Sustitución Electrofílica Aromática Obtención de 2,4-Dinitroclorobenceno

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "Sustitución Electrofílica Aromática Obtención de 2,4-Dinitroclorobenceno"

Gonzalo Mario Cortés Gil
hace 6 años
Vistas:

1 Sustitución Electrofílica Aromática Obtención de 2,4-Dinitroclorobenceno José Antonio Carmona González (Clave 3) Facultad de Química UNAM Universidad Nacional Autónoma de México Resumen Se llevo a cabo una reacción de sustitución electrofílica aromática obteniendo como resultado el 2,4- Dinitroclorobenceno. El ácido sulfúrico reacciona con el ácido nítrico para formar el ion nitronio ( + NO 2 ). El ácido sulfúrico protona al grupo hidroxilo del ácido nítrico, y permite que este grupo salga en forma de agua formándose un ion nitronio. El ion nitronio reacciona con el clorobenceno y forma un complejo sigma. La pérdida de un protón del complejo sigma permite que se forme el nitroclorobenceno, y al seguir calentando se pierde otro protón para formar el 2,4- Dinitroclorobenceno. Introducción Al igual que un alqueno, el benceno tiene densidades de electrones pi que se encuentran por arriba y por debajo de la estructura plana formada por los enlaces sigma. Aunque los electrones pi del benceno se encuentran dentro de un sistema aromático estable, están disponibles para atacar a un electrófilo fuerte para formar un carbocatión. Este carbocatión, estabilizado por resonancia, se llama complejo sigma, porque el electrófilo está unido con el anillo de benceno mediante un nuevo enlace sigma. El complejo sigma (que también se llama ion arenio) no es aromático, porque el carbono que presenta una hibridación sp 3 irrumpe el anillo de orbitales p. La pérdida de la aromaticidad contribuye a la naturaleza altamente endotérmica de este primer paso. El complejo sigma se vuelve a convertir en un compuesto aromático, ya sea por un paso inverso al primero (y regresando a los reactivos), o bien perdiendo el protón que está en el átomo de carbono tetraédrico sp 3, formándose el producto de la sustitución aromática. La reacción global es la sustitución de un protón (H + ) por un electrófilo (E + ) en el anillo aromático; es la sustitución electrofílica aromática. Este tipo de reacciones incluye sustituciones por una gran variedad de reactivos electrofílicos. Como permite introducir grupos funcionales en forma directa al anillo aromático, la sustitución electrofílica aromática es el método más importante para llevar a cabo la síntesis de los compuestos aromáticos sustituidos. Efecto del halógeno en la sustitución aromática electrofílica Los halógenos son excepcionales en cuanto a su efecto en la sustitución aromática electrofílica: son desactivantes y, sin embargo, dirigen a orto y para. La

2 desactivación es característica de la atracción electrónica, mientras la orientación orto-para es característica de la liberación de electrones. El halógeno atrae electrones por su efecto inductivo, y los libera por su efecto de resonancia. Cabe suponer que los grupos NH 2 y OH también pueden actuar así, pero en este caso el efecto de resonancia, mucho más intenso, predomina fuertemente sobre el otro. Para un halógeno, ambos efectos están más equilibrados; observamos, así, que operan ambos. Objetivos Realizar una sustitución electrofílica aromática. Efectuar en el laboratorio una reacción de nitración dentro del mecanismo general de sustitución electrofílica aromática S E A. Obtener un derivado de nitrado, partiendo de un sustrato aromático con un grupo desactivador, orto y para orientador. Hipótesis La reacción en la posición meta produce un complejo sigma, cuya carga positiva no está deslocalizada sobre el átomo de carbono unido al halógeno. Por consiguiente, el compuesto intermediario meta no está estabilizado por la estructura del ion halonio, por lo tanto se forma en posiciones orto y para. El benceno al tener un sustituyente (Cl) influirá en el tiempo de reacción como en la orientación. Material 1 adaptador (tapón de hule con tubo de vidrio) 1 Matraz Kitazato de 50 ml con manguera 1 Agitador de vidrio 1 Parrilla con agitación 1 Barra de agitación magnética 3 Pinzas de tres dedos con nuez 1 Embudo Buchner con adaptador de 1 Porta termómetro hule 1 Embudo de filtración rápida 1 Probeta de 10 ml 1 Embudo de separación con tapón 1 Refrigerante con mangueras 1 Matraz erlenmeyer de 25 ml 1 Termómetro de -10 a 400 C 1 Matraz de bola de 2 bocas de 25 ml 1 Vaso de precipitados de 50 ml de fondo plano 1 Vidrio de reloj 1 Vaso de precipitado de 25 ml 1 Espátula 1 Recipiente de peltre 1 Trampa de humedad

Método En un matraz de bola de dos bocas, se agregó 5 ml de HNO 3 concentrado con una barra magnética y se adaptó en una de las bocas un embudo de separación con 5 ml de H 2 SO 4 concentrado.

3 Método En un matraz de bola de dos bocas, se agregó 5 ml de HNO 3 concentrado con una barra magnética y se adaptó en una de las bocas un embudo de separación con 5 ml de H 2 SO 4 concentrado. El matraz se colocó en un baño de hielo, se agregó poco a poco y con agitación constante se hizo la adición del H 2 SO 4 concentrado. Se retiró el baño de hielo y se adicionó lentamente y con agitación vigorosa 1 g de clorobenceno. Después se coloco un refrigerante de agua en posición de reflujo, con trampa de gases. Se calentó durante 30 minutos. Cuando termino la reacción, se vertió la mezcla en aproximadamente 50 g. de hielo, se agitó la mezcla vigorosamente y se filtro el precipitado al vacío. Se recristalizó con etanol. Resultados la estequiometria de la reacción es 1:1 por lo tanto: Lo que se obtuvo al final fue 0.27 g por lo tanto es un 15% de rendimiento. El punto de fusión fue de 56 C. En el anexo se encuentra el grafico de IR Discusión Se llevo a cabo una reacción de nitración por medio del mecanismo de sustitución electrofílica aromática donde un electrófilo nitronio (formado a partir del ácido sulfúrico y el ácido nítrico). El ion nitronio reacciona con el clorobenceno, la pérdida del protón del complejo permite que se forme el nitroclorobenceno y al seguir calentando pierde otro protón para formar el 2,4-dinitroclorobenceno. El rendimiento que se obtuvo fue de 15%, lo cual pudo deberse al tiempo en que se dejo la reacción, o la falta de agitación constantemente, ya que la falta de

4 agitación genera el compuesto mononitrado que es líquido. Los cristales que se obtuvieron eran blancos. En el grafico de espectroscopia infrarroja, se puede apreciar que marca una frecuencia de 3100 cm -1 que es el grupo aromático. Los picos en 836 cm -1 y 730 son las señales características de sustituciones en aromáticos. El nitronio se encuentra en 1350 cm -1. Conclusiones Se pudo comprender que los halógenos son grupos desactivadores, sin embargo, son orientadores orto-para, ya que son átomos muy electronegativos y retiran densidad electrónica de un átomo de carbono mediante el enlace sigma y tienen electrones no enlazados que pueden donar densidad electrónica por enlaces pi. Las energías de los compuestos intermediarios y los estados de transición son mayores para el clorobenceno que para el benceno. La mayor energía es el resultado de la sustitución en la posición meta; las energías para la sustitución orto y para son un poco menores, por la estabilización de la estructura del ion halonio. Referencias bibliográficas Wade, L.G. Jr., Química Orgánica, Volumen II, 2ª. Edición, México, Ed. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A. de C.V., Morrison, R.T.y Boyd, R.N., Química Orgánica, Fondo Educativo Interamericano, S.A., México, 1992

5 Anexo

Documentos relacionados

2A Reacciones de Sustitución Nucleofílica Alifática. Obtención de Cloruro de ter-butilo.

PRÁCTICA 2A Reacciones de Sustitución Nucleofílica Alifática. Obtención de Cloruro de ter-butilo. I. OBJETIVOS. a) Conocer la preparación de un haluro de alquilo terciario a partir del alcohol correspondiente,