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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE CIENCIAS - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA CURSO: QUÍMICA ORGÁNICA - LABORATORIO

REACCIONES CON HIDROCARBUROS ALUMNOS: - Basteres Soto Kensi - Garro Martínez, Gabriela - Gómez Menacho Alejandra - Roca Matías Ivette PROFESOR DE LABORATORIO: Flor Vásquez FECHA DEL EXPERIMENTO: 24-10-17 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 31-10-17

LA MOLINA LIMA-PERÚ-2017

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS Diferenciar hidrocarburos insaturados de alcanos y aromáticos; mediante la prueba de bromo en tetracloruro de carbono (Br2/CCl4), prueba de Baeyer (KMnO4/H2O), reacción con ácido sulfúrico (H2SO4) y nitración de hidrocarburos aromáticos (HNO3 + H2SO4). Analizar qué tipo de hidrocarburo es la muestra problema; comprándolo con los diferentes hidrocarburos en las diferentes pruebas.

MARCO TEÓRICO La familia más simple de los compuestos orgánicos son los hidrocarburos. Estos se encuentran constituidos por átomos de carbono e hidrógeno. Los hidrocarburos extraídos directamente de formaciones geológicas en estado líquido se conocen comúnmente como petróleo, mientras que a los que se encuentran en estado gaseoso se les conoce como gas natural. Los ALCANOS, son prácticamente inertes y generalmente insolubles no sólo en disolventes polares corrientes (agua) sino también en ácido sulfúrico concentrado en frío. En condiciones específicas estos hidrocarburos sufren algunas reacciones, la mayoría de las cuales no son de carácter preparativo en el laboratorio. En los ALQUENOS y ALQUINOS, el doble y triple enlace respectivamente, hace que las moléculas sean mucho más reactivas que un alcano y capaces de dar reacciones de ADICION antes que de SUSTITUCION. En el caso de los hidrocarburos AROMÁTICOS, se diferencian de los hidrocarburos NO SATURADOS porque generalmente no sufren las reacciones de ADICIÓN sino de SUSTITUCIÓN.

Por su estructura molecular, podemos dividir a los hidrocarburos en: -

Hidrocarburos alifáticos: a) Alcano b) Alqueno c) Alquino:

-

Hidrocarburos alicíclicos a) Cicloalcano b) Cicloalqueno c) Cicloalquino

-

Hidrocarburos aromáticos

ENSAYO DE BROMO EN TETRACLORURO DE CARBONO Es útil para distinguir las propiedades características de los hidrocarburos SATURADOS y NO SATURADOS, y con ellas poder diferenciarlos. Se hace uso del bromo disuelto en tetracloruro de carbono y permanganato de potasio en medio acuoso, reactivos con los cuales se podrá visualizar la ausencia o presencia de insaturaciones en la cadena hidrocarbonada, sea por desprendimiento del bromuro de hidrógeno (HBr) o por cambio de coloración.

Ejemplo: bromación de un hidrocarburo saturado (sustitución):

El doble enlace en un alqueno hace que la molécula sea más reactiva y presente reacciones de ADICIÓN. Frente al bromo disuelto en tetracloruro de carbono, da derivados dihalogenados adyacentes. Ejemplo: reacción de un alqueno con bromo (Adición):

PRUEBA DE BAEYER CON PERMANGANATO DE POTASIO Consiste en agregarle permanganato de potasio acuoso (color púrpura) al compuesto insaturado. Una vez producida la reacción se forma un precipitado de color marrón, desapareciendo el color púrpura. Con los compuestos saturados y aromáticos no se produce esta reacción y la coloración del permanganato se mantiene (púrpura). Todas las sustancias fácilmente oxidables dan esta prueba. En soluciones acuosas diluidas y frías, el producto principal de la acción del permanganato de potasio sobre una olefina es un glicol. Si se calienta la mezcla de reacción la oxidación adicional conduce a la ruptura de la cadena de carbono.

Ejemplos de la reacción de Baeyer:

REACCIÓN CON ÁCIDO SULFÚRICO Sirve para diferenciar hidrocarburos insaturados de alcanos y aromáticos ya que estos últimos no reaccionan frente al reactivo a temperatura ambiente, mientras que el enlace doble sufre la rápida adicion de H2SO4. Ejemplo de reacción con H2SO4

-

Síntesis de alquenos por eliminación de alcoholes y derivados Cuando los alcoholes se calientan en presencia de cantidades catalíticas de ácidos experimentan una reacción de deshidratación que los convierte en alquenos. Esta reacción es un equilibrio entre los reactivos (el alcohol de partida) y los productos (el alqueno y el agua). Para impulsar el equilibrio hacia la derecha es necesario eliminar el alqueno o el agua a medida que se van formando. Esto se consigue mediante la destilación del alqueno, más volátil que el alcohol por que no puede formar puentes de hidrogeno, o mediante acción de un agente deshidratante.

REACCIÓN CON ÁCIDO NÍTRICO Si poseen grupos alquilos (tolueno, etilbenceno) son más reactivos que el benceno. El grupo alquilo incrementa la densidad electrónica del anillo en posiciones orto y para. Como resultado el NO2+ tiende a nitrar estas posiciones del anillo. Los aromáticos que reaccionan con grupos nitro forman mononitrobenceno o mononitrotolueno y son más difíciles de nitrar que los hidrocarburos no aromáticos. Si el grupo es por ejemplo: —CF3- , los electrones se concentran en las posiciones meta y para. Una vez hecha la 1o nitración (mono), resulta más difícil introducir el 2º grupo nitro (di nitración) y así progresivamente para la 3ª.

-NO2 + H2O

MATERIALES Y MÉTODOS Materiales: -

Tubos de ensayo Un vaso con hielo Baño maria

Métodos Reconocimiento de alquenos 

Bromación: Se toma 5 tubos de ensayo y se enumera cada uno de ellos respectivamente, agregando 20 gotas (1ml) de los hidrocarburos, siendo 2 de ellos alcanos estando uno de ellos sin luz, mientras los otros serán alquenos y aromático y el ultimo la muestra a comprobar, y por ultimo agregamos 15 gotas del reactivo de Br2/CCl4.



Ensayo de Baeyer

En esta ocasión solo usaremos 4 tubos de ensayo agregando 20 gotas o 1 ml de los hidrocarburos mencionados y adicionar unas cuantas gotas de KMnO4, y esperamos a observar los cambios que ocurren.



Reacción con Ácido Sulfúrico

A los 4 tubos de ensayo ahora solo se agregaran 10 gotas de cada hidrocarburo y a esto se le agregara el ácido sulfúrico, y esperamos a ver la reacción.

Reconocimiento de aromáticos



Reacción con ácido nítrico

En esta última reacción solo añadiremos 8 gotas de ácido nítrico y 1 gota ácido sulfúrico a nuestras muestras de 8 gotas de benceno, en un principio dejamos nuestras muestras en baño maría por 5 minutos para luego verter la solución en hielo y ver lo que forma.

RESULTADOS Nuestra muestra resulta ser un alqueno.  Bromación: En cinco tubos de ensayo colocar: Muestra

Nro de gotas

Nro de gotas de Br2/CCl4

Alcano

20

20

Alcano

20

20

Alqueno

20

20

Aromático

20

20

Muestra

20

20

Caracteristica Alcano en luz reacciona con el Br y se sustituyen los hidrógenos con los respectivos Br. Alcano sin luz no reacciona. Alqueno reacciona con el Br. Muestra una solución incolora. Aromatico no reacciona con el Br. Alqueno reacciona con el Br. Muestra una solución incolora.

 Reactivo de Baeyer En cuatro tubos de ensayo: Muestra

Nro de gotas

Nro de gotas de KMnO4

Características

Alcano

15

2

No ocurre la reacción, el color se mantiene de violeta.

Alqueno

15

2

Ocurre la reacción, y pasa del color violeta a uno marrón.

Aromatico

15

2

No ocurre la reacción, el color se mantiene de violeta.

Muestra

15

2

Ocurre la reacción, y pasa del color violeta a uno marrón.

Nro de gotas de H2SO4

Caracteríticas

 Reacción con Ácido sulfúrico Muestra Nro de gotas Alcano

20

15

No ocurre reacción, se presenta en dos fases.

Alqueno

20

15

Reacciona y obtiene un color negro.

Arómatico

20

15

No ocurre reacción, se presenta en dos fases.

Muestra

20

15

Reacciona y obtiene un color negro.

Nitración HNO3  Muestra Nro de gotas

Nro de gotas de HNO3

Nro de gotas de H2SO4 (catalizador)

Caracteristicas

Alcano

8

8

1

No ocurre reacción

Alqueno

8

8

1

No ocurre reacción

Aromático

8

8

1

Ocurre reacción en baño maría, aproximadamente debe estar por 5 minutos, y se obtendrá un aceite amarillo con un olor característico

Muestra

8

8

1

No ocurre reacción

a)

DISCUCIONES El ensayo de Br/CCl4 sobre un hidrocarburo consiste en comprobar la presencia de alquenos o fenoles con una simple prueba. Con el alqueno se produce una adición electrofilica rompiendo el enlace doble y generando un dihaloalcano. Con un aromático no existe reacción. La reacción se caracteriza por el cambio de coloración (pasa de color rojizo del bromo a incoloro) lo que valida la presencia del alqueno.

-

Alcano + Br/CCl4

-

Alqueno + Br/CCl4

Sí hay reacción

-

Aromático + Br/CCl4

No hay reacción

-

Muestra X + Br/CCl4

No hay reacción (sin luz)

No hay reacción

b) El ensayo de Baeyer permite reconocer por la presente de enlaces dobles. Al agregar el reactivo al compuesto insaturado (alqueno) se forma rápidamente un precipitado de color marrón y desaparece el color purpura. Con el alcano, aromático y la muestra X no hay ninguna reacción y la coloración se mantiene. -

Alcano KMnO4/H2O

-

Alqueno KMnO4/H2O Si hay reacción

-

Aromático KMnO4/H2O

-

Muestra X KMnO4/H2O

No hay reacción

No hay reacción No hay reacción

CONCLUCIONES 



El ensayo de Br2/CCl4 sobre un hidrocarburo consiste en comprobar la presencia de alquenos o fenoles con una simple prueba. Con el alqueno se produce una adición electrofilia, rompiendo el enlace doble y generando un dihaloalcano. Con un aromático no existe reacción. La reacción se caracteriza por el cambio de coloración (pasa de color rojizo del bromo a incoloro) lo que ratifica la presencia del alqueno. El ensayo de Baeyer permite reconocer la presencia de enlaces dobles. Al agregar el reactivo al compuesto insaturado (alqueno) se forma rápidamente un precipitado de color marrón y desaparece el color purpura. Con el n-hexano, Benceno y MP (5-H) no hay ninguna reacción y la coloración del permanganato se mantiene.





La reacción con ácido sulfúrico (H2SO4) es otro ensayo para diferenciar hidrocarburos insaturados de los alcano y aromáticos, ya que estos últimos no reacción frente al reactivo a temperatura ambiente, mientras que el enlace doble sufre la rápida adición del H2SO4. La muestra problema es un hidrocarburo aromático; porque no reacciona con la prueba de bromo en tetracloruro de carbono, ni con la prueba Baeyer y tampoco con la reacción de ácido sulfúrico. Pero si reacciona en la nitración de aromáticos.

RECOMENDACIONES  Usar guantes y mascarillas debido a que los solventes a usar son tóxicos.  Observar atentamente a las diferentes reacciones que se produzcan.  Comparar adecuadamente la reacción que se produzca con la muestra problema (M.P.) con las otras reacciones.  Poseer previos conocimientos sobre las propiedades físicas y químicas de los hidrocarburos.

CUESTIONARIO 1. ¿Qué aplicación en los compuestos biológicos tienen las reacciones efectuadas? La prueba de Baeyer se usa en la detección de grasas, para saber si es del tipo cis o trans. Entre los hidrocarburos aromáticos más importantes se encuentran todas las hormonas y vitaminas, excepto la vitamina C, prácticamente todos los condimentos, perfumes y tintes orgánicos, tanto sintéticos como naturales; los alcaloides que no son alicíclicos (ciertas bases alifáticas como la putrescina a veces se clasifican incorrectamente como alcaloides), y sustancias como el trinitrotolueno (TNT) y los gases lacrimógenos. Por otra parte, los hidrocarburos aromáticos suelen ser nocivos para la salud, como los llamados BTEX, benceno. Tolueno, etilbenceno y xileno por estar implicados en numerosos tipos de cáncer o el alfa-benzopireno que se encuentra en el humo del tabaco, extremadamente carcinogénico igualmente, ya que puede producir cáncer de pulmón.

2. ¿Si al isobutano se le añade bromo disuelto en tetracloruro de carbono en presencia de luz, qué productos se formarán y cuál en mayor porcentaje? luz 2CH3-CH2-CH3 + 2Br2 CH3-CH2-CH2 + CH3-CH-CH3 + HBr Br

Br

1-Bromopropano

2-Bromopropano

(8%)

(92%)

Experimentalmente se encontró que el producto monobromado del propano que se encuentra en mayor porcentaje corresponde al bromuro de isopropilo. Esto se explica por la estabilidad del radical secundario frente al primario 3. Completar las siguientes reacciones (si es que se producen):

a)

KMnO4 H2O

b) CH3CH2CH=CH2

KMnO4 H2O

c) Antraceno

No hay reacción

CH3CH2CHCH(OH)CH2(OH) + MnO2 + KOH

KMnO4 H2O

No hay reacción

4. Si 0.25 moles de grasa o aceite consume 40 g de bromo: ¿cuántos enlaces dobles se puede estimar que tiene este lípido?    

Peso de una mol de Br2 = 2(79,904) = 159.808 Cantidad de dobles enlaces 1mol Peso usado de Br2 = 40gr Cantidad de dobles enlaces X = 0.25 mol Deducimos que el 25% de los enlaces que presenta la molécula serán enlaces dobles o insaturados

5. Proponga dos métodos para determinar la presencia de insaturaciones en una muestra de grasa.  ÍNDICE DE YODO: es una medida del grado de insaturaciones de los componentes de una grasa, será mayor cuanto mayor sea el número de dobles enlaces por unidad de grasa, se utiliza con la finalidad de comprobar la pureza y la identidad de las grasas. A la vez que los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados se determinan también las sustancias acompañantes insaturadas, por ejemplo, los esteroles. El yodo por sí mismo no reacciona con los dobles enlaces. En su lugar se utilizan bromo o halogenados mixtos como ICl o IBr. El método recibe distintos nombres dependiendo del reactivo empleado, ejemplo: técnica de Wijs, para determinar en forma cuantitativa el grado de instauración de una grasa.

 MEDIANTE LAS TÉCNICAS DE ESPECTROSCOPIA, la utilización de radiación del espectro electromagnético cuya longitud de onda está comprendida entre los 100 y los 800 nm (energía comprendida entre las 286 y 36 Kcal/mol) y su efecto sobre la materia orgánica es producir transiciones electrónicas entre los orbitales atómicos y/o moleculares de la sustancia. Los espectros de absorción infrarroja se obtienen, normalmente, colocando la muestra en un espectrofotómetro infrarrojo se obtienen, normalmente, colocando la muestra en un espectrofotómetro infrarrojo de doble haz y midiendo la intensidad relativa de la energía luminosa transmitida (o absorbida) versus la longitud de onda o número de onda. Una fuente de luz normal para radiaciones infrarrojas es la lámpara incandescente de Nemst, una varilla que contiene una mezcla de óxido de zirconio, óxido de itrio y óxido de erbio, calentada por medio eléctrico alrededor de 1 500°, se basan en este tipo de transiciones debido a que las energías requeridas para enlaces múltiples nos dan picos dentro de la zona 200 – 700 nm. Ambas transiciones requieren la presencia de dobles o triples enlaces. A estos grupos con enlaces insaturados se le aplica el término cromóforo.

6. ¿qué es el índice de octano u octanaje de la gasolina? Octanaje o número de octano es una medida de la calidad y capacidad antidetonante de las gasolinas para evitar las detonaciones y explosiones en las máquinas de combustión interna, de tal manera que se libere o se produzca la máxima cantidad de energía útil. Para determinar la calidad antidetonante de una gasolina, se efectúan corridas de prueba en un motor, de donde se obtienen dos parámetros diferentes: 



El Research Octane Number (Número de Octano de Investigación) que se representa como RON o simplemente R y que se determina efectuando una velocidad de 600 revoluciones por minuto (rpm) y a una temperatura de entrada de aire de 125°F (51.7°C) El Motor Octane Number (Número de Octano del Motor) que se representa como MON o simplemente M y se obtiene mediante una corrida de prueba en una máquina operada a una velocidad de 900 revoluciones por minuto y con una temperatura de entrada de aire de 300°F (149°C). Para propósitos de comercialización y distribución de las gasolinas, los productores determinan el octanaje comercial, como el promedio de los números de octano de investigación (RON) y el octano del motor (MON), de la siguiente forma: Número de octano comercial = RON + MON = R + M 2 2 La calidad antidetonante de una gasolina se mide usando una escala arbitraria de número de octano. En esta escala, se dio a los hidrocarburos iso-octano (que es poco detonante) un índice de octano de 100; y al n-heptano (que es muy detonante), un índice de octano de cero. La prueba de determinación de octanaje de una gasolina se efectúa en un motor especial de un solo cilindro, aumentando progresivamente la comprensión hasta que se manifiesten las detonaciones. Posteriormente, se hace funcionar el motor sin variar la comprensión anterior, con una mezcla de iso-octano y una cantidad variable de n-heptano, que representará el octanaje o

índice de octano de la gasolina para la cual se procedió a la prueba y que tiene, por lo tanto, el mismo funcionamiento antidetonante de la mezcla de hidrocarburos. Así, por ejemplo, si una gasolina presenta propiedades antidetonantes similares a una mezcla de 95% de iso-octano y 5% de n-heptano, se dice que tiene un número de octano de 95.

7. ¿Qué son antidetonantes y porqué se añaden a la gasolina? Aditivos o combustibles capaces de limitar o de evitar la detonación durante la combustión. En el motor de explosión la combustión consiste en una prolongación progresiva de la llama desde la bujía hasta los puntos más alejados del cilindro. A medida que la llama avanza, la mezcla arde y aumenta la presión sobre el pistón y sobre la porción de mezcla que no ha ardido todavía. Este aumento de presión provoca el sobrecalentamiento de la mezcla no quemada. Si la gasolina tiene un índice de octano bajo, desarrolla espontáneamente una serie de reacciones en cadena que conducen a su propia combustión; se tiene de ese modo un segundo encendido instantáneo y difuso que se denomina detonación. La nueva onda de presión se pone de manifiesto con un efecto sonoro como de martilleo agudo, que se indica en el lenguaje mecánico con la expresión de «pican las bielas». Los estudios sobre estos compuestos que para ser usados en pequeñas concentraciones, es decir como aditivos, debían conseguir aumentar la resistencia de los carburantes o la detonación se iniciaron hacia el año 1920 por los investigadores Midgley y Boyd, en los Estados Unidos, conduciendo al descubrimiento del tetraetilplomo (plomo-tetraetilo). que durante muchos años ha sido el antidetonante más ampliamente utilizado y el más conveniente desde el punto de vista

económico. Por ejemplo, pequeñas concentraciones del orden de 0,6 g/1 de tetraetilplomo consiguen elevar el índice de octano de la gasolina de 92 a 98. 8. De los solventes utilizados en esta experiencia, ¿cuál de ellos emplearía para limpiar una tela manchada con grasa? Explique. El benceno será un buen solvente, solo en pequeñas cantidades debido a su carácter tóxico, para poder disolver la mancha de grasa. Se caracteriza por ser insoluble en agua, pero muy soluble en disolvente orgánicos, como el etanol, éter, disulfuro de carbono, ciclohexano, etc. Otros usos son para disolver el hule natural, numerosas resinas, el azufre, el fósforo, el yodo, la cera, el caucho, el alcanfor, etc.