INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUÍMICA

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS “PREPARACIÓN DEL CICLOHEXENO” NOMBRE: KILIAN VISTRAIN HERNÁNDEZ BOLETA: 2015031369 GRUPO: 2IM38 PROFESOR: JOSÉ MARÍA MOTA FLORES UNIDAD DE APRENDIZAJE: LABOATORIO DE QUÍMICA DE LOS HIDROCARBUROS PERIODO: 2019/1 FECHA: 11/10/2018 ACTIVIDADES PREVIAS MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE ALQUENOS Y SUS MECANISMOS DESHIDROHALOGENACION Es la formación de un alqueno por eliminación de un átomo de hidrogeno y uno de halógeno en un halogenuro de alquilo. La deshidrohalogenacion se puede llevar a cabo mediante dos mecanismos: el mecanismo E2 o el E1. La deshidrohalogenacion por el mecanismo E2 se lleva a cabo mediante un mecanismo de un solo paso, cuando una base fuerte sustrae un protón de un átomo de carbono mientras el grupo saliente se aleja del átomo de carbono adyacente. DESHALOGENACION DE DIBROMUROS VECINALES Un compuesto que tiene dos halógenos en el mismo carbono se llama dihalogenuro geminal; el que tiene dos halógenos en carbonos adyacentes se llama dihalogenuro vecinal. Los dibromuros vecinales se convierten en alcanos por reducción, ya sea con ion de yoduro o zinc en ácido acético. Una molécula de Br2 (agente oxidante) se separa del dihalogenuro para formar el alqueno. El Zinc trabaja como agente reductor en la deshalogenacion por Zinc y ácido acético. La reacción con yoduro se verifica mediante el mecanismo E2, con las mismas limitaciones geométricas que la deshidrohalogenacion E2. DESHIDRATACION DE ALCOHOLES La palabra deshidratación significa literalmente eliminación de agua. La deshidratación es reversible, y en la mayor parte de los casos no es grande la constante de equilibrio. La deshidratación se lleva a término eliminando los productos de la mezcla de reacción a medida que se forman. El alqueno hierve a menor temperatura que el alcohol porque las moléculas del alcohol participan en enlaces de puentes de hidrogeno. Una destilación controlada cuidadosamente elimina el alqueno y deja el alcohol en la mezcla de reacción. Con frecuencia se usan el ácido sulfúrico concentrado, y el ácido fosfórico concentrado como reactivos para la deshidratación, ya que actúan tanto como catalizadores ácidos como agentes deshidratantes. La hidratación de estos ácidos es muy exotérmica. DESINTEGRACION CATALITICA El método menos costoso para fabricar alquenos en gran escala es la DESINTEGRACION CATALITICA del petróleo, o sea el calentamiento de una mezcla de alcanos en presencia de un catalizador. Uno de los métodos para formar los alquenos es mediante una ruptura de enlace para dar un alqueno y un alcano de menor peso molecular. La desintegración se emplea principalmente para fabricar alquenos de hasta seis átomos de carbono. El valor de este método depende del mercado para los diferentes alquenos y alcanos que se producen. El peso molecular promedio y las cantidades relativas de alcanos y alquenos se pueden controlar variando la temperatura, el catalizador y la concentración de hidrogeno en el proceso de desintegración. DESHIDROGENACION DE ALCANOS Es la eliminación de H2 de una molécula, y es el proceso inverso a la hidrogenación. La deshidrogenación de un alcano da un alqueno. Esta reacción tiene un cambio de entalpia desfavorable, pero uno favorable de entropía. La deshidrogenación es endotérmica y tiene un valor positivo de Hº; a temperatura suficientemente grande se favorece la deshidrogenación. La deshidrogenación es semejante a la desintegración catalítica. En ambos casos se usa un catalizador para disminuir la energía de activación, y ambas reacciones emplean altas temperaturas para aumentar el término favorable de entropía y compensar el término desfavorable de entalpia. DESHIDRATACIÓN En química, una reacción de deshidratación, también conocida como Hidrogenese de Zimmer, es aquella que implica la pérdida de agua. En síntesis orgánica, donde a menudo se usa un ácido como catalizador, existen numerosos ejemplos de reacciones de deshidratación: Conversión de alcoholes a éteres:₥ 2 R-OH → R-O-R + H2O Conversión de alcoholes a alquenos: R-CH2-CHOH-R → R-CH=CH-R + H2O Conversión de ácidos carboxílicos a anhídridos de ácido (o anhídridos carboxílicos): 2 RCO2H → (RCO)2O + H2O Conversión de amidas a nitrilos: RCONH2 → R-CN + H2O REACCIONES QUE PRESENTAN LOS COMPUESTOS INSATURADOS Reacción de Simmons–Smith: Mediante la reacción con diclorometano en presencia de un catalizador zinc-cobre se produce un alquilciclopropano. Hidrogenación: La hidrogenación cis se produce por reacción con hidrógeno en presencia de un catalizador metálico (platino, paladio, níquel). Hidrohalogenación: La monohalogenación de alquenos se produce por reacción con halogenuro de hidrógeno en medio no acuoso. La regioquímica de la reacción es Markovnikov. Hidrohalogenación antiMarkovnikov: En presencia de peróxidos, la hidrohalogenación ocurre con regioquímica antiMarkovnikov, la cual solo se cumple con el HBr por las condiciones de la reacción. Halogenación de alquenos: Por reacción con halógenos (X2) se produce dihalogenuros de alquilo. Formación de halohidrinas: La adición de halógenos en medio acuoso forma halohidrinas. Sulfatación de alquenos: Con ácido sulfúrico concentrado se producen sulfatos de alquilo. Estos pueden ser posteriormente hidrolizados a alcoholes, los cuales siguen la regla de Markovnikov. Oximercuración: Con acetato de mercurio en medio acuoso seguido de una reducción con borohidruro de sodio se obtiene un alcohol con regioquímica Markovnikov. Hidroboración: La reacción con diborano seguida por hidrólisis oxidativa con peróxido de hidrógeno en medio alcalino produce un alcohol antiMarkovnikov. Hidroxilación: Con tetróxido de osmio seguido del tratamiento con sulfito de sodio se obtiene un glicol. También puede ser obtenido por reacción con permanganato diluido a bajas temperaturas, sin embargo, hay una mayor probabilidad de que ocurra un clivaje oxidativo. Peroxidación: Por tratamiento con un peroxiácido se obtiene un epóxido u oxirano. Clivaje Oxidativo: En presencia de permanganato concentrado a altas temperaturas se produce el clivaje oxidativo del alqueno; obteniéndose: cetonas, aldehídos o ácidos carboxílicos con menor número de carbonos que el compuesto inicial. Polimerización: En presencia de catalizadores (como Ziegler-Natta) se produce la polimerización de los alquenos. Adición de diclorocarbeno: Por reacción con cloroformo en medio alcalino se produce un derivado del 1,1-diclorociclopropano. Ozonólisis: Por ozonólisis con posterior clivaje oxidativo se obtienen aldehídos y cetonas. Hidroformilación: La hidroformilación del alqueno con monóxido de carbono, agua y un catalizador de cobalto a altas presiones y temperaturas produce un aldehído con un carbono más que el compuesto inicial. OBTENCIÓN DEL CICLOHEXENO INDUSTRIALMENTE La deshidratación del ciclohexanol para obtener Ciclohexeno, empleando un ácido como catalizador. Se puede utilizar ácido sulfúrico, ácido fosfórico o un ácido de Lewis como Al2O3 (Alúmina) con la cual se obtienen los mejores rendimientos. Función de la columna de fraccionamiento que se utiliza en esta práctica Permite realizar una destilación fraccionada, realizar una serie completa de destilaciones simples en una sola operación sencilla y continua, se utiliza fundamentalmente en la separación de mezclas de componentes líquidos. PROPIEDADES DEL CICLOHEXENO Y SUS APLICACIONES El ciclohexeno es usado para la fabricación de otros químicos, en la extracción de aceites y como solvente. Además, para usos de laboratorio, para cristalizar un compuesto o purificarlo, análisis, investigación y química fina. También puede formar peróxidos explosivos. Normalmente estable aún bajo exposiciones al fuego; no reacciona con agua. El vapor es más pesado que el aire y puede viajar a través del piso; si se inflama, alejar todo lo que pueda encenderse. Debido a la baja conductividad eléctrica, la sustancia puede generar cambios electrostáticos como un resultado de la agitación fluida. DIAGRAMA DE BLOQUES PROPIEDADES FISICAS DE LOS REACTIVOS Y PRODUCTO Propiedades Físicas Reactivos Productos Observaciones CICLOHEXANOL  H2SO4 KMnO4 CICLOHEXENO  Edo. Físico y Color Liquido incoloro, olor a alcanfor  Liquido viscoso, incoloro  Cristales violetas Liquido incoloro  Peso Molecular 100.158 g/mol  98.079 g/mol  158.034 g/mol  82.143 g/mol Punto de Ebullición 161.8 °C 337 °C  240 °C 83 °C  Punto de Fusión 25.93 °C 10 °C 50 °C -103.5 °C  Densidad 0.962 g/mL  1.84 g/mL  2.7 g/mL 0.811 g/mL  Solubilidad Agua Soluble  Muy soluble en agua caliente y en fría  Ligeramente soluble Insoluble Solventes Miscible en solventes orgánicos  ----------  Soluble en Etanol, éter y otros solventes orgánicos Ligeramente Soluble en Etanol  Toxicidad Irritante por ingestión y contacto cutáneo, acción narcótica  Corrosivo por contacto e ingestión  Por ingestión y contacto Por ingestión, inhalación e irritante de la piel  ESCRIBIR EL MECANISMO Y LA REACCIÓN QUE SE EFECTUÓ DURANTE LA DESHIDRATACIÓN DEL COCLOHEXANOL RESULTADOS DE LA EXPERIMENTACIÓN AL término de nuestra experimentación como primer punto podemos decir que el alcohol que teníamos se convirtió en un alqueno ya que este sufrió de una deshidratación, es decir llevamos a cabo la eliminación de una molécula de agua gracias a la presencia de calor y agua, la mezcla principal de ciclohexanol y H2SO4 se llevó a una destilación en el equipo de siempre. AL empezar el calentamiento de la mezcla y sabiendo que el ciclohexeno como cualquier hidrocarburo es inflamable se logró observar la formación de humo blanco dentro del matraz, esto debido a la falta de agua en la mezcla y porque se empezaba a quemar o consumir el H2SO4, por su parte el alcohol pasó a formar un alqueno en el destilado por medio de una eliminación ya que dentro de las reacciones que se generaron se protonó el alcohol y se formó la doble ligadura del nuevo hidrocarburo. REALIZAR CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Ciclohexanol Ciclohexeno V= 7.5 mL V= 2.8 mL ρ= 0.962 g/mL ρ= 0.811 g/mL PM= 100.158 g/mol PM= 82.143 g/mol m= ρ * V m= (0.962 g/mL)*(7.5 mL) m= (0.811 g/mL)*(2.8 mL) m= 7.215 g C6H12O m= 2.2708 g C6H10 obtenidos (7.215 g C6H12O) * (1 mol C6H12O ÷ 100.158 g C6H12O) = 0.0720 mol C6H12O (2.2708 g C6H10) * (1 mol C6H10 ÷ 82.143 g C6H10) = 0.0276 mol C6H10 (0.0720 mol C6H12O) * (82.143 g C6H10 ÷ 1 mol C6H12O) = 5.9142 g ciclohexeno teóricos  Rendimiento DEL CICLOHEXENO g teóricos = 5.9142 g g obtenidos = 2.2708 g % Los Usos importante del CICLOHEXENO: Es utilizado en la fabricación de otros químicos, en la extracción de aceites y como solvente. Su consumo esta mayormente relacionado con la manufactura de nylon y caprolactama de nylon. Se utiliza también como solvente de lacas y resinas, pinturas, plastificantes y barnices. En la extracción de aceites naturales, como insecticida y en síntesis orgánicas. PRUEBAS DE SATURACIÓN En presencia del KMnO4 se formó un precipitado café haciendo una hidroxilación. En presencia de Br2 se forma una halohidrina. Conclusión: Gracias a esta práctica y por medio de una destilación, logramos obtener ciclohexeno a partir de la deshidratación del ciclohexanol, la palabra deshidratación significa “pérdida de agua”, al calentar la mayoría de los alcoholes con un ácido fuerte se provoca la pérdida de una molécula de agua (se deshidratan) y forman un alqueno, en este caso el ciclohexanol al ser un alcohol sufre una protonación en el grupo OH que lo convierte en un buen grupo saliente, la eliminación del agua forma un carbocatión que pierde un protón para formar la doble ligadura o doble enlace. Al final para poder obtener el ciclohexeno tuvimos que separarlo, purificarlo y hacer una serie de reacciones de pruebas al destilado. Cuando se realizaron las reacciones de pruebas en donde se le tenía que agregar 2 gotas de Ciclohexeno a ciertas sustancias, una de ellas en solución de bromo en tetracloruro de carbono, nos ayudó a ver que si es alqueno se observa cómo lo decolora, otra fue cuando se le agrego a permanganato de potasio, si es un alqueno observa cómo lo decolora y se forma un precipitado café; esto nos aporta la seguridad de que nuestra experimentación fue correcta pues esto ocurrió con nuestra práctica. Al final nuestro rendimiento fue del 38.34% por lo que se podría decir que se pudo haber recogido un poco más de destilado para aumentar nuestro rendimiento.