UNIVERSIDAD DE COSTA RICAESCUELA DE QUÍMICA

SECCION QUIMICA ORGANICA

Curso: QU-0213 Laboratorio de Química Orgánica General 1 ________________________________________________________________________

Reporte #12 Análisis de alcoholes y síntesis de haluros de alquilo

Nombre del profesor: Mariela Araya Fecha: 1/7/2014

Asistente: Gabriela Miranda Grupo: 4

Estudiantes:

Natalia Gutiérrez Alonso Carnet:

Isberto Martínez Álvarez Carnet: b13913

Resumen:

En esta práctica, se llevó a cabo la prueba de solubilidad para los siguientes alcoholes: 1-heptanol, t-butanol, 1-propanol, ciclohexanol y glicerol, utilizando como disolventes: agua y hexano a fin de conocer su polaridad, ácido sulfúrico e hidróxido de sodio a fin de conocer si eran inertes o no. También se analizaron una incógnita de 2-propanol y otra incógnita de t-butanol, obteniéndose los siguientes resultados:

Introducción:

El punto de ebullición de un compuesto es la temperatura a la que la forma líquida se transforma en gas, es decir se evapora. Para que un compuesto logre pasar a la fase de evaporación es necesario que se anulen las fuerzas intermoleculares que mantienen cercanas a las moléculas del líquido. La cantidad de energía para separar las moléculas es proporcional a la fuerza intermolecular existente en el compuesto. El punto de ebullición se incrementa conforme se aumenta la masa molecular, así entre mayor sea la ramificación de la cadena de carbonos de un compuesto, mayor será su punto de ebullición.

El reactivo de Lucas sirve para identificar si un alcohol es primario, secundario o terciario, es una mezcla de HCl con ZnCl2

; los alcoholes de baja masa molar son solubles en el reactivo de Lucas. Una desventaja del reactivo de Lucas es que solamente se sirve para alcoholes con menos de seis carbonos, es decir que la prueba depende de la solubilidad completa del alcohol.

La prueba de Jones consiste de una mezcla de CrO3 + H2SO4 este reactivo es un oxidante fuerte, los alcoholes primarios se oxidan rápidamente al igual que los secundarios, solamente los alcoholes terciarios no se oxidan tan fácilmente, la reacción que se lleva a cabo convierte alcoholes en cetonas y aldehídos, hay un cambio en la coloración que pasa de naranja a verde; una ventaja del reactivo de Jones es que a diferencia de los otros oxidantes fuertes como el KMnO4 es que la oxidación se da en una forma acelerada.

El Cerio (IV) es utilizado en muchas reacciones analíticas como un agente oxidante, en la reacción con nitrato cérico, un alcohol forma un complejo con el Cerio y se da un cambio

en la coloración que pasa de amarillo a color rosado o rojo dependiendo del alcohol con el que se cuente, el alcohol primario forma un color fuerte y el alcohol secundario y terciario forman complejos de coloración menos fuerte.

El FeCl3 la prueba de cloruro férrico es una prueba tradicional que se utiliza para determinar si existe o no la presencia de fenoles en una muestra, pues la propiedad de formar complejos coloreados es exclusiva de los fenoles, un alcohol forma un complejo pero no existen cambios en la coloración del compuesto, así un fenol hace que se de un cambio de color amarillo a un café o negro.

Parte experimental:

Se siguió el procedimiento descrito en el Manual de laboratorio de Química Orgánica I (QU-0213), Pérez A, el nombre de la práctica es: “Análisis químico de alcoholes y síntesis de haluros de alquilo”, de las páginas 93-104, con las siguientes modificaciones: para la parte III del procedimiento, no se realizó el punto 7 de dicho procedimiento, por tanto, la microdestilación no fue realizada.

Resultados:

Cuadro I Determinación de la solubilidad para cada alcohol según el disolvente

Alcohol H2O Hexano H2SO4 NaOH1-heptanol Insoluble soluble soluble insolublet-butanol soluble soluble insoluble soluble1-propanol soluble soluble soluble solubleCiclohexanol insoluble soluble insoluble insolubleglicerol soluble soluble soluble soluble2-propanol soluble soluble soluble soluble

Cuadro II Reacciones de caracterización del 2-propanol con su respectivo producto

