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práctica sobre compuestos aromáticos, Guías, Proyectos, Investigaciones de Química Orgánica

efecto de los sustituyeres del benceno sobre su reactivada

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2019/2020

Subido el 08/10/2020

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isabella-perez-mejia 🇨🇴

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Práctica 4: Síntesis de Naranja de Metilo y Efecto del Sustituyente sobre el Anillo Aromático Lab. Orgánica II
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS
LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA II
Práctica 4: Sustitución Electrofílica Aromática: Síntesis de Naranja de Metilo y Efecto del Sustituyente
sobre el Anillo del Benceno
Estudiante: 1Isabella Pérez Mejía, 2Julián Cardona Rubio, 3Gabriela Núñez Díaz
Código: 1A00359020 2A00361658 3A00354568
PREPARACIÓN PREVIA (10 PUNTOS)
1. ¿Por qué el naranja de metilo se puede emplear con indicador ácido-base? Escriba las
ecuaciones químicas para justificar su respuesta.
2. Consulte y explique la diferencia en la basicidad de las aminas aromáticas y alifáticas.
Las aminas son compuestos nitrogenados derivados del amoniaco (:NH3) en el que uno o más grupos
alquilo o arilo están unidos al nitrógeno. Debido al par de electrones no enlazantes sobre el átomo de
nitrógeno, es probable que estos compuestos actúen como bases. De hecho, las aminas componen el grupo de
las bases orgánicas más comunes por su capacidad de sustraer un protón del agua y formar un ion amonio y
un ion hidroxilo. De esta forma, al ser bases fuertes, se dice que sus disoluciones acuosas son básicas. A la
constante de equilibrio de esta reacción se le llama constante de basicidad de la amina y se representa por Kb.
En algunos casos, es más simple recurrir a los valores del pKa, que cuantifica la fuerza del ácido conjugado,
para referirse a la basicidad de las aminas.
De esto, se tiene que mientras más fuerte es el ácido, su base conjuda es más débil. Por ejemplo, con sus
valores de pKa, se aprecia que la metilamina protonada es un ácido más fuerte que la etilamina protonada;
ello significa que la metilamina es una base más débil que la etilamina.
La diferencia de basicidad entre la metilamina y la etilamina se explica por el efecto electrón-dador de los
grupos alquilo. En el caso de la etilamina, el grupo etilo es un grupo alquilo con mayor densidad electrónica
que el metilo, lo cual ayuda a estabilizar la carga positiva del nitrógeno, provocando una disminución de la
energía potencial del catión metilamonio y desplaza el equilibrio hacia la derecha.
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FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA II

Práctica 4: Sustitución Electrofílica Aromática: Síntesis de Naranja de Metilo y Efecto del Sustituyente sobre el Anillo del Benceno Estudiante: 1 Isabella Pérez Mejía, 2 Julián Cardona Rubio, 3 Gabriela Núñez Díaz Código: 1 A00359020 2 A00361658 3 A PREPARACIÓN PREVIA (10 PUNTOS)

1. ¿Por qué el naranja de metilo se puede emplear con indicador ácido-base? Escriba las **ecuaciones químicas para justificar su respuesta.

  1. Consulte y explique la diferencia en la basicidad de las aminas aromáticas y alifáticas.** Las aminas son compuestos nitrogenados derivados del amoniaco (:NH3) en el que uno o más grupos alquilo o arilo están unidos al nitrógeno. Debido al par de electrones no enlazantes sobre el átomo de nitrógeno, es probable que estos compuestos actúen como bases. De hecho, las aminas componen el grupo de las bases orgánicas más comunes por su capacidad de sustraer un protón del agua y formar un ion amonio y un ion hidroxilo. De esta forma, al ser bases fuertes, se dice que sus disoluciones acuosas son básicas. A la constante de equilibrio de esta reacción se le llama constante de basicidad de la amina y se representa por Kb. En algunos casos, es más simple recurrir a los valores del pKa, que cuantifica la fuerza del ácido conjugado, para referirse a la basicidad de las aminas. De esto, se tiene que mientras más fuerte es el ácido, su base conjuda es más débil. Por ejemplo, con sus valores de pKa, se aprecia que la metilamina protonada es un ácido más fuerte que la etilamina protonada; ello significa que la metilamina es una base más débil que la etilamina. La diferencia de basicidad entre la metilamina y la etilamina se explica por el efecto electrón-dador de los grupos alquilo. En el caso de la etilamina, el grupo etilo es un grupo alquilo con mayor densidad electrónica que el metilo, lo cual ayuda a estabilizar la carga positiva del nitrógeno, provocando una disminución de la energía potencial del catión metilamonio y desplaza el equilibrio hacia la derecha.

Bajo esta óptica, se debería esperar que las aminas secundarias fuesen bases más fuertes que las aminas primarias, y las aminas terciarias fuesen bases más fuertes que las aminas secundarias. La situación real es más complicada debido a la solvatación. Como los iones amonio tienen carga positiva, están fuertemente solvatados por el agua y la energía de solvatación contribuye a aumentar su estabilidad. Si el átomo de nitrógeno en el catión amonio presenta muchos grupos alquilo, caso de las aminas secundarias y terciarias, la solvatación se ve dificultada porque las moléculas de agua no se pueden acercar al átomo de nitrógeno que porta la carga positiva. Por tanto, los grupos alquilo sobre los átomos de nitrógeno en las aminas ejercen dos efectos contrapuestos: por una parte, estabilizan al catión amonio por efecto inductivo electrón-dador, pero por otra desestabilizan al catión amonio al impedir una buena solvatación. Como resultado de esto, las aminas primarias, secundarias y terciarias muestran valores semejantes de basicidad. Ñ El ion anilino no presenta solapamiento, por lo que es el reactivo está estabilizado en comparación con el producto. La reacción está desplazada hacia la izquierda y la anilina no es tan básica como las aminas alifáticas, como se observa en la Figura 1. Con respecto la basicidad de la amina con respecto a la estabilización de los reactivos, en este caso, la amina libre. Figura 1. La anilina se estabiliza mediante el traslape del par de electrones no enlazados con el anillo aromático. En el ion anilinio no es posible dicho traslape. Los efectos de hibridación también juegan un papel en la basicidad de las aminas. En este caso, la piridina, cuyo valor pKb es igual a 8.75, se muestra como una base más débil que las aminas alifáticas, como la piperidina, cuyo pKb es igual a 2.88. El par de electrones no enlazantes de la piridina ocupan un orbital con hibridación sp^2 y en la piperidina ocupan un orbital con hibridación sp^3. Cuanto mayor es el carácter s de un orbital, mayor es la atracción

  1. La bromación o cloración del benceno necesita un catalizador que es un ácido de Lewis (FeCl 3 , AlCl 3 , FeBr 3 ), ya que, la aromaticidad del benceno lo hace muy estable y en consecuencia mucho menos reactivo que un alqueno. Así, el benceno requiere un mejor electrófilo, y al donar un par de electrones no enlazado a un ácido de Lewis se debilita el enlace Br—Br o Cl—Cl y de ese modo el Br 2 /Cl 2 se convierte en un mejor electrófilo. Estos catalizadores, reaccionan con facilidad con la humedad del aire y eso los desactiva. Por tanto, no se usan las sales tal cuales, sino, in situ (en la mezcla de reacción) agregando limaduras de hierro y bromo o cloro a la mezcla. Así, el halógeno en el ácido de Lewis es el mismo reactivo que el halógeno reactivo. Por otro lado, la yodación requiere un agente oxidante ácido, como el ácido nítrico que oxida el iodo a ion yoduro
  2. La nitración del benceno con ácido nítrico concentrado requiere ácido sulfúrico concentrado como catalizador. Para generar el electrófilo necesario, el ácido sulfúrico protona al ácido nítrico, que pierde agua y forma un ion nitronio, el electrófilo necesario para la nitración. Además, permite que la reacción se lleve a cabo con mayor rapidez y a menores temperaturas.
  1. La sulfonación es la reacción con el ácido sulfúrico concentrado. Esta reacción es lenta, pero con el ácido sulfúrico fumante (disolución al 7% de trióxido de azufre (SO 3 ) en H 2 SO 4 ) se vuelve más rápida, el trióxido de azufre, que se protona en presencia del ácido sulfúrico y se "activa", dando lugar a un electrófilo más potente. Esta es la única reacción de sustitución electrofílica aromática que es reversible, ya que grupo sulfónico puede introducirse y, en una reacción posterior, eliminarse (Si se calienta ácido bencensulfónico en ácido diluido se adiciona un H1 al anillo y el grupo ácido sulfónico se elimina del anillo). Esto puede permitir el bloqueo momentáneo de una posición del benceno en una secuencia de síntesis
  2. Para la acilación de Friedel-Crafts: El electrófilo (un ion acilio) que es necesario para la reacción, se forma con la reacción de un cloruro de acilo o un anhídrido de ácido con AlCl 3 , el cual es un ácido de Lewis. El oxígeno y el carbono comparten la carga positiva en el ion acilio, y eso lo estabiliza. En vista de que el producto de una reacción de acilación de Friedel-Crafts contiene un grupo carbonilo que forma un complejo con el AlCl 3 , estas reacciones de acilación deben efectuarse con

Figura 1. Gráfico de la técnica de identificación infrarrojo del compuesto dimetilanilina con método de película líquida. La dimetilanilina, o N,N Dimetilanilina , es un compuesto aromático cuyo sustituyente amina se enlaza a dos grupos metilos. Al someterse ante el espectro de infrarrojo, que permite una visualización gráfica de la interacción entre la radiación infrarroja y la materia del compuesto orgánico, se observaron, en esta región media del infrarrojo, diferentes bandas que representan los grupos funcionales de la molécula, las vibraciones fundamentales y la estructura rotacional vibratoria asociada a estos. Figura 2. Tabla de valores específicos para cada banda del IR de Dimetilanilina. 3000-3100: instauraciones: aromáticos Hay dos señales una entre 1490 y- 1550 y otra entre 1550 y 1610 Además, hay cuatro señales entre 650-900, una en 692, 750, 813 y 854. 750 y 692 son las bandas del benceno con un único sustituyente. El número, forma y posición en 2000-1650 caracterizan las posiciones sustituidas del anillo bencénico. 5 señales: 1731, 1760, 1818, 1915 y un sobretono o algo así. 2800-3000: 5 señales, 2804, 2846, 2875, 2893, 2984 Pueden ser cadenas CH2-CH3, además, hay señales entre 1475 y 1445: 1444 una. 3100-3000 son estiramientos del C-H y combinciones, en algunso aromáticos la banda principal esta debajo de

  1. intensidad menos de 60. Estiramiento del enlace C-N alifático es decir los metilos unidos a la amina. Si bien la posición es casi igual al estiramiento C-C, la intensidad es mucho mayor, debido a la polaridad del enlace C-N. Vibraciones de estiramiento del enlace C-N. 1360-1250 hay una banda de 1345, podría ser el enlace N-R intensidad pequeña, estiramiento N-R, se desplza

por el incremento en el carácter del doble enlace. 1280-1180, 1192 y 1229 hay dos bandas estiramiento del enalce C- alifático-N. Su intensidad es mediana. Las bandas entre 1125-950 son bandas complemetnarias, pues los estiramientos C-C, C-N y C-Oflexiones en el plano, caen en la misma región. Aparecen varias señales en función del numero de hidróigenos, seales débiles pero agudas, que pueden aumentar significativamente en presenica de gupos polares. Flexiones en el plano: 1 sustituyente: 1175- 1110-1070, 1070-1000,s eñales débiles, pero agudas. Aumentan por la presencia de grupos polares como N.

6. Complete la siguiente tabla de residuos químicos. Reactivo Fórmula molecular Riesgo químicos (SGA) Símbolo SGA Ácido clorhídrico Ácido sulfanílico Dimetilanilina Nitrito de sodio Hidróxido de sodio Bromo

  1. Merck.KGaA. (2020). Ficha de datos de seguridad. Recuperado de: https://www.merckmillipore.com/CO/es.