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SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA AROMÁTICA; “OBTENCIÓN DE m-DINITROBENCENO” y “p y o-NITROFENOL” ABSTRACT el presente trabajo consiste​ en el análisis de las reacciones de sustitución electrofílica aromática, ésto a través de la nitración del benceno y del fenol. El principal objetivo de la práctica fue observar las diferencias en cada nitración debido a la reactividad del anillo aromático causada por el grupo hidroxilo en el fenol y la ausencia de éste en el benceno. Para la nitración del fenol se buscó obtener un solo producto (o-NITROFENOL) utilizando anhídrido acético como disolvente; mientras que para la nitración del benceno se buscó la síntesis del compuesto m dinitrobenceno. Se obtuvo un rendimiento del 90% en el Dinitrobenceno, por lo que se puede decir que es una reacción cuantitativa, sin embargo la síntesis del o nitrofenol no fue posible debido a errores experimentales y una alta probabilidad de regioselectividad en posiciones para y orto RESULTADOS Ácido nítrico

Ácido sulfúrico

Benceno

3 mL

3.75 mL

1.3 mL

Al llevar a cabo el procedimiento para la síntesis del m-dinitrobenceno no se observaron anomalías, se mantuvo una temperatura constante de 98° La agitación durante el procedimiento fue buena Se obtuvo un rendimiento del 90 % Cálculo del rendimiento

Pf teórico (Cº)

Pf experimental (Cº)

90

86

Análisis de resultados parte 1 A pesar de que el ión nitronio es un electrófilo y ácido fuerte el benceno no es muy reactivo hacia los electrófilos debido a la pérdida de la aromaticidad en el estado de transición  involucrado en el paso determinante (la formación del ión ciclohexadienilo)​ es por eso que se debió aplicar energía, en forma de temperatura. Además es importante notar​ ​la influencia de esta en la reacción pues se observó cómo al incrementar la temperatura (98°) se facilitaba la formación del compuesto dinitrobenceno en comparación con el nitrobenceno que se

sintetizaba a una menor temperatura probablemente por la mayor energía de activación a vencer para formar dinitrobenceno. Otra posible explicación para este fenómeno puede deberse principalmente a que el compuesto mononitrado es el reactivo precursor para sintetizar el dinitrobenceno, afectando la reactividad del anillo aromático el cual ya presenta un grupo nitro que desestabiliza el carbocatión en el estado de transición al ser N+ un átomo electroatractor que “roba” densidad del anillo imposibilitando la resonancia. Esto además condiciona la regioselectividad de la siguiente forma

En la posición meta el grupo nitro solo está un enlace más alejado de la carga positiva que en los intermediarios orto y para y, por lo tanto, ejerce un efecto inductivo un poco menos desestabilizante en esta posición, favoreciendo la formación del compuesto obtenido m-dinitrobenceno. Los errores experimentales no fueron grandes por lo que se obtuvo un rendimiento de 90% esto nos dice que la nitración es una reacción que proporciona un alto rendimiento. El punto de fusión obtenido (86°C) es ligeramente más bajo que el reportado (90°C) esto nos indica que a pesar de haberse realizado correctamente la recristalización, el compuesto presentaba pequeñas impurezas o etanol (disolvente en la recristlización). Resultados parte 2 (Procedimiento para obtener sólo p-nitrofenol) Fenol

Anhídrido acético

Ácido nítrico

0.5012 g

2.3 mL

0.5 mL

Al agregar el ácido nítrico a la mezcla se observó que la temperatura aumentó de manera brusca pasando de los 2ºC a los 40ºC, de ésta manera se deduce que la reacción se estaba realizando de manera espontánea y exotermicamente, sin embargo, al concluir la adición y después de 8 minutos de agitación constante se observó que la temperatura regreso a los 2 ºC donde se mantuvo constante 7 minutos más, con ésta observación se concluyó que la reacción se había realizado en su totalidad y se detuvo la agitación. Se tomó una muestra de la mezcla obtenida, a la cual se le agregó agua para inducir la formación de un precipitado, posteriormente se agregó acetato de etilo para extraer el precipitado y obtener una disolución en la fase orgánica, ésta disolución contiene el producto de la reacción y fue sometida a una CCF utilizando como patrón la materia prima (fenol). La muestra presentó 3 marcas a lo largo de la placa, lo que indica que la mezcla contenía 3 sustancias diferentes, una de estas marcas coincide con el fenol indicando que el criterio utilizado para detener la reacción (el descenso de la temperatura) no fue correcto, pues a pesar de que la temperatura ya estaba constante la materia prima no reaccionó en su totalidad. Las otras dos marcas no corresponden al fenol, por lo tanto son producto de la reacción que se llevó a cabo es decir orto y para nitrofenol , sin embargo, el objetivo de éste proceso alternativo es llevar a cabo la reacción de manera regioselectiva obteniendo

un único producto de nitración, con los resultados de la CCF se observa que no se logró cumplir el objetivo pues se obtuvo una mezcla de productos. En el procedimiento de la obtención del m-DINITROBENCENO y el o-NITROFENOL se pueden observar diferencias en cuanto a las condiciones de reacción, para el m-dinitrobenceno la temperatura para lograr la nitración fue relativamente alta, a diferencia de la nitración del fenol, que se realizó aproximadamente a 2ºC, ésto se debe a que el grupo hidroxilo en el benceno y más específicamente el átomo de oxígeno aporta un par de electrones al intermediario carbocationico adyacente estabilizandolo ​ por la

deslocalización de este par de electrones no compartidos del oxígeno en el sistema π del anillo​ y por ende, la energía de activación es menor y puede reaccionar en condiciones más suaves que en la nitración del benceno sin sustutuyentes activantes.

Los sustituyentes que contienen nitrógeno relacionados con el grupo amino son aún mejores grupos donadores de electrones, estos grupos tiene un par de electrones que, como los pares no compartidos del oxígeno, estabiliza al carbocatión al cual está unido. El nitrógeno es menos electronegativo que el oxígeno, así que es un mejor donador de pares de electrones y estabiliza el catión ciclohexadienilo intermediario en la sustitución electrofílica aromática a un grado aún mayor.y son más fuertemente activantes que los correspondientes sustituyentes que contienen oxígeno, por ejemplo la anilina es el reactivo que reacciona mas rapidamente en estas reacciones de sustitucion electrofilica aromatica CONCLUSIONES Se logró la síntesis del m-dinitrobenceno observándose que la nitración es una reacción con la cual se obtienen altos rendimientos, se observa también una pequeña diferencia entre el punto de fusión reportado en tablas y el obtenido ( de 4°C) por lo que se puede decir que el compuesto obtenido no fue completamente puro o estaba húmedo. No se logró realizar la nitración del fenol de manera regioselectiva. Comparativamente deducimos que la regioselectividad está presente en ambas reacciones para posiciones orto y para, sin embargo la velocidad de reacción y reactividad del anillo aromático es mayor en el caso del fenol por la presencia de un grupo hidroxilo que estabiliza al carbocatión intermediario. BIBLIOGRAFÍA McMurry, J. “química Orgánica” 7a edición méxico international thomson editores, 2008 pp.551-552,564