Trabajo Practico N° 5
HIDROCARBUROS Y DERIVADOS HALOGENADOS
HIDROCARBUROS i-Halogenación De alcanos:
Pudiendo continuar la reacción sustituyéndose cualquier átomo de H sobre el esqueleto carbonado (en forma similar a la expuesta) mientras exista halógeno disponible para la reacción.
De alquenos y alquinos:
+
Cl
2luz
R CH CH
2R CH CH
2Cl
(Reacción de adición) Cl
La reacción se verifica rápidamente en la oscuridad. (Ídem para alquinos)
Cuando el halógeno es Br2 (su solución es color naranja), al agregar una gota de su solución sobre una sustancia insaturada (con dobles o triples enlaces) se percibe la reacción por la decoloración del reactivo (los compuestos clorados y bromados suelen ser incoloros o coloreados de amarillo pálido).
R C C R + 2 Br2 R C C
Br Br
R Br
Br ii- Oxidación
Los alquenos y alquinos son sensibles a reactivos oxidantes moderados, como por ejemplo una solución acuosa de KMnO4 ; al llevar a cabo la reacción a baja temperatura el alqueno es oxidado a dialcohol (diol). A temperaturas mayores, los productos de oxidación son varios.
+
Cl
2luz
R CH
2CH
3R CH CH
3Cl +
HCl
(Reacción de sustitución)
CH CH2
OH OH
3 2 + 2 KOH 2 MnO2
CH CH2
2
3 + 2 KMnO4 + 4 H2O +
iii-Acidez
Los alquinos terminales presentan el grupo HC≡ , cuyo hidrógeno es débilmente ácido, lo suficiente como para formar sales metálicas insolubles en agua, por ejemplo sales de Cu (I) , Hg (II), o Ag(I), en presencia de amoníaco.
iv- Hidrocarburos aromáticos
Son relativamente poco reactivos. Una reacción típica es la Sustitución Electrofílica. Para poder reaccionar con halógenos requieren de la presencia de un catalizador ácido de Lewis. En ausencia de catalizador no se produce reacción. También resultan ser inertes frente a oxidantes tales como el KMnO4 (en los hidrocarburos aromáticos sustituidos pueden ser oxidadas las cadenas laterales).
DERIVADOS HALOGENADOS
Su caracterización química puede comenzar por la realización de un ensayo sencillo, llamado ensayo de Beilstein. Consiste en calentar a la llama oxidante de un mechero un alambre de Cu impregnado su extremo con la sustancia problema . Si la llama toma color verde o verde azulado, indica probable presencia de halógeno en la muestra. Previamente al ensayo, el alambre debe calentarse en la llama hasta que deje de colorearse, y luego se lo deja enfriar. Además de los compuestos halogenados, dan resultado positivo (interfieren) los nitrilos, la urea (H2N-C(O)- NH2) algunas amidas, etc.
Reacción con AgNO3
Los distintos tipos de enlaces C-halógeno presentan diferente reactividad frente al AgNO3 en solución alcohólica. Esta diferencia puede ser incluso utilizada para clasificar los derivados halogenados: (X = Cl o Br)
Reaccionan a temperatura ambiente:
Cu (NH
3)
4+ -Cl C H
+R-C
C H
R-C
+Ag (NH
3)
4+ -NO
3C
-+Cu R-C
C
-+Ag R-C
+ NH
4+ -Cl + 3 NH
3+ NH
4+ -NO
3+ 3 NH
3CH2X CH HC
CH2X CHX X
X R C
R R
Para ilustrar esta reacción, veamos una ecuación típica:
R R C
R X
+ Ag+-NO3 AgNO3 +
R R C
R ONO2
I- Parte Experimental
1. Reacción con el Bromo
Importante: No lleve a cabo las reacciones a la luz solar directa, salvo que explícitamente se indique hacerlo.
En sendos tubos de ensayo coloque 0,5 ml (10 gotas) de : a) Eter de petróleo
b) Disolución de alquenos en éter de petróleo c) Benceno
A cada tubo así preparado, agregue 3 gotas de solución de bromo en tetracloruro de carbono (Br2 en CCl4). Agite, observe.
Exponga los tubos a) y c) a la luz solar directa durante unos minutos. Observe. Interprete los resultados, escribiendo con ecuaciones. Conserve el tubo en que practico la reacción b), lo usará para estudiar los halogenuros de alquilo.
d) En un cuarto tubo coloque 5 gotas de solución de bromo en tetracloruro de carbono. Haga burbujear acetileno en el líiquido durante 1 minuto. Observe e interprete la reacción producida. Conserve esta mezcla de reacción (d).
El acetileno (y todos los hidrocarburos gaseosos) forma con el aire mezclas explosivas. Por lo tanto evite encender la llama en las proximidades de los equipos generadores de gas.
2. Reaccion con reactivo de Baeyer (solución de permanganato de potasio) En sendos tubos de ensayo coloque 0,5 ml (10 gotas) de :
a) Eter de petróleo
b) Disolución de alquenos en éter de petróleo.
c) Benceno
A cada tubo así preparado, agregue 2 gotas de solución de Baeyer (KMnO4 al 0,5 %). Agite enérgicamente por unos segundos. Observe cualquier cambio en la coloración.
d) En un 4to. tubo coloque 3 gotas de solución de KMnO4 al 0,5 %, y agregue 0,5 ml de H20 destilada. Haga burbujear acetileno en el líquido durante 1 minuto. Tape el tubo y agite vigorosamente el contenido. Observe cualquier cambio e interprete la reacción producida mediante ecuaciones.
4 Reacción con nitrato de plata amoniacal.
Prepare usted el reactivo agregando (en cada tubo), 0,5 ml de solución de AgNO3 al 2%, solución acuosa de amoniaco (NH3) al 1%, gota a gota hasta redisolución del precipitado inicialmente formado.
En 4 tubos de ensayo coloque 0,5 ml (10 gotas) de nitrato de plata amoniacal. A tres de ellos agregue, respectivamente 4 gotas de :
a) Eter de petróleo
b) Disolución de alquenos en éter de petróleo c) Benceno
Agite enérgicamente por unos segundos. Observe cualquier cambio en la coloración.
d) En un 4to. tubo, haga burbujear acetileno en el líquido, durante 1 minuto. Observe cualquier cambio e interprete las reacciones producidas mediante ecuaciones.
Lave muy bien los tubos una vez finalizada la serie.
HALOGENUROS DE ALQUILO Y ARILO
1-Ensayo de Beilstein :
Caliente a la llama oxidante de un mechero un alambre de cobre (Cu), hasta que la llama deje de colorearse. Déjelo enfriar e introdúzcalo en la muestra problema. Vuelva a llevarlo a la llama y observe si se desarrolla o no color verde-azulado. Esta coloración es el indicio de probable presencia de halógeno en la muestra de estudio.
Practique el ensayo de Beilstein con:
a) Eter de petróleo
b) Solución de alquenos en éter de petróleo c) Benceno
d) Solución de p-diclorobenceno al 2% en etanol.
2-Reacción con solución de nitrato de plata ( NO3Ag) en etanol:
Sobre los tubos b) y d) , reservados al estudiar reacciones de hidrocarburos, y en un tercer tubo que contenga 0,5 ml de solución de p-diclorobenceno al 2% en etanol, agregue 2 ml de solución de nitrato de plata ( NO3Ag ) al 1% en etanol.
Si a los 5 minutos a temperatura ambiente no se observa reacción, caliente suavemente la mezcla hasta ebullición.
Si se forma precipitado, anote el color. Interprete con ecuaciones.
II- Cuestionario
Temario: Halogenación y oxidación de alcanos, alquenos y alquinos. Reacciones de adición y de sustitución. Sustitución electrofílica aromática. Sustituyentes activantes y desactivantes del anillo.
Reacción de los haluros de alquilo con AgNO3
Bibliografía:. - William H. Brown, "Introducción a la Química Orgánica". Compañía Editorial Continental, México, 2002. -H. Hart; D. J. Hart, L. E. Craine, “Quimica orgánica”, McGraw-Hill Interamericana, 5ta ed. 1995, México -Guía de Trabajos Prácticos- Clases teóricas.
1) Completar en el siguiente cuadro la reactividad esperada de los compuestos dados frente a los reactivos que se indican y plantear las ecuaciones que interpreten las reacciones que tienen lugar:
Benceno Hexano Propeno Acetileno 2-Pentino
Br2, luz
Br2, oscuridad KMnO4 / OH- KMnO4 / H+
2) ¿Cuál es el efecto de la luz en la reacción entre un alcano y Br2?
3) ¿Cuál es la diferencia entre las reacciones de adición de las olefinas y las de sustitución de los alcanos? ¿Por qué se solubilizan las olefinas en H2SO4? Plantee los mecanismos involucrados.
4) ¿Por qué el benceno, así como otros compuestos aromáticos, no puede reaccionar con halógenos solo con la energía de la luz? ¿Qué es necesario agregar para que dicha reacción se produzca?
5) Explique por qué el acetileno y el 2-butino reaccionan de diferente manera con AgNO3 y con Cu2Cl2 amoniacal. Escriba las ecuaciones que correspondan.
6) Las reacciones de sustitución de un hidrocarburo aromático son conocidas como “sustitución electrofílica aromática” (SEA). Complete las siguientes reacciones:
7) Complete el siguiente cuadro:
Sustituyente del anillo aromático
carácter: activante o desactivante
Orientación Efectos electrónicos responsables
a) -OH
b) -C
OH O
c)
-N O O
d) NH
- 2
e)
-C O CH3
f) -CH
3
8) Escriba las estructuras contribuyentes de resonancia correspondientes a (a) y (b).
9) Utilizando el cuadro anterior indique el/los producto/s que espera obtener por nitración con HNO3/H2SO4 del siguiente compuesto, donde Y es cada uno de los sustituyentes mencionados arriba:
Y
10) ¿Cuántos gramos de bromo pueden reaccionar 100 g de propeno?¿Y con 100 g de 1-hexeno?
Quimica Orgánica
Hidrocarburos y Haluros de Alquilo -- Ejercicios Adicionales
1) El p-diclorobenceno es un insecticida muy utilizado en el hogar como matapolillas y en pastillas para inodoro. Para dicho compuesto:
a) Representar y nombrar sus isómeros de posición.
b) Predecir si el anillo aromático del benceno está activado o desactivado para una SEA.
c) Representar la reacción del mismo frente al Bromo en presencia y en ausencia de Bromuro de Aluminio.
2) El análisis de un compuesto arrojó que posee 12,8% de C; 2,1% H y 85,1% Br y un peso molecular igual a 188.
a) Determinar su fórmula mínima.
b) Determinar su fórmula molecular.
c) Representar todas las estructuras posibles para dicha fórmula.¿Qué tipo de isómeros son todas ellas entre sí?¿Alguno de ellos presenta isomería óptica?.
d) De todas esas estructuras, se conoce que la menos polar es la correspondiente a un fumigante insecticida.¿Cuál será dicha estructura?.
e) ¿Cómo podría obtener ese compuesto a partir del etileno (eteno)? Representar la reacción.
3) ¿Cuántos moles de bromo reaccionarán con 100 gramos de propeno?¿Y con 100 gramos de 1,3-butadieno?
4) Calcular el número de oxidación de c/u de los átomos de carbono en los reactivos y productos de las reacciones del propeno con:
a) Permanganato de potasio en medio alcalino.
b) Cloro.
c) Agua.
d) Hidrógeno.
Indicar en cada caso si el propeno se oxida o se reduce y nombrar los productos formados según las reglas de la IUPAC.
5) El "Aldrin" y el "clordano" son hidrocarburos policíclicos halogenados que actúan como
a) Expresar las fórmulas mínima y molecular.
b) Determinar su composición centesimal.
c) Representar sus reacciones frente a Cl2 y a MnO4K (en medio alcalino).
6) El 1,2,3,4,5,6-hexaclorociclohexano (HCH) posee varios isómeros geométricos, de los cuales uno solo (el llamado isómero gamma) posee propieadades isecticidas, con una gran actividad fumigante contra un amplio espectro de insectos. Sus nombres comerciales son "Lindano" y
"Gammexane":
a) Nombrarlo correctamente indicando la configuración.
b) Representar y nombrar (indicando la configuración) c/u de los isómeros geométricos del mismo.
c) ¿Mediante cuál ensayo podría diferenciarlo del ciclohexano?
Cl
Cl
Cl Cl Cl Cl
