Aromaticidad. Bromación de fenol PROTOCOLO DISEÑADO PARA REALIZARSE EN LABORATORIO* *SI NECESITA EL DOCUMENTO IMPRÍMALO EN PAPEL

OBJETIVO. Objetivo didáctico. Observar una reacción de sustitución electrofílica aromática. Objetivo experimental. Llevar a cabo la reacción de fenol con bromo para observar las características de la substitución electrofílica aromática en anillos bencénicos. INTRODUCCION. En la estructura molecular hexagonal del benceno C6H6, cada vértice está constituido por un carbono sp2 unido por enlaces p y s a otros dos carbonos de la misma configuración electrónica y por un enlace s a un átomo de hidrógeno. Esta estructura electrónica del carbono corresponde a la de los alquenos. Sin embargo, cuando el benceno se pone en presencia de un electrófilo, se obtiene como producto un compuesto C6H5E en medio ácido, donde E representa al electrófilo. El benceno o ciclohexatrieno es el compuesto que da origen al concepto de aromaticidad en química orgánica. La deslocalización de los electrones p por toda la periferia del anillo de carbonos produce resonancia de los orbitales, mientras que la aromaticidad se hace evidente por las reacciones de substitución electrofílica aromática (SEA) característica de este tipo de compuestos orgánicos. Así como los alquenos con varios dobles enlaces pueden sufrir la adición electrofílica en cada uno de sus enlaces p, es de esperar que los anillos aromáticos como el benceno puedan sufrir reacciones múltiples de sustitución electrofílica. Las sustituciones posteriores a la primera se ven influidas por la presencia del primer sustituyente. La mayoría de los fenoles, que son anillos aromáticos monosubstituidos, pueden identificarse fácilmente por la formación de los productos de substitución por bromación. Así, el fenol reacciona con bromo produciendo 2,4,6-tribromofenol.       +     à                   KBr         2C6H5OHlíquido   +   3Br2 líquido   à   2C6H2OHBr3 sólido     Fenol       Bromo   Bromuro de Potasio   Tribromofenol M (g/mol)   94.11       159.82   119.01   ? m (g)   0.5       1.2   1.8   ? moles   ~ 0.005       ~ 0.008   ~ 0.0015   ? r (g/ml)           3.12       ? V (ml)   50 (1%)agua       0.4/12mlagua       ? pureza (% V/V)   99       99   99.5   ? Teb std.(°C)   180       58   1380   ? Notas:(*) Coteje los valores del producto obtenido en las Tablas inferiores. (?) Se miden los valores obtenidos al final del experimento. Para purificar el producto es necesario proceder a cristalizarlo; este proceso no está considerado en este experimento. MATERIALES Y EQUIPOS. Artículo Cantidad OK Agitador magnético ½" x 5/16" 1   Agitador magnético 1" x 3/8" 1   Balanza analítica 1   Balanza granataria 1   Bolsa de polietileno transparente 1 (proporcionada por los alumnos).   Bomba o trampa de vacío 1   Botella lavadora 1   Embudo Buchner 1   Espátula 1   Manguera de hule 0.5 cm f 1   Matraz Kitasato de 125 ml 1   Papel filtro No. 4 1   Parrilla magnética 1   Pipeta de 1 ml 1   Probeta de 50 ml 1   Propipeta 1   Tapón de hule horadado 1   Vaso de precipitados de 50 ml 2   Vaso de precipitados de 100 ml 2   Vaso de precipitados de 150 ml 1   REACTIVOS Y SUBSTANCIAS. Artículo Cantidad OK Agua destilada 125 ml.   Bromo 1.2 g (0.4 ml).   Bromuro de potasio 1.3 g.   Fenol 0.5 g.   Jugo de Zanahoria (para neutralizar Br2) (proporcionado por los alumnos)   Solución diluida de bisulfito de sodio (1 %).   PROCEDIMIENTO.   Protección OK Anteojos de policarbonato o monogogles   Guantes de neopreno para solventes orgánicos   Ropa de algodón   Maneje el bromo y solventes 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   Evite el contacto con los vapores producidos por el Bromo   El Bromo molecular es altamente tóxico y teratógeno     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 Br2 esté en la campana   10 Revise que el KBr esté sobre la mesa   11 Revise que el fenol esté sobre la mesa   12 Colóquese los guantes de neopreno   13 Lave el material de vidrio con agua corriente y detergente   14 Enjuague el material con agua destilada   15 Seque el material con franela o con papel absorbente   16 Seque los guantes de neopreno con franela o con papel absorbente     Soluciones   17 Colóquese los monogógles   18 Tome un vaso de precipitados de 125ml   19 Etiquete el vaso con el nombre Fenol 1 %   20 Coloque el vaso Fenol 1 % en la balanza granataria.   21 Tome el espátula.   22 Destape el frasco de Fenol.   23 Pese 0.5 g de Fenol en el vaso Fenol 1 %   24 Tape el frasco de Fenol.   25 Limpie el espátula.   26 Coloque el vaso Fenol 1 % sobre la parrilla magnética.   27 Coloque un agitador magnético dentro del vaso Fenol 1 %   28 Conecte la parrilla magnética.   29 Tome una probeta de 50 ml.   30 Mida 49.5 ml de agua destilada con la probeta de 50 ml.   31 Vierta los 49.5 ml de agua destilada en el vaso Fenol 1 %   32 Agite la solución de Fenol 1 % hasta disolver.   33 Retire el vaso Fenol 1 % de la parrilla magnética.   