Hernndez M. Fernando y Garduo G. Marco A./ 2IM1/ Equipo 7EFECTO DEL DISOLVENTE EN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN DE SOLVLISIS

Resumen

Se llenaron seis tubos con una mezcla de metanol y agua en diferentes proporciones. Se aadi a cada tubo una gota de azul de bromotimol y se calent a doble bao mara a 30 C por 5 minutos. Posteriormente se agregaron 4 gotas de cloruro de terbutilo y se midi el tiempo de reaccin para cada tubo; todo esto por duplicado. Finalmente se compar el tiempo de reaccin del sistema metanol-agua con el sistema etanol-agua y propanol-agua.

Introduccin.

En las reacciones por sustitucin nuclefila, un nuclefilo, es una especie con un par de electrones no compartido, reacciona con un haluro de alquilo (llamado sustrato) sustituyendo al halgeno. Se lleva a cabo una reaccin de sustitucin, y el halgeno sustituyente, llamado grupo saliente, se desprende como in haluro.Cintica de la sustitucin nuclefila.La cintica se refiere a la rapidez de reaccin, que se refiere al cambio en la concentracin de un reactivo o de un producto con respecto del tiempo.Reaccin SN1.Reaccin de primer orden. La concentracin del nuclefilo no aparece en la ecuacin de velocidad:

Velocidad = k * [RX] (Reaccin de 1er. orden).

Muchas reacciones orgnicas son relativamente complicadas y se llevan a cabo en etapas sucesivas. Uno de estos pasos suele ser menor que los dems y se llama paso limitante de velocidad. 1. La disociacin espontnea del halogenuro de alquilo se efecta en el paso lento, que limita la velocidad, y genera un carbocatin intermediario (hibridacin sp2 , geometra trigonal plana) y un ion halogenuro. 2. El carbocatin intermediario reacciona con el nuclefilo en un paso rpido y forma el compuesto protonado. 3. La prdida de un protn del compuesto protonado intermediario da como resultado el compuesto neutro, producto final. El paso de la reaccin que registre una mayor diferencia de energa es el paso limitante. [2]

Caractersticas de la reaccin SN1- Sustrato: Los mejores sustratos producen los carbocationes ms estables. Como resultado, las reacciones SN1 son mejores para haluros terciarios, allicos y benclicos.- Grupo saliente: Los buenos grupos salientes incrementan la rapidez al disminuir el nivel de energa del estado de transicin para la formacin del carbocatin.- Nuclefilo: Debe ser no bsico para prevenir una eliminacin competitiva, fuera de eso no afecta la rapidez de la reaccin; los nuclefilos neutros funcionan bien.- Disolvente: Los disolventes polares estabilizan el carbocatin intermediario por solvatacin, por lo que incrementa la rapidez de la reaccin.La polaridad del solvente se expresa en funcin de la constante dielctrica. Los disolventes con baja constante dielctrica son no polares y los disolventes con alta constante dielctrica son polares. Las reacciones SN1 se efectan con mucha mayor rapidez en solventes polares que en los no polares. De igual manera las reacciones SN1 se favorecen en solventes prticos, ya que la energa del estado de transicin que forma el carbocatin intermediario baja por solvatacin. [1]

Resultados y discusin de resultados.

La prctica se llev a cabo en 3 sistemas (metanol-agua, etanol-agua, propanol-agua) distribuidos en los diferentes equipos dentro del laboratorio. En 6 tubos de ensaye se vertieron las mezclas correspondientes a proporciones como se muestra en la siguiente tabla.TuboDisolvente (mL)Agua (mL)

102

211

31.10.9

41.20.8

51.30.7

6Tabla 1. Proporciones disolvente-agua

1.40.6

Un punto importante a mencionar en el proceso es que si al adicionar las 2 gotas de azul de bromotimol la mezcla se tornaba de un tono amarillento era consecuencia de una contaminacin por un medio cido en el disolvente. Deba adicionarse as 1 gota de bicarbonato de sodio al 5% para eliminar esa contaminacin.Dicho esto se continuaba con el calentamiento a doble bao mara procurando mantener una temperatura constante de 30C en todo momento, pues un factor que altera la velocidad de reaccin es la temperatura en el sistema. Al agregarse las 4 gotas de cloruro de ter-butilo y agitar cuidadosamente comienza a tomarse el tiempo de reaccin. Pudo observarse un cambio de coloracin azul a una coloracin amarilla, todo ello producto de la formacin de alcoholes protonados por la reaccin efectuada, que a su vez da un carcter cido al medio. En este punto se termin de tomar el tiempo de reaccin, obtenindose los siguientes datos para el sistema de metanol-agua.

TuboTiempo 1(s)Tiempo 2(s)Tabla 2. Tiempo de reaccin metanol-agua

19.5011.22

213.3013.21

315.6016.32

416.1317.33

519.7220.12

623.3123.47

Recopilando los datos del grupo para cada sistema se obtuvieron los siguientes datos.

TuboMetanol/aguaTiempo (s)Etanol/aguaTiempo (s)Propanol/aguaTiempo (s)

1410.2384

27.541.85253.8

31054.65417

41260.03487.8

51490615

616.5145.25742.2

Tabla 3. Tiempo de reaccin para cada sistma

A partir de esto puede observarse para cada sistema los siguientes comportamientos:-El impedimento estrico de los sustratos utilizados para cada sistema juega un papel muy importante en cuanto a la velocidad de reaccin se refiere. Se dice que el efecto se produce cuando el volumen ocupado por parte de una molcula impide que otra parte de la misma reaccione. Esto se ve reflejado en el tamao de la cadena de los alcoholes empleados. Pudindose decir as, que entre menor sea la cadena de carbonos de nuestro compuesto reaccionara ms rpido. Es por ello que el sistema montado con propanol fue el que ms tard en reaccionar.- La polaridad de los sustratos expresada en funcin de la constante dielctrica tambin influye mucho en la velocidad de reaccin. Se dice que entre mayor sea el valor de dicha constante mayor ser la polaridad del compuesto, es decir que tan fcil forman iones o cargas para poder reaccionar. Tenindose los valores de constante dielctrica de 81 para el agua, 32 para el metanol, 26 para el etanol y 20 para el propanol pueden justificarse as los valores recopilados en la tabla 3, reaccionando ms rpido el agua, seguido del metanol y etanol y finalmente el propanol. -Otros factores a cuidar es la temperatura y que tan vigorosamente se agite el tubo al agregar el cloruro de ter-butilo. Esto puede influir en que los tiempos 1 y 2 difieran mucho. Si se aumenta la temperatura se favorece a la velocidad de reaccin.Reaccin con agua

Reaccin con metanol

Reaccin con etanol

Reaccin con propanol

Conclusiones

-Se comprob que el factor estrico (impedimento estrico) influye en la velocidad de reaccin.A mayor cadena de carbonos en la molcula menor velocidad de reaccin.- La polaridad de los sustratos expresada en funcin de la constante dielctrica indica que a mayor polaridad mayor velocidad de reaccin.-Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de reaccin.

Bibliografa[1] John McMurry. Qumica orgnica. 7 ed. CENGAGE Learning. Mxico, 2008.pp. 372 La reaccin SN1[2] Reacciones por sustitucin nucleofila [en lnea]Universidad Nacional Autnoma de Mxico