Alquenos. Formación por deshidratación de alcoholes PROTOCOLO DISEÑADO PARA REALIZARSE EN LABORATORIO* *SI NECESITA EL DOCUMENTO IMPRÍMALO EN PAPEL

OBJETIVO. Objetivo didáctico. Comparar el mecanismo de la formación de alquenos a partir de la deshidratación de alcoholes y observar dos reacciones características del grupo funcional alqueno. Objetivo experimental. Deshidratar un alcohol en medio ácido para producir alquenos. Llevar a cabo dos reacciones típicas de alquenos para verificar la formación de los mismos. INTRODUCCION. Los alquenos u olefinas son hidrocarburos insaturados caracterizados por tener por lo menos un par de átomos de carbono sp2 unidos por medio de un enlace s y otro p entre ellos, por lo que cada uno de estos carbonos sólo está unido a otros tres átomos. Existen diversos métodos para la preparación de alquenos; uno de estos procedimientos consiste en deshidratar o eliminar agua de una molécula de alcohol saturado. La eliminación de agua en la molécula del alcohol se realiza mediante la catálisis con ácido sulfúrico (H2SO4) o fosfórico (H3PO4) en caliente. La deshidratación sucede más fácilmente en un alcohol 3° > 2° > 1°, ya que la reacción sigue un mecanismo con formación de ion carbonio y, por lo tanto, la reactividad está en función de la facilidad para la formación de dicho ion. La reacción general de deshidratación de alcoholes se representa de la siguiente forma: | | H+\ / - C - C - à C = C + H2O | | D / \ H OH     Alcohol   Ac. Sulfúrico   Alqueno   Agua M (g/mol)   *   98.08   *   18.02 V (ml)   20.0   3.0   ?   ? moles   *   0.056   ?   ? r (g/ml)   *   1.84   *   1.0 pureza (% V/V)   *   98   ?   ? Teb std.(°C)   *   330   *   100 Notas: (*) Coteje los valores del alcohol escogido y del halogenuro producido en las Tablas inferiores. (?) Se miden los valores obtenidos al final del experimento. Para purificar el producto se debe destilar; este proceso no está considerado en este protocolo. MATERIALES Y EQUIPOS. Artículo Cantidad OK Anillo de hierro 10 cm f 1   Barómetro 1   Botella lavadora con agua destilada 1   Botella lavadora con etanol abs 1   Cristalizador 50 x 100 1   Equipo de destilación 1   Espátula 1   Gradilla 1   Manguera de hule 0.5 cm f 3   Grasa de silicón 1 tarro   Matraz Erlenmeyer 125 ml 1   Mechero de Bunsen 1   Nueces para pinzas 2   Papel indicador de pH 6 cm ó 6 varillas   Perlas de ebullición 3   Pinzas de tres dedos 2   Pipeta Pasteur con bulbo 4   Pipeta serológica 5 ml 1   Probeta 50 ml 1   Propipeta 1   Rejilla de asbesto 1   Soporte Universal 2   Termómetro -10 - 200 °C 1   Tubos de ensaye 5   Vasos precipitado 50 ml 2   REACTIVOS Y SUSTANCIAS. Artículo Cantidad OK Acido sulfúrico H2SO4 3 ml   Agua de bromo Br2/H2O 1 ml   Agua destilada H2O 1 ml   Alcohol 1°, 2° ó 3° de cinco a diez carbonos 20 ml   COMPUESTOS No. de C's Teb (°C) r (g/ml) 2,2-dimetil-1-propanol 5 113 0.81 3-pentanol 5 115 0.82 2-pentanol 5 119 0.81 3-metil-1-butanol 5 132 0.81 1-pentanol 5 138 0.82 ciclopentanol 5 141 0.95 4-metil-2-pentanol 6 128-131 0.81 2-hexanol 6 136 0.81 1-hexanol 6 156 0.82 ciclohexanol 6 162 0.96 3-heptanol 7 156 0.82 4-heptanol 7 156 0.82 2-heptanol 7 160 0.82 1-heptanol 7 176 0.82 2-octanol 8 178 0.82 2-etil-1-hexanol 8 185 0.83 1-octanol 8 194 0.83 3-octanol 8   0.82 5-nonanol 9 195 0.82 2-nonanol 9 198 0.82 1-nonanol 9 214 0.83 3-nonanol 9   0.82 4-nonanol 9   0.82 1-decanol 10 233 0.83     Bicarbonato de sodio NaHCO3     Hielo picado     Bromo en tetracloruro de carbono Br2/CCl4 1 ml   Permanganato de potasio al 1% KMnO4/H2O 1 ml   Tetracloruro de carbono CCl4 1 ml   PROCEDIMIENTO.   Protección OK Anteojos de policarbonato o monogogles   Guantes de nitrilo para solventes orgánicos   Guantes térmicos para materiales calientes   Ropa de algodón   Respirador para vapores orgánicos (Código amarillo o negro)   Maneje los vapores orgánicos en campana para vapores   No respire los vapores   Baño de ojos disponible   Regadera de seguridad disponible   Extinguidor de polvo químico o CO2 (Tipo ABC)   Lave abundantemente después de usar los reactivos   Tenga ubicado o a la vista el equipo de extinción de fuego   Experimento OK 1 Colóquese ropa de algodón para protección (bata)   2 Revise que las llaves de gas estén cerradas   3 Revise que las llaves de agua estén cerradas   4 Revise que las llaves de aire comprimido estén cerradas   5 Revise que los contactos eléctricos estén libres   6 Revise que los interruptores de luz del laboratorio estén encendidos   7 Revise que los extractores de aire estén encendidos   8 Revise que la campana de extracción esté encendida   9 Revise que el ácido sulfúrico H2SO4 concentrado esté en la campana   10 Revise que el alcohol seleccionado esté en la campana   11 Revise que el CCl4 se encuentre en la campana   12 Revise que la grasa de silicón esté sobre la mesa   13 Revise que el NaHCO3 esté sobre la mesa   14 Revise que la solución de Br2 en agua esté en la campana   15 Revise que la solución de Br2 en CCl4 esté en la campana   16 Revise que la solución de permanganato de potasio al 1 %   17 Colóquese los guantes de neopreno   18 Lave el material de vidrio con agua corriente y detergente   19 Enjuague el material con agua destilada   20 Seque el material con franela o con papel absorbente   21 Seque los guantes de neopreno con franela o con papel absorbente   22 Unte grasa de silicón en las juntas esmeriladas del matraz redondo   23 Unte grasa de silicón en las juntas de la conección "T"   24 Unte grasa de silicón en la junta del soporte para termómetro   25 Remoje el termómetro con un poco de agua destilada   26 Inserte el termómetro en la junta   27 Unte grasa de silicón en las juntas del regrigerante   28 Conecte una manguera de hule en cada entrada de agua del refrigerante   29 Conecte la manguera del lado macho del refrigerante a la llave de agua   30 Coloque la manguera del lado hembra del refrigerante en el drenaje   31 Unte grasa de silicón en las juntas del codo para refrigerante   32 Arme los dos soportes universales   33 Coloque las nueces en las pinzas de tres dedos   34 Coloque unas pinzas de tres dedos en cada soporte universal   35 Conecte una manguera de hule en la entrada de gas del mechero   36 Coloque el mechero de Bunsen sobre la base del soporte universal No. 1   37 Conecte la manguera del mechero a la toma de gas (amarilla)   38 Monte el anillo de hierro en el soporte No. 1 sobre el mechero de Bunsen   39 Coloque la rejilla de asbesto sobre el anillo de hierro   40 Monte el matraz redondo en el soporte universal No. 1 con las pinzas   41 Coloque el matraz redondo sobre la rejilla de asbesto   42 Introduzca tres perlas de ebullición en el matraz redondo   43 Inserte la conección T en la boca del matraz redondo   44 Monte el refrigerante en el soporte No. 2 con las pinzas de 3 dedos   45 Conecte la boca hembra del refrigerante en la junta de la conección T   46 Conecte el codo en la boca macho del refrigerante   47 Tome el cristalizador   48 Monte un matraz Erlenmeyer de 125 ml dentro del cristalizador   49 Coloque hielo picado en el cristalizador   50 Coloque el cristalizador bajo la punta terminal del codo   51 Conecte la parrilla magnética   52 Tome un vaso de precipitados de 100 ml   53 Etiquete el vaso de 100 ml con el nombre bicarbonato 30 %   54 Destape el frasco de bicarbonato de sodio   55 Pese 15 g de bicarbonato de sodio en el vaso bicarbonato 30 %   56 Tape el frasco de bicarbonato de sodio   57 Limpie el espátula   58 Coloque el vaso bicarbonato 30 % sobre la parrilla magnética   59 Introduzca el agitador magnético en el vaso bicarbonato 30 %   60 Con la probeta graduada mida 35 ml de agua destilada   61 Agregue los 35 ml de agua destilada al vaso bicarbonato 30 %   62 Agite vigorosamente para disolver el bicarbonato de sodio   63 Desconecte la parrilla magnética   64 Retire el vaso bicarbonato 30 % de la parrilla magnética   65 Con el espátula retire el agitador magnético del vaso bicarbonato 30 %   66 Enjuague y seque el espátula y el agitador magnético   67 Tome un vaso de precipitados de 50 ml   68 Etiquete el vaso de 50 ml con el nombre alcohol   69 Tome una probeta graduada de 50 ml   70 Encienda la campana de extracción   71 Destape el frasco del alcohol seleccionado   72 Dentro de la campana, con la probeta mida 20 ml de alcohol seleccionado   73 Tape el frasco del alcohol seleccionado   74 Dentro de la campana, vierta el alcohol seleccionado en el vaso alcohol   75 Enjuague con agua corriente abundante la probeta   76 Enjuague con agua destilada la probeta   77 Vierta el alcohol seleccionado en el matraz redondo   78 Enjuague con agua corriente abundante el vaso alcohol   79 Colóquese el respirador   80 Colóquese los monogógles   81 Tome un vaso de precipitados de 50 ml   82 Etiquete el vaso de 50 ml con el nombre ácido sulfúrico   83 Coloque en la campana de extracción el vaso ácido sulfúrico   84 Tome una pipeta serológica de 5 ml   85 Moje ligeramente el exterior de la boca de la pipeta serológica de 5 ml   86 Tome una propipeta   87 Inserte la boca de la pipeta serológica de 5 ml en la propipeta   88 Haga presión negativa en la propipeta   89 Destape el frasco de ácido sulfúrico   90 Dentro de la campana, con la pipeta tome 3 ml de ácido sulfúrico   91 Dentro de la campana, deslice el ácido sulfúrico en el vaso ác. sulfúrico   92 Tape el frasco de ácido sulfúrico   93 Enjuague la pipeta serológica de 5 ml con agua corriente   94 Retire la pipeta serológica de la propipeta   95 Iguale las presiones en la propipeta   96 Deslice lentamente el ácido sulfúrico dentro del matraz redondo   97 Enjuague el vaso ác. sulfúrico con agua corriente   98 Retírese los monogógles   99 Retire el cristalizador del soporte universal No. 1   100 Coloque el cristalizador bajo el matraz Erlenmeyer de 125 ml   101 Conecte el soporte del termómetro en la boca superior de la conección T   102 Ajuste el bulbo del termómetro a la altura de la conjunción de la T   103 Colóquese el protector facial   104 Abra la llave de agua (azul) conectada al refrigerante   105 Regule la corriente de agua del refrigerante   106 Anote la temperatura inicial   107 Anote la presión barométrica inicial   108 Abra la llave de gas (amarilla) y encienda el mechero de Bunsen   109 Regule el flujo de gas   110 Abra la esprea del mechero de Bunsen para obtener una flama azul   111 Anote la temperatura (T) cada minuto   112 Anote la temperatura (T) a la que comience a obtener un destilado   113 Anote la presión barométrica (patm)   114 Colecte el destilado mientras la temperatura (T) se mantiene constante   115 Interrumpa si hay un rápido cambio en T o si aparecen vapores blancos   116 Anote la presión barométrica (patm)   117 Verifique ópticamente la composición física del destilado     Reacciones para la identificación de los alquenos   118 Identifique el producto   119 Mida el pH del producto con papel indicador   120 Mida el volumen de producto en la probeta graduada   121 Tome cinco tubos de ensaye   122 Numere los tubos de ensaye del 1 al 5   123 En el tubo No. 1 coloque 1 ml de agua destilada   124 En el tubo No. 2 coloque 1 ml de CCl4   125 En el tubo No. 3 coloque 1 ml de agua de bromo   126 En el tubo No. 4 coloque 1 ml de Br2 en CCl4   127 En el tubo No. 5 coloque 1 ml de KMnO2   128 Vierta 1 ml del producto en cada tubo   129 Observe lo que sucede en cada tubo y anote el resultado   130 Mida el pH en cada tubo con papel indicador y anote el resultado     Epílogo del experimento   131 Desconecte la manguera de la llave de gas   132 Desconecte la manguera de la llave