Practica 2.organica Ii.docx

2011

Practica 2

NITRACION DEL BENCENO

Las reacciones de nitración en el anillo bencénico pertenecen a las reacciones de sustitución electrofílica aromática. Los anillos aromáticos se pueden nitrar por reacción con una mezcla de acido nítrico y acido sulfúrico concentrado. En esta reacción el agente electrófilo es el ion nitronio que se genera a partir del acido nítrico por protonacion y perdida de agua. Dicho ion reacciona con el benceno para formar un carbocation intermediario. La pérdida de un protón de este intermediario genera el nitro benceno como producto de sustitución.

MATERIA: Quimica Orgánica II DOCENTE: Ing. Susana Ríos INTEGRANTES: Sisa Ortuño Kira Porro Daniela Vásquez

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA II PRACTICA N° 2 NITRACION DEL BENCENO

1. OBJETIVOS

a. Preparación del nitrobenceno y a la vez observar una reacción de sustitución electrofílica aromática.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO El ácido nítrico concentrado, en presencia de ácido sulfúrico concentrado reacciona con el benceno produciendo nitrobenceno y pequeñas cantidades de compuestos polinitrados.

MECANISMO Esta reacción se inicia mediante el ataque electrofilico sobre el anillo aromático. El reactivo electrofilico, que es el ion nitronio, se forma por la acción del ácido sulfúrico sobre el ácido nítrico. Una vez que se ha formado el ion nitronio, puede atacar el anillo aromático. El nitrógeno se une al anillo mediante un par de electrones que originalmente se encontraban en el orbital deslocalizado del anillo, se elimina ácido sulfúrico.

El ion carbonio que se forma como intermediario se pude representar como híbrido e resonancia de 3 formas contribuyentes principales, se encuentra estabilizado por resonancia.

Etapa 1.

Etapa 2.

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL NITRO BENCENO Líquido aceitoso, amarillo pálido, de olor característico a almendra amarga. 

Factor de conversión



Solubilidad: Poco soluble en agua, soluble en etanol,

(20 ºC, 101 kPa) : 1 ppm = 5mg/m3 

Peso molecular: 123,11



Fórmula molecular: C6H5NO2

benceno, acetona, éter y aceites 

Punto de fusión: 5,7 ºC



Punto de ebullición: 210,8 ºC (760 torr)



Presión de vapor: 20 Pa a 20 ºC



en aire)

Límite de explosividad: inferior 1,8% y superior 40% (volumen

USOS MÁS FRECUENTES El nitrobenceno se emplea en la industria química como intermedio para la producción de anilina, bencidina y otros productos derivados de la anilina. El nitrobenceno se utiliza también para producir aceites lubricantes como aquellos usados en motores y en maquinarias. Una pequeña cantidad de nitrobenceno se usa en la fabricación de colorantes, medicamentos, pesticidas y goma sintética.

3. MATERIAL DE LABORATORIO



Balón de destilación de 500 cm3



Espátula



Probeta de 50 cm3 y 25 cm3



Vidrio de reloj



Baño María



Probeta de 10 cm3



Embudos de separación



Vaso de precipitado



Piseta



Soporte universal



Pipetas



Pinzas completas



Pro-pipetas



Embudo pequeño

4. REACTIVOS 

Benceno



Solución de NaOH al 2%



H2SO4 concentrado



CaCl2 anhidro



HNO3 concentrado

5. PROCEDIMIENTO , DATOS Y CÁLCULOS Comprende cuatro fases:

a) PREPARACION DE LA MEZCLA SULFONITRICA

En un balón de 500 cm3, sumergido en un recipiente con agua fría. Se introduce sucesivamente 25 cm3 de H2SO4 concentrado (densidad 1.84 g/cm3) y poco a poco 33 cm3 de HNO3 concentrado (densidad 1.32g/cm3)

b) ADICION DEL BENCENO

Cuando la mezcla sulfonitrica se halle fría se añaden lentamente, con agitación y refrigerando, 15 cm3 de benceno (densidad 0,87 g/cm3). La operación en frio termina cuando la adición de benceno no produce un aumento sensible de temperatura.

c) REACCIÓN

Calentar la mezcla en baño María a 60 °C durante media hora. La mezcla debe agitarse de tiempo en tiempo.

d) DECANTACION

Se refrigera el balón y el contenido se introduce en una ampolla de decantación, para la separación de las dos capas: La capa inferior está constituida por la mezcla acida y la capa superior de color amarilla por el nitrobenceno.

Luego de la eliminación de la capa acida se lava el nitrobenceno con:

a) 20 cm3 de agua

Se calienta un poco al baño María hasta obtener una solución clara y de color amarillo, se filtra la solución, se determina la masa y el volumen del nitrobenceno obtenido. Por destilación simple se puede purificar el producto obtenido. RESULTADO Con los resultados experimentales determinar: Probeta vacía = 71,83 g Probeta + nitrobenceno = 91.42 g Nitrobenceno = 19,64 g Volumen nitrobenceno = 17 mL

a) Densidad del nitrobenceno

D= m/v = 19,64/17 = D= 1,15[ g/ml]

b) Rendimiento de la reacción Mp= 19,64 g nitrobenceno Mt= 15 cm3 benceno x 0,879 g/cm3 benceno x (123 g nitrobenceno/78 g benceno) Mt=20,79 g nitrobenceno

Rendimiento = 19,64 / 20,79 x 100 = 94.47 %

c) Calcular el índice D.V.S. (dehyfrating value of sulfuric acid)

D. V. S. =

gramos de H2 SO4 puro gramos H2 O total (agua de reactivos + agua de reaccion)

6. CUESTIONARIO

6.1. ¿Explica a que se debe que el grupo nitro es un sustituyente desactivante en una sustitución electrofílica aromática?

