UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSDCANA DE AMRICA
LABORATORIO DE QUMICA ORGNICAFACULTAD: INGENIERA
INDUSTRIALPREFESOR: QF. LUIS MIGUEL FLIX VELIZ.TEMA: HIDROCARBUROS
AROMTICOS.REACCIONES DE MONOSUSTITUCIN AROMTICA.SNTESIS DEL
NITROBENCENO. GRUPO: VIERNES DE 3-5 PM.INTEGRANTES:
CDIGO:CARHUALLANQUI BASTIDAS, JOS LUIS. 11170008CASTRO LOZANO,
CHRISTIAN. 11170108DEL POZO MARTNEZ, EZEQUAS MIQUEAS
11170223HUACCAN GUTIERREZ, CARLOS ENRIQUE 11170226 Jorge mayo,
cristian miguel 11170025ORTEGA ALVARADO, WILDE. 10170140
NDICEI.-CARTULA Y
NDICE.Pg.1-2II.-INTRODUCCIN.Pg.3III.-FUNDAMENTO
TERICOPg.4-6IV.-MATERIALES.Pg.7V.-PROCEDIMIENTO EXPERIMETAL
(RESULTADO)..........Pg.8-10VI.-CUESTIONARIOPg.11-12VII.-CONCLUSIONES..Pg.13VIII.-RECOMENDACIONES...Pg.14IX.-BIBLIOGRAFA......Pg.15
II.-INTRODUCCIN: A continuacin le mencionaremos una breve
introduccin de la importancia y de la sntesis del nitrobenceno.El
nitrobenceno se obtiene por nitracin debencenocon una mezcla decido
ntricoycido sulfrico, denominada "mezcla sulfontrica".ReaccionesCon
reductores fuertes como el hidrgenoen estatus naciendi(a la hora de
formarse) el nitrobenceno es reducido a la anilina. La reduccin del
nitrobenceno conhierroycido clorhdricoera el mtodo ms utilizado
para obtener estaaminaaromtica.En reacciones de sustitucin
electroflica sobre el sistema aromtico el gruponitrobaja la
reactividad y dirige el grupo entrante en posicin meta.
AplicacionesEl nitrobenceno es un compuesto de partida importante
en la sntesis de diversos productos orgnicos como laanilina,
labenzidina, eltrinitrobenceno, elcido nitrobenzolsulfnico,
lafucsina, laquinolinaofrmacoscomo elacetoaminofeno.A veces se
utiliza tambin como disolvente, como componente de lubricantes o
como aditivo en explosivos.Antiguamente se utilizaba tambin con el
nombre de "Aceite de mirbana" en formulaciones deperfumes. Hoy
estas aplicaciones estn prohibidas debido a la elevadatoxicidady el
peligro que supone para elmedio ambiente.Aproximadamente el 95% del
nitrobenceno se utiliza para la produccin deanilina, como precursor
delcaucho sintticoy en la elaboracin
depesticidas,colorantes,explosivosyproductos farmacuticos.Bioqumica
y toxicologaEl nitrobenceno puede ser resorbido a travs de la piel,
los pulmones o tras ingestin por el intestino. En el cuerpo provoca
graves intoxicaciones. En primera instancia reacciona con la
hemoglobina de lasangreformandometahemoglobina. Adems provoca
graves daos en elsistema nervioso central. Sntomas son debilidad,
dolor de cabeza, calambres, vmitos y prdida de conciencia. Una
intoxicacin grave puede provocar la muerte en cuestin de horas. El
efecto txico se ve refortalecido por elalcohol.
III.-FUNDAMENTO TERICO:HIDROCARBURO AROMTICOMolcula debenceno,
el compuesto aromtico ms reconocido.Unhidrocarburo aromticoes
unpolmerocclicoconjugado que cumple laRegla de Hckel, es decir, que
tienen un total de 4n+2electronespien elanillo. Para que se d
laaromaticidad, deben cumplirse ciertas premisas, por ejemplo que
los dobles enlaces resonantes de lamolculaestn conjugadosy que se
den al menos dos formasresonantesequivalentes. La estabilidad
excepcional de estos compuestos y la explicacin de la regla de
Hckel han sido explicadascunticamente, mediante el modelo de
"partcula en un anillo"Originalmente el trmino estaba restringido a
un producto delalquitrn mineral, elbenceno, y a sus derivados, pero
en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos
orgnicos; el resto son los llamadoscompuestos alifticos.El mximo
exponente de la familia de los hidrocarburos aromticos es
elbenceno(C6H6), pero existen otros ejemplos, como la familia
deanulenos,hidrocarburosmonocclicos totalmente conjugados de frmula
general (CH)n.ESTRUCTURAUna caracterstica de los hidrocarburos
aromticos como el benceno, anteriormente mencionada, es la
coplanaridad del anillo o la tambin llamadaresonancia, debida a la
estructura electrnica de la molcula. Al dibujar el anillo del
benceno se le ponen tres enlaces dobles y tres enlaces simples.
Dentro del anillo no existen en realidad dobles enlaces conjugados
resonantes, sino que la molcula es una mezcla simultnea de todas
las estructuras, que contribuyen por igual a la estructura
electrnica. En el benceno, por ejemplo, la distancia interatmica
C-C est entre la de un enlace (sigma) simple y la de uno (pi)
(doble).Todos los derivados del benceno, siempre que se mantenga
intacto el anillo, se consideran aromticos. La aromaticidad puede
incluso extenderse a sistemas policclicos, como
elnaftaleno,antraceno,fenantrenoy otros ms complejos, incluso
ciertoscationesyaniones, como elpentadienilo, que poseen el nmero
adecuado de electrones y que adems son capaces de crear formas
resonantes.
Estructuralmente, dentro del anillo los tomos de carbono estn
unidos por un enlacesp2entre ellos y con los de hidrgeno, quedando
un orbital perpendicular al plano del anillo y que forma con el
resto deorbitalesde los otros tomos unorbital por encima y por
debajo del anillo.DERIVADOS DEL BENCENO MONOSUSTITUIDOS Son
compuestos en donde uno de los hidrgenos del benceno ha sido
sustituido por un tomo de otro elemento o por un grupo de tomos. Su
estructura se puede representar como XSe denominan nombrando el
sustituyente y a continuacin la palabra benceno, como cloro benceno
(X = Cl) y nitrobenceno (NO2 -). Para algunos, es frecuente el uso
de los nombres comunes como tolueno o metil benceno, fenol o
hidroxi benceno y anilina o amino benceno. La anilina nombrada como
una amina aromtica se denomina fenil amina, siendo el fenil el
radical que se deriva del benceno al eliminarle un hidrgeno. Los
radicales derivados de los hidrocarburos aromticos se denominan
radicales arilos. Propiedades qumicas del benceno:El benceno da con
facilidad reacciones de sustitucin:1- Nitracin:
REACCIONESQumicamente, loshidrocarburos aromticosson compuestos
por regla general bastante inertes a la sustitucin electrfila y a
la hidrogenacin, reacciones que deben llevarse a cabo con ayuda
decatalizadores. Esta estabilidad es debida a la presencia de
orbitales degenerados (comparando estas molculas con sus anlogos
alifticos) que conllevan una disminucin general de la energa total
de la molcula.Sustitucin electroflica(la letra griegase usa para
designar el anillo fenil):
-H + HNO3 -NO2+ H2O-H + H2SO4 -SO3H + H2O-H + Br2+ Fe -Br + HBr
+ FeReaccin Friedel-Crafts, otro tipo de sustitucin electroflica:-H
+ RCl + AlCl3 -R + HCl + AlCl3NITRACIN DEL BENCENO:Reaccin de
monosustitucin. En este caso, el cido ntrico, slo, o mezclado con
cido sulfrico (mezcla sulfontrica, formada por tres partes decido
sulfricopor una parte de cido ntrico), da como resultado la
obtencin de productos derivados nitrados por sustitucin. El
sulfrico coge el agua que se produce en la nitracin, absorbindola
pues tiene el papel de fuerte deshidratante, evitando la produccin
de una reaccin inversa. La mezcla sulfontrica reacciona con el
benceno a una temperatura en torno a los 50-60C. A mayor
temperatura se producir una disustitucin.C6H6 + HONO2 ( H2SO4)
C6H5NO2 (nitrobenceno) + H2OMecanismo de la nitracinEl ion nitronio
NO2+ es el electrfilo que ataca al benceno, sin embargo la c(NO2+)
en el cido ntrico es demasiado baja para nitrar al benceno a una
velocidadconveniente, pero aadiendo H2SO4 al HNO3 la concentracin
de nitronio aumenta.
VI.-MATERIALES: TUBOS DE ENSAYO GRADILLA HNO3 (concentrado)
H2SO4 (concentrado) BENCENO LAPIZ REGLA CAMARA DE REVELADO
SILICAGEL MECHERO CAPILARES
V.-PROCEDIMIENTO EXPERIMETAL (RESULTADOS):En esta prctica de
laboratorio hemos sintetizado el nitrobenceno y comenzamos de la
siguiente manera:Primero se vierte en un tubo de ensayo 0.5mL de
cido ntrico, luego de ello se le agrega 0.5ml de cido sulfrico y
unos cuantos minutos se vuelve agregar la misma cantidad de cido
sulfrico, al mezclarse en el tubo de ensayo se puede observar la
formacin de dos fases los dos de color transparente, luego de ello
se agreg 1mL de benceno y ahora se pudo observar que se notaba
claramente la formacin de dos fases y de color amarillo y la otra
fase de color naranja, claro est que al pasar unos minutos se
estaba formando el nitrobenceno gracias a la agitacin que se le
haca al tubo de ensayo, en la parte superior estaba el nitrobenceno
de color amarillo claro tendiendo a ser transparente.As se realiz
la sntesis del nitrobenceno.Segundo se hizo la cromatografa para
ver qu tan puro era la obtencin de nuestro nitrobenceno. Para ello
se sigui los siguientes pasos:Primero se midi las dimensiones sobre
la tableta o cronograma a 0.5cm los dos puntos donde se echara la
muestra problema y la muestra qumicamente pura y a la parte
superior se mide 1cm y se hace una lnea. Segundo despus de haber
hecho el primer paso seguimos a obtener un capilar para ello se le
calienta sobre un mechero y se pone en la parte central sobre el
fuego y se estira con cuidado y as se obtiene el capilar con el
cual se utilizara en el siguiente paso.Tercero se ech en uno de los
puntos 5 gotitas de la muestra qumicamente pura con un capilar
obtenido en el segundo paso pero de manera que al aplicar una gota
se espera que se seque y recin se le echa la otra gota as
sucesivamente hasta completar las 5 gotas, luego se procede a echar
la muestra problema. De igual manera que el anterior se ech con un
capilar 5 gotas de la muestra problema, luego de completar todas
las gotas se espera que seque la placa para seguir luego el
siguiente pas.Cuarto luego de que se haya secado la placa se
procede a trasladarlo a la cmara de saturacin con mucho cuidado,
luego esperar hasta que el solvente (benceno y el acetato de etilo)
cuando est por llegar a la lnea que se haba marcado a 1cm. Luego
retralo con cuidado de la cmara de saturacin y dejarlo secar.
Quinto ahora se procede a trasladarlo a la cmara de revelado
donde se har uso de los vapores de Yodo ah se obtendr el recorrido
que hace la muestra problema y la muestra qumicamente pura, luego
de unos minutos se procede a retirarlo. Sexto ahora se hace el
anlisis y se hallara el RF (Relacin de flujo) con la relacin del
frente de soluto con el frente del solvente en otras palabras se
ver un lnea ancha de Cada una de las muestras ya sea del muestra
problema o de la muestra qumicamente pura. Se hace las mediciones
correspondientes.En nuestro caso se vi que s se pudo obtener el
nitrobenceno en condiciones puras.Imgenes del procedimiento.
Se agrega el HNO3 y H2SO4
Se le agrega el benceno
La sntesis del nitrobenceno
Calentando el nitrobenceno en el balo mara
Realizando la cromatografa a del nitrobenceno
VI.-CUESTIONARIO:1-Cmo sintetizara la p-nitroacetanilida?En el
anlisis se ve como se podra formar la p-nitroacetanilida a partir
del bencenoEn la sntesis se sigue el mismo mecanismo para la
formacin del nitrobenceno a partir del cido sulfrico, cido ntrico y
el benceno. Luego el nitrobenceno se pone una solucin de estao en
cido clorhdrico para as formar la anilina. Ya formado este, se le
agrega cido actico glacial para despus al producto sumarle cido
sulfrico y cido ntrico, ambos concentrados. Tener en cuenta que el
cido sulfrico y cido ntrico intervienen en la reaccin dos
veces.
2-Investigue referente a otras reacciones qumicas de
caracterizacin de hidrocarburos aromticos.Los hidrocarburos
aromticos son compuestos por lo general bastante inertes a la
sustitucin electroflica y nucleoflica, reacciones que deben
llevarse a cabo con ayuda de catalizadores. Esta estabilidad es
debida a la presencia de orbitales degenerados (comparando estas
molculas con sus anlogos alifticos) que conllevan una disminucin
general de la energa total de la molcula.
SUSTITUCION ELECTROFILICA AROMATICAA pesar de que los electrones
pi del benceno se encuentran en un sistema aromtico estable, estn
disponibles para atacar a un electrfilo fuerte y dar lugar a un
carbocatin. Este carbocatin estabilizado por resonancia se denomina
complejo sigma debido a que el electrfilo se une al anillo del
benceno mediante un nuevo enlace sigma.
La reaccin es endotrmica porque el benceno pierde aromaticidad
cuando ataca a un electrfilo. La aromaticidad se vuelve a recuperar
mediante la prdida de un protn. La reaccin global el nombre de
sustitucin electroflica aromtica.Uno de los casos puede ser el de
la BROMACION DEL BENCENOLa bromacin sigue el mecanismo general de
la sustitucin aromtica electroflica. El bromo no es suficientemente
electroflico para reaccionar con el benceno, pero un cido de Lewis
fuerte, como el FeBr3, El primer paso del mecanismo es la formacin
de un electrfilo ms fuerte. El catalizador reacciona con el Br2
para formar un electrfilo fuerte. El ataque del benceno en el
electrfilo y la prdida de protones dan bromo benceno como producto
mayoritario cataliza la reaccin.Paso 1: La formacin de un
electrfilo mas fuerte
Paso 2: Ataque electrofilico y formacin del complejo sigma
Paso 3: La prdida de un protn da lugar a los productos
VII.-CONCLUSIONES:
VIII.-RECOMENDACIONES:Para obtener unos resultados ms exactos,
hay que tener ms en cuenta los siguientes parmetros:1. Un buen
espacio en el lugar detrabajoy una buenaorganizacinde l, es decir
buena ubicacin de los reactivos ymaterialescon los cuales vamos a
trabajar.2. Buscar las condiciones ideales a la hora de realizar la
prctica (temperatura, humedad,presin, etc.).3. Poseer los reactivos
necesarios (completos), para mejorconocimientoy mejor diversidad
deprocedimientosy resultados.4. Una buena limpieza por parte de los
materiales, y alta pureza (cido sulfrico y cido ntrico) por parte
de los reactivos, para as obtener resultados precisos.5. Tener
cuidado cuando se manipulan loscidosfuertes concentrados, porque
son irritantes y muy txicos. Tambin en el uso del benceno ya que al
ser voltil e incoloro podra causar dao. Se recomienda usar guantes
desechables y mascarilla. 6. Debido a que el benceno es poco
soluble en la mezcla del cido sulfrico con cido ntrico se requiere
una agitacin vigorosa. De sta depende el xito de la reaccin.7. En
el caso de usar el termmetro, este debe estar en contacto con la
mezcla de reaccin.8. Se debe agregar el benceno a la mezcla de cido
sulfrico con cido ntrico en porciones pequeas como se indica en el
procedimiento. 9. El xito del experimento depende de la agitacin.
Tener en cuenta que el anillo de color anaranjado formado en la
reaccin es solo una emulsificacion.10. Tratar de mancharse lo menos
posible con el color amarillo del nitrobenceno ya que este es
producto de una reaccin exotrmica y podra irritar las manos si no
se usa los guantes. 11. Mantener la temperatura entre los 50 y 60
grados centgrados ya que si la temperatura se eleva sucedera una
disustitucion.12. Se recomienda tener un concepto claro de lo que
son los hidrocarburos aromticos y sus reacciones de monosustitucin.
13. Si es necesario usar el hielo que se recomienda en clase para
enfriar y mantener la reaccin a la temperatura de 50 y 60 grados
centgrados.
IX.-BIBLIOGRAFA:
Qumica Orgnica I . Morrison Qumica Orgnica. Carey Qumica
Orgnica. Card (digital) http://es.wikipedia.org/wiki/ Bibliotecade
consulta ENCARTA 2005
http://farma.qfb.umich.mx/curquim/images/anim/ Qumica 11o - Educar;
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Restrepo Fabio .Vargas Leonel. Restrepo Jairo.
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