Practica N 03 - Preparacion de Haluros de Alquilo

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PRACTICA N°03: PREPARACIÓN DE HALUROS DE ALQUILO
1. INTRODUCCIÓN
Después de haber estudiado la química de los hidrocarburos, podemos analizar las
estructuras de otros compuestos más complejos, como los haluros de alquilo o
también conocidos como haloalcanos, compuestos por un átomo de halógeno unido
un átomo de carbono con hibridación sp3. (1) Tienen enlace carbono-halógeno polar,
esto se debe a que la electronegatividad de los halógenos es mayor a la del carbono, y
la carga parcial positiva le corresponde al carbono y la carga parcial negativa al
halógeno. (2)
Se clasifican según el carácter del átomo de carbono enlazado al halógeno: Primario
(1°), halógeno unido a un carbono primario; Secundario (2°), halógeno que se une a
un carbono secundario; Terciario (3°), si está enlazado a un carbono terciario. Si el
carbono no está enlazado con otros átomos de carbono, es un haluro de metilo.
Figura 1. Clasificación de los halogenuros de alquilo. (2)
Existen halogenuros de alquilo libres en la naturaleza, como el clorometano liberado
por las algas marinas, incendios forestales y volcanes. También tienen varias
aplicaciones como en: (2)
● Solventes: Como el 1,1,1-tricloroetano para el lavado en seco y el cloruro de
metileno (CH2Cl2) para la limpieza y desengrasado.
● Reactivos: Utilizados como materia prima en la síntesis orgánica para la
conversión en reactivos organometálicos.
● Anestésicos: Por ejemplo, el halotano (CF3CHBrCl). También se usa el cloruro de
etilo para intervenciones menores.
● Freones: Refrigerantes y agentes espumantes que sustituyen al amoniaco como
gas refrigerante. Sin embargo, sus reacciones con la capa de ozono han generado
preocupaciones. (2)
Los tipos de reacciones que presentan los organohalogenuros son muy importantes y
bastante estudiados en la química orgánica. Los haloalcanos sencillos se preparan a
través de la halogenación por radicales de alcanos, pero normalmente se obtienen
mezclas de productos. Los alcoholes 3° reaccionan con HX para formar halogenuros
de alquilo. Los halogenuros de alquilo 1° y 2° se suelen preparar con alcoholes
utilizando SOCl2, PBr3 o HF en la piridina. (1)
2. OBJETIVOS
● Emplear la nomenclatura IUPAC para nombrar haluros de alquilo.
● Conocer diferentes maneras de preparar haluros de alquilo.
● Valorar la importancia de los procesos sintéticos en su formación profesional.
3. MATERIALES Y MÉTODOS
● Acetona CH3(CO)CH3
● Hidróxido de Sodio (NaOH) al 10%
● Ioduro de potasio (KI) al 10%
● Hipoclorito de Sodio (NaClO)
● Beaker de 500 ml
● Matraz Erlenmeyer
● Equipo de filtración a vacío
● Espátula
● Agua destilada
● Frasco pequeño
Preparación:
Primero, se realiza la preparación de las soluciones de KI y NaOH AL 10% p/p; para
ello, pesamos en un vaso de precipitado 10 gr de KI y completamos con agua hasta un
volumen de 100 gr. Realizamos la misma operación para el NaOH. Luego, medimos 1
ml de acetona en un beaker de 500 ml y le agregamos 40 ml de KI al 10% y 16 ml de
NaOH al 10%. Mezclamos. Seguidamente, añadimos 40 ml de NaClO y agitamos
ligeramente. Adicional a este método, podemos también añadir el NaClO a través de
un embudo de separación, para que la mezcla no sea tan brusca. Una vez terminado la
reacción, se podrá observar la formación de un precipitado amarillo, el cual pertenece
al Yodoformo (CHI3). Para separarlo, se procede con una operación de filtración.
Durante esta operación, veremos como el precipitado se queda impregnado en el
embudo, el cual debe ser removido con el uso de una espátula y luego ser colocado en
un matraz aparte. Retiramos los sobrantes del beaker con agua destilada y filtramos
para obtener la cantidad máxima posible del precipitado. Enseguida, procedemos con
una recristalización para purificar el yodoformo obtenido, para ello, añadimos cierta
cantidad de etanol calentado al matraz que contiene el Yodoformo y lo cubrimos con
aluminio debido a su sensibilidad a la luz. Una vez reaccionado, filtramos. Cabe
recalcar la importancia de tener el material de vidrio calentado, puesto que de lo
contrario, podría ocurrir una precipitación, estos no deben exceder de 75°C para que
el yodoformo no se descomponga. Cuando terminemos, lo dejamos enfriar a
temperatura ambiente (se puede tapar el matraz para que no entren impurezas del
ambiente) y veremos como empiezan a aparecer los cristales. Una vez enfriado,
continuamos con una re-filtración para obtener el yodoformo purificado. Finalmente
dejamos secar los cristales y los depositamos en un frasco aparte dentro en un
desecador.
4. RESULTADOS
Figura 1. Solución obtenida de la reacción de acetona con NaOH y NaClO
Se obtiene un precipitado de color amarillo, el cual indica la presencia de yodoformo.
Esta se encuentra mezclada con una solución líquida la cual pertenece a los otros
compuesto obtenidos por la reacción (CH3COONa, NaOH y KCl).
Figura 2 y 3 . Precipitado de yodoformo después de la cristalización con etanol
En la figura 2 se observó un cambio de color del yodoformo a uno rojo-anaranjado, lo
cual se debió a la reacción con el etanol calentado a 75°C. Al final del operación de
cristalización, el precipitado de Yodoformo volvió a su color original; un amarillo más
intenso que antes. Esto indicaría que el yodoformo se encuentra más puro.
5. DISCUSIÓN
Se puede decir que la formación del Yodoformo se basa en el mecanismo de las
reacciones de Haloformos, las cuales se caracterizan por la reacción de compuestos
metilcarbonílicos junto a los halógenos formando compuestos trihalometilcarbonílicos
que posteriormente nos sirven para la obtención de un haloformo (CHX3) (3). Así,
para escoger un reactivo que nos ayude a obtener el yodoformo debe cumplir la
característica de ser un compuesto cetona metílica. Esto es importante ya que estos
compuesto suelen tener hidrógenos alfa, las cuales están unidos a un carbono alfa, es
decir, aquellos carbonos que están unido a un carbono de distancia del aldehído o
cetona, y que a su vez facilitan la formación del haloformo, en este caso, del CHI3. En
nuestro experimento, se usó la acetona como reactivo, la cual, posee en su estructura
un grupo metil (CH3) unido a una cetona cumpliendo con la característica mencionada
anteriormente. Asimismo, se usan hidróxidos (OH-) puesto que, el OH sirve para
eliminar los hidrógenos alfa y reemplazarlos con el haluro, que en este caso sería el
Iodo. El uso del NaOH se puede explicar por su compatibilidad reactiva con la
acetona, ya que según Leira y Ortiz (2013) en un ensayo para la identificación de
aldehídos y cetonas, se comparó la reacción de formaldehído + reactivo de fehling +
acetona (sustancia 1) y yodoformo + hidróxido de sodio + acetona (sustancia 2)
determinaron que en la sustancia 1 no existía una reacción puesto que la acetona al
reaccionar con el reactivo de fehling presentaba una oxidación leve, mientras que en
la sustancia 2, al reaccionar la acetona con el hidróxido de sodio se produjo una
oxidación fuerte, provocando así el reconocimiento de un aldehído (acetaldehído). En
el caso de la sustancia 1 como no hubo una reacción no existió un reconocimiento de
aldehído (4). De acuerdo a esto cabe resaltar la importancia del uso hidróxido de
sodio para una reacción con acetona más eficaz.
La reacción para la obtención de yodoformo se puede representar de la siguiente
manera:
El hipoclorito de sodio reacciona con el yoduro de potasio y obtienen como residuo el
hipoyodito de sodio (NaOI) y cloruro de potasio (KCl)
En nuestro experimento se usó el NaOH como reactivo y no como producto, el cual se
encarga de la eliminación de hidrógenos alfa, y los reemplaza con Yodo debido a su
característica base, sin embargo, de acuerdo a esta reacción, podemos identificar que
el NaOI realiza lo mismo que el NaOH y que incluso ayuda a la formación de más
NaOH, por lo que se puede decir que el NaOI es un compuesto importante para la
formación del compuesto intermedio del yodoformo que es el CI3 tal y como se
muestra en el paso 2,3 y 4.
(5)
Después de la reacción del NaOI, ocurre la reaccióndel NaOH que primero separa el CI3 de
la cetona y le dona un protón, convirtiéndolo a CHI3 que es nuestro producto final de
yodoformo. Asimismo, debido a esa reacción forma el residuo de acetato de sodio debido a la
separación de sus iones Na+ y O-2 que se unen a la cetona.
Por otro lado, con respecto al tipo de reactivo, cabe recalcar que también se puede usar
alcohol como reactivo, ya que al oxidarse, dependiendo de su tipo (primario o secundario)
llega a formar aldehídos o cetonas.
6. CONCLUSIONES (Camila)
● Conocimos cómo usar la nomenclatura IUPAC, mediante el nombramiento de
los compuestos y la formación de las estructuras de los haluros de alquilo.
● Se preparó los haluros de alquilo, en este caso del yodoformo; usando acetona,
yoduro de potasio y el hipoclorito de sodio; y se evaluó las características de
su procedimiento así como las de su reacción.
● Se valoró la importancia de los procesos sintéticos en nuestra formación
profesional; resaltando los sucesos y etapas más resaltantes durante el
experimento; en este caso de los haluros de alquilo, ya que tienen un gran uso
dentro de la química orgánica, entre ellos, como disolventes.
7. SUGERENCIAS (Camila)
● El solvente elegido para la cristalización debe ser soluble en caliente e
insoluble en frío y no debe reaccionar con el compuesto a purificar.
● El yodoformo es sensible a la luz, por lo que se debe tener sumo cuidado en su
exposición.
● No es recomendable colocar un termómetro cuando debajo hay un agitador,
podría romperse.
● Para la refiltración durante la cristalización, es necesario que el material haya
estado previamente en la congeladora.
● El uso de la filtración al vacío va acelerar la operación de filtrado, separando
el contenido sólido y va permitir pasar el contenido líquido.
8. ACTIVIDADES
1) De el nombre IUPAC para los siguientes halogenuros de alquilo:
(GRECIA)
2) Dibuje las estructuras correspondientes a los siguientes nombres IUPAC:
(GRECIA)
❖ 2-cloro-3,3-dimetilhexano
❖ 3,3-dicloro-2-metilhexano
❖ 3-bromo-3-etilpentano
❖ 1,1-dibromo-4-isopropilciclohexano
❖ 4-sec-butil-2-cloro nonano
❖ 1,1-dibromo-4-ter-butilciclohexano
3) Identifique los reactivos utilizados en la práctica (consulte sus hojas de
seguridad). (PAOLA)
a) Acetona CH3(CO)CH3
● Estado físico: Líquido.
● Color: Incoloro.
● Olor: Levemente dulce afrutado.
● Solubilidad en agua: Miscible en cualquier proporción.
● Indicaciones de peligro: Líquido y vapores muy inflamables,
provoca irritación ocular grave, puede provocar somnolencia o
vértigo.
● Principales síntomas y efectos, agudos y retardados: Irritación,
náuseas, vómitos, trastornos gastrointestinales, cefalea, vértigo,
mareos, somnolencia, narcosis.(6)
b) Hidróxido de Sodio (NaOH)
● Estado físico: Sólido.
● Color: Translúcido.
● Olor: Inodoro.
● Solubilidad en agua: >1.000 g /l a 20 °C
● Indicaciones de peligro: Puede ser corrosivo para los metales y
provoca quemaduras graves en la piel, lesiones oculares graves.
● Principales síntomas y efectos, agudos y retardados: Irritación,
corrosión, tos, dificultades respiratorias, colapso circulatorio,
riesgo de lesiones oculares graves.(7)
c) Ioduro de potasio (KI)
● Estado físico: Sólido (polvo cristalino).
● Color: Blanco.
● Olor: Inodoro
● Solubilidad en agua: 1.429 g /l a 25 °C
● Indicaciones de peligro: Provoca daños en los órganos
(tiroides) tras exposiciones prolongadas o repetidas (en caso de
ingestión).
● Principales síntomas y efectos, agudos y retardados: A la fecha
no se conocen síntomas y efectos.(8)
d) Hipoclorito de Sodio (NaClO)
● Estado físico: Líquido
● Color: Amarillo claro-verde claro.
● Olor: Como cloro.
● Solubilidad en agua: Miscible en cualquier proporción
● Indicaciones de peligro: Puede ser corrosivo para los metales,
provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares
graves, muy tóxico para los organismos acuáticos, con efectos
nocivos duraderos.
● Principales síntomas y efectos, agudos y retardados: Corrosión,
tos, peligro de ceguera, perforación de estómago, riesgo de
lesiones oculares graves, ahogos.(9)
4) Realice un esquema conceptual y gráfico de la metodología. (xiomara)
5) Proponga un mecanismo de reacción para la obtención. (Vicky)
Pongamos de ejemplo esta reacción:
Básicamente consiste en los siguiente: primero, el NaOH reacciona con el
Yodo para formar hipoyodito de sodio (NaOI), Yoduro de sodio (NaI) y agua.
La importancia de obtener NaOI es que este reacciona con la acetona como un
ácido, es decir, que es un aceptor de protones. En este caso, la acetona
reacciona como base y, cuando el NaClO le quita los hidrógenos alfas, la base
recibe como reemplazo a los iones de yodo, formándose así un intermediario
del yodoformo (CI3). Asimismo, por cada molécula de NaOI que quita un
hidrógeno, se forma una molécula de NaOH.
Luego de formar los intermediarios, el NaOH cederá su hidrógeno a la CI3 lo
que permitirá la formación del yodoformo (CHI3). Aparte de eso, los iones
sueltos de Na+ y O-2 se unirán a la cetona y formarán el residuo del acetato de
sodio.
Una ecuación más cercana a nuestra experimentación sería:
Aquí, el NaClO reacciona con el KI formando el residuo de KCl y además,
forma el compuesto importante de NaOI, el cual, como se mencionó
anteriormente se encarga de reemplazar; al igual que los OH-; los hidrógenos
alfa con los iones de yodo dando como productos moléculas de NaOH, el cual
después de ceder su hidrógeno al CI3 permite la obtención del yodoformo
(CHI3) como producto final.
6) ¿Cual es la reacción de filkenstein? (Xiomara)
Su nombre se debe al químico alemán Hans Filkenstein, es una reacción de
sustitución nucleofílica bimolecular (sn2) de intercambio de halógenos en un
haluro de alquilo. el carácter nucleofílico del anión entrante como por la
diferencia de solubilidades de la sal del halógeno entrante y saliente en el
disolvente empleado y se favorece empleando catalizadores o grandes excesos
de sal de halógeno entrante determinará la capacidad de intercambio.
(10*3)(11*4)
R-X + MX´↔ R-X´+ MX
- X´ = I, F
- X = Cl, B
Los X´ desplazan a los X, esto se debe a que el flúor es un buen nucleófilo y
las sales de yodo las más solubles de las halosales de sodio y potasio.
7) Llevar a cabo las siguientes reacciones. (Paola)
https://es.linkfang.org/wiki/Catalizadores
9. REFERENCIAS
1. McMurry J. (2018). Química Orgánica (Novena ed.). México: Cengage Learning.
2. L.G. Wade, Jr. (2012). Química Orgánica (Séptima ed.). México: Pearson.
3. Smith O., Cristol S. Química Orgánica [Internet]. Barcelona: Editorial
Reverté, 1970, Disponible en: https://n9.cl/78azi
4. Leira A., Ortiz M. Identificación de aldehídos y cetonas mediante pruebas específicas
[Internet]. 2013. Disponible en:
https://es.slideshare.net/AngyMile02/practica-5-reconocimiento-de-aldehdos-y-cetonas
5. Hardyanti H. Informe Química Orgánica 2. 2012
6. Acetona. Ficha de datos de seguridad [Internet]. Carlroth.com. [citado el 17 de abril
de 2021]. Disponible en: https://n9.cl/axif
7. Hidróxido de sodio. Ficha de datos de seguridad [Internet]. Carlroth.com. [citado el
17 de abril de 2021]. Disponible en: https://n9.cl/kujwx
8. Ioduro de potasio. Ficha de datos de seguridad [Internet]. Carlroth.com. [citado el
17 de abril de 2021]. Disponible en: https://n9.cl/cvjih
9. Hipoclorito de sodio. Ficha de datos de seguridad [Internet]. Carlroth.com. [citado
el 17 de abril de 2021]. Disponible en: https://n9.cl/ytzm
10. Finkelstein Reaction. Organic Chemistry Portal. (3)
11. LinkFang [Internet]. Linkfang.org. [citado el 17 de abril de 2021]. (4) Disponible
en: https://es.linkfang.org/wiki/Reacción_de_Finkelstein
https://n9.cl/78azi
https://es.slideshare.net/AngyMile02/practica-5-reconocimiento-de-aldehdos-y-cetonas
https://n9.cl/axif
https://n9.cl/kujwx
https://n9.cl/cvjih
https://n9.cl/ytzm
https://www.organic-chemistry.org/namedreactions/finkelstein-reaction.shtm
https://es.linkfang.org/wiki/Reacci%C3%B3n_de_Finkelstein