos reactivo que el benceno, por ejemplo; el fenol es 1000 veces más reactivo que el benceno y el NO 2 hace al anillo 10 millones de veces menos reactivo. Los sustituyentes afectan la orientación de la reaccion, en 3 productos posibles, -orto,-meta y -para. Los sustituyentes se pueden clasificar en activadores orto y para, desactivadores orientadores orto y para y desactivadores meta.

Cuando hablamos de grupos activadores nos referimos a aquellos que donan electrones al anillo por lo que lo hacen más rico en electrones, estabilizan el carbocatión intermediario y disminuyen la energía de activación para su formaci´pon. Por el contrario los grupos desactivadores ceden electrones de los anillos, empobreciendolos y desestabilizando al carbocatión intermediario además de aumentar la energía de activación para su formación. La sustracción o donación de electrones por un grupo sustituyente puede darse por efecto inductivo y efecto de resonancia.

Aunque las reacciones de sustitución aromática ocurren por un mecanismo electrofílico, los halogenuros de arilo que tienen sustituyentes atractores como la 2,4-dinitroclorobenceno pueden experimentar reacciones de sustitución nucleofílica. Un uso que tiene esta reacción es en las proteínas con 2,4-dinitrofluorobenceno, conocido como reactivo de Sanger, para adherir una etiqueta al grupo terminal NH 2 del aminoácido.

Para la Sustitución Nucleofílica de un compuesto aromático no ocurren por un mecanismo SN 2 donde el carbono halosustituido se encuentra protegido por el estéricamente por el anillo aromático. Las sustituciones nucleofílicas en un anillo aromático proceden de la siguiente manera: Se adiciona el nucleófilo al halogenuro de arilo deficiente de electrones, formando un intermediario por resonancia cargado negativamente llamado complejo de Meisenheimer. Posteriormente el ion

halogenuro

se

elimina

en

el

segundo

paso

para

regresar

a

la

resonancia.

Por esta razón la sustitución nucleofílica aromática solo ocurre si el anillo aromático tiene un sustituyente atractor de electrones en posición orto o para con respecto al grupo saliente ne manera que estabiliza al anión a través de resonancia. Monografía del Producto

Producto

2,4-DINITROCLOROBENCENO

Características fisicoquímicas

Aspecto: Cristales de color amarillo pálido, de olor característico. Punto de ebullición: 315°C Punto de fusión: 54°C Densidad relativa (agua = 1): 1.7 Solubilidad en agua: Insoluble

Densidad relativa de vapor (aire = 1): 7.0 Punto de inflamación: 194°C Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 2.0-22

DINITROFENILAMINA

2,4-

Cristales amarillos en forma de aguja o laminillas amarillo verdosos, de olor característico. Olor: Ninguno. Solubilidad: Poco soluble en agua. Densidad: Información no disponible. pH: Información no disponible. % de volátiles por volúmen a 21°C: 0 Punto de ebullición: No hay información. Punto de fusión: 198 - 202° C Densidad de vapor: No hay información. Presión de vapor (mm Hg): No hay Información

Toxicología de los Reactivos

Reactivo

Propiedades Fisicoquímicas

Síntomas

Primeros Auxilios

Etanol

Estado físico Líquido. Color: Incoloro. Olor: alcohólico. Punto de fusión / de congelación: -114,1°C (-173°F) Punto / intervalo de ebullición: 78,5°C (173°F) Inflamabilidad: El producto es inflamable. Punto de inflamación: 13°C (55°F) Presión de vapor ( 19°C): 40 mmHg Densidad de vapor (aire=1): 1,6 Densidad (20°C): 0,7893 g/cm³ Solubilidad (20°C): soluble en agua, eter y cloroformo. Temperatura de autoignición: 423°C (793°F)

Inhalación: irritación de las vías respiratorias y tos, mareos, dolor de cabeza, náuseas y narcosis. Contacto con la piel: puede causar irritación transitoria y resecamiento de la piel. Contacto con los ojos: puede causar irritación. Ingestión: irritación de la orofaringe, esófago o tracto gastrointestinal. Náu seas, vómitos, confusión, dolor de cabeza, mareos y síntomas de embriaguez.

Inhalación: Traslade a la víctima y procúrele aire limpio. Manténgala en calma. Contacto con la piel: Lávese inmediatamente después del contacto con abundante agua, durante al menos 15 minutos. Contacto con los ojos: Enjuague inmediatamente los ojos con agua durante al menos 15 minutos, Ingestión: NO INDUZCA EL VÓMITO. Enjuague la boca con agua. Nunca suministre nada oralmente a una persona inconsciente.

