lOMoARcPSD|10427582 3er Informe Organica 2 FIQT Quimica inorganica1 (Universidad Nacional de Ingeniería) Studocu is not sponsored or endorsed by any college or university Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Departamento Académico de Ingeniería Química LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA II (QU335) INFORME N°3 EFECTOS DE LOS SUSTITUYENTES EN LAS REACCIONES SeA Realizado por: - Gonzalez Alvarez, Luis Gianfranco - Peláez Cárdenas, Diego Nicolás Profesores responsables de la práctica: - Mg. Emilia Hermoza Guerra Nota del informe - Dra. Ingrit Collantes Díaz Periodo Académico: 2019 – 2 Fecha de realización de práctica: 03/10/19 Fecha de presentación del informe: 10/10/19 LIMA – PERÚ EFECTOS DE LOS SUSTITUYENTES EN LAS REACCIONES SeA 1 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 OBJETIVOS................................................................................................................................3 FUNDAMENTO TEÓRICO........................................................................................................3 DATOS.........................................................................................................................................6 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO..................................................................................6 ECUACIONES QUIMICAS Y MECANISMOS DE REACCIÓN..............................................7 DISCUSION DE RESULTADOS..............................................................................................12 RESULTADOS......................................................................................................................12 OBSERVACIONES................................................................................................................12 EXPLICACION DE LO OBSERVADO.................................................................................13 CONCLUSIONES.....................................................................................................................13 ANEXOS...................................................................................................................................14 OBJETIVOS 2 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 - Evaluar la influencia de los sustituyentes en la velocidad de reacción, midiendo el tiempo de decoloración de los reactantes. - Evaluar el efecto del solvente en la velocidad de reacción, registrando el tiempo de decoloración de los reactantes. - Evaluar el efecto de la temperatura en la velocidad de reacción, registrando el tiempo de decoloración de los reactantes. FUNDAMENTO TEÓRICO La reacción más importante de los compuestos aromáticos es la sustitución electrofílica aromática. Esto es, un electrófilo reacciona con un anillo aromático y sustituye uno de los hidrógenos. 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 nitración 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. 3 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 Figura 1: Mecanismo general de reacción SeA En la imagen se puede observar el mecanismo general de una reacción de sustitución nucleofílica aromática (SeA), donde E+ es el electrófilo En la primera parte se puede observar una adición, en la cual el compuesto electrófilo reacciona con un par de electrones del sistema aromático, que en el caso más simple es benceno. Esta adición conduce a la formación de un carbocatión ciclohexadienilo. Este carbocatión es inestable, debido a la presencia de la carga sobre la molécula y a la pérdida de la aromaticidad. Esto es en parte compensado por la deslocalización de la carga positiva por resonancia. En el transcurso de la segunda etapa la base conjugada del ácido de Lewis, (o un anión presente en el medio de reacción), arranca el protón (H+) del carbono que había sufrido el ataque del electrófilo, y los electrones que compartía el átomo de hidrógeno vuelven al sistema π recuperándose la aromaticidad. Figura 2: Perfil de reacción SeA La primera etapa de la reacción es la determinante de la velocidad de la misma, la segunda, donde se produce la desprotonación, es mucho más rápida ya que conduce al producto en una reacción exotérmica, proporcionando la fuerza impulsora hacia la formación del compuesto final (más estable que los reactivos de partida). Halogenación electrofílica 4 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 En química orgánica, una halogenación aromática electrofílica es un tipo de sustitución aromática electrofílica. Esta reacción orgánica es típica de los compuestos aromáticos y es un método muy útil para añadir sustituyentes a un sistema aromático. Figura 3: Reacción de halogenación del benceno por SeA Algunos tipos de compuestos aromáticos, tales como fenol, van a reaccionar sin un catalizador, pero para los derivados del benceno típicos frente a sustratos menos reactivos, es necesario un ácido de Lewis como catalizador. Entre los ácidos Lewis que actúan como catalizadores habituales tenemos al AlCl3, FeCl3, FeBr3 y ZnCl2. Estos actúan formando un gran complejo electrofílico que ataca al anillo de benceno. Figura 4: Mecanismo de reacción de la bromación del benceno Efectos de los desactivantes y activantes En este experimento se trata de apreciar las velocidades relativas de reacción de diferentes compuestos orgánicos que orientan a las posiciones orto y para o meta. El método empleado consiste en medir el tiempo requerido para la bromación de varios compuestos orgánicos en ausencia de catalizadores. 5 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 Efecto del solvente Las estructuras de los compuestos reactantes tienen influencia en las velocidades de reacción. Sin embargo, también son importantes otros factores entre los cuales destaca principalmente el efecto del solvente. El siguiente experimento demuestra cómo pueden diferir los tiempos de reacción con diferentes solventes. Efecto de la temperatura La temperatura tiene un efecto sobre las reacciones SeA. En esta experiencia se apreciará el efecto que causa la temperatura sobre las reacciones, también se analiza el tiempo en el que se observa un cambio apreciable. DATOS Acetato de metilo: Propiedades fisicoquímicas punto de fusión: -98°C punto de ebullición: 57°C Principales riesgos Nocivo por ingestión o inhalación. Al contacto con los ojos provoca enrojecimiento, visión borrosa. solubilidad en agua: soluble, Inflamable. Riesgo de incendio. 24g/100ml a 20°C Estabilidad: las mezclas de Por exposición prolongada el líquido desangra la vapor aire son explosivas piel. Clorobenceno: 6 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 Propiedades fisicoquímicas punto de fusión: -45°C punto de ebullición: 132°C solubilidad en agua: 0.05g/100ml a 20°C Estabilidad: por encima de 27°C pueden formarse mezclas explosivas, vapor/aire. Principales riesgos Nocivo para los organismos acuáticos. Inflamable. Riesgo de incendio. Por inhalación produce dolor de cabeza, náusea. Pérdida del conocimiento. En contacto con los ojos provoca, enrojecimiento, dolor. Ácido salicílico: Propiedades fisicoquímicas punto de fusión: 159°C punto de ebullición: Principales riesgos Combustible. Riesgo de incendio. Por ingestión provoca náuseas, vómitos, zumbido en los oídos. solubilidad en agua: 1.8g/100ml Por inhalación produce tos, dolor de garganta. a 20°C Estabilidad: por encima de En contacto con los ojos provoca, enrojecimiento, 27°C pueden formarse mezclas visión borrosa explosivas, vapor/aire. p-nitrofenol: Propiedades fisicoquímicas Principales riesgos 7 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 punto de fusión: 113°C Nocivo para los organismos acuáticos. Combustible. En caso de incendio se despreden punto de ebullición: 279°C humos (o gases) tóxicos e irritantes solubilidad en agua: 1.6g/100ml Su inhalación produce Sensación de quemazón, a 20°C tos, vértigo, debilidad. Estabilidad: Las partículas En contacto con los ojos provoca, enrojecimiento, finamente dispersas forman dolor. mezclas explosivas en el aire. Fenol: Propiedades