Reactivos 1-bromobutano Cloruro de bencilo ProductoNaI + acetona Blanco (precipitó) Amarillo/ precipitó No hay precipitado

color transparenteAgNO3+ etanol lechoso Lechoso Verde-amarillo

Cuadro III Medición de los índices de refracción

Medida Medida original nD puro 1.3790nD 1.4210

Cuadro IV prueba de Ce(IV) para el 2-propanol comparado con etilenglicol y MeOH

Reactivo 2-propanol etilenglicol MeOHNitrato cérico rojo naranja Rojo fuerte

Muestra de cálculos:

Obtención de los moles y el peso para la reacción del t-butanol con HCl:

σ*v=m → m

[Ecuación 1]

0.789g/cm3*

1000cm3

1L∗1L

1000ml∗10ml

1 L=7.89g

(masa de t-butanol original)

Masa de HCl original= 28g

Moles= masa original/masa molar

[Ecuación 2]

T-butanol=7.89g

74.12g = 0.1064 moles (reactivo limitante)

HCl= 0.768 moles

Peso teórico= mol. reactivo limitante*Masa molar sustancia

[Ecuación 3]

Peso teórico =0.1064*92.5673=9.85g

% rendimiento= peso experimental/ peso teórico *100

[Ecuación 4]

%rendimiento=8.459.85

∗100=85.787 %

Cuadro de síntesis para la reacción del t-butanol con el ácido clorhídrico

+HCl → + H2O

Nombre: t-butanol ácido 2-cloro-2-metilpropano agua

Clorhídrico Estequiometría: 1 1 1 1

Fórmula:  C4H10O HCl  C4H9Cl H2O

Masa Molar: 74.1216 36.460 92.5673 18.02

Peso: 7.89 28 9.85(peso teórico)

Moles: 0.1064 0.768 0.1064(moles teóricos)

Cuadro de síntesis para la reacción del 2-propanol con ácido sulfúrico y bromuro de sodio

+ NaBr + H2SO4 → + NaHSO4+ H2O

Nombre: 2-propanol Bromuro de ácido 2-bromopropano hidrógeno agua sodio sulfúrico sulfato de

sodioEstequiometría: 1 1 1 1 1 1

Fórmula: C3H6O NaBr H2SO4 C3H7Br NaHSO4 H2O

Masa molar: 60.0950 102.89 98.08 122.9917 120.06 18.02

Peso(g): 7.85 7.7 9.2(peso teórico)

Moles: 0.13 0.0748 0.0748(moles teóricos)

Según la ecuación 4:

% rendimiento= 1.3g/1.5g *100 =86.67%

Discusión:

Un alcohol cuenta con fuerzas de dispersión de London, pero también cuenta con la capacidad de formar puentes de hidrógeno, un puente de hidrógeno es una interacción especial dipolo-dipolo del enlace entre un hidrógeno unido a un oxígeno, nitrógeno o un flúor y los pares de electrones no enlazados de alguna de estos elementos; el puente de hidrógeno no es tan fuerte como el enlace iónico, pero sí es superior en fortaleza respecto a las demás interacciones dipolo-dipolo.

Las fuerzas de Van der Waals o también llamadas fuerzas de dipolo inducido, son las más débiles de todas las fuerzas intermoleculares; también existen las fuerzas de dispersión de London o dipolo-dipolo, las cuales son más fuertes que las de Van der Waals, pero no mayores que las fuerzas de enlaces iónicos o covalentes.

La solubilidad de un alcohol se puede explicar en términos de la polaridad, la polaridad es la capacidad para distorsionar la densidad electrónica, mientras más inestables sean los

electrones exteriores de la nube, mayor es la capacidad de estos electrones para distorsionarse y formar un dipolo inducido muy fuerte.

Un disolvente polar, tiene cargas parciales que pueden interactuar con las cargas parciales de un disolvente polar, los polos negativos del disolvente rodean al polo positivo del soluto polar y los polos positivos del disolvente rodean a los polos negativos del soluto polar; dichas interacciones entre las moléculas del soluto y las del disolvente se conocen como solvatación.

Los compuestos no polares carecen de la capacidad de atraer a disolventes polares, ya que los puentes de hidrógeno del alcohol tienen la suficiente robustez para impedir la entrada del compuesto no polar, por tanto un disolvente no polar no puede interactuar con un soluto polar, por eso, un disolvente polar solamente funciona para disolver moléculas polares y un disolvente no polar solamente funciona con un disolvente no polar.

El tamaño del alcohol determina su polaridad, la teoría explica que al incrementarse el tamaño del grupo alquilo de un alcohol, se comporta cada vez más como un alcano, es decir se vuelve cada vez más insoluble en agua; está establecido que alcoholes menores a cuatro carbonos son solubles en agua (polares) y los que tienen más de cuatro carbonos con insolubles en ella, es decir no pueden interactuar con un disolvente polar prótico.

