Tabla de contenidos
Objetivo
Producir bromuro de n-butilo a partir de alcohol n-butilo y demostrar la capacidad para llevar a cabo una reacción de sustitución en química orgánica, específicamente la conversión de un alcohol en un haluro de alquilo.
Antecedentes
La reacción de un alcohol primario con un haluro de hidrógeno produce un haluro de alquilo primario. La reacción sigue un mecanismo SN2, ya que la etapa de deshidratación es competitiva. La reacción requiere de un ácido fuerte para protonar el grupo hidroxilo. Se puede usar HBr acuoso, HI o gas de HBr. En este experimento, el HBr se genera in situ mediante la reacción de NaBr con H2SO4.
En esta transformación, ocurren algunas reacciones secundarias: el butan-1-ol puede reaccionar con los iones HSO– presentes en la solución para producir un éster de sulfato de hidrógeno (R−OSO3H). Este éster inorgánico puede desencadenar una reacción de eliminación que conduce a but-1-eno (se pierde un gas de reflujo durante el procesamiento o durante la reacción) o una sustitución con butan-1-ol para producir di-n-butil éter (que debe eliminarse durante el procesamiento de la reacción).
Procedimiento experimental
En un matraz redondo de fondo plano de 250 ml, coloque 30 g de bromuro de sodio y 30 ml de agua. Agite el matraz hasta que se haya disuelto la mayor parte de la sal. Agregue 18,5 g de butan-1-ol y enfríe el matraz a 5-10 ºC en un baño de hielo. Agregue lentamente 25 ml de H2SO4 concentrado.
Colocar el matraz con un refrigerante de reflujo y una trampa adaptada para gases que contenga solución de NaOH (NaOH acuoso al 5 %), y someter la mezcla a reflujo durante 30 min con agitación magnética.
| PELIGRO «Durante el reflujo se liberan vapores de HBr, que son corrosivos y tóxicos (10-20 veces más tóxicos que el CO2 y tan tóxicos como el Cl2). La reacción debe realizarse en una campana extractora y el sistema de reflujo debe estar conectado a una trampa para HBr. Asegúrese de que en la trampa no está sumergido el embudo, ya que puede entrar líquido en el matraz de reacción». |
Durante el reflujo, la mezcla de reacción forma dos capas. Enfriar el matraz de reacción (se puede usar un baño de hielo) a una temperatura en la que se pueda manipular. Agregar una barra magnética y preparar el conjunto para una destilación simple. Destilar hasta que la temperatura de la mezcla de destilación alcance 110-115 ºC. El destilado consiste en dos fases (1-bromobutano y agua), que son más evidentes al comienzo de la destilación. Al final de la destilación, el 1-bromobutano ya no debería ser visible en las gotas de destilado. Para verificar que no hay co-destilación de aceite con el agua al final de la destilación, recolecte unos pocos mililitros de destilado en un tubo de ensayo. Agite el tubo de ensayo y, si hay aceite, se verán gotas. El residuo de destilación (¡ácido fuerte!) debe recolectarse vertiéndolo sobre hielo y diluyéndolo con agua (vierta en el contenedor de residuos ácidos).
Transfiera el destilado a un embudo de extracción de 125 ml, y agregue aproximadamente 25 ml de agua. Agite el embudo y permita que se separen las dos fases. Recoja la capa inferior del 1-bromobutano en un matraz Erlenmeyer. Sea muy cuidadoso y preste atención a la identificación de las fases en el embudo durante este experimento. Es prudente mantener todas las capas en matraces etiquetados hasta el final del experimento para evitar tirar accidentalmente la capa equivocada. Deseche la capa superior. Agregue 25 ml de H2SO4 concentrado y enfriar el 1-bromobutano con hielo.
Agitar el matraz para mezclar el contenido. Si la mezcla empieza a calentarse, enfriar el matraz en un baño de hielo. Pasar la mezcla a un embudo de extracción. El H2SO4 concentrado es más denso (d = 1,84) que el 1-bromobutano (d = 1,28), por lo que el 1-bromobutano forma ahora la capa superior. Agitar suavemente el embudo de decantación para evitar la formación de una emulsión y dejar reposar durante 5-10 minutos. La formación de emulsiones es frecuente en la extracción y requerirá un período de reposo para que las dos fases se separen.
| PELIGRO «Extremar las precauciones al manipular H2SO4 concentrado en el embudo. El embudo debe abrirse con frecuencia para liberar el exceso de presión. Un descuido, incluso una llave de paso con fugas, puede hacer que el H2SO4 se derrame sobre la ropa o la zona de trabajo. Cualquier derrame sobre la piel o la ropa debe lavarse inmediatamente con agua.» |
Recoger la capa inferior (precaución: ácido fuerte) y desechar; verter sobre hielo y diluir con agua; eliminar en el contenedor de residuos ácidos. Lavar el 1-bromobutano que queda en el embudo con 25 ml de agua para eliminar el H2SO4 residual. Como el 1-bromobutano es más denso que la solución acuosa, el 1-bromobutano formará ahora la capa inferior. Agitar el embudo y recoger esta capa inferior en un matraz limpio. Elimina la fase acuosa que queda en el embudo y vuelve a introducir el 1-bromobutano en el embudo. Extraer el 1-bromobutano con 25 ml de una solución de NaOH al 10 %. En esta extracción, al igual que en la anterior, el 1-bromobutano se encuentra en la capa inferior del embudo de decantación.
Recoge el 1-bromobutano en otro matraz limpio, añade 2 g de CaCl2 anhidro, tapa el matraz herméticamente y deja reposar la mezcla para clarificar el líquido (mejor toda la noche). Dado que el 1-bromobutano es bastante volátil, el recipiente de secado debe tener un tapón de vidrio o septum.
Decantar el 1-bromobutano limpio a un matraz de fondo redondo de 50 ml utilizando un cuentagotas desechable para transferir el líquido restante. Tenga mucho cuidado de no transferir ningún sólido de cloruro cálcico CaCl2. Añadir una barra magnética y destilar el 1-bromobutano. Recoger la fracción a 98-103 ºC (si el destilado está turbio significa que tiene humedad y debe secarse y volverse a destilar). El rendimiento estimado será del 50 %.
Si el experimento no puede completarse en una sesión, el punto de interrupción es después del período de reflujo: mientras se seca el 1-bromobutano con CaCl2 anhidro.
Propiedades físico-químicas
La siguiente tabla recoge los datos de peso molecular (Mw), punto de fusión (P.F.) punto de ebullición (P.E.) y densidad de los reactivos y compuestos utilizados en este experimento de laboratorio.
| Name | Mw (g/mol) | M.p. (ºC) | B.p. (ºC) | Density (g/ml) |
| 1-Bromobutano | 137.02 | -112 | 100-104 | 1.276 |
| 3-metil-butan-1-ol | 88.15 | -117 | 131-132 | - |
| Bután-1-ol | 74.12 | -90 | 116-118 | 0.810 |
| CaCl2 | 110.98 | 782 | >1,600 | 2.15 |
| H2SO4 | 98.08 | 3 | - | 1.80-1.84 |
| NaOH | 40.00 | 318 | 1,390 | 2.130 |
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-Bromobutano |    |
| 3-metil-butan-1-ol | |
| Bután-1-ol |  |
| CaCl2 | |
| H2SO4 | |
| NaOH | |
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.
| 1-Bromobutano | MPPPKRYCTPRNTB-UHFFFAOYSA-N |
| 3-metil-butan-1-ol | PHTQWCKDNZKARW-UHFFFAOYSA-N |
| Bután-1-ol | LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N |
| CaCl2 | UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L |
| H2SO4 | QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N |
| NaOH | HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M |
Referencias
- Isac-García, J.; Dobado, J. A.; Calvo-Flores, F. G.; and Martínez-García, H. (2015). Experimental Organic Chemistry Laboratory Manual. Elsevier Science & Technology. ISBN: 978-0-12-803893-2
- Vogel, A.I., Furniss, B.S., Hannaford, A.J., Tatchell, A.R., and Smith, P.W.G. (1989). Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry (Vogel’s Textbook series). Longman. ISBN: 9780470214145