fisicoquímicas punto de fusión: 43°C Principales riesgos Combustible. Riesgo de incendio. La sustancia y el vapor son corrosivos para los punto de ebullición:182°C ojos, la piel y el tracto respiratorio. Por inhalación produce Vómitos. Jadeo. Dificultad solubilidad en agua: moderada respiratoria. Pérdida del conocimiento. Síntomas no inmediatos Estabilidad: por encima de En contacto con los ojos provoca vómitos, jadeo, 79°C pueden formarse mezclas dificultad respiratoria, Pérdida del conocimiento. explsivas con el aire. Los síntomas no son inmediatos Anisol: Propiedades fisicoquímicas punto de fusión: -37°C punto de ebullición:155°C solubilidad en agua: escasa Principales riesgos Inflamable. Peligro de incendio. Por ingestión neumosis química. Por inhalación produce Vómitos. Jadeo. Dificultad 8 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 respiratoria. Pérdida del conocimiento. Síntomas no inmediatos Estabilidad: por encima de Por exposición prolongada el líquido desangra la 52°C pueden formarse mezclas piel. explosivas con el aire. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO Efecto del sustituyente: 1 ml de solucion de bromo 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 Acido Clorobenceno Acetanilina Salicilico p-nitrofenol Fenol Anisol Efecto del solvente: 9 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 Efecto de la temperatura: 1ml de acetanilida 0.2M en acetato de etilo 1ml de bromo 0.5M en ácido acético repetir procedimiento T=ambiente, 40°C,50°C Calentar 300ml de agua T=30°C ± 1°C T=30°C ± 1°C ECUACIONES QUIMICAS Y MECANISMOS DE REACCIÓN Efecto del sustituyente: Clorobenceno: Reacción general: Br + Cl Br2 C H 3C O O H Cl Br + Cl + Mecanismo de reacción: Primera etapa: 10 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) HBr lOMoARcPSD|10427582 Br + Cl Br Cl Br Br Cl + H + Br + H Cl Cl Br + H H Segunda etapa: + Br Cl H + Br - Cl Br + HBr Acetanilina: Reacción general: NHCOCH 3 + NHCOCH 3 Br2 C H 3C O O H + HBr Br Ácido salicílico: Reacción general: HO HO + HOOC Br 2 C H 3C O O H + H3CO HBr Br Mecanismo de reacción: Primera etapa: 11 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) + Br - lOMoARcPSD|10427582 HO HO + + H3CO H3CO Br Br + H3CO + Br - Br Br H H HO HO+ H3CO + H3CO Br Br H H Segunda etapa: HO H3CO + + Br - H3CO + Br HBr Br H p-nitrofenol: Reacción general: Br O 2N OH + Br2 C H 3C O O H O 2N OH + HBr Mecanismo de reacción: Primera etapa: Br Br H H O 2N OH + + Br Br O 2N O 2N OH OH + + Br Br H H + O 2N OH O 2N + OH Segunda etapa: Br Br H + O 2N OH + Br - O 2N OH + HBr 12 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) Br - lOMoARcPSD|10427582 Fenol: Reacción general: Br + HO C H 3C O O H Br2 HO + Br + HO HBr Mecanismo de reacción: Primera etapa: Br + HO Br HO Br Br HO + H + Br + + Br - H Br + HO HO H H Segunda etapa: Br + + HO H Br - HO Br + HBr Anisol: Reacción general: Br + H3CO Br2 C H 3C O O H H3CO Br + + H3CO HBr Mecanismo de reacción: Primera etapa: Br H3CO + Br Br H3CO Br H3CO + H + Br H H3CO H3CO + + H Br H 13 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) + Br - lOMoARcPSD|10427582 Segunda etapa: Br + + H3CO H Br - H3CO + Br HBr Efecto del solvente: Bromación del Anisol en tetracloruro de carbono: Reacción general: Br CCl 4 + Br2 H3CO + HBr Br + H3CO H3CO Mecanismo de reacción: Etapa previa: δ+ Br−Br ⃗ CCl4 δ− Br − Br Primera etapa: Br H3CO + + Br H3CO H Br H3CO + H + Br- Br + H3CO Br H Br H3CO H Segunda etapa: + H3CO Br + Br- H3CO Br + HBr H Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) 14 lOMoARcPSD|10427582 Efecto de la temperatura: NHCOCH 3 + NHCOCH 3 C H 3C O O H Br2 T=X o + C HBr Br DISCUSION DE RESULTADOS RESULTADOS Se pudo observar una decoloración notable en casi todos los reactivos menos en el benceno y clorobenceno. OBSERVACIONES - Al añadir 1 mL de solución de bromo al tubo que contenía fenol, pudimos observar que la mezcla se volvió transparente de manera inmediata, en cambio el anisol se decoloró después de 20 minutos. - La mezcla de ácido salicílico con bromo en acido acético se decoloró pasados los 5 minutos. - La acetanilida se decoloró más rápido que el p-nitrofenol, el cual decoloro a los 27 minutos. 15 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 - El benceno y clorobenceno no mostraron decoloración ante el bromo en solución de acido acético ni siquiera cuando se finalizó los demás experimentos. - Al usar como solvente al tetracloruro de carbono, el bromo reacciona más rápido con el anisol que usando ácido acético como solvente. - La acetanilida 0,2M reacciona cada vez más rápido con el bromo en acido acético mientras se le aumento la temperatura de reacción. EXPLICACION DE LO OBSERVADO - El fenol contiene un sustituyente -OH, que es un activador fuerte por la presencia de pares de electrones, donando de esta manera densidad electrónica al anillo y aumentando la velocidad de reacción. - El ácido salicílico demoro un poco mas en reaccionar completamente con el bromo ya que aparte del sustituyente -OH, tiene al -COOH, que es un desactivante moderado, quitando densidad electrónica al anillo y reduciendo un poco su velocidad de reacción comparada con el fenol. - El p-nitrofenol decoloro más rápido ya que este tiene como uno de sus sustituyentes al -NO2, siendo este un desactivante fuerte, disminuyendo así su velocidad de reacción. - El benceno al no tener ningún sustituyente que afecte a la velocidad de reacción de manera que sea más rápida, su tiempo de decoloración será muy prolongado. - Cuando se usa como solvente al CCl4, el complejo sigma se forma más rápido que cuando se usa como solvente al ácido acético, y si el complejo sigma se forma más rápido, la velocidad de reacción será más rápida. CONCLUSIONES - El tiempo de decoloración se vio afectando principalmente a los distintos tipos de sustituyentes que existían en los anillos de los compuestos analizados, tales como el -OH, -NO2,-Cl, etc. 16 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 - Lo solventes usados fueron el CCl4 y el ácido acético para solvatar al bromo, ya la diferencia principal fue que el primero hacia que el complejo sigma se formara antes, ya que este formaba la especie Br+ de una manera más rápida. - El aumento de temperatura cambio con notoriedad la velocidad de reacción de la acetanilida, ya que aumentaron el número de moléculas que tienen una mayor energía de activación, aumentando así el choque efectivo. BIBLIOGRAFÍA F.A., C. (2004). Organic chemistry. McGraw Hill. Neira, B. &. (2009). Química Orgánica II. Lima: Editorial Universitaria. Vogel, A. I. (1974). A Text-book of Practical Organic Chemistry Including Qualitative Organic Analysis. Longman. http://organica1.org/qo1/Mo-cap14.htm#_Toc485961673 https://www.textoscientificos.com/quimica/aromaticos/sustitucion-aromatica ANEXOS Aplicación de la acetanilida La acetanilida se usa como un inhibidor en el peróxido de hidrógeno y para estabilizar barnices de éster de celulosa. También se han encontrado usos en la intermediación como acelerador de la síntesis del caucho, tintes y síntesis intermedia de tinte y síntesis de alcanfor. La acetanilida fue usada como un precursor en la síntesis de la penicilina y otros medicamentos y sus intermedios. La acetanilida tiene propiedades analgésicas y de reducción de fiebre; está en la misma clase de fármacos como el acetaminofén (paracetamol). Bajo el nombre acetanilida antiguamente figuraba en la fórmula de varios medicamentos específicos y sobre drogas de venta libre. En 1948, Julius Axelrod y Bernard Brodie descubrieron que la acetanilida es mucho más tóxica en estas aplicaciones que otros fármacos, causando metemoglobinemia y en última instancia produciendo daños al hígado y los riñones. Por eso, la acetanilida ha sido reemplazada en gran parte por fármacos menos tóxicos, en particular acetaminofén, que es un metabolito de la acetanilida y el uso del cual Axelrod y Brodie sugirieron en el mismo estudio. 17 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com) lOMoARcPSD|10427582 18 Downloaded by Jhefry Villalobos Alonso (onepieceforever1234@hotmail.com)