Un fenol no pertenece al grupo de los alcoholes, es un compuesto obtenido a partir de la oxidación del benceno, tiene apariencia blanca y es cristalino en estado sólido y puro. Los fenoles cuentan con diversos usos industriales como: la fabricación de ácido acetilsalicílico, productos de limpieza como desinfectantes y bactericidas, por lo que es muy utilizado en la industria farmacéutica y médica.

Para la reacción de los alcoholes con sodio metálico estos actúan como ácidos, la reacción es positiva para todos los alcoholes, sin embargo dicha reacción no es selectiva para los alcoholes, y la reacción es un proceso exotérmico para conocer el orden de reactividad del alcohol, así los alcoholes primarios son más ácidos que los secundarios y los secundarios son más ácidos que los terciarios, así los alcoholes primarios son los que reaccionan más rápido.

Los haluros de alquilo son compuestos orgánicos que contienen un halógeno unido a un átomo de carbono con hibridación sp3 con características físicas tales como insolubilidad en agua, estables y con múltiple utilidad en la industria pues se utilizan para fabricar: refrigerantes, espumas, disolventes, entre otras cosas.

Los índices de refracción se realizaron a 20 grados, por lo que no requieren de ninguna corrección, el índice de refracción para la incógnita de 2-propanol originalmente es de 1.4210 y luego de la destilación el valor corresponde a 1.3790, se conoce que el valor para el índice de refracción para el isopropanol teórico es 1.3756, por lo que se afirma que después de la destilación el resultado obtenido es más puro y estable, pues su índice de refracción se asemeja bastante al esperado.

Para la prueba de sodio metálico, se determinó que el 1-propanol es un alcohol primario ya que reaccionó vigorosamente a diferencia del ciclohexanol, que es un alcohol secundario y que no se disolvió, el heptanol es un alcohol primario también reaccionó rápido, el t-butanol no reaccionó pues es un alcohol terciario, y el glicerol reaccionó rápido debido a que tiene un par de alcoholes primarios y un alcohol secundario.

Figura 1 estructura orgánica para el 1-propanol Figura 2 estructura del ciclohexanol

Respecto al cuadro I, solamente el 1-heptanol y el ciclohexanol resultaron ser insolubles en agua, como era de esperar, pues cuentan con ramificaciones mayores a 4 átomos de carbono, para el resto del grupo, el t-butanol, el 1- propanol y el glicerol son solubles en agua, pues presentan ramificaciones menores o iguales a 4.

Figura 3 estructura orgánica para el glicerol

Todos los alcoholes resultaron ser solubles en hexano, debido a sus propiedades químicas el hexano es un buen disolvente en la mayoría de compuestos orgánicos, es decir se clasifica como un disolvente no polar aprótico; es un líquido incoloro muy volátil, pertenece al grupo de los hidrocarburos y por lo tanto es bueno para disolver aquellos alcoholes que se comporten como alcanos especialmente aquellos alcoholes cuya cadena es mayor que 5 carbonos, por tanto es un buen disolvente para el 1-heptanol, el ciclohexanol.

Para la prueba con hexano, el 1- heptanol y el ciclohexanol que se comportaron como alcanos siendo solubles ya que ambas moléculas son no polares, en el caso del glicerol es insoluble en hexano pues pertenece al grupo de los polialcoholes mismo grupo al que también pertenecen los azúcares, para el glicerol se determinó que es soluble en hexano, lo cual no es un resultado deseado, se debe entre otras cosas a que posiblemente habían otras interferencias en el tubo de ensayo o a un error de parte de los analistas, el glicerol no debería con el hexano, el t- butanol es insoluble en hexano debido a los efectos de las ramificaciones, lo cual lo hace un compuesto polar al igual que el 1-propanol, pues este tiene una cadena de 3 átomos de carbono y es una molécula polar por la prueba realizada con agua, para el t-butanol el 1-propanol y para el 2- propanol, los resultados obtenidos no corresponden a los esperados, estos tres últimos resultaron ser solubles con un disolvente polar prótico, por tanto no deben ser solubles con un disolvente no polar aprótico como el hexano, probablemente la causa de esto es la presencia de interferencias en los tubos de ensayo, pues aunque la cristalería fue lavada, tal vez quedaron residuos de acetona a la hora de realizar las pruebas.

