PRACTICA DE QUIMICA ORGANICA Nº 10 ACETILENO

ACTIVIDADES PREVIAS



CaC2 + 2 H2O---------> H - C  C - H + Ca(OH)2



CH4 + O2---------> 2 H- C  C- H + 2 CO + 10 H2





1.- METODOS DE OBTENCION DE PREPARACION DE ACETILENO



El acetileno se prepara industrialmente a partir de de dos rutas de síntesis que se describen de acuerdo a las siguientes reacciones:



 CaC2 + 2 H2O-------------> H - C  C - H + Ca(OH)2



 CH4 + O2----------------> 2 H- C  C- H + 2 CO + 10 H2



La primera reacción es importante se ha logrado que a través de un compuesto inorgánico económico se haya obtenido un compuesto orgánico en condiciones de temperatura y presión normales. El Acetileno se obtiene por medio de la reacción de hidrólisis de carburo de calcio [CaC2]. Lo que sucede en esta reacción es que los dos carbonos que están enlazados con el calcio, se saturan con dos hidrógenos y ocurre una reacción de desplazamiento donde se crea un hidróxido en relación con el agua. Los carbonos rompen el enlace con el calcio y se unen entre sí creando un triple enlace (Acetileno (etino) [C2H2]) el calcio que queda con dos valencias libres se uno con los dos hidróxidos formándose un enlace sencillo.



En la segunda reacción involucra la oxidación parcial controlada, a presión elevada del metano. Esta reacción actualmente tiene mayor importancia debido a que exploraciones que se han hecho en el campo petrolero se han hallado grandes yacimientos de gas natural que se consideran como la fuente principal para la síntesis del acetileno.









2.- REACCIONES DE ADICION A TRIPLE LIGADURA



 ADICION DE HIDROGENO A UN ALQUINO.- Con hidrógeno y según las condiciones de la reacción con una molécula de H2 produce un alqueno a este mismo con otra molécula de H2 obtenemos un alcano.





CH  CH + 2H2 -------------->Ni



CH  CH + H2-----Ni---------> CH2= CH2 + H2



CH2= CH2 + H2-------Ni-------> CH3-CH3





 HALOGENUROS.- Con los halógenos se forman en primer lugar derivados dihalogenados no saturados y en segundo el derivado tetrahalogenado



CH3 - C  CH + 2Br2



Se efectúa de la siguiente manera

Br Br

• CH3 - C  CH + Br2 CH3 - C = CH



Br Br Br Br



• CH3 - C = CH + Br2 CH3 - C - CH



Br Br



 Con los ácidos halogenados al reaccionar con la primer molécula se obtienen derivados no saturados monohalogenados y con la segunda derivados saturados di halogenados en el mismo átomo de carbono esta adición tiene lugar de acuerdo con la ley de Markownikow.



CH  C - CH3 + 2HCl



Se efectúa de la siguiente manera



• CH  C - CH3 + HCl CH2 = C - CH3

Cl



Cl

• CH2 = C - CH3 + HCl CH3 - C- CH3

Cl Cl





 ADICION DE AGUA A LOS ALQUINOS.- Los alquinos llevan a cabo una reacción de adición de agua catalizada por acido. El producto inicial de esa reacción es un enol. Un enol es un compuesto con un doble enlace carbono-carbono y un grupo OH unido a uno de los carbonos sp2. (La terminación “eno” indica el doble enlace y la terminación “ol” indica el grupo alcohol (OH). Cuando las dos silabas se unen , se elimina la “o” de “eno” y así se forma la palabra “enol”)



OH O

CH3-C  C - CH3 + H2O CH3- C =CH-CH3 CH3- C =CH-CH3



De inmediato, el enol se equilibra y forma una cetona; un carbono doblemente enlazado aun oxigeno es un grupo carbonilo, y una cetona es un compuesto que tiene dos grupos alquilo unidos a un carbonilo y un aldehído es un compuesto que tiene cuando menos un hidrogeno unido a un grupo carbonilo.



O O O

C C C

R R R H

GRUPO CARBONILO CETONA ALDEHIDO



La adición de agua a un alquino interno que tiene el mismo grupo unido a cada uno de los carbonos sp forma una sola cetona como producto. Pero si los dos grupos no son idénticos, se forman dos cetonas por que la adición inicial del protón puede hacerse a cualquiera de los carbonos sp.

O

CH3-CH2-C  CH2 - CH3 + H2O CH3-CH2-C-CH2-CH2- CH3

Alquino Interno

Simetrico

O

CH3-C C-CH2 - CH3 + H2O CH3- C -CH2-CH2- CH3

O

CH3-C C-CH2 - CH3 + H2O CH3-CH2- C -CH2- CH3

Alquino Interno

Asimetrico









MECANISMO DE LA HIDRATACION DE UN ALQUINO CATALIZADA POR ION MERCURIO.- La reacción del alquino con el ion mercurio (Hg2+)forma un ion mercurinio cíclico, el agua ataca al carbono mas sustituido del compuesto cíclico intermediario, después el grupo OH protonado que es un acido fuerte, pierde un protón y forma un enol mercúrico, que de inmediato se tautomeriza en una cetona mercúrica.



Hg2+ Hg+

CH3-C CH CH3- C =CH CH3- C =CH

:OH

H







Hg+ Hg+

CH3- C =CH CH3- C =CH + H3O+: CH3-C-CH2-Hg+

:OH :OH O

H





ADICION DE BORANO A UN ALQUINO (HIDROBORACION-OXIDACION).- El boro es el electrófilo y el H- es el nucleófido, y una molécula de BH3 reacciona con tres de alquilo para formar un mol de alqueno sustituido con boro. Cuando la reacción de adición termina, se agregan hidróxido de sodio y peróxido de hidrogeno a la mezcla de reacción. El resultado final, como en el caso de los alquenos, es la sustitución del boro por un grupo OH. De inmediato, el producto enólico se tautomeriza en una cetona. Para obtener al enol como producto de la reacción de adición solo se puede permitir la adición de un solo equivalente de borano al alquino. En otras palabras, la reacción se debe detener en la etapa de alqueno.



H3C CH3 H3C CH3

3 CH3-C C-CH3 + BH3 CC 3 CC

H B R H OH

R







H3C CH3 O

3 CC 3 CH3-CH2- C -CH3

H OH





3.- REACCIONES QUE DEMUESTREN LA ACIDEZ DEL ACETILENO



Se puede empezar a comparar con dos compuestos familiares, el amoniaco y el agua. El litio metálico reacciona con amoniaco para formar amiduro de litio, LiNH2, que es la sal del acido débil H-NH2.



NH3 + Li Li+NH2- + ½ H2



La adición de acetileno a amiduro de litio disuelto en éter, forma amoniaco y acetiluro de litio.



H - C  C - H + Li+NH2- H-NH2 + H - C  C - Li+





El acido más débil H-NH2, es desplazado de su sal por el acido mas fuerte H - C  C - H. En otras palabras, la base fuerte, NH2-, arranca el protón de la base más débil, H - C  C-, si el NH2- sujeta al protón más fuerte que el H - C  C-, entonces el H-NH2 debe de ser un acido más débil que el H - C  C - H.



Si se agrega agua al acetiluro de litio se forma hidróxido de litio y se regenera el acetileno.



H-OH + H - C  C - Li+ H - C  C - H + Li+OH-







El acido más débil, H - C  C - H, es desplazado de su sal por el acido más fuerte, H2O. Se ve así que el acetileno es un acido más fuerte que el amoniaco, pero más débil que el H2O



Acidez relativa H2O > H - C  C - H > NH3 > RH



Basicidad Relativa OH- < H - C  C- < NH2- < R-





4.- REACCIONES DE SUSTITUCION NUCLEOFILICA DE ACETILENOS



Los acetilenos terminales pueden ser desprotonados por una base muy fuerte; como el amiduro de sodio, para formar carbaniones conocidos como iones acetiluro (o iones alquinuro). El ión hidróxido y los iones alcóxido no son bases lo suficientemente fuertes para desprotonar a los alquinos. El amiduro de sodio es capaz de extraer un hidrogeno de un alquino terminal, dejando un carbono cargado negativamente.

El alquilo desprotonado denominado acetiluro, es un nucleófilo fuerte que puede realizar fácilmente reacciones de adición y sustitución.