de agua   133 Desmonte el codo del refrigerante   134 Desmonte el refrigerante   135 Desconecte las mangueras del refrigerante   136 Desmonte el termómetro   137 Desmonte la conección T   138 Espere a que el matraz redondo esté a temperatura ambiente   139 Neutralice lentamente los residuos y el producto (ver Forma de desechar)   140 Deseche los residuos y el producto (ver Forma de desechar)   141 Lave el matraz redondo con etanol absoluto caliente   142 Lave y enjuague el material   143 Seque el material con papel o con franela   144 Revise que no haya reactivos en la campana   145 Apague la campana de extracción   146 Revise que no haya reactivos sobre la mesa   147 Retírese el equipo de protección personal   148 Guarde el equipo de protección personal   149 Desarme los soportes universales   150 Revise que la mesa esté limpia y seca   151 Revise que las llaves de gas estén cerradas   152 Revise que las llaves de agua estén cerradas   153 Revise que las llaves de aire comprimido estén cerradas   154 Revise que los contactos eléctricos estén libres   155 Revise que los extractores de aire estén apagados   156 Revise que los interruptores eléctricos del laboratorio estén apagados   157 Revise que la luz del laboratorio esté apagada   Forma de desechar. Queme los residuos orgánicos en un incinerador con filtro y trampa. Neutralice los residuos ácidos con bicarbonato de sodio. Deseche. DISCUSION. Los productos de deshidratación de alcoholes de la Tabla 1 se muestran en la Tabla 2. Tabla 2. Temperatura de ebullición (Teb) estándar y densidad (r) para algunos alquenos. COMPUESTOS No. de C's Teb (°C) r (g/ml) 3-metil-1-buteno 5 25 0.65 1-penteno 5 30 0.64 trans-2-penteno 5 36 0.65 cis-2-penteno 5 37 0.66 2-metil-2-buteno 5 39 0.66 1-hexeno 6 64 0.67 2,3-dimetil-2-buteno 6 73 0.71 1-hepteno 7 93 0.70 1-octeno 8 122 0.72 1-noneno 9 146 0.73 1-deceno 10 171 0.74 Se anota el volumen obtenido para calcular el rendimiento mediante la siguiente ecuación: nR=R x100 R% = ---------- nROH donde, R% es el rendimiento porcentual, nR=R es el número de moles del producto (alqueno) y nROH es el número de moles del reactivo (alcohol). Se requiere estudiar en la literatura el fundamento de las reacciones de los alcoholes que van a dar origen a un alqueno, así como las reacciones características de éstos. Se construye una gráfica de temperatura contra tiempo para obtener el punto de ebullición del o los productos obtenidos. Con estos datos, y con ayuda de la literatura, se realiza la corrección del punto de ebullición a las condiciones ambientales del experimento (por ejemplo, la altura de la ciudad de México corresponde a 585 mm Hg). No se debe olvidar que los valores en la literatura están dados en condiciones estándar a 760 mm Hg. Las propiedades físicas permiten determinar la distribución de los productos en fases separadas. De acuerdo con el reactivo utilizado, se predice la reacción que se lleva a cabo durante el experimento. Considerando la estequiometría, el volumen de reactivo utilizado y el del producto obtenido, así como los pesos moleculares del reactivo y de los productos esperados se calcula el rendimiento. Se debe desarrollar el mecanismo de la reacción experimentada. Para la positiva identificación como alquenos de los productos, se deben consultar las reacciones características de los alquenos, así como sus mecanismos. REFERENCIAS. García-Junco, M. 1929. Tratado de Química Orgánica. Talleres Gráficos de la Nación, México. Shriner, R.L., Fuson, R.C. y Curtin, D.Y. 1948. The systematic identification of Organic Compounds. A laboratory manual. John Wiley and Sons, New York. The Merk Catalogue. Merk KgaA, Darmstadt, BRD. 1996. The Merk Index. 12th ed. Merk KgaA, Darmstadt, BRD. 1996. Wade, L.G. 1993. Química Orgánica. 2a ed. Prentice Hall Hispanoamericana, México.

© Raúl Alva*, México, 12/02/2004.