Obtención de cloruro de t-butilo para la síntesis de 1,4-di-t-butilbenceno

Objetivos

Realizar una reacción de sustitución electrofílica aromática S_EAr, particularmente una alquilación Friedel-Craft en terc-butilbenceno.

Antecedentes

La reacción de alquilación de Friedel-Crafts de anillos aromáticos, es una reacción de formación de enlaces C-C, que a menudo utiliza haluros de alquilo (R-X) como agentes alquilantes y un ácido de Lewis (AlCl₃) como catalizador. Sin embargo, esta reacción tiene algunas limitaciones ya que, en primer lugar, los haluros de alquilo primarios se someten a procesos de transposición en las condiciones de reacción y, en segundo lugar, a menudo generan productos de polialquilación como los derivados de alquilo de benceno, que son más reactivos a la reacción de Friedel-Crafts que el propio benceno.

En este experimento, el agente alquilante (cloruro de terc-butilo) se prepara a partir de terc-butanol y HCl (conc.) mediante una reacción S_N1.

En el segundo paso, el cloruro de terc-butilo se utiliza en una reacción de Friedel-Crafts utilizando como sustrato terc-butilbenceno.

Procedimiento experimental

Síntesis de cloruro de terc-butilo por reacción S_N1

Fijar un aro metálico dentro de una campana extractora, situar un embudo de extracción de 250 ml en el aro metálico. Verter 25 ml de alcohol terc-butílico en el embudo. Muy lentamente, agregue 100 ml de HCl 12 N y mezcle lentamente las dos capas que se forman. Luego agitar vigorosamente durante 2 o 3 min, de forma continuada, abriendo esporádicamente la llave del embudo para liberar los gases producidos y evitar la sobrepresión. Luego agitar el embudo nuevamente, esta vez, de vez en cuando, durante 10 min. Deje reposar la mezcla hasta que las dos fases se separen claramente.

A continuación, desechar la fase inferior (acuosa) y lavar la superior (orgánica) con una solución de K₂CO₃ al 5 % (2 × 10 ml), abriendo la llave del embudo para evitar la sobrepresión. Luego, transfiera la fase orgánica a un Erlenmeyer de 250 ml y proceda con el secado de la solución en Na₂SO₄ anhidro. Retire el desecante por filtración por gravedad.

Transferir la solución obtenida a un matraz seco de fondo redondo de 50 ml que se acople con los componentes necesarios para realizar una destilación simple; se calienta con placa calefactora. Recoger las dos fracciones: una primera fracción con las primeras gotas de destilado que se desecha. En segundo lugar, se recoge el material destilado (48-54ºC) en un matraz de fondo redondo seco (previamente tarado).

Deseche tanto la primera fracción como el residuo que quede en el matraz. Pese la segunda fracción, y calcule el rendimiento, usando el compuesto obtenido (cloruro de terc-butilo) para continuar con el siguiente paso.

Preparación de 1,4-di-terc-butilbenceno (alquilación de Friedel-Crafts)

En un matraz de tres bocas de 100 ml equipado con un termómetro, colocar 20 ml de cloruro de terc-butilo, a continuación 10 ml de terc-butil-benceno, y un iman. Pese en un pesa substancias 1 g de AlCl₃ y guárdelo inmediatamente hasta su uso en un tubo de ensayo con tapón. Conectar el matraz a una trampa de lavado con disolución de bicarbonato de sodio (NaHCO₃) para atrapar el HCl (gas)que emerge con la formación de CO₂. Coloque el matraz en un baño de agua helada para enfriarlo a una temperatura entre 0 y 3 ºC. Agregue aproximadamente una cuarta parte del AlCl₃ por el cuello del matraz.

Retire el termómetro, se tapa y se agita el matraz vigorosamente mientras está en el baño de hielo. Después de un período de aproximadamente 2 min, ocurre una fuerte reacción, liberando HCl (gas). Agregue el resto del catalizador en tres veces a intervalos de 2 min. Cuando termine la reacción, aparecerá un sólido blanco y cesará el burbujeo. Cuando esto ocurra, desconecte la trampa de lavado, evitando el retorno de la disolución, y retire el matraz del baño de agua helada.

Deje reposar el crudo de reacción a temperatura ambiente durante 5 min y agregue agua helada a la mezcla de reacción para que cuando el hielo se derrita, el crudo pueda extraerse fácilmente con éter dietílico (2 x 20 ml). Luego transfiera el contenido a un embudo de decantación y extráigalo con éter dietílico.

Combinar los extractos orgánicos (capa superior) y secar sobre sulfato de sodio en un Erlenmeyer de 250 ml. Eliminar el disolvente a presión reducida (rotavapor). La sustancia oleaginosa resultante puede cristalizar cuando se enfría. Pese el producto y calcule el rendimiento. Recristalizar de MeOH (20 ml de MeOH por 15 g de producto) y enfriar en un baño de hielo hasta que el sólido se separe por completo.

Propiedades físico-químicas

La siguiente tabla recoge los datos de peso molecular (M_w), punto de fusión (P.F.) punto de ebullición (P.E.) y densidad de los reactivos y compuestos utilizados en este experimento de laboratorio.

GHS pictogramas

Los pictogramas de peligro forman parte del Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos (GHS) y se recogen en la siguiente tabla para los compuestos químicos utilizados en este experimento.

Name	GHS
1,4-Di-terc-butilbenceno
AlCl3
cloruro de tert-butilo
Alcohol tert-butílico
CO2
Éter dietílico
HCl
K2CO3
MeOH
NaHCO3	No peligroso
Na2SO4	No peligroso

Identificador Químico Internacional

Los identificadores IUPAC InChI key de los principales compuestos utilizados en este experimento se proporcionan para facilitar la nomenclatura y formulación de los compuestos químicos y la búsqueda de información en Internet de los mismos.

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