Sustitución Nucleofílica Unimolecular

Obtención de cloruro de terbutilo

Introducción

El cloruro de terbutilo pertenece a la familia de compuestos conocida como Halogenuros de Alquilo, cuya fórmula general es R-X donde R es cualquier grupo alquilo simple o sustituido. Debido a su mayor peso molecular, los haloalcanos tienen puntos de ebullición considerablemente más altos que los alcanos de igual número de carbonos.

Para un grupo alquilo dado, el punto de ebullición aumenta con el aumento del peso atómico del halógeno. A pesar de sus polaridades, los halogenuros de alquilo son insolubles en agua, probablemente porque no son capaces de establecer puentes de hidrógeno. Pero son solubles en los compuestos orgánicos típicos (Morryson & Boyd, 1998).

Los alcoholes reaccionan con facilidad con halogenuros de hidrógeno para dar halogenuros de alquilo y agua. el orden de reactividad de los alcoholes con halogenuros de hidrógeno es 3º > 2º > 1º. Con alcoholes terciarios como el alcohol terbutílico la reacción se puede obtener por agitación simple del alcohol con HCl concentrado a temperatura ambiente. La obtención del cloruro de terbutilo con HCl concentrado se lleva a cabo a través de un mecanismo de sustitución nucleofílica en donde el ión halogenuro es el nucleófilo y el alcohol protonado es el sustrato. Para el proceso opuesto, los halogenuros de alquilo pueden reaccionar con bases fuertes y producir el alcohol correspondiente. Un ión halogenuro es una base extremadamente débil. Cuando se halla unido al carbono, el halógeno puede desplazarse fácilmente, en forma de ión halogenuro, por otras bases más fuertes. Estas bases poseen un par electrónico no compartido por lo que buscan un lugar relativamente positivo, es decir, un núcleo con el cual puedan compartir sus electrones. (Morrison & Boyd, 1998).

Puesto que la formación del carbocatión es lo que determina la rapidez de una reacciónSN1, es de esperar que la reactividad del halogenuro dependa de principalmente de la estabilidad del carbocatión que pueda formar. Así, el orden de reactividad de los halogenuros de alquilo en reacciones SN1 es el mismo que el de la estabilidad de los iones carbonio: alilo > bencilo > 3º > 2º > 1º > CH3X.

Objetivos

Obtención de un haluro de alquilo terciario a partir de un alcohol terciario mediante una reacción de sustitución nucleofílica.

I nves t iga r e l mecan ismo y las reacc iones compet i t i vas que ocur ren duran te la reacción.

Reacción y mecanismo a efectuar

Cálculos Estequiométricos

t Butanol Cloruro de t butiloMasa molar (gr/mol) 74.20 g/mol 92.57 g/molDensidad 0.786 g/ml 0.851 g/mlPunto de fusión o ebullición °C

83 °C 51 – 52°C

Masa (g) 4.76 g 3.40 gVolumen (ml) 6 ml 2.5 mlCantidad de sustancia (mol)

0.0635 mol 0.0299 mol

N de reactivo (t Butanol) = (6 ml) (0.786 g1ml

¿ (1mol74.20g

¿ = 0.0635 mol t Butanol.

N de Producto (Cloruro de t butilo) = (2.5 ml) (0.851g1ml

¿( 1mol92.57 g )=¿ 0.0229 mol

Cloruro de t butilo.

Resultados

% de rendimiento = nde productonde reactivo

x 100 = 0.02290.0635

x 100=¿ 36.06 %

Análisis de Resultados

En las pruebas de identificación con nitrato de plata se obtuvo un precipitado blanco lo cual indica la formación del complejo de plata que es insoluble en acido nítrico. Por otro lado en la prueba de insaturaciones se aprec io un co lo r ro j i zo lo que ind ica que no hay p resenc ia de a lquenos indicando que se efectuó solo la reacción por SN1.