El grupo nitro es un grupo desactivante porque su presencia disminuye la reactividad, la velocidad de reacción, del anillo aromático frente a la sustitución electrófila aromática respecto a cuando ese grupo está ausente. Por tanto la introducción de un grupo desactivante en un compuesto aromático no sustituido hará más difícil, condiciones más agresivas, una segunda sustitución. Esta disminución de la velocidad de reacción se debe a que estos grupos desestabilizan el intermedio catiónico. Esto es así debido a que son grupos que retiran densidad electrónica del sistema aromático, ya sea por efecto inductivo o por efecto resonante. Esto supone que la barrera o energía de activación de la primera etapa se eleve, y por tanto disminuya la reactividad.

6.2. A que se debe que el grupo nitro es un director meta en una sustitución electrofílica aromática.

Porque tanto los grupos aceptores por inducción como por resonancia orientan a meta.

Esto es así porque al construir las formas resonantes del intermedio para los distintos ataques, (orto, meta o para), el ataque en meta evita que la carga positiva se sitúe en el carbono unido al grupo atrayente de electrones, que es una situación desfavorable.

Así pues con sustituyentes desactivantes el ataque se produce preferentemente en meta ya que es el intermedio menos inestable, aunque la reacción sea desfavorable debido a que el anillo aromático está empobrecido electrónicamente, (la sustitución será más lenta que en el benceno).

6.3. Sintetizar los siguiente compuestos a partir del benceno:

a) Acido m-nitro benzoico

b) P-bromo nitrobenceno

c) Acido 2-bromo-4-nitrobenzoico

6.4. Que peso de nitrobenceno se habría obtenido a partir de 8,5 g de benceno, si el rendimiento es del 80%?

1 mol

→

78 g

→

8.5 g C6 H6 ×

1mol 100%

123 g

123 g C6 H5 NO2 80% × = 10.72 gC6 H5 NO2 78 g C6 H6 100%

6.5. Formule las ecuaciones que indique la reacción de nitrobenceno con:

a) KMnO4

b) Agua de bromo

c) Br2/Fe

d) Cloruro de benzoilo

6.6. Explicar porque la capa superior está formada por el nitrobenceno.

Porque el nitrobenceno tiene un densidad menor a la solución acuosa. La densidad del nitro benceno es menor a 1, y la solución acuosa tiene una densidad mayor a 1.

6.7. Cada vez que se añade el benceno a la mezcla sulfonitrica, esta tomara una coloración café (marrón) ¿Por qué?

Porque al añadir el benceno a la mezcla sulfonitrica, esta es muy exotérmica y a esa temperatura se tiene el di nitrobenceno que tiene como color característico marrón, una vez que se va enfriando se vuelve amarillo que es el color característico del nitrobenceno.

6.8. Predecir el producto de la mono sustitución de las siguientes sustancias. ¿Cuál reacciona más rápido y cual más lento que el benceno? cl2 /Fe

a) propano y 1-fenilpropano →

𝐶𝐻3 𝐶𝐻2 𝐶𝐻3

Lento Rápido

AlCl3

b) nitrobenceno y benceno + cloruro de n-pentilo →

Lento

Rápido

AlCl3

c) benzaldehído y tolueno + cloruro de isobutilo →

Lento

Rápido

6.9. Si se tiene 15,5 cm3 de benceno (densidad 0,879 g/ml), calculas los cm3 de nitrobenceno (densidad 1,2 g/ml) que obtendremos si la reacción tiene un porcentaje de rendimiento del 75%. 15,5 𝑐𝑚3 × 0,879

𝑔 = 13.6245 𝑔 C6 H6 𝑐𝑚3

78 𝑔C6 H6 → 123 𝑔 C6 H5 NO2 13.6245 𝑔C6 H6 → 𝑥 123 × 13.6245 = 21.48 𝑔 C6 H5 NO2 78 75% 21.48 𝑔 C6 H5 NO2 × = 16.11 g C6 H5 NO2 100% 𝑚 16.11 𝑔 𝑉= = = 13.425 𝑐𝑚3 C6 H5 NO2 𝜌 1.2 𝑔 𝑐𝑚3 𝑥=

7. CONCLUCIONES

Se logro preparación del nitrobenceno y a la vez observar una reacción de sustitución electrofílica aromática.

8. BIBLIOGRAFIA http://www.quimicaorganica.org/benceno/nitracion-benceno.html http://docencia.izt.uam.mx/cuhp/QuimOrgII/M_2Compuest.pdf http://galeon.hispavista.com/melaniocoronado/AROMATICOS.pdf http://deymerg.files.wordpress.com/2011/03/lab-hidrocarburos-udea.pdf Morrison y Boyd química orgánica Biansioli G A de Weitz Química General