Halogenacion Y Sulfonacion 2p6d4j

DATOS Y RESULTADOS Bromacion benceno catalizada por acido.

Bromacion del benceno. Reactivos

Cantidad

utilizada

en

(mL+ 0.1 mL)

Agua de bromo 5 Benceno 0.5 Tabla 1. Cantidad de reactivos utilizados en la bromacion del benceno

Observaciones: no hubo reacción quedando dos fases en la solución. Bromacion fenol Reactivos

Cantidad utilizada en (mL+0.1 mL)

Cantidad utilizada en (g+0.01 g)

Agua de 5 ------bromo Fenol ------0.1 Tabla 2. Cantidad de reactivos utilizados en la bromacion del fenol

Reactivos

Cantidad utilizada en (mL+0.1 mL)

Agua de 5 bromo Benceno 2 Hierro -----------Tabla 2. Cantidad de reactivos

Cantidad utilizada en (g+0.01 g)

-------------0.8 utilizados en la

bromacion del benceno catalizada.

Observaciones: si hubo reacción y la solución se decoloro Formación del ácido bencensulfonico Reactivos

Cantidad utilizada en (mL+0.1 mL)

Ácido sulfúrico

0.8

Cantidad utilizada en (g+0.01 g)

Observaciones: si hubo reacción formándose un precipitado blanco en una solución incolora

Bromacion del ciclo hexeno. Reactivos

Cantidad utilizada en (mL+0.1 mL)

Agua de 5 bromo ciclo 1 hexeno Tabla 3. Cantidad de reactivos utilizados en la bromacion del ciclo hexeno

Observaciones: si hubo reacción la solución paso de amarillo intenso a incolora

DISCUSIÓN La sustitución electrofónica aromática es la reacción más importante de los compuestos aromático atreves de esta es posible introducir al anillo muchos sustituyentes distintos. Si se elige el reactivo apropiado pueden efectuarse reacciones de bromación, cloración, nitración, sulfonación, alquilación y acilación, estas seis son reacciones directas, y a partir de ellas se pueden introducir otros grupos [1].

En la práctica se hizo reaccionar el benceno con agua de bromo en donde no hubo reacción ya que el benceno es normalmente inerte en presencia de halógenos, debido a que los halógenos no son lo suficientemente electrófilos para destruir su aromaticidad por otra parte se hizo reaccionar el hexeno con agua de bromo en donde hubo una decoloración de la sustancia por tanto si hubo reacción. Después se hizo reaccionar el fenol con agua de bromo en donde se formó un precipitado blanco y la solución se tornó incolora y una liberación de HBr gaseoso.

Esquema 1. Reactividad del bencenos frente a la del ciclohexeno

El hecho de que el ciclohexeno sea más reactivo que le benceno ya que este no reacciono y el ciclohexeno si se puede explicar partiendo de la estructura de Kekulé para el benceno ésta presenta tres dobles enlaces que nos presentarían al benceno como un trieno cíclico conjugado, por lo cual cabría esperar que reaccionase de forma similar en las reacciones típicas de los polienos. Sin embargo, sus reacciones son muy diferentes y en condiciones donde los alquenos reaccionan rápidamente, el benceno no reacciona, o solo lo hace muy lentamente [1]. Como podemos observar en las siguientes reacciones que se presentan en el esquema 1, donde se compara la reactividad de benceno con la reactividad del ciclohexeno.

Esta gran estabilidad que presenta el benceno viene confirmado por el hecho de que su calor de hidrogenación es menor que el del 1,3-ciclohexadieno. Si consideramos que la energía de hidrogenación del ciclohexeno es de – 28,6 kcal/mol teóricamente la energía del benceno partiendo de la estructura de Kekulé debería ser –75,8 kcal/mol, cuando en realidad es de –49,8 kcal/mol, lo indica que presenta una energía de resonancia de 36 kcal/mol. Todo ello indica que el anillo de benceno es excepcionalmente inerte, ya que para hidrogenarlo se requieren presiones y temperaturas altas además de que la estructura real del benceno no es ninguna de las de Kekulé presento sino la del híbrido de resonancia que se representa con un hexágono con un círculo[1]. Figura 1.

En donde el producto principal es el trans-1,2-dibromociclohexano [2]

Figura 1. Representación de las estructuras de resonancia del benceno

Finalmente, la estabilidad “excepcional” del benceno no tiene nada de excepcional: ya que esta es la que se espera de un hibrido de estructuras equivalentes. Las 36 kcal de energía que el benceno no contiene comparado con el ciclohexatrieno es energía de resonancia, Estas 36 kcal de energía de estabilización de resonancia son las responsables del conjunto de propiedades llamadas propiedades aromáticas. Las reacciones típicas del anillo bencénico son aquellas tales que el anillo sirve de fuente electrónica para reactivos electrofllicos (ácidos). Debido a la estabilización por resonancia del anillo bencénico. Esas reacciones llevan a la sustitución, en la cual se conserva el carácter aromático del anillo mientras que la reacción característica de los alquenos es la adición electrofilica como se muestra en el mecanismo de la raccion de agua de bromo con el ciclohexeno

Esquema 3. Mecanismo de reacción de la bromacion del ciclohexeno

Anteriormente se dijo que el benceno es normalmente inerte en presencia de halógenos, debido a que los halógenos no son lo suficientemente electrófilos para destruir su aromaticidad, sin embargo, los halógenos pueden activarse mediante ácidos de Lewis como los haluros de hierro o de aluminio para dar electrófilos más potentes. Para realizar en la práctica la bromacion del benceno se utilizó el hierro como catalizador en donde se sigue el siguiente mecanismo [1]

1.

Activacion de bromo:

2.

Ataque electrófilo sobre el benceno

3.

El FeBr4 formado en la etapa anterior actúa como base abstrayendo el protón del catión hexadienilo

Esquema 2. Mecanismo de bromacion del benceno catalizada por hierro

En donde la primera etapa es una activación del bromo por parte de hierro para asi hacerlo un electrófilo más potente capas de abstraer un electrón de anillo bencénico formando así un intermediario de adición electrofilica como se puede ver en la segunda etapa. En la tercera etapa El FeBr4 formado en la etapa anterior actúa como base abstrayendo el protón del catión hexadienilo para asi formar el anillo

aromático y como resultado un producto de sustitución en donde el bromobenceno es el producto mayoritario en esta reacción. El diagrama de energía de la bromacion del benceno muestra que el primer paso es endotérmico y el segundo paso es fuertemente exotérmico, la reacción global es exotérmica, pero el ataque electrófilo es el paso limitante por que el anillo pierde su aromaticidad

Por tanto al adicionarle agua de bromo al fenol, la bromacion ocurre rápidamente ya que el grupo hidroxilo activa al anillo hasta el punto que esta reacción ocurre sin necesidad de un catalizador.

Esquema 4. Reacción de bromacion del fenol

En donde el mecanismo de esta reacción es:

Figura 2. Esquema de energía en la bromacion del benceno.

Como se observó en la práctica el fenol es mucho más reactivo que el benceno este hecho se debe a que el grupo hidroxilo presente en el anillo aromático es un grupo fuertemente activador del anillo bencénico debido a estos los fenoles son sustratos muy reactivos a la sustitución aromática electrófila. El grupo hidroxilo del fenol es un activante muy fuerte y dirige hacia las posiciones orto y para. El ataque en estas posiciones a un carbono que lleva a un sustituyente hidroxilo da como resultado un catión estabilizado por efecto de resonancia por el par de electrones no compartidos del oxígeno. En las posiciones orto y para tiene lugar la forma de resonancia más estable ya que, todos los átomos participantes tienen el octeto de electrones. Esta estabilidad produce que se formen rápidamente el producto, obteniendo el fenol una velocidad más rápida en la sustitución aromática electrófila que el benceno [1]

Esquema 5. Mecanismo de bromacion del fenol

PREGUNTAS 1. ¿cuáles productos se obtienen en la sulfonación del fenol? Los productos que se forman son el acido o-fenolsulfonico y acido pfenolsulfonico[1].

Las estructuras resonantes que se dan en el intermediario electrofilico son las mismas para la posición orto y para. Figura 1. Acido o-fenolsulfonico

Figura 2. Acido p-fenolsulfonico

Figura 3.

2. si los anteriores experimentos se realizaran con tolueno, ¿cuales productos se obtendrían? Escriba las ecuaciones correspondientes. Para la primera reacción con bromo solo no se presenta reacción.

En la segunda reacción cuando se le adiciona el hierro en polvo como catalizador la reacción procede de la siguiente manera:

Figura 4.

Figura 5.

Figura 7. Para la ultima reacción con acido sulfúrico se lleva a cabo una sulfonación como lo muestra la siguiente ecuación [1].

Figura 6.

Figura 9. Figura 8. 3. la alquilación de friedel crafts es una importante reacción para la formación de alquilbencenos, sin embargo tiene sus limitaciones sintéticas. Para la formación de nbutilbenceno, se puede pensar en emplear cloruro de butilo, y benceno, sin embargo, durante la reacción se forman isómeros del nbutilbenceno, siendo el secbutilbenceno uno de ellos. a) ilustre con mecanismos como se formaría el sec-butilbenceno, explicando la transposición de carbocation que se da. En la alquilación de friedel crafts con nBuCl no se forma el n-butilbenceno si no que por el contrario se forma de secbutilbenceno esto sucede por que en el momento en que el grupo alquilo se rompe su enlace con e cloro se forma un carbocation primario, pero debido a una transposición de hidruro se forma la carga positiva queda en el carbono vecino el cual forma un carbocation secundario el cual es mas estable que el primero y por lo tanto este es el que reacciona con el doble enlace del benceno para dar el sec-butilbenceno[1].

b) se conoce que la acilacion de friedel crafts resuelve algunos de los problemas de la alquilación de friedel crafts, segun esto, proponga la formación del n-butilbenceno desde la acilacion de friedel crafts. Recuerde que en la acilacion de friedel crafts debe usar un haluro de acilo. El haluro de acilo reacciona con el benceno para formar una cetona, después se trata el grupo carbonil de la cetona y se trasforma en un con una reducción de clemmensen, para así generar el n-butilbenceno, el cual es el producto deseado [1].

Figura 10. 4. explique los siguientes hechos: El bromuro de bencillo ( ) reacciona con etoxido de sodio (NaOEt) en etanol para dar el bencil etil éter ( ). La velocidad de la reacción depende tanto de la concentración de bromuro de bencilo como de la concentración de etoxido de sodio. Sin embargo, en condiciones idénticas, el bromuro de p-metoxibencilo genera el p-

metoxibencil

etil

éter (p) presenta una velocidad de reacción mayor a la del bromuro de bencilo. Para Las dos reacciones se podría presumir que su mecanismo de reacción es , esta sospecha radica en que la reacción depende de la concentración del compuesto halogenado y del etoxido, pero es claro que debe haber alguna diferencia que permita mayor velocidad en la segunda reacción. la diferencia en las velocidades de reacción es producto primero de que el disolvente es etanol el cual es polar y favorece pero no es un efecto tan marcado para hacer que la segunda reacción proceda por este mecanismo, por lo que la razón fundamental esta en el metoxi ubicado en posición para, este es un liberador poderoso de electrones y estabiliza el catión bencílico este efecto produce un cambio en el mecanismo de reacción y hace que reaccione a través de con formación de un carbocation segundario en el anillo bencílico, producto de la transposición de hidruro al metilo atacado en la reacción y este por la estabilidad que le confiere el metoxi hace que la reacción sea más veloz[1].

Conclusiones 



Los anillos aromático son mucho más estables que los polienos (trienos conjugados cíclico) y ciclo alquenos debido a su aromaticidad La adición de un grupo funcional al anillo bencénico cambia su reactividad la cual depende de las propiedades del grupo si es activante (orto, para) o desactivante (meta)



el fenol tiene un grupo hidroxilo en el anillo bencénico el cual lo hace mucho mas reactivo que el benceno debido a que este grupo hidroxilo es fuertemente activador orto y para

Referencia

[1]. Morrison, R; Boyd, R. quimica organica; 5ta ed., Boston, E.U.A. 1998; pp 457-460, 490-500, 980-995 [2]. MACY, R. química orgánica simplificada. 3ra ed., editorial reverte. S. A., 1992 pp 163- 165