Debido a que el alcohol terbutílico es un alcohol terciario y más reactivo que el n-butílico por lo mismo, se utilizó para que la reacción fuera más rápida. La teoría nos dice que son mucho más reactivos los alcoholes terciarios, que los secundarios y los primarios debido a que facilitará al protón (H+) que viene del acido unirse al grupo hidroxilo de la cadena carbonada al no tener competencia con hidrógenos vecinos, formando el carbocatión y agua.Cuando la molécula de agua se forma se separa de la cadena carbonada dejando al carbono central con una carga positiva (carbocatión) el cual se va a unir al cloruro debido a la fuerte atracción electrostática que éste ejerce, formando el haluro de alquilo.

Al destilar, el punto de ebullición del cloruro de terbutilo fue de 38ºC. Fue menor al teórico debido a que la presión en la ciudad de México es de 586 mmHg, por lo que el punto de ebullición disminuye si tenemos en cuenta que es la temperatura a la cual la presión de vapor y la atmosférica se igualan, es decir, a menor presión externa menor temperatura y presión requerirá la sustancia para igualarla y cambiar de estado.

S e o b t u v o u n b a j o r e n d i m i e n t o d e b i d o a q u e posiblemente se perdiera parte de la muestra en los lavados con NaHCO3 y también a que parte de la reacción no se efectuó del 100%.

Cuestionario

1. Clasifique los siguientes halogenuros como primarios, secundarios, terciarios, arílicos o bencílicos.

A-Primario, B-Terciario, C-Arílico, D-Secundario, E-Alílico

2. De las siguientes reacciones dé las estructuras de los productos de sustitución (si los hay), y diga bajo qué mecanismo proceden.

A-Se lleva a cabo una sustitución SN2 debido a que el la reactividad del grupo saliente, como el yodo, es bastante alta por lo que hay sustitución de iodo por cloro.

B-No hay reacción, ya que necesita de altas temperaturas para llevarse a cabo.

C-Adición electrofílica dando como resultado CH3-CHClCH (CH3)2

D-Hay sustitución nucleofílica del bromo por el grupo OH por medio de un mecanismoSN1.

3. Prediga cuál de los siguientes alcoholes reaccionará más rápido frente a HBr:a) Alcohol bencílicob) Alcohol p-Metilbencílicoc) Alcohol p-nitrobencílico

Por un mecanismo Sn1 la reactividad seria prácticamente la misma en las especies, debido a que la carbonación formada en las tres es el mismo, sin embargo la diferencia entre los tres, es el grupo que se une en la posición para, ya que el grupo nitro es un grupo bastante grande y por ello la reacción seria más lenta en comparación con el grupo metilo, y este a su vez más lento que el alcohol bencílico.

4. Escriba el mecanismo de la reacción de sustitución nucleofílica alifática entre el ter-butanol y HBr.

5. ¿Dónde se encontraba la fase orgánica cuando la separó de la mezcla de reacción? ¿Y cuándo la lavó? ¿Cómo lo supo? Se encontraba en la parte superior del embudo, debido a que la densidad del cloruro de terbutilo tiene una densidad de 0.851g/ml es decir menor que la del agua. Debido a que la parte superior se ve “aceitosa” se distingue del agua que está debajo de ella.

6. ¿Qué sustancias contienen los residuos de este experimento? ¿Qué tratamiento previo se les debe de dar antes de desecharlos al drenaje?

En la primera lavada del cloruro de terbutilo se desecha agua y HCl por lo que hay que neutralizar el acido y desecharlo al drenaje.

7) Asigne las bandas principales a los grupos funcionales presentes en los espectros de IR de reactivos y productos.

Identificación de los principales grupos funcionales en los espectros de IR, tanto de materias primas y productos.

Conclusión

La formación del cloruro de plata como precipitado insoluble, producto de la adición de nitrato de plata a la muestra, indicó la presencia de un compuesto halogenado, para este caso el cloruro de ter-butilo.

Se presentaron errores al momento de destilar debido a que el volumen obtenido fue muy pequeño por lo que alcanzó con rapidez su punto de ebullición, además la presión atmosférica de la ciudad alteró dicha temperatura, además se tomo en cuenta que teóricamente la eficacia no siempre es alta por dicho mecanismo que se llevo a cabo.

Bibliografía:

McMurry J. 2008. Química Organica .Cengag Learning. México 7a. Ed.

Wade, L, G; Química Orgánica, ED.Pearson, ED. 5ª, México, 2004.