34 Tome el espátula.   35 Retire el agitador magnético del vaso Fenol 1 % con el espátula.   36 Enjuague y seque el espátula y el agitador magnético.   37 Tome un vaso de precipitados de 50 ml.   38 Etiquete el vaso con el nombre Bromuro de potasio.   39 Coloque el vaso Bromuro de potasio en la balanza granataria.   40 Tome el espátula.   41 Destape el frasco de Bromuro de potasio.   42 Pese 1.3 g de Bromuro de potasio en el vaso Bromuro de potasio.   43 Tape el frasco de Bromuro de potasio.   44 Limpie el espátula.   45 Coloque el vaso Bromuro de potasio sobre la parrilla magnética.   46 Coloque un agitador magnético dentro del vaso Bromuro de potasio.   47 Tome una probeta de 50 ml.   48 Mida 12 ml de agua destilada con la probeta de 50 ml.   49 Vierta los 12 ml de agua destilada en el vaso Bromuro de potasio.   50 Agite la solución de Bromuro de potasio hasta disolver.   51 Coloque el vaso Bromuro de potasio en la campana de extracción.   52 Encienda la campana de extracción.   53 Colóquese el respirador.   54 Tome una pipeta de 1 ml.   55 Moje con agua destilada ligeramente la boca de la pipeta de 1 ml.   56 Tome una propipeta.   57 Inserte la boca de la pipeta de 1 ml en la propipeta.   58 Destape el frasco de Bromo.   59 Mida 0.4 ml de Bromo con la pipeta de 1 ml.   60 Escurra lentamente los 0.4 ml de Bromo en el vaso Bromuro de potasio.   61 Tape el frasco de Bromo.   62 Desmonte la pipeta de 1 ml de la propipeta.   63 Enjuague abundantemente con agua corriente la pipeta de 1 ml.   64 Coloque el vaso Bromuro de potasio sobre la parrilla magnética.   65 Agite la solución de Bromuro de potasio hasta disolver.   66 Retire el vaso Bromuro de potasio de la parrilla magnética.   67 Tome el espátula.   68 Retire el agitador magnético del vaso Bromuro de potasio con el espátula.   69 Enjuague y seque el espátula y el agitador magnético.     Bromación   70 Coloque el vaso Fenol 1 % sobre la parrilla magnética.   71 Coloque un agitador magnético dentro del vaso Fenol 1 %   72 Agite la solución de Fenol 1 % lentamente.   73 Vierta lentamente el KBr/Br2 al Fenol hasta obtener un color amarillento   74 Tome una probeta de 50 ml.   75 Mida 25 ml de agua destilada con la probeta de 50 ml   76 Añada los 25 ml de agua destilada a la solución de Fenol/Br.   77 Agite vigorosamente hasta eliminar los grumos.   78 Desconecte la parrilla magnética.   79 Tome un embudo Buchner.   80 Inserte el embudo Buchner en un tapón de hule horadado.   81 Coloque el embudo Buchner en el matraz Kitasato   82 Conecte una manguera de hule al matraz Kitasato   83 Tome un disco de papel filtro No. 4   84 Tare el papel filtro en la balanza analítica   85 Coloque el papel filtro en el embudo Buchner   86 Remoje ligeramente el papel filtro con agua destilada   87 Vierta la solución de Fenol/Br en el embudo Buchner   88 Filtre al vacío (con bomba o con trampa)   89 Lave con la solución de bisulfito de sodio   90 Filtre al vacío (con bomba o con trampa)   91 Tome la bolsa de polietileno   92 Etiquete la bolsa de polietileno con el nombre Bromofenol   93 Recoja el papel filtro   94 Doble el papel filtro a la mitad sobre el producto   95 Coloque el papel filtro dentro de la bolsa de polietileno Bromofenol   96 Cierre y selle la bolsa Bromofenol     Epílogo del experimento   97 Deseche los residuos (ver Forma de desechar)   98 Desarme el aparato de filtración   99 Lave y enjuague el material   100 Seque el material con papel o con franela   101 Revise que no haya reactivos en la campana   102 Apague la campana de extracción   103 Revise que no haya reactivos sobre la mesa   104 Retírese el equipo de protección personal   105 Guarde el equipo de protección personal   106 Revise que la mesa esté limpia y seca   107 Revise que las llaves de gas estén cerradas   108 Revise que las llaves de agua estén cerradas   109 Revise que las llaves de aire comprimido estén cerradas   110 Revise que los contactos eléctricos estén libres   111 Revise que los extractores de aire estén apagados   112 Revise que los interruptores eléctricos del laboratorio estén apagados   113 Revise que la luz del laboratorio esté apagada   114 Seque el producto al aire en lugar ventilado y lejos de personal ajeno   115 Una vez seco el producto, pese y calcule el rendimiento   Forma de desechar. Neutralice residuos de bromo con un amortiguador de radicales libres.. Queme los residuos orgánicos en un incinerador con filtro y trampa. Deseche. DISCUSIÓN. Revise los mecanismos de las reacciones de substitución electrofílica aromática (SEA). Compare las propiedades físicas de los reactivos con la del producto obtenido y argumente la identificación del producto como una forma de bromofenol; calcule el peso molecular probable para calcular el rendimiento obtenido. Pese el producto contenido en el papel filtro seco para calcular el rendimiento. REFERENCIAS. 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.

© Raúl Alva*, México, 17/11/2003.