Sustitución nucleofílica en alcoholes

Sustitución nucleofílica en alcoholes: Obtención de un haluro de alquilo                                                        

1. Resumen

Los haluros de alquilo R-X, juegan un papel central en la química orgánica, pueden prepararse en base a alcoholes y alcanos. Estos son la materia prima para la preparación de un gran número de grupos funcionales, mediante síntesis que generalmente involucran reacciones de sustitución nucleofílica. La preparación de los haluros de alquilo sirve como modelo para el desarrollo de principios de mecanismos de reacción. Los alcoholes terciarios son lo más reactivos y los alcoholes primarios los menos reactivos. Los alcoholes terciarios reaccionan con cloruros de hidrógeno a temperatura ambiente y rápidamente se convierten en cloruros de alquilo, mientras que los alcoholes primarios y secundarios no alcanzan velocidades suficientemente rápidas para que las preparaciones de cloruros de alquilo sea práctica, por lo que se utiliza bromuro de hidrógeno (HBr) a temperaturas más elevadas. Existen varios procedimientos para la conversión de alcoholes en cloruros de alquilo: alcoholes primarios y secundarios reaccionan frecuentemente con cloruro de tionilo y con haluros de fósforo, mientras que alcoholes terciarios con ácido clorhídrico. El objetivo es conocer la preparación de un haluro de alquilo terciario a partir del alcohol correspondiente, mediante una reacción de sustitución nucleofílica. Para saber si se llevó a cabo esta reacción se observará la aparición de un precipitado blanco, producto del líquido formado y de AgNO3 en etanol, determinando así su naturaleza.

Palabras claves: Haluros de alquilo; alcoholes; alcanos; sustitución nucleofílica; alcoholes primarios; alcoholes secundarios; alcoholes terciarios; cloruros de alquilo.

1. Introducción

Dentro de la química orgánica se encuentra la sustitución nucleofílica, la que es un tipo de reacción de sustitución en la que el nucleófilo, rico en electrones, reemplaza en una posición electrofílica, pobre en electrones, de una molécula a un átomo o grupo denominado grupo saliente. (McMurry, 2008) Para esto cuenta con dos mecanismos: el SN1, que supone la sustitución del grupo saliente, un halógeno, por alguna especie con pares solitarios capaz de atacar al carbocatión formando nucleófilo (Fernández, 2016), y el mecanismo SN2, que consiste en el ataque del nucleófilo al carbono que contiene al grupo saliente. Este carbono presenta una polaridad importante, debido a la electronegatividad del halógeno. Al mismo tiempo que ataca el nucleófilo se produce la ruptura del enlace carbono-halógeno, obteniéndose el producto final (Fernández, 2016). La sustitución nucleofílica de alcoholes genera haluros de alquilo al hacer reaccionar un alcohol con un haluro de hidrógeno liberando agua, la velocidad de la reacción depende de la estabilidad del carbocatión intermediario, siendo más estables para esta reacción los alcoholes terciarios (Salerno, 2015). También se debe considerar la reactividad del haluro de hidrogeno que es paralelo a la acidez del compuesto HI > HBr > HCl > HF.

El objetivo es preparar un haluro de alquilo terciario mediante su correspondiente alcohol por sustitución nucleofílica.

1. Material y procedimiento

Materiales

• Gradilla para tubos de ensayo
• Tubo de ensayo
• Embudo de separación
• Vasos de precipitado 100 ml
• Pipetas de 10 ml
• Espátula
• Matraz Erlenmeyer
• Tapón para matraz
• Soporte universal

Reactivos

• Terbutanol
• Ácido clorhídrico concentrado
• Cloruro de calcio
• Sulfato de sodio anhidro
• Solución de NaHCO3 10%
• Solución de AgNO3 en etanol 2%
• Solución de HNO3 5%

Procedimiento

Preparación cloruro de terbutilo

• En primer lugar, se colocó 6 ml de terbutanol, 18 ml de ácido clorhídrico concentrado y 2 gr. de cloruro de calcio en un matraz de Erlenmeyer con tapón. Se mezcló durante 20 minutos.
• En segundo lugar, se llevó la mezcla del matraz a un embudo de separación y se dejó reposar hasta que se observó una separación de fases, donde se eliminó la capa inferior, correspondiente a HCl residual.
• En tercer lugar, se lavó varias veces, 5 específicamente, el cloruro de terbutilo formado con solución de carbonato de sodio 10%, añadiendo 5 ml en cada lavado. (El tiempo entre cada lavado fue determinado por la emisión de CO2, hasta que dejó de desprenderse este).
• Luego, se lavó dos veces con agua destilada, añadiendo 5 ml en cada uno de los lavados.
• Después, se secó el cloruro de terbutilo con sulfato de sodio anhidro, para retirar la humedad.

Ensayo con nitrato de plata alcohólico

• Finalmente, se añadió 1 gota del líquido obtenido y 2 gotas de AgNO3 en etanol. Se observó la reacción y la formación de precipitado. A esta mezcla, se le agregó 2 gotas de HNO3 5% y se observó la reacción.

1. Resultados

Preparación de cloruro de terbutilo

Tabla 1 Preparación Cloruro de terbutilo

Tabla 2 Lavado de Cloruro de terbutilo

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