Inhalación: Es picante, produce irritación de la

Contacto Ocular: Lave bien los ojos

Ácido sulfúrico.

· Temperatura de Ebullición: 330

Ácido nítrico

ºC Temperatura de Inflamación: No es inflamable · Temperatura de Autoignición: No aplica · Densidad relativa (agua = 1): 1.84 · Densidad de vapor (aire = 1): No registrado · Peso molecular: 98.1 · Color: Incoloro · Olor: Irritante característico · Solubilidad en el agua: Muy soluble · Presión de vapor (mm Hg) a 20 ºC: 0.001 · Puede emitir humos

garganta, ojos, nariz, insuficiencia respiratoria, edema pulmonar con posibles severas consecuencias. Ingestión: Es corrosivo, puede provocar quemaduras de la boca y traquea, perforación del esófago o estomago, erosión de los dientes, nauseas y vomito, erosión de los tejidos sanguíneos y posible muerte. Contacto con los ojos: Es altamente corrosivo, puede provocar enrojecimiento, ardor, visión borrosa y quemaduras severas que resultan en shock y colapso. Contacto con la piel: (contacto y absorción) Es corrosivo, produce enrojecimiento, ardor y quemaduras severas.

inmediatamente con abundante agua Contacto Dérmico: Lave la piel inmediatamente con abundante agua por lo menos durante 15 minutos Inhalación: Trasladar a la víctima al aire fresco. (Precaución: la respiración boca a boca puede exponer al que la da, al contacto con la sustancia presente en los pulmones y vomito de la victima). Ingestión: Administre grandes cantidades de agua si la victima esta consciente. No induzca al vomito. Busque atención médica inmediata.

Punto de ebullición: 86 oC. Punto de fusión: -42 oC. Presión de vapor: 51 mm de Hg a 25 oC (fumante); 113 mm de Hg a 38 oC (95-98 %); 6.8 mm de Hg a 20 oC (67 %) y 8-11 mm de Hg a 25 oC (40 %). Forma un azeótropo negativo con agua a 68.8 % en peso, cuyo punto de ebullición es de 1220C. Solubilidad: Completamente miscible en agua.

Inhalación: Una inhalación aguda de este producto produce estornudos, ronquera, laringitis, problemas para respirar, irritación del tracto respiratorio y dolor del tórax. En casos extremos se presenta sangrado de nariz, ulceración de las mucosas de nariz y boca, edema pulmonar, bronquitis crónica y neumonia. Signos severos de intoxicación se presentan de 5 a 48 h después de la exposición, habiendo respirado como mínimo 25 ppm en un periodo de 8 h. Se han informado, incluso, de muertes inmediatamente después de una exposición seria a vapores de NO2. También causa erosión de los dientes bajo periodos prolongados de exposición. Contacto con ojos: Produce irritación, dolor, lagrimeo, erosión de la córnea e incluso, ceguera.

Inhalación: Evaluar los signos vitales: pulso y velocidad de respiración; detectar cualquier trauma. En caso de que la víctima no tenga pulso, proporcionar rehabilitación cardiopulmonar; si no hay respiración, dar respiración artificial y si ésta es dificultosa, suministrar oxígeno y sentarla. Ojos: Lavarlos con agua tibia corriente de manera abundante, hasta su eliminación total. Piel: Lavar cuidadosamente el área afectada con agua corriente de manera abundante. Ingestión: Proceder como en el caso de inhalación en caso de inconciencia. Si la víctima está conciente, lavar la

Clorobenceno

ESTADO FISICO: ASPECTO: Líquido incoloro, de olor característico. Punto de ebullición: 132°C Punto de fusión: -45°C Densidad relativa (agua = 1): 1.11 Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 0.05 Presión de vapor, kPa a 20°C: 1.17 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 3.88 Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.03 Punto de inflamación: 27°C c.c. Temperatura de autoignición: 590°C Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 1.311 Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 2.18- 2.84

Contacto con la piel: Para la piel, es peligroso tanto líquido, como en forma de vapor. Causa quemaduras severas, la piel adquiere un color amarillo y se presenta dolor y dermatitis. Ingestión: Este ácido es muy corrosivo y puede destruir los tejidos gastrointestinales. Los principales síntomas de una intoxicación por ingestión de este ácido son: salivación, sed intensa, dificultad para tragar, dolor y shock. Se producen quemaduras en boca, esófago y estómago, hay dolor estomacal y debilitamiento. En caso de vómito, éste generalmente es café. Si la cantidad ingerida es grande puede presentarse un colapso circulatorio.

boca con agua corriente, sin que sea ingerida. NO INDUCIR EL VOMITO NI TRATAR DE NEUTRALIZARLO. El carbón activado no tiene efecto. Dar a la víctima agua o leche, solo si se encuentra conciente: niños mayores de 1 año, 1/2 taza; niños de 1 a 12 años, 3/4 de taza y adultos , 1 taza. Continuar tomando agua, aproximadamente una cucharada cada 10 minutos.

Inhalación: Causa irritación del tracto respiratorio con síntomas como tos, falta de respiración. Afecta el sistema nervioso central produciendo mareos, incoordinación e inconsciencia. Ingestión: Causa irritación del tracto gastrointestinal. Los síntomas pueden ser náuseas, vómitos y diarrea. Tóxico! Puede causar envenenamiento sistémico con síntomas análogos a los de la inhalación. Contacto con la Piel: Causa irritación de la piel. Los síntomas incluyen enrojecimiento, prurito y dolor. Se puede absorber lentamente a través de la piel con posibles efectos sistémicos. Contacto con los Ojos: Los vapores causan irritación ocular. Las salpicaduras causan severa irritación, posibles quemaduras corneales y daño ocular.

Inhalación: Si inhalara, retirarse al aire fresco. Si la persona no respira, dar respiración artificial. Si respiración fuera difícil, dar oxígeno. Consiga atención médica. Ingestión: Dé a tomar grandes cantidades de agua. Nunca administre nada por la boca a una persona inconsciente. Busque atención médica. Contacto con la Piel: Lave la piel inmediatamente con jabón y agua abundantes por lo menos 15 minutos, mientras se quita la ropa y zapatos contaminados. Busque atención médica. Lave la ropa antes de usarla nuevamente. Limpie los zapatos completamente antes

de usarlos de nuevo. Contacto con los Ojos: Lave los ojos inmediatamente con abundante agua, por lo menos 15 minutos, elevando los párpados superior e inferior ocasionalmente. Busque atención médica inmediatamente. Anilina

Temperatura de ebullición (ºC) 184 Temperatura de fusión (°C) - 6.2 Temperatura de inflamación (ºC) 70 Temperatura de autoignición (ºC) 615 Densidad relativa (AGUA=1) 1.022 Peso molecular 93.12 Estado físico Líquido Color Incoloro Olor Penetrante, característico Densidad de vapor (aire =1) 3.22 Solubilidad en el agua Miscible Presión de vapor (mm Hg) a 20ºC 0.6 pH a 25 °C 8.1 % De volatilidad a 21°C 100

A ) Ingestión accidental Puede ser fatal si se ingiere. Efectos tóxicos similares a los presentados en la inhalación. B) Inhalación Tóxico. Afecta la capacidad de la sangre para transportar oxígeno. Los síntomas pueden ser coloración azulada de los labios y lengua, severos dolores de cabeza, náuseas, confusión, mareos, choque, parálisis respiratoria, muerte. C) Piel (contacto y absorción) El contacto repetido o prolongado puede causar resequedad y agrietamiento de la piel, quemaduras. La absorción por la piel presenta efectos similares a la inhalación. D) Ojos El contacto con los ojos puede resultar en conjuntivitis, irritación y daños permanentes a la córnea. E) Exposición crónica La anilina es una toxina para la sangre y hace que la hemoglobina sea convertida en metahemoglobina, produciendo cianosis. Exposiciones largas o repetidas pueden resultar en disminución del apetito, anemia, pérdida de peso, efectos sobre el sistema nervioso y daño renal, hepático y de la médula ósea. Cualquier exposición

Contacto con los ojos Lave los ojos inmediatamente con abundante agua durante por lo menos 15 minutos. Ocasionalmente levante los párpados. Contacto con la piel Retire toda la ropa contaminada. Lave la piel afectada con abundante agua, por lo menos durante 15 min. Ingestión Induzca al vomito inmediatamente. De a beber gran cantidad de agua. Inhalación Mueva a la víctima al aire fresco, manténgala abrigada y en reposo. Si la respiración es dificultosa ó no respira, dé respiración artificial (la respiración de boca - boca puede exponer al que la da al contacto con el químico que se encuentra en los pulmones de la víctima.

puede causar una reacción alérgica de la piel

2,4Dinitroclorobenc eno.