 Un ión acetiluro es una base fuerte y poderoso nucleófilo, puede desplazar a un ión haluro de un sustrato adecuado, dando lugar a un acetileno sustituido. Los iones acetiluro son fuertes nucleófilos que pueden experimentar reacciones SN2. La reacción proporciona un buen rendimiento cuando el haluro de alquilo utilizado es un haluro de metilo o un haluro primario.



 Igual que otros carbaniones, los iones acetiluro son nucleófilos fuertes y bases fuertes. Además de desplazar a los iones haluro en reacciones SN2, pueden añadirse a grupos carbonilo (C=O). Un nucleófilo se añadirá al carbono de un carbonilo formando el correspondiente alcóxido que tras la protonación proporciona un alcohol. El átomo de carbono del carbonilo es positivo parcial y el oxígeno tiene una carga negativa parcial.





 Un ión acetiluro puede servir como nucleófilo en esta adición al grupo carbonilo. El ión acetiluro se adiciona al grupo carbonilo para formar un ión alcóxido. La adición de ácido diluido (en un paso separado) protona al alcóxido para formar el alcohol. El ión acetiluro atacará a las cetonas o a los aldehídos para formar, tras la protonación, alcoholes terciarios y secundarios, respectivamente. El alcóxido intermedio no está aislado, la reacción se consigue bajo condiciones ácidas para protonar los iones alcóxidos y convertirlos en alcoholes.



5.- USOS DEL ACETILENO EN LA INDUSTRIA QUIICA



• La aplicación industrial del acetileno se basa fundamentalmente en su transformación en monómeros para su posterior polimerización:



• Éste también se utiliza en especial en la fabricación del cloroetileno (cloruro de vinilo) para plásticos.



• Es el hidrocarburo que proporciona el nombre a la serie de hidrocarburos acetilénicos (alquinos), de la que constituye su miembro más sencillo.



• Disolventes como el tricloretileno, el tetracloretano, productos de base como viniléteres y vinilésteres y algunos carbociclos (síntesis según Reppe) se obtienen a partir del acetileno.



• La producción de negro de humo en la industria del vidrio, aluminio y cobre.









































OBSERVACIONES



 Indique los cambios de coloraciones observados en las reacciones efectuadas, así como la formación de precipitados.



• Reacción con Br2 en CCl4:

La solución de acetileno con el Br2 en CCl4 , el alquino decoloro al bromo en tetracloruro de carbono, esto sucede debido a la adición de los bromos a las triples ligaduras del acetileno, como el bromo tiene una coloración roja, puede verse que va disminuyendo la intensidad del color hasta que desaparece



• Reacción con KMnO4:

Al agregarse la solución de permanganato de potasio, el color púrpura, se comenzó a tornar en café verdoso opaco, aunque sucedió de manera lenta, si se vio el cambio, esto sucedió debió a que, como en la reacción anterior (acetileno mas bromo en tetracloruro de carbono) los OH saturaron las triples ligaduras del etino. Las reacciones orgánicas catalizadas con KMnO4, son reacciones de oxidación, ya sea formación de alcoholes, cetonas, aldehídos, ácidos carboxílicos.



• Reacción con Nitrato de Plata Amoniacal:

Mediante el burbujeo de acetileno en una solución de Nitrato de Plata Amoniacal se forma un precipitado blanco- amarillento de Acetiluro de Plata (son sales del alquino con la plata), respectivamente que se encuentran en forma de polímeros y explotan violentamente en estado seco.



• Reacción con Cloruro Cuproso:

Parecido a los tres experimentos anteriores, mediante el burbujeo de acetileno en una solución de Cloruro Cuproso se forma un precipitado rojizo-marrón de Acetiluro de Cobre (son sales del alquino con el cobre), respectivamente que se encuentran en forma de polímeros y explota al igual que el Acetiluro de Plata en forma violenta en estado seco.

 Escriba las siguientes ecuaciones



• Reacción de Carburo de Calcio



CaC2 + 2 H2O H - C  C - H + Ca (OH)2



• Acetileno en presencia de Bromo y Tetracloruro de Carbono



Br Br



H - C  C - H H – C – C – H



Br Br







• Acetileno con Permanganato de Potasio en solución diluida



OH OH



H - C  C - H + KMnO4 H - C - C - H

OH OH



• Acetileno y Nitrato de Plata Amoniacal







H - C  C - H + 2 Ag (NH3)2 NO3 Ag - C  C - Ag + 2NH4NO3 + 2NH3







• Acetileno y Cloruro Cuproso Amoniacal



H - C  C - H + 2 Cu (NH3)2 Cl Cu - C  C - Cu + 2NH4Cl + 2NH3



 Mencione los usos más importantes del Acetileno



• Es conocido como gas utilizado en equipos de soldadura debido a las elevadas temperaturas (hasta 3.000 ºC) que alcanzan las mezclas de acetileno y oxígeno en su combustión.



• Se usa en la construcción de puentes y estructuras de acero para edificios, reparación y reemplazo de tubos de escape automotrices, así como en la fabricación y reparación de locomotoras, automóviles, aeroplanos y muchas otras máquinas.







• Proyección térmica de superficies y metalización con llama.







• Como gas de alta pureza para equipos de espectometría de masas.



• La producción de negro de humo en la industria del vidrio, aluminio y cobre.



• Debido a sus especiales características físico-químicas, alcanza

la temperatura de llama más elevada, y posee un gran poder calorífico y

velocidad de encendido (características decisivas para valorar un gas

combustible).







• Con una boquilla especial puedes usarlo para hacer cortes en planchas de metal.











CONCLUSIONES



 El Acetileno da las reacciones de adición características de los hidrocarburos no saturados.



 Los átomos de H en el Acetileno son reemplazables por metales (Ag y Cu), propiedad química que sirve como medio de diferenciación entre las olefinas y los alquinos.



 Aprendimos los métodos generales para preparar alquinos, los cuales son validos pero dada su importancia en la industria el Acetileno se prepara por un método más económico, que consiste en la hidratación del Carburo de Calcio.



 Se tuvo que repetir el experimento en varias ocasiones debido a que el agua que se le suministraba al matraz redondo se terminaba teniendo así problemas para realizar las reacciones.



Podemos decir en un breve resumen que en la práctica de Acetileno, al realizar todas las reacciones de dicho alquino hubo insaturaciones en algunas de ellas; como ya se mencionaba anteriormente en la que se tuvo con el Bromo en tetracloruro de carbono fue para conocer el número de insaturaciones (dobles o triples enlaces), el bromo, además de ser uno de los reactivos actúa como indicador del punto final de la reacción. Con el permanganato de potasio (KMnO4) formo dioles, además de que el cambio en su coloración fue lenta y rara puesto que no esperábamos a que cambiara a ese color.



Por otra parte se llevo a cabo las reacciones para generar el Acetiluro de Plata y el Acetiluro de Cobre, con respecto a la de Acetiluro de plata el precipitado que formo fueron las sales del acetileno con la plata y el color del disolvente fue un color amarillo claro; al igual ahora la solución de Acetiluro de Cobre su precipitado fue color rojizo- marrón indicando que el precipitado eran las sales del acetileno con el cobre.



Para finalizar podemos decir que al menor contacto con el agua, el Carburo de Calcio empieza a reacción con ella, teniendo así los primeros vapores del acetileno.



PROPIEDADES FISICAS DE REACTIVOS Y PRODUCTOS











PROPIEDADES FISICAS

SUSTANCIAS



CARBURO DE CALCIO

(CaC2)

ACETILENO



PERMANGANATO DE POTASIO

(KMnO4)



EDO. FÍSICO Y COLOR

Sólido grisáceo pardo

Gas Incoloro

Cristales violetas



PESO MOLECULAR

64.1

26.02

158.04



PUNTO DE EBULLICION

-270.577 °C



-75 ºC



-----------



PUNTO DE FUSION

-270.717 °C

-82 ºC

240 ºC



DENSIDAD

2.221 g/mL

0.618 g/mL

2.70 g/mL



SOLUBILIDAD EN AGUA

+++

+

Ligeramente soluble



SOLUBILIDAD EN DISOLVENTES



++



+Etanol, éter, benceno

Soluble en Etanol, éter y otros solventes orgánicos





TOXICIDAD

En contacto con humedad

libera acetileno (gas inflamable).



Por Inhalación



Por ingestión y contacto





+++ MUY SOLUBLE ++ SOLUBLE + POCO SOLUBLE