Figura 4 estructura orgánica para el t-butanol

La prueba con ácido sulfúrico concentrado es para determinar si el alcohol es inerte o si es soluble, si es inerte significa que tiene propiedades similares a las de un alcano. Para la prueba con ácido sulfúrico, el 1-heptanol, el 1-propanol y el glicerol resultaron ser solubles, mientras que el t-butanol y el ciclohexanol son insolubles, esto se puede explicar debido a que la acidez de los alcoholes disminuye conforme se incrementa el grado de sustitución en el carbono unido al grupo hidroxilo, y si comparamos las estructuras químicas del t-butanol, es el que más sustituyentes tiene unidos al carbono unido al grupo hidroxilo comparado con las estructuras del 1-heptanol el 1-propanol, y el glicerol, en el caso del ciclohexanol, influye mucho su efecto estérico y también que es disustituido para el carbono unido al grupo hidroxilo, en el caso del glicerol, la presencia de tres grupos hidroxilo predominan en la molécula por encima de las fuerzas de London, pues tiene más capacidad para formar varios puentes de hidrógeno.

Con la prueba del hidróxido de sodio, el 1-heptanol y el ciclohexanol, fueron los únicos que resultaron insolubles, pues como se determinó con la prueba con el agua, ambos son no polares y se comportan como alcanos, lo cual dice que predomina un efecto de las fuerzas de London por encima de su capacidad para formar puentes de hidrógeno.

Figura 5 estructura orgánica para el 1-heptanol.

El 2-propanol es una molécula polar resultando soluble en agua, tiene menos de 4 átomos de carbono tiene importancia a fin de determinar la capacidad para formar puentes de hidrógeno por encima de las fuerzas de London y es un alcohol prótico, además sus ramificaciones lo clasifican como un alcohol secundario donde los dos grupos alquilo influyen en su acidez, entre más sustituido un alcohol menor es su acidez, por tanto el 2-propanol es insoluble en ácido sulfúrico y soluble en hidróxido de sodio, debido a que como disolvente polar prótico el isopropanol pude disolver casi todas las sustancias orgánicas, pero no se puede usar en condiciones muy básicas porque se forman alcóxidos, ni tampoco en condiciones muy ácidas.

Figura 6 estructura orgánica para el 2-propanol

También se realizó pruebas para determinar el orden de reacción de las sustancias y para saber el mecanismo de reacción de las mismas, para dicha práctica se hicieron dos pruebas, la primera se llama prueba de Finkelstein y se mezcla el haluro con NaI en acetona y permite determinar si el mecanismo de reacción es SN2 debido a que la NaI es una sal iónica soluble en un disolvente polar aprótico como la acetona, también el ión yoduro es un nucleófilo fuerte y se utiliza a la acetona aparte de sus propiedades polares, porque tiene la capacidad para estabilizar los carbocationes.

Para las reacciones de caracterización del haluro formado se encuentra que el cloruro de bencilo presenta el mayor orden de reactividad tanto para reacciones SN1 como SN2 según la teoría, el cloruro de bencilo se clasifica como un grupo bencílico que tiene un

sustituyente cloro unido, el 1-bromobutano se clasifica como un alcano primario, el cual tiene un orden de reactividad relativamente alto en una reacción SN2 en la NaI con acetona, pues la prueba dio positivo puesto que se formó un precipitado.

Figura 7 estructura orgánica para el cloruro de bencilo

Para el producto de la reacción del isopropanol, la prueba dio negativa para la NaI con acetona y para el AgNO3 se formó un precipitado de color verde amarillento, por tanto el producto corresponde a un alcohol terciario puesto que solamente funciona con una prueba SN1, la cual es exclusiva para reacciones de haluros de alquilo de tipo terciarios.

Figura 8 estructura orgánica para el 1-bromobutano

La prueba de Cerio(IV) nos permite conocer la presencia y el tipo de alcohol presente en una muestra, el cerio forma un complejo con los alcoholes, pasando de amarillo a rojo o rosado, para el Metanol, se determinó que el color del complejo es un rojo fuerte, es mucho más fuerte la intensidad que la del 2-propanol, ese color desaparece con el pasar del tiempo, mientras que el etilenglicol formó un complejo de color naranja, la variación es casi nula, el etilenglicol es un diol, es decir un compuesto que contiene dos grupos hidroxilos, para el caso de este compuesto, uno en cada extremo terminal, se clasifica dentro del grupo de los alcoholes, ambos compuestos son perjudiciales para la salud si son ingeridos.

Figura 9 estructura orgánica para el metanol Figura 10 estructura orgánica para el etilenglicol

Conclusiones:

Referencias: