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UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

COORDINACIÓN DE QUÍMICA

1. FORMACIÓN DE HALUROS DE ALQUILO MEDIANTE SUSTITUCIÓN NUCLEOFÍLICA UNIMOLECULAR. 2. Integrantes: Daniel Mora Martha Catalina, Insignares Otero Linda Lucía, Moreno Alfonso. cuya hibridación es sp3. Una característica de este enlace es su carácter polar dado por el desplazamiento de la carga electrónica hacia el elemento más electronegativo, en este caso el halógeno: produciendo una carga parcialmente negativa sobre este y una parcialmente posita sobre el carbono al que esta enlazado.

3. Resumen El objeto de estudio de la experiencia realizada fue analizar la formación de cloruro de t-butilo mediante el mecanismo de reacción de sustitución nucleofílica unimolecular. Para lo anterior se empleó un embudo de decantación en el cual se añadió ácido clorhídrico y alcohol tercbutilo; se eliminó la fase acuosa y se neutralizó los iones cloruro con bicarbonato de sodio, conservando el haluro de alquilo. Esta síntesis permite al estudiante analizar el mecanismo SN1, estudiando cada uno de los pasos para explicar el porqué de cada uno de estos. Concluyendo que la protonación del alcohol es necesaria para que el grupo hidroxilo pueda salir de la molécula, y la neutralización de los iones cloruro con el bicarbonato, último paso de la práctica, impide que estos sigan reaccionado con el sustrato.

El haluro de alquilo posee una versatilidad como consecuencia de su grupo saliente electronegativo, el cual puede ser remplazado por otros grupos, permitiendo que esto jueguen un papel intermediario en la síntesis de grupos funcionales. 5. Marco teórico El mecanismo de sustitución nucleofilica unimolecular es un proceso de múltiples pasos. El primer paso del mecanismo es la ionización lenta para la formación del carbocation. Es paso es lento y es el paso limitante de la velocidad. El segundo paso es el ataque rápido de un nucleofilo al carbocatión. El carbocation es un electrolito fuerte y reacciona rápidamente tanto como un electrolito fuerte como uno débil. En el caso de ataque de una molécula de alcohol o de agua (como los nucleofilos), la perdida de un protón da lugar al producto neutro final. El mecanismo general de la reacción SN1 es el siguiente:

Palabras claves: sustitución nucleofílica unimolecular, neutralización de iones, protonación. 4. Introducción Los haluros de alquilo perteneciente a una de las tres clases de los compuestos orgánicos halogenados se conforman por el enlace de un halógeno con un carbono 1

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están estabilizados por la donación de electrones a través de los enlaces sigma (efecto inductivo) mediante el solapamiento de los orbitales llenos (hiperconjugación); por tanto, los carbocationes altamente sustituidos son más estables.

El diagrama de energia de la reaccion (ver figura 1.1) muestra porque la velocidad no depende de la fuerza o concentracion del nucleofilo. La ionizacion ( primer paso) es altamente endotermica y su gran energia de activacion determina la velocidad total de la reaccion. El ataque nucleofilico (segundo paso) es fuertemente exotermico, con un estado de transicion de energia mas alta. En efecto, un nucleofilo reacciona con el carbocation tan pronto como este se forma.

En donde la reactividad de este mecanismo depende de dicha estabilidad del carbocation. -

El grupo saliente rompe su enlace con el carbono en el paso de ionización limitante de la velocidad del mecanismo. Dicho grupo saliente altamente polarizable ayuda a estabilizar el estado de transición limitante de la velocidad a través del enlace parcial cuando sale, a su vez debería ser una base débil y estable después de desprenderse llevándose el par de electrones con el que estaba unido al carbono.

Figura 1.1 diagrama de energía de la reacción SN1 -

Influencia del grupo saliente

Influencia de los sustituyentes

El paso limitante de la velocidad de la reacción SN1 es la ionización para formar un carbocatión, proceso fuertemente endotérmico. El estado de transición para este proceso endotérmico se asemeja al carbocatión (postulado de Hammond), por lo que las velocidades de las reacciones SN1 tienen una dependencia de la estabilidad del carbocatión. Como en los cationes alquilo el carbocatión

-

Influencia del disolvente

La reacción SN1 está favorecida en disolventes polares, que estabilizan los iones intermedios. El paso limitante de la velocidad forma dos iones y la ionización tiene lugar en el estado de transición. Los disolventes polares solvatan estos iones debido a la interacción de los dipolos del 2

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disolvente con la carga del ión. Los disolventes próticos como los alcoholes y el agua son incluso disolventes más efectivos, ya que los aniones forman enlaces de hidrógeno con el átomo de hidrógeno del grupo -OH y los cationes, complejos con los electrones no enlazantes del átomo de oxígeno del grupo -OH. Los disolventes polares próticos, como los alcoholes, pueden solvatar mejor los iones formados durante una reacción SN1. La ionización de un haluro de alquilo requiere la formación y separación de las cargas positivas y negativas; por tanto, las reacciones SN1 requieren disolventes altamente polares que solvaten fuertemente a los iones.

Comprender el reacción unimolecular.

mecanismo de nucleofílica

7. Metodología En la realización de esta experiencia se hizo uso de diferentes instrumentos de laboratorio

tales

como:

embudo

de

separación y un soporte universal. Inicialmente se depositó en un embudo de separación 10 ml de alcohol t-butílico y 25 ml de 𝐻𝐶𝑙 concentrado; Se agito para la expulsión de gases y Luego se dejó reposar 5 minutos, se repitió el proceso anterior y se dejó reposar 10 minutos, pasado el tiempo se lavó la solución con 10 ml de 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 al 5%, se agito y se dejó reposar. Finalmente se separó las

6. Objetivos

fases y se vertió el producto

Objetivo general: 

respectivo frasco.

Analizar la formación del cloruro de ter-butilo mediante mecanismo de sustitución nucleofílica unimolecular.

8. Resultados y discusión

Luego de efectuar el procedimiento manual de mezclar los respectivos reactivos (alcohol t-butilo y 𝐻𝐶𝑙) se obtuvieron dos fases inmiscibles entre sí, fácilmente identificables: la fase en la parte inferior del embudo era transparente y la fase en la parte superior un poco opaca y consistencia viscosa.

Objetivos específicos: 

Observar los cambios presentados en la reacción, como la formación de dos fases.



Analizar las variaciones durante la reacción para determinar si el producto obtenido es el deseado.

en su

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La fase liquida orgánica obtenida en el laboratorio, a partir de alcohol ter-butílico (2-metil-2-propanol) y ácido clorhídrico concentrado, fue cloruro de ter-butilo (2cloro-2-metilpropano); como residuo se obtuvo agua, la fase inorgánica (fase inferior en el embudo de decantación).

La síntesis de cloruro de ter-butilo se obtiene mediante sustitución nucleofílica unimolecular, el hidróxido como grupo saliente impide la reacción, debido a su alta basicidad por lo que se protona por parte del ácido clorhídrico para convertirlo en agua, disminuyendo así su carácter básico, obteniendo un buen grupo saliente; (paso1). Luego el agua sale de la molécula y esta queda como un carbocatión terciario, (paso 2). Por ultimo el ion cloruro procedente del ácido clorhídrico ataca la zona con déficit de electrones del carbocatión, produciendo el cloruro de ter-butilo.

El ácido clorhídrico al ser muy concentrado produjo un exceso de iones cloruros, los cuales si no son neutralizados pueden seguir reaccionando, es por esto que se añadió el bicarbonato de sodio, produciendo que el exceso de cloruro precipitara al reaccionar con los iones sodio formando una sal. 2NaHC𝑂3 + 2HCl → 2NaCl + 2𝐻2 O + 2C𝑂2

9. Conclusiones De acuerdo al estudio realizado durante esta experiencia y desarrollo del presente trabajo se concluye que:

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el par de electrones con el que estaba unido al carbono.

La formación de dos fases al mezclar el ácido clorhídrico con el alcohol tbutilo se presentó debido a que la fase superior correspondió a un halogenuro de alquilo, compuestos que por su falta de capacidad para establecer puentes de hidrógeno son insolubles en agua, la cual era la segunda fase, la inferior dentro del embudo de decantación. El exceso de iones cloruro deben ser controlados para que no continúen reaccionando con el sustrato, por lo que se añadió una base para neutralizarlos, formándose un precipitado: 𝑁𝑎𝐶𝑙

-Disolvente: las reacciones de sustitución nucleofílica unimoleculares se favorecen cuando se utilizan solventes polares, debido a que estos estabilizan iones intermedios al solvatarlos, mediante interacciones dipolos del disolvente con la carga del ión. 2. ¿Por qué los halogenuros de

alquilo son insolubles en H2O? Los halogenuros de alquilo son insolubles en agua debido a su incapacidad para formar puentes de hidrógeno, las fuerzas intermoleculares de estos compuestos son las de Van der Waals o por atracciones dipolares débiles, como consecuencia son solubles en solventes orgánicos de bajas polaridades, por ejemplo; la ligroína o el éter del petróleo (es una mezcla de alcanos como heptano, hexano y pentano), el benceno (hidrocarburo aromático cíclico), el cloroformo, entre otros. De manera análoga no disuelven sales inorgánicas, debido a su baja polaridad no solvatan iones simples apreciablemente.

10. Anexos Cuestionario: 1. ¿Qué factores

influyen en el

mecanismo SN1? Los factores que influyen en el mecanismo SN1 son: -Los sustituyentes: Los grupos sustituyentes dificultan las reacciones de este tipo debido a que bloquean el ataque de un nucleófilo fuerte, pero también estabilizan al ion carbonio intermedio, lo cual favorece la reacción SN1. -Grupos salientes: los grupos salientes deben ser bases débiles que sean estables después de desprenderse, llevándose con ellos

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3. ¿En qué consiste y para que se

Lucas, y esto es utilizado para diferenciar entre las tres clases de alcoholes.

usa el reactivo de Lucas? El reactivo formado por 𝐻𝐶𝑙y 𝑍𝑛𝐶𝑙2 se llama reactivo de Lucas. Los alcoholes secundarios y terciarios reaccionan generalmente con el reactivo de Lucas por un mecanismo SN1. Y consiste en Disolver 68 g de cloruro de zinc anhidro en 52,5 g de ácido clorhídrico concentrado, enfriando para evitar pérdidas del ácido. El reactivo de Lucas ofrece un medio polar en el que el mecanismo SN1 está favorecido. En la sustitución nucleofílica unimolecular, la velocidad de reacción es más rápida cuando el carbocatión intermediario está más estabilizado por un mayor número de grupos alquilo (R-) donantes de electrones, unidos al átomo de carbono cargado positivamente. Los alcoholes terciarios reaccionan inmediatamente con el reactivo de Lucas para producir turbidez, mientras que los alcoholes secundarios lo hacen en cinco minutos. Los alcoholes primarios no reaccionan significativamente con el reactivo de Lucas a temperatura ambiente. De ahí que, el tiempo que toma la turbidez en aparecer es una medida de la reactividad del tipo de alcohol con el reactivo de

11. Referencias bibliográficas

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L. G. WADE, JR. 2004. Quinta edición. Química orgánica. Pearson educación S.A. Madrid. Capítulo 6.

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FOX M.A., WHITESELL J. K. segunda edicion. Química orgánica. Pearson educación S.A. Madrid. Capitulo 7.

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FRANCIS A. CAREY. Sexta edicion. Química orgánica. Mc Graw Hill. Capitulo 8.