Aspecto: Cristales de color amarillo pálido, de olor característico. Punto de ebullición: 315°C Punto de fusión: 54°C Densidad relativa (agua = 1): 1.7 Solubilidad en agua: Insoluble Densidad relativa de vapor (aire = 1): 7.0 Punto de inflamación: 194°C Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 2.022

Ingestion

Primeros Auxilios

Síntomas en caso de ingestión: Dolor abdominal, piel azulada, vértigo, dolor de cabeza, dificultad respiratoria, náusea y vómitos.

En cualquier caso lavar con abundante agua la zona afectada, si los síntomas en piel o en ojos empeoran llamar a un médico, si fue ingerido no provocar vómito, llamar a un médico también en caso de inhalación, si es necesaria respiración artificial no por método boca-boca.

Inhalación Síntomas en caso de inhalación: Labios o uñas azulados, piel azulada, vértigo, dolor de cabeza, dificultad respiratoria, náusea, vómitos y trastornos de visión. Piel Puede absorverse. Síntomas en caso de contacto con piel: Dolor y enrojecimiento. Ojos Síntomas en caso de contacto con ojos: Enrojecimiento y dolor.

Metodología por bloques. Práctica 8.1

En un matraz Erlenmeyer de 50 mL coloque 2 mL de ácido nítrico concentrado, después agregue lentamente y con mucho cuidado 2 mL de ácido sulfúrico concentrado, agitando constantemente.

Sujete el matraz al soporte universal por medio de la pinza y colóquelo en Baño María y agregue 0.4 g de clorobenceno y tape la boca del matraz con papel aluminio sin apretar; continúe calentando la mezcla durante 30 minutos, agitarlo constantemente para lograr la reacción total .

Agite la mezcla con una varilla de vidrio y filtre el sólido al vacío, lave con 10 mL de agua fría y recristalice de etanol. Seque el producto al vacío y determine el punto de fusión y rendimiento.

Al acabo de este tiempo, vierta el contenido del matraz en un vaso de precipitados de 50 mL el cual contiene 5 mL de agua fría y manteniendo en un baño de hielo de agua, precipitando de inmediato un sólido blanco amarillento

Práctica 8.2

En un matraz Erlenmeyer de 50 mL, suspender 200 mg. de 2,4dinitroclorobenceno en 15 mL de etanol grado reactivo y calentar la mezcla hasta total disolución.

Dejar enfriar, filtrar al vacío y los cristales se lavan con agua de hielo (2 mL) y con etanol frío (1 mL), dejar secar al vacío y determinar rendimiento y punto de fusión.

Se adiciona 0.4 mL de anilina y se continúa calentando en baño María por 20 minutos más (hasta aproximadamente 7 mL de disolución o principio de turbiedad, lo que indicaría el inicio de cristalización.

Material y Reactivos •

1

Matraz Erlenmeyer de 125

•

mL • •

2 1

1

Vaso

de

100

capacidad. Pipetas de 10 mL cada una Pipeta de 5 mL

•

1

Baño María

•

1

Perilla

•

1

Matraz Kitasato

•

1

Embudo Buchner

mL

de

•

Adaptador para filtrar

•

Ácido nítrico concentrado

calentamiento

•

Ácido sulfúrico concentrado

•

Manguera de hule látex para vacío

•

Clorobenceno

•

1

•

Hielo de agua

•

Papel aluminio

•

Etanol

•

Papel

•

2,4-dinitroclorobenceno

•

Anilina

•

1

Soporte Universal con pinza

•

Parrilla

DE

Agitación

y

Vidrio de reloj filtro

de

embudo

diámetro

del

Rendimiento teórico Mecanismo

Disposición de Residuos El filtrado va en el bote de residuos D en ambas prácticas El sólido de la práctica 8.1 se guarda ya que se usará en la práctica 8.2 El sólido de la práctica 8.2 se deposita en el bote de residuos B Referencias

1 .Mo r r i s o n , R. yBo y d , “ QUÍ MI CAORGÁNI CA” , Ed i t o r i a l I b e r o a me r i c a n a , 5 ªEd i c i ó n , Mé x i c o , 1 9 9 0 .

2 .Mc Mu r r y , J o h n , “ QUÍ MI CAORGÁNI CA” , Gr u p oe d i t o r i a l I b e r o me r i c a n a , 3 ªEd i c i ó n , Mé x i c o , 1 9 9 4 . 3 .http://www.quimicaorganica.net/benceno-sustitucion-nucleofila-aromatica-adicioneliminacion.html...