Pre Lab No.3 Organica Ii.docx

Universidad Rafael Landívar Facultad de Ingeniería Ingeniería Química Laboratorio de Química Orgánica II, sección 02 Catedrático: Inga. María Lilian Paiz

Practica No. 3 (parte A) Síntesis de p-nitroacetanilida

José Fernando Moreno Carné: 1198814

22 de septiembre del 2016 1

Índice Fundamento teórico………………………………………………………………………….Pag. 3 Fichas de seguridad………………………………………………………………...……….Pag. 6 Objetivos……………………………………….……………………………………………Pag. 12 Metodología………………………………………………………………………………….Pag.12 Bibliografía…………………………………………………………….…………………….Pag. 17

2

Introducción No aplica Fundamento teórico Reacciones de sustitución electrofílica del benceno y sus derivados El benceno es un compuesto plano con un esqueleto de carbono con la forma de un hexágono regular. El benceno presenta un sistema del electrones π deslocalizados por encima y por debajo de su anillo de carbonos. A pesar de la fórmula que posee el benceno (C6H6) este no reacciona con aquellos compuestos que reaccionan con facilidad con los alquenos o los alquinos por medio de una reacción de sustitución, o en los casos que si reacciona con algunos de esos compuestos lo hace mediante una reacción de sustitución en lugar de la reacción de adición. La razón principal por la cual el anillo de benceno no reacciona con facilidad con aquellos compuestos que son fácilmente reactivos con los alquenos y los alquinos, es debido a la alta estabilidad que presenta el benceno como resultado de que presenta una deslocalización electrónica en un sistema conjugado cíclico, lo cual le aporta una mayor estabilidad que la que poseen los alquenos con sistemas conjugados no cíclicos.

Los compuestos aromáticos reaccionan con reactivos electrofílicos, dando lugar a una reacción de sustitución, en la cual el electrófilo toma el lugar de uno de los hidrógenos del anillo. A partir de estas reacciones es como tiene lugar la preparación de los derivados sustituidos del benceno. En el mecanismo general de la sustitución electrofílica aromática el primer paso de la reacción consiste en que el electrófilo acepte un par de electrones pi del anillo aromático, dando lugar a la formación de un carbocatión, denominado comúnmente complejo σ, luego de ello el carbocatión sufre una desprotonación por parte de una base de Lewis que se halle presente en el medio en el cual se lleva a cabo la reacción, esta desprotonación permite que el complejo σ recupere la aromaticidad del anillo aromático. En el caso de la adición electrofílica que ocurre en los alquenos luego de que se enlazan los electrones π al electrófilo la base de Lewis actúa como un nucleofilo y se enlaza al carbono que ha quedado con la carga positiva, pero en el caso de los compuestos aromáticos hay una fuerza que impulsa el favorecimiento 3

hacia la rearomatización del compuesto en lugar de que el nucleofilo ataque al carbocatión formado. Para que la reacción se lleve a cabo se requiere que el electrófilo que actué en la reacción sea activo. Muchos de los electrófilos que reaccionan rápidamente con los alquenos en condiciones normales no reaccionan con el benceno en el primer paso de la sustitución electrofílica, a menos que se encuentre presente un catalizados, tal es el caso del bromo y el cloro, los cuales requieren de la presencia de hierro metálico para que la reacción se lleve a cabo. Nitración del Benceno La nitración del benceno es una reacción de sustitución electrofílica en la cual el ion nitronio es el electrófilo que sustituye al hidrogeno en el anillo de benceno. Para llevar a cabo la nitración del benceno se adiciona una solución de ácido nítrico y ácido sulfúrico y se debe de calentar la reacción. El electrófilo que actúa es el ion nitronio, el cual es formado a partir de la reacción entre el ácido nítrico y el ácido sulfúrico, ya que el ácido sulfúrico en un ácido más fuerte que el ácido nítrico, este le dona un protón al ácido nítrico el cual es captado por un par de electrones desapareados del oxígeno que se encuentra unido al hidrogeno del ácido sulfúrico, esto da lugar a la formación del ácido nítrico protonado, el cual es inestable y para estabilizarse pierde una molécula de agua, dando lugar a la formación del ion nitronio (N+O2) más agua (H2O).

Ya que se ha formado el electrófilo activo, el ion nitronio, el benceno reacciona con el electrófilo al donar un par de electrones del sistema π, formando un enlace entre el carbono y el ion nitronio, dando lugar a la formación del complejo σ. Este es el paso determinante de la reacción.

4

Por último la base presente en el medio abstrae un protón del complejo σ y permite que se recupere la aromaticidad en el anillo. Este paso de la reacción es rápido.

Esta reacción no se limita únicamente al benceno, sino se aplica a aquellos compuestos que poseen un anillo de benceno en su estructura.

Efectos de los sustituyentes en la sustitución electrofílica aromática El sustituyente unido al anillo de benceno en la acetanilida es un sustituyente acilamino, siendo un director de tipo orto y para al momento de que suceda una sustitución electrofílica en el anillo de benceno del compuesto. Esto se debe a que el grupo acilamino es un muy buen grupo activante debido a que es un buen donador de electrones. El par de electrones no apareados que presenta el nitrógeno de la acetanilida estabilizan al carbocatión (complejo σ) que se forma durante la sustitución electrofílica aromática, y debido a que el nitrógeno no es tan electronegativo como el átomo de oxigeno este dona sus electrones fácilmente. Grupos protectores Los grupos protectores para grupos funcionales son un tipo de estrategia sintética que se debe aplicar cuando se quiere realizar una reacción de un grupo funcional de una molécula en presencia de otro grupo funcional más reactivo de la misma molécula. Durante este tipo de incompatibilidad, se puede eliminar el problema “protegiendo” el grupo funcional que interfiere convirtiéndolo en otro mediante una reacción quimioselectiva. Protegiendo una función determinada se consigue que esta sea temporalmente inerte en las condiciones donde si reaccionaria el grupo. Al final del proceso la funcionalidad de dicho grupo se recupera. El proceso de protección y desprotección de grupos funcionales disminuye el rendimiento en la síntesis del compuesto deseado. Filtración al vacío La filtración al vacío es un método utilizado principalmente para la obtención de producto solido formado por la precipitación o la cristalización, y gracias a que se 5

tiene una menor superficie de filtración, el sólido se logra recoger más fácilmente. En este tipo de filtración la fuerza que impulsa al líquido para atravesar el filtro es la que ejerce la presión atmosférica al aplicar el vacío al sistema, para lo cual se hace uso de una bomba de vacío, o bomba de succión, permitiendo que el líquido pase por el filtro más rápidamente y que incluso se logren la filtración de suspensiones en las cuales la fuerza de gravedad no permite cumplir con el proceso. Para la filtración al vacío se hace uso de un embudo Büchner, o un embudo Hisch, sobre el cual se coloca un papel filtro que logre cubrir todos sus agujeros y se humedece con un poco el papel filtro a manera que este quede bien adherido al embudo y que de esa manera nada de la solución quede sin pasar por el filtro. El embudo, junto con el papel filtro dentro de este, se coloca en un matraz kitasato con ayuda de un adaptador de goma o caucho. Al tubo lateral del kitasato se le coloca un tubo, o manguera, de hule grueso, ya que si el tubo de hule no fuera grueso este se reventaría a causa de la fuerza de la presión atmosférica del exterior, el cual estaría conectado en el otro extremo hacia una bomba de vacío que generaría una succión que impulsa a la solución a pasar a través del filtro. Punto de fusión El punto de fusión es la temperatura a la cual un sólido se transforma a líquido a la presión atmosférica. Durante el proceso de cambio de estado la temperatura permanece constante debido a que el calor es empleado para el proceso de fusión. Por esta razón es que el punto de fusión de las sustancias puras es definido y se puede reproducir. La presencia de sustancias puras produce una disminución en la temperatura a la cual el compuesto funde. Tablas de toxicidad Tabla no.1 Propiedades físicas y químicas de los compuestos Nombre y formula

Masa molar

apariencia

Agua (H2O)

18.01g/mol

Metanol (CH3OH)

32.04g/mol

Etanol (CH3CH2OH)

46.07g/mol

Liquido incoloro e inodoro Liquido incoloro de olor característic o Liquido incoloro de

Punto de fusión (°C) 0°C

Punto de ebullición (°C)

Densida d g/ml

Solubilida d

100°C

1g/mL

Miscible en agua

-97°C

64.7°C

0.79g/m L

Miscible en agua, metanol, benceno

-114°C

78°C

1.60g/m L

Soluble en agua, 6

Benzofenona (C13H10NO)

182.2g/mol

Borohidruro de sodio(NaBH4)

74.44g/mol

Benzhidrol (C13H12O)

184.16g/mo l

olor característic o, volátil. Solido blanco.

48.5°C

305°C

1.11g/m L

Solido blanco

-18°C

101°C

1.11g/m L

Solido blanco

-18°C

101°C

1.11g/m L

alcohol etílico, eter Insoluble en agua, soluble en etanol y eter 29.3g en 100mL de agua Insoluble en agua

Tabla no.2 toxicidad de los reactivos Tabla no.2 Toxicidad de los reactivos Compue sto

Dosis letal

Toxicidades

Antídoto

Formas de desecho

Agua

8L en humanos

Por ingestión: Problemas solamente en caso de ingerir grandes cantidades (aproximadamente 8 vasos de agua destilada).

Por ingestión: Solicitar ayuda médica presentando ficha de seguridad

Limpiar o absorber con un material inerte seco y colocar en un contenedor de recuperación apropiado para desechos.

Por inhalación: No contiene sustancias clasificadas como peligrosas por inhalación. Por contacto con los ojos: No contiene sustancias clasificadas como peligrosas al contacto Por contacto con la piel: No contiene sustancias clasificadas como peligrosas en contacto con la piel.

Metanol

Toxicidad oral rata(DL50): 84omg/Kg.

Inhalación: corrosivo. Los vapores irritan severamente y pueden quemar las membranas mucosas y vías respiratorias.

Por inhalación: Sacar al afectado de la zona de exposición y proporcionarle aire fresco Por contacto con los ojos: Enjuagar durante menos de 15 min con abundante agua Por contacto con la piel: Limpiar la zona afectada con agua por arrastre y con jabón

Inhalación: Sacar a la víctima al aire fresco. Si no respira, dar respiración artificial. Si la respiración es difícil, dar oxígeno.

Para la eliminación cubra con cal sega, arena o ceniza de soda y depositar en un recipiente para su eliminación. Puede que sea necesario eliminar el

7

Ingestión: corrosivo, puede causar quemadoras de boca, garganta y estómago. La probable dosis letal es de 2 4 gramos de yodo libre.

Contacto con piel: corrosivo. El contacto con la piel puede causar quemaduras, ampollas e irritación.

Ingestión: Provocar el vómito inmediatamente como lo indique el personal médico. No dar nada por boca a una persona inconsciente. Obtener atención médica inmediatamente.

yodo como desecho peligroso.

Contacto con la piel: Limpie el exceso de material de la piel con abundante agua durante al menos 15 Contacto con ojos: minutos mientras se corrosivo. EL contacto con vapores puede causar quita la ropa y zapatos contaminados. Obtener quemaduras e irritación. atención médica El contacto directo pude inmediatamente. Lave causar graves la ropa antes de volver a quemaduras y daños usarla. Limpie permanentes. completamente los zapatos antes de volver a usarlos. Las manchas de yodo pueden ser eliminadas de la piel lavándola inmediatamente con el 5% de solución de tiosulfato de sodio.

Contacto con los ojos: Lavar los ojos inmediatamente con abundante agua durante al menos 15 minutos, elevando los párpados superior e inferior ocasionalmente. Obtener atención

8

médica inmediatamente. Etanol

DL50 (oral, humano): 100g Artrópodos: Daphnia magna CL50: 12000 mg/l

Benzofe nona

LD50: 900mg/kg

Inhalación: causa tos Ingestión: dolor abdominal, náuseas y vómitos. Ojos: enrojecimiento y dolor. Piel: causa enrojecimiento

Inhalación: Trasladar a la persona al aire libre. Ingestión: beber abundante agua y pedir atención médica. Ojos: lavar con abundante agua y mantener los párpados abiertos, consultar a un médico. Piel: lavar con abundante agua y quitar la ropa contaminada.

Los criterios homogéneos para la eliminación de residuos químicos. Aquellos productos químicos, que resultan como residuos del uso cotidiano de los mismos, tienen en general, el carácter de residuos especiales. Su eliminación en los países comunitarios se encuentra regulada por leyes y disposiciones locales

Ingestión: causa daños severos en el tracto gastrointestinal.

Ingestión: no inducir al vómito, dele de beber agua leche.

Inhalación: Puede causar broncoasma y hoyos de cromo en el tabique nasal y dermatitis

Inhalación: llevar al aire libre y ayudar a respirar.

Señalizar el área del derrame para impedir entradas de personas no protegidas, barrer el material y recoger en un envase sellado para dispones posteriormente de él. Los últimos restos pueden ser disueltos en mucha agua para ser dirigidos a alcantarillas.

Ojos: causa quemaduras aduras graves

Borohidr uro de sodio

Benzhid rol

LD50 (en ratas en forma oral): 850mg/kg

LD50: 50-500 mg/m3

Ojos: lavar con abundante agua durante 15 minutos.

Piel: quemaduras de 2 y 3 grado. Ingestión: causa irritación gástrica, dolor y vómito

Piel: lavar con abundante agua y retirar la ropa contaminada. Ingestión: lavar la boca con agua y no inducir al vómito

Inhalación: Irritación en nariz y tráquea, dolor de cabeza y cansancio.

Inhalación: llevar a una zona ventilada y buscar atención médica.

Ojos: lagrimeo y fluido nasal además de daño en la córnea.

Ojos: lavar con agua o disolución salina.

Piel: resequedad, agrietamiento y dermatitis.

Piel: lavar el área con agua y jabón y eliminar ropa contaminada en caso necesario.

Ingestión: causa daños severos en el tracto gastrointestinal.

Ingestión: no inducir al vómito, dele de beber agua leche.

Siempre mantenerlos alejados de fuentes de ignición. Para pequeñas cantidades, puede absorberse con papel y dejarlo evaporar en una campana extractora de gases. No tirar al drenaje, pues pueden alcanzarse niveles explosivos. Para cantidades grandes, se puede utilizar arena, cemento en polvo o tierra para absorberla y mantenerla en un área segura antes de incinerarla. Señalizar el área del derrame para impedir entradas de personas no

9

Inhalación: Puede causar broncoasma y hoyos de cromo en el tabique nasal y dermatitis Ojos: causa quemaduras aduras graves Piel: quemaduras de 2 y 3 grado.

Inhalación: llevar al aire libre y ayudar a respirar. Ojos: lavar con abundante agua durante 15 minutos.

protegidas, barrer el material y recoger en un envase sellado para dispones posteriormente de él. Los últimos restos pueden ser disueltos en mucha agua para ser dirigidos a alcantarillas.

Piel: lavar con abundante agua y retirar la ropa contaminada.

Preguntas pre laboratorio 1) Represente con una ecuación la hidrólisis ácida de la acetanilida, ilustrando el mecanismo

2) Represente con estructuras todos los subproductos que se pueden formar e indique que los condujo a su formación.

El agua se forma al momento en que reacciona el ácido nítrico y ácido sulfúrico, formando el ácido nítrico protonado, el cual libera agua.

3) Justifique cada paso del procedimiento. 





En el primer paso de la reacción se agrega la acetanilida en ácido acético con el fin de disolver la acetanilida, la razón por la cual se escoge el ácido acético es debido a que el acetato formado no reaccionara con el anillo de benceno debido a que requeriría una gran cantidad reactivo nucleofilo y altas temperaturas. El ácido sulfúrico se agrega a la mezcla para que el ácido acético se vuelva a forma, debido a que había perdido un protón para poder disolver a la acetanilida. El ácido nítrico se mezcló con el ácido sulfúrico para poder formar el ion nitronio, el cual actuara como electrófilo en la nitración.

10



La solución nitrante se adiciono a la mezcla que contenía la acetanilida para que se diera la nitración.

Objetivos Determinar los gramos de p-nitroacetanilida formada a partir de la nitración de la acetanilida. Determinar el rendimiento porcentual y el error porcentual del filtrado obtenido. Determinar el punto de fusión del filtrado obtenido de la práctica.

Metodología Inicio

1. Agregar 1.75g de acetanilida en un Erlenmeyer, agregar 2.5mL de acido acetico glacial y calentar hasta que la anilina se disuelva

2. Enfriar el Erlenmeyer hasta 20°C. 11

3. Medir 2.5mL de ácido sulfúrico y añadir a la acetanilida en pequeñas porciones

4. En un Beaker agregar 1mL de ácido nítrico y adicionar 1.25mL de ácido sulfúrico. Enfriar a 10°C. Agregar en pequeñas porciones la mezcla nitrante al erlenmeyer con la acetanilida y dejar a temperatura ambiente por 30 minutos.

5. Verter la mezcla de reacción en un Beaker con 25mL de agua y 7.5g de hielo. Luego filtrar al vacío. Trasvasar el precipitado a un Beaker con fosfato ácido disodico y filtrar al vacío. Por ultimo determinar el punto de fusión.

Fin

Diagrama de Equipo Filtración por succión La filtración por succión es una técnica de filtración que permite una separación rápida de los componentes liquido-sólido utilizando equipo especial de laboratorio. Materiales: 

Embudo de Buchner o Embudo de Hirsch adaptados.



Tapón adaptador de goma perforado.



Kitasato matraz o tubo.



Papel Filtro circular (que no toque las paredes del embudo).



Varilla de agitación de vidrio.



Bomba de vacío.



Soporte.

Procedimiento.

12

Sobre la pláca perforada del embudo de Buchner o de Hirsch se coloca el papel filtro sin pliegues que impidan un buen cierre y que no toque las paredes del embudo, este embudo se ajusta al Kitazato con el tapón adaptador, el montaje se sujeta a un soporte con una pinza o nuez para evitar cualquier movimiento del sistema y luego se conecta a la bomba de vacío. El papel filtro se moja con el mismo disolvente que contiene la suspensión, luego se procede a verter la solución utilizando la varilla de agitación y por último se deja secar el sólido obtenido. Imagen 3. Proceso de filtración por succión.

(Sabelotodo, 2016) Método de tubo capilar Según (Pavia, 2011) El método de tubo capilar se realiza utilizando un tubo de Thiele el cual puede producir un flujo de convección para que la temperatura se mantenga uniforme mientras se calienta la muestra sólida en un tubo capilar unido a un termómetro. Materiales •

Tubos capilares

•

Tubo de Thiele

•

Vidrio de reloj

•

Mechero de bunsen o de Mecker

•

Pinzas de 3 dedos con nuez 13

•

Termómetro de -10 a 400 ºC

•

Roldana de hule

•

Tubo de vidrio neutro

Procedimiento Según (Kurman, 2001) Se preparan los tubos capilares, luego para llenar los tubos capilares se pulveriza la muestra solida con una espátula en un vidrio de reloj formando un montículo, luego el sólido se introduce en el extremo abierto del tubo a capilar y se hace bajar y comprimir golpeando suavemente el tubo en la mesa dejando deslizar en los dedos o dejando caer en un tubo de ensayo hasta que el sólido quede a una altura de 2mm. Luego se cierra con cuidado el extremo abierto del tubo capilar, se une a un termómetro utilizando una roldana de hule la cual no debe de tocar el aceite. Se llena el tubo de Thiele regularmente con aceite mineral hasta cubrir la entrada superior de brazo lateral y se sostiene con las pinzas al soporte, luego se coloca el termómetro con el capilar en el tubo de Thiele con ayuda de un corcho, con el tubo capilar a nivel del brazo superior sin que la roldana toque el líquido. Luego se comienza a calentar suavemente. Imagen 4. Método de tubo capilar

(Aulas, 2016)

Mecanismo de reacción Formacion de la P-nitroacetanilida

14

15

Bibliografia 1. Pavia, D., Lampman, G., Kriz, G., and Engel, R. (2002). Microscale and macroscale techniques in the organic laboratory (first edition). En Kiselica, S. (Ed.), Filtration (pp. 101-115), Simple distillation (pp. 201-220), Steam distillation (pp. 277-284) . Washington. 2. Brewster, R. (1977). Curso práctico de química orgánica . Madrid: Alhambra. 3. Kurman, L. G. (2001). Química Orgánica Fundamentos teóricos prácticos. México: EUDEBA. 4. Chang, R. (2013). Química. México D.F.: McGrawHill 5. Carey F., Giuliano R. (2014) Quimica Organica. Novena edición. .Mexico: McGrawHill

16