Quimica

Objetivo: Adquirir experiencia en la metodología de trabajo del laboratorio, en cuanto a la elección de los diseños experimentales, el material e instrumentos adecuados. Proponer un diseño experimental para la obtención de orto−nitrofenol a partir de 0,1 mol de fenol, con la mayor pureza y rendimiento posible. Materiales e instrumentos utilizados: • Pipeta de 10 ml. • Probeta de 50 ml. • 2balones de destilación. • Recristalizador. • Refrigerante. • Erlenmeyer. • Tubos para adición y reflujo. • Alargadera. • Embudo Büchner • Frasco kitasato. • Tubos de ensayo. • Embudo de Hirsch. • Tubo kitasato. • Propipeta. • Vidrio reloj. • Varilla de vidrio. • Perlas de vidrio. • Buzo. • Mecheros. • Papel de filtro. • Capilares. • Agarraderas. • Pie universal. • Balanza. • Agitador magnético. •Estufa. • Equipo para la determinación del punto de fusión. Reactivos utilizados: • Fenol. • Acido nítrico. • Agua. • Metanol. Introducción

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La obtención del o−nitrofenol se debe hacer a partir del fenol, por lo que antes de profundizar sobre el método más adecuado a utilizar, primero analizaremos las características que posee el fenol. El grupo −OH es fuertemente activante del anillo, yorientador orto y para. Esto mismo podrá comprobarse mediante el análisis de las siguientes estructuras resonantes del fenol tras un ataque electrofílico: Síntesis propuesta para la obtención del o−nitrofenol: Nitración directa del fenol, utilizando solamente HNO3. El mecanismo de reacción es una sustitución electrofílica aromática bimolecular. A raíz de la fuerte actividad que el grupo −OH otorga alanillo, se necesitan condiciones especialmente suaves para conseguir la monosustitución electrofílica en los fenoles, ya que su alta reactividad favorece simultáneamente la polisustitición y oxidación. Para obtener mononitrofenoles es preciso utilizar HNO3 diluido y temperaturas bajas, pero aún así los rendimientos son malos: En la nitración del fenol se distinguen las siguientes etapas: • Formacióndel electrófilo: −H+ HNO3 + H−O−NO2 NO3 + H−O−NO2 H2O + NO2 + inestable • Adición del electrófilo al anillo: • Eliminación del protón para dar el producto de sustitución: Híbridos de Resonancia o−nitrofenol p−nitrofenol La nitración es una reacción irreversible, tal como lo muestra el siguiente diagrama de entalpía vs coordenada de reacción: Como se puede observar en el diagrama energético, laetapa 2 es la limitante de la reacción, ya que para llegar al intermedio de reacción (híbrido de resonancia), necesita alcanzar una energía muy alta. Propiedades Físicas de los Nitrofenoles Isómeros: Podemos observar que el o−nitrofenol tiene un punto de ebullición mucho más bajo y una solubilidad en agua mucho menor que sus isómeros; es el único de los tres que se puede codestilar con vapor (o sea,destilar por arrastre con vapor de agua). ¿Cómo pueden justificarse estas diferencias? 2

Bueno, en primer lugar consideremos los isómeros meta y para. Tienen puntos de ebullición muy elevados debido a sus puentes de hidrogeno intermoleculares: Su solubilidad en agua se debe a la formación de puentes de hidrógeno con las moléculas de agua: La codestilación con vapor de una sustancia es posiblesi ésta tiene una presión de vapor apreciable a la temperatura de ebullición del agua; los puentes de hidrógeno intermoleculares de los isómeros meta y para inhiben su codestilación con vapor porque reducen sus presiones de vapor. ¿Cuál es la situación para el o−isómero? El examen de modelos revela que los grupos −NO2 y −OH están ubicados adecuadamente para la formación de un puente de hidrógenointramolecular (dentro de una misma molécula): Este puente de hidrógeno intramolecular impide la formación de uno intermolecular con otras moléculas fenólicas y también con moléculas de agua, por lo que el o−nitrofenol no tiene la baja volatilidad de un líquido asociado, ni tampoco la solubilidad característica de un compuesto que forma puentes de hidrógeno con agua. Por lo tanto, a raíz del...