Practica No. 3 ALQUENOS: Reacciones de polimerización por radicales libres. Introducción: Una de las reacciones más comunes y útiles para la obtención de polímeros, es la polimerización por radicales libres. Se emplea para sintetizar polímeros a partir de monómeros vinílicos, es decir, pequeñas moléculas conteniendo dobles enlaces carbono-carbono. Entre los polímeros obtenidos por polimerización por radicales libres tenemos el poliestireno, el poli (metacrilato de metilo), el poli ( acetato de vinilo) y el polietileno ramificado. La reacción comienza con una molécula llamada iniciador (que puede ser, el peróxido de benzoilo, peróxido de terbutilo, entre otras). Este compuesto sufre un rompimiento hemolítico, quedando como resultado dos fragmentos, cada uno con un electrón desapareado, llamados radicales libres. (Figura No. 1). Estos electrones desapareados no se sentirán cómodos estando aislando y trataran de aparearse. Si son capaces de encontrar CUALQUIER electrón con cual aparearse, lo harán. El doble enlace carbono-carbono de un monómero vinílico como el etileno, tiene un par electrónico susceptible de ser fácilmente atacado por un radical libre. El electrón desapareado, cuando se acerca al par de electrones, no puede resistir la tentación de robar uno de ellos para aparearse. Este nuevo par electrónico establece un nuevo enlace químico entre el fragmento de iniciador u uno de los carbonos de doble enlace de la molécula de monómero. Este electrón, sin tener donde ir, se asocia al átomo de carbono que no esta unido al fragmento de iniciador, esto nos conduce a la misma situación con la que comenzamos, ya que ahora tendremos un nuevo radical libre cuando este electrones desapareado venga a colocarse sobre ese átomo de carbono. El proceso completo, desde la ruptura de la molécula de iniciador para generar radícales hasta la radicales hasta la reacción del radical con una molécula de monómero, recibe el nombre de etapa de iniciación de la polimerización (Figura No. 2)
Este nuevo radical reacciona con otra molécula de etileno, del mismo modo que lo hizo el fragmento en iniciador. El proceso de adicionar mas y mas moléculas monoméricas a las cadenas en crecimiento, se denomina propagación. Puesto que seguimos regenerado el radical, podemos continuar con el agregado de mas y mas moléculas de etileno y constituir una larga cadena del mismo (Figura No. 3). Las reacciones como estas que se que se auto-perpetuan, son denominadas reacciones en cadena. Los radicales son inestables y finalmente van a encontrar una forma de aparearse sin general un nuevo radical. Entonces la reacción en cadena comenzara a detenerse. Esto sucede de varias maneras, la mas simple consiste en que se encuentren dos cadenas en crecimiento. Los dos electrones desapareados se unirán para formar un par y se establecerá un nuevo enlace químico que unirá las respectivas cadenas. Esto se llama acoplamiento y es una de las dos clases principales de reacciones de terminación. Competencia: El alumno será capaz de llevar a cabo la polimerización de un alqueno, aplicando el mecanismo de reacción por radicales libres y realizara pruebas de su solubilidad en diferentes disolventes comunes.
Materiales: 8 tubos de ensayo 1 plancha de calentamiento 1 vaso de pp. de 250 ml 2 vasos de pp. de 100 ml 1 navecilla 1 espátula delgada 1 pipeta de 10 ml 1 pipeta de 5 ml 1 pipeteador 1 papel Whatmann No. 1 1 embudo de filtración 1 matraz Kitasato de 250 ml 1 mechero 1 pinzas para tubo de ensayo 1 gradilla papel secante piseta 1 probeta de 100 ml 1 agitador de vidrio bomba de vacío Vortex Reactivos: Tolueno Estireno Peróxido de benzoilo Metanol Etanol Benceno Tetracloruro de carbono Eter de petróleo Acetona Metodología: Obtención del poliestireno 1. Agregar 10 ml de tolueno, 4 ml de estireno y 0.3 gr de peróxido de benzoilo en un tubo de ensayo. 2. Calentar la mezcla en baño maría por 60 minutos. 3. Enfriar el tubo y observar la viscosidad de la solución. 4. Transferir la solución LENTAMENTE a un vaso de precipitado que contenga 100 ml de metanol. 5. Separar el precipitado blanco que se forma mediante filtración al vacío. 6. Lavar el precipitado con 25 ml de metanol. 7. Secar el precipitado a temperatura ambiente y posteriormente fundir una porción del precipitado en un tubo de ensayo utilizado un mechero.
Pruebas de solubilidad. Con la porción restante del precipitado, realiza las siguientes pruebas de solubilidad colocando en seis tubos de ensayo una porción de precipitado y adicionándoles los solventes de acuerdo a la siguiente tabla: Tabla No. 1- Solventes y grados de solubilidad del poliestireno Solvente Cantidad (ml) Grado de solubilidad Agua 1 Etanol 1 Benceno 1 Tetracloruro de carbono 1 Éter de petróleo 1 Acetona 1 Éter etílico 1 Resultados. 1. En una hoja anota tus observaciones y comentarios sobre todo el proceso de polimerización que realizaste y adiciónala al reporte de la practica. 2. Discute los resultados de la pruebas de solubilidad que realizaste. Preguntas finales 1. Qué es el poliestireno?. Describir alguno de sus usos? 2. Cuáles es la función del tolueno en el experimento? 3. Escribir la formación de los radicales libres benzoilo a partir del peróxido de benzoilo. Explica como se forman. 4. Escribe los pasos de iniciación y propagación de la reacción hasta formar un tetrámero del poliestireno. 5. Cuando el radical libre formado se adiciona al estireno se pueden formar dos radicales libres. Dibuja a estructura de ambos e indica cual es forma de manera mayoritaria y porque.
6. Propón un mecanismo de terminación de la reacción. 7. En las pruebas de solubilidad que realizaste, por que el poliestireno se disuelve mas en los disolventes menos polares? Bibliografía - Hart, H., Hart, D.J. y L. E. Craine. 1995. Química orgánica. Mc Graw Hill Editores. Mexico, D. F. 578 pp. - Linstromberg, W.W., and H. E. Baumgarten., 1980. Organic Experiments. Heat and Company. Pp. 21-29 - Pavia, D. L., 1999. Introduction to Organic Laboratory Techniques: Microscale Approach. 3 rd. Edition. Brooks Cole.