INTRODUCCIÓN

En química orgánica se pueden en contratar distintos tipos de hidrocarburos; los saturados, los no saturados y los aromáticos, éste último denominado de esa forma por su olor penetrante de la mayor parte de sus compuestos.

El benceno es el compuesto que representa a este grupo de hidrocarburos, pues de él se derivan los demás compuestos ya sea por monosustitución, disustitución o por polisustitución. Formándose xilenos o cresoles y fenodioles que hacen crecer a este grupo, su principal compuesto tiene la forma de un hexágono donde sus electrones se encuentran en constante movimiento.

Entre las propiedades físicas del benceno tenemos su temperatura de ebullición que es de 70C en la experimentación y en la práctica de 80C, su temperatura de fusión esta por debajo de los 0C, siendo menos denso e insoluble en el agua.

Por otro lado, sus propiedades químicas se dan por reacciones de halogenación, adición de cloro, oxidación, sulfonación, nitración, bromación, a estos tres últimos forman parte de la reacción de sustitución electrofílica. Estas reacciones pueden formar aceites, cristales y ácidos hídricos.

Finalmente, esta experimentación nos llevó a identificar un compuesto aromático ya sea por su olor característico ya sea por su olor característico por los compuestos que forman al reaccionar con bases, halógenos, ácidos, etc. Que complementan una vez mas nuestros conocimientos respecto al estudio de la química orgánica, cuyo entorno es mayor al la química inorgánica

PRÁCITICA Nº 4

HIDROCARBUROS ARÓMATICOS

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL:Verificar las propiedades físicas y químicas del benceno.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:- Determinar la temperatura de ebullición y la temperatura de

solidificación del benceno.- Determinar la densidad del benceno.- Realizar la prueba de solubilidad con el benceno y determinar los

compuestos orgánicos en los que es soluble.- Comprobar la bromación del benceno con y sin catalizador, realizar la

comparación del cambio en su color.- Realizar la nitración del benceno para la obtención de un aceite.- Realizar la sulfonación del benceno para obtener cristales benceno,

sulfonato de sodio.- Realizar la reacción de oxidación del benceno con el acido sulfúrico en

un medio de permanganato de potasio.- Realizar la reacción de oxidación del tolueno en una solución de

permanganato de potasio en ácido sulfúrico.

FUNDAMENTO:

COMPUESTOS AROMÁTICOS: Son los compuestos que presentan una estructura cíclica con un carácter particular de enlace que les otorga gran estabilidad química, frente a la acción de oxidantes comunes, siendo características las reacciones de sustitución electrofílica de los H+ del anillo aromático. El compuesto es fragante.

BENCENO: El benceno tiene tantos átomos de H + como átomos de C, su fórmula es C6H16, pertenece a la serie cíclica aromática, que se obtiene en la destilación seca de la hulla. Es un líquido incoloro, volátil e inflamable.

Propiedades Químicas:La sustitución aromática puede seguir tres caminos; electrofílico, nucleofílico y de radicales libres. Las reacciones de sustitución aromáticas más corrientes son las originadas por reactivos electrofílicos. Su capacidad para actuar como un dador de electrones se debe a la polarización del núcleo Bencénico. Las reacciones típicas del benceno son las de sustitución. Los agentes de

sustitución más frecuentemente utilizados son el cloro, bromo, ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrado y caliente con cada una reaccionan de la siguiente manera:

- Halogenación: El bromo da derivados de sustitución que recibe el nombre de haluros de arilo. La halogenación está favorecida por la temperatura 50C y un catalizador, como el hierro que polariza al para que se produzca enérgicamente la reacción. Los catalizadores + halógeno Br suelen ser sustancias que presentan deficiencia de electrones.

C6H6 + Br2 C6H5Br + HBr

Bromobenceno- Sulfonación: Cuando los hidrocarburos bencénicos se tratan con ácido

sulfúrico fumante (ácido sulfúrico que contiene anhídrido sulfúrico) H2SO4 + SO3 se forman compuestos característicos que reciben el nombre de ácidos sulfónicos. En realidad, se cree que el agente activo es el SO3

- Nitración: El ácido nítrico fumante o también una mezcla de ácidos nítrico y sulfúricos (mezcla sulfonítrica), una parte de ácido nítrico y tres sulfúricos, produce derivados nitrados, por sustitución. El ácido sulfúrico absorbe el agua producida en la nitración y así se evita la reacción inversa.

- Combustión: El benceno es inflamable y arde con llama fuliginosa,

propiedad característica de mayoría de los compuestos aromáticos y

que se debe a su alto contenido en carbono.

2 C6H6 +15 O2 12CO2 + 6H2O

- Hidrogenación: El núcleo Bencénico, por catálisis, fija seis átomos de

hidrógeno, formando el ciclohexano, manteniendo así la estructura de

la cadena cerrada.

C6H6 + 3H2 C6H12

Propiedades Físicas:

La serie aromática se caracteriza por una gran estabilidad debido a las múltiples formas resonantes que presenta. Muestra muy baja reactividad a las reacciones de adición. El benceno es una molécula plana con un alto grado de saturación lo cual favorece las reacciones de sustitución. Es un líquido menos denso que el agua y poco soluble en ella. Es muy soluble en otros hidrocarburos. El benceno es bastante tóxico para el hombre.

DERIVADOS DEL BENCENO:

Cl

- Clorobenceno:

C

- Bromobenceno: Br

- Nitrobenceno:

NO2

- Tolueno:

CH3

- Anilina:

H

N H

- Fenol: O H

DESCRIPCIÓN EXPERIMENTAL:

MATERIALES:- 8 tubos de ensayo pequeños.- 2 tubos de ensayo grandes.- 1 mechero de alcohol.- Mortero con su pilón.- Trozo de hielo.- 2 vasos de precipitados.- 1 cocina eléctrica.- Gradilla.- Pinza metálica.

REACTIVOS:- Benceno (C6H6)- Etanol (CH3CH2OH).- Acetona (CH3COCH3).- Éter de petróleo (CH3CH2)2O.- Agua de bromo (Br2/H2O). - Tetracloruro de carbono (CCl4).- Solución saturada de NaCl- Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4 cc). - Ácido nítrico concentrado (HNO3 cc).- Limaduras de hierro (Fe2)

EXPERIEMENTO N° 01: PROPIEDADES FÍSICAS DEL BENCENO- Temperatura de ebullición del benceno:

1. En un tubo de ensayo se colocó 2ml de benceno. 2. Se colocó dicho tubo en un vaso con agua hirviendo, se introdujo el

termómetro para se medir su temperatura de ebullición.

Observación: El benceno tuvo una temperatura de ebullición de 65°C en un tiempo de 30 segundos, se deduce que el benceno tiende a hervir a una temperatura menor que la del agua.

- Temperatura de solidificación del benceno:1. Se colocó 2ml de benceno en un tubo de ensayo.2. En un vaso conteniendo hielo se colocó dicho tubo, para observar

en que tiempo se solidifica el benceno.

Observación: El benceno tuvo una temperatura de solidificación de -7°C en un tiempo de 3’53 segundos, en la que se observo que el benceno al solidificarse por debajo del 0°C a diferencia del agua.

- Densidad del benceno:1. En un vaso de precipitados se vertió 50ml de agua y se añadiéndole

5 gotas de benceno.

Observación: Formación de dos fases, el benceno se presentó como una mancha flotante en el agua, pues está, estaba en la parte superior de dicho disolvente universal. Se deduce que el benceno es menos denso que el agua.

- Solubilidad del benceno:1. Se realizó la prueba de solubilidad del benceno en los siguientes

compuestos orgánicos:

a. En agua: Se observó la insolubilidad del benceno frente al agua por la presencia de dos fases.

b. En etanol: Se observó la solubilidad del benceno frente al etanol.

c. En acetona: En este caso no se observo ninguna fase, pero se la presencia de pequeñas gotitas que nos indica la poca solubilidad de este hidrocarburo aromático frente a la acetona.

d. Éter de petróleo: El benceno es soluble frente al éter de petróleo.

EXPERIMENTO N°02: REACCIONES DE SUSTITUCIÓN ELECTROFÍLICA- Bromación del benceno:

1. En dos tubos de ensayo se vertió 1ml de benceno respectivamente.2. Al primer tubo de ensayo se le agregó 3 gotas de bromo en

tetracloruro de carbono (CCl4).3. Al segundo tubo se le añadió 2 limaduras de hierro más tres gotas

de bromo en CCl4.4. En un tercer tubo se añadió 1ml de bromo en CCl4.5. Los dos primeros tubos fueron colocados en vaso con agua tibia

(50°C) durante 15minutos.

6. Luego, con el tercer tubo se comparó el cambio de color de los tubos anteriores.

7. Con el papel tornasol se comprobó el desprendimiento del acido bromhídrico.

Observación:a. En el primero tubo, la solución inicial de color anaranjado

rojizo pasó a un color anaranjado –rojo en un tiempo de 3 minutos.

+ Br2/H2O/ CCl4

CC4

+ HBr2

Br

b. En el segundo tubo, la solución pasó de un color anaranjado rojizo a una solución lechosa en un tiempo de 2’30segundos, por acción del catalizador (Fe).

- Nitración del benceno:1. En un tubo de ensayo grande se mezcló 0.5ml de benceno con 4ml

de ácido nítrico concentrado, añadiendo unas gotas de ácido sulfúrico concentrado.

2. Se le agregó a dicha mezcla un trozo de vidrio.

3. Se llevó a hervir la mezcla suavemente durante de 2minutos (se aseguró que la ebullición sea suave para evitar que el benceno se inflame).

4. Cuando terminó la reacción se vertió el contenido del tubo de ensayo en 20ml de agua fría.

Observación: Se observo la formación de un aceite de color blanco cuyo olor se asemejaba al naftaleno.

NO2

- Sulfonación del Benceno:

Fe/

+ HBr2+ Br2/H2O/ CCl4

+ H2O+ HNO3 / H2SO4

OH- NO2

Br

1. En un tubo de ensayo se vertió 1.5ml de H2SO4 cc, se llevó a calentar en baño maría, añadiéndole benceno 0.5ml poco a poco y agitando constantemente.

2. Luego de que el benceno se haya disuelto se vertió la mezcla en un vaso de precipitados que contenía una solución saturada de NaCl.

Observación: El benceno se fue disolviendo a baño maría en el H2SO4 cc este tomó un color amarillo.

+ H2SO4 cc + H2O H+ SO3H OH-

Al verter la mezcla en el vaso de precipitados tendió a formarse cristales de benceno, sulfonato de sodio gracias al NaCl.

+ NaCl + HCl

SO3 H SO3Na

• EXPERIMENTO N° 3: REACCIONES DE OCCIDACIÓN- Benceno y acción de oxidantes de laboratorio:

1. En un tubo de ensayo se vertió 1ml de benceno y se añadió de KMnO4.

2. Se agitó la mezcla, para luego añadirle 1 gota de H2SO4 2N y se volvió a agitar. Observación: La mezcla de benceno y KMnO4 fue de color violeta, pero al añadirle el H2SO4 2N la mezcla anterior se volvió color marrón, es decir el ácido fue un medio que hizo que el permanganato de potasio oxidara al benceno.

Benceno

Ácido Sulfúrico

Ácido benceno Sulfónico

Cristales de benceno o

Sulfonato de sodio

O CH — C

O + KMnO4 / H+ CH — C = O + 2CO2 + 2H2

Violeta

- Oxidación de Homólogos de benceno: 1. En un tubo de ensayo que contenía 1ml de solución de KMnO4 se le

añadió 1 gota de H2SO4 2N.2. Después se le agregó 1ml de tolueno y se mezcló enérgicamente. 3. Se llevó a calentar cuidadosamente en baño maría.

Observación: El tolueno en un medio ácido y teniendo como oxidante al KMnO4 y catalizador (energía), tendió a volverse marrón, esto indica la oxidación del homólogo del benceno, el tolueno.

CH3 COOH

+ KMnO4 / H+

Anhidrido nucleico

Ácido benzoico

Tolueno

CONCLUSIONES:

1. Sé determinó con la experimentación que el benceno tiene una temperatura de

ebullición y solidificación de 65°C y -7°C respectivamente.

2. Se determinó que la densidad del benceno es menor que la densidad del agua,

es decir, este hidrocarburo es menos denso.

3. Se comprobó que en el benceno es soluble en etanol y éter de petróleo, poco

soluble en acetona e insoluble en agua.

4. Se comprobó que la bromación del benceno es mas rápida cuando lleva un

catalizador (limadores este hierro en este caso), dando como resultado un

bromobenceno y un ácido bromhídrico que van a dar al ