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• Vanessa Chávez de la Cruz

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUIMICA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUIMICA Departamento Académico de Química Basica y aplicada

Química Orgánica II Informes N°2 Tema: Reacciones de sustitución en compuestos aromáticos Reacciones de sustitución electrofílica aromática Síntesis de nitrobenceno

Profesor: Dr. Pablo Bonilla

Alumna:

Chávez de la Cruz Leydy

Grupo 1: Viernes (10-2pm)

Mesa: 3

Año: 2016

Reacciones de sustitución en compuestos aromáticos.Reacciones de sustitución electrofílica aromática. Síntesis de nitrobenceno I.

Objetivo:

 El objetivo de esta experiencia es conocer la reacción de Sustitución Electrofílica Aromática y aplicar experimentalmente los conceptos teóricos de la sustitución en la nitración del benceno.

II.

Introducción:

En la experiencia realizada se caracterizó una reacción de sustitución electrofílica aromática el cual fue la síntesis de nitrobenceno y del cual se revisó sus reacciones químicas. El benceno reacciona con ácido nítrico concentrado y caliente para formar el nitrobenceno. Esta reacción lenta es peligrosa, porque una mezcla caliente de ácido nítrico concentrado en presencia de un material oxidable podría explotar. Un procedimiento más seguro y conveniente es usar una mezcla de ácido nítrico y ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico es un catalizador, y permite que la nitración se efectúe más rápidamente y a menores temperaturas.

A continuación se muestra el mecanismo. El ácido sulfúrico reacciona con el ácido nítrico para formar el ion nitronio (+NO2), el cual es un electrófilo poderoso (muy reactivo). El mecanismo se aparece a otras reacciones de deshidratación catalizas por el ácido sulfúrico. 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 benceno y forma un complejo sigma. La pérdida de un protón del complejo sigma permite que se forme el nitrobenceno.

III.

Parte experimental

MATERIALES Y REACTIVOS

Material          

1 probeta de 100 mL 1 termómetro de 400 °C 1 mechero 1 matraz Erlenmeyer de 50 mL 1 pipeta de 5 mL 2 soportes y pinzas 1 tela de asbesto 1 matraz Erlenmeyer de 500 mL 1 cuba 1 embudo de llave

Reactivo      

Benceno Ácido nítrico concentrado Ácido sulfúrico concentrado Hielo Ácido clorhídrico Cloruro de calcio

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Técnica operatoria: 1. En un matraz Erlenmeyer prepare la mezcla nitrante añadiendo 5ml. de ácido sulfúrico concentrado a 8ml. de ácido nítrico concentrado. 2. Mida en una probeta 5ml. de benceno y añada de 1ml. del mismo a la mezcla nitrante. 3. Agite el matraz fuertemente con un movimiento rotatorio para mezclar bien los reactivos. Observe si hay calentamiento, apoyando el matraz de reacción en la palma de su mano.

4. Si la temperatura se eleva a más de 60 grados, enfrié el matraz sumergiéndolo en un recipiente con agua fría, añada una nueva porción de 2ml. de benceno y agite fuertemente como antes. Enfrié el matraz si fuese necesario, para

mantener una temperatura entre 50-60 grados y continúe la nitración de esta forma hasta que se haya añadido todo el benceno. 5. Agite toda la mezcla reaccionante continuamente durante 10min. (los vapores de ácido nítrico y nitrobenceno irrita la piel).

6. Si la temperatura desciende por debajo de 50-60 grados, caliente el matraz suavemente con una llama pequeña o introduciéndolo en un recipiente con agua caliente. 7. Después de ese periodo de agitación, enfríe el matraz y pase su contenido a un embudo de llave para la separación de las dos capas. La superior es nitrobenceno, y la inferior tiene mezcla sulfonitrica.

8. Decante a capa acida (de abajo) y la de nitrobenceno lávela dos veces con dos porciones de 10ml. de agua.

9.

En todos estos lavados el nitrobenceno ocupara la capa inferior. Deje secar el nitrobenceno durante unos minutos sobre 2 gramos de cloruro cálcico o sulfato de magnesio anhidro.

IV.

Cuestionario 1. Formúlese las ecuaciones llevadas a cabo en la siguiente práctica con su respectivo mecanismo de reacción.

El electrófilo de esta reacción es el catión nitronio. NO 2+. Las concentraciones de este catión en el ácido nitrico son muy bajas para nitrar el benceno, por ello es necesario añadir ácido sulfúrico. :O ¨ :H O ¨ N O¨

¨

+

-

H :O ¨:

O

¨

+

H O S

O H

O

+

H O N O ¨

¨

+

¨

+

-

HSO4

+

O ¨ N O¨

Ataque del benceno al catión nitronio

Recuperación de la aromaticidad por

2.

pérdida de un protón.

Comparense los puntos de ebullición del n-butilbenceno, nitrobenceno y acido benzoico, que poseen aproximadamente el mismo peso molecular. ¿Cómo se explican las diferencias?

n-butilbenceno nitrobenceno acido benzoico

C6H5(CH2)3CH3 C6H5NO2 C7H6O2

183°C 210,9°C 249,2°C

+

¨ion nitronio ¨

134 123 122

En una serie homologa los puntos de fusión y ebullición aumentan con el peso molecular para casi todas las clases de compuestos orgánicos. Pero los puntos de ebullición disminuyen con la ramificación de la cadena en los hidrocarburos. La ramificación hace que la molécula sea más compacta y disminuye el área superficial, y cuanto más pequeña es el área superficial, menos oportunidades hay de atracción intermolecular; en consecuencia, las moléculas ramificadas tienen puntos de ebullición más bajos que los no ramificadas de peso molecular comparable. Por otra parte, lo compacto o la simetría molecular ordinariamente aumentan el punto de fusión de un compuesto. Estas moléculas encajan con más facilidad en una red cristalina. Una red cristalina más estable requiere más energía para destruirse. En consecuencia, los puntos de fusión son más altos para compuestos altamente ramificados que para compuestos con una cadena más larga y recta.1

H2O

3. Dar ejemplos de SEA a partir del benceno con su respectivo mecanismo de reacción.2  Bromacion:

 Nitracion

 Sulfonacion:

 Alquilacion:

 Acilacion:

3. Conclusiones  Se concluye que la nitración de la acetanilida es una reacción de sustitución electrofilica, donde se obtienen dos componentes que tiene la misma fórmula molecular pero que los sustituyente varían de posición.

4. Discusiones 

Según el libro de manual de química orgánica de Beyer H. se afirma que los efectos desactivadores de la acilacion de los grupos hidroxilo y amino son muy útiles en síntesis. El fenol y la anilina son tan reactivos frente al ataque electrofilico, que la utilización de electrófilos poderosos, como las mezclas de ácidos nítrico y sulfúrico, halógenos y reactivos de Friedel-Crafts, conduce a la polisustitucion, o a la formación de mezclas intratables, como resultado del calor producido en las reacciones incontrolables. Sin embargo, la acetanilidad, en contraste con la anilina o las anilinas Nalquiladas, puede nitrarse y bromarse, en condiciones suaves y fácilmente controlables, a p-nitro y p-bromoacetanilida.

5. Referencias bibliográficas 1. Beyer H., Wolfgang W.; Manual de química orgánica; 19° edic.; edit: Reverte; Barcelona; 1987; pág. 609. 2. Bailey P, Bailey C. Química orgánica: conceptos y aplicaciones. 1°ed. Pearson Educación: México; 1998. p. 62.

3. McMurry J. Química orgánica. 8°ed. Cengage Learning Editores: México; 2012. p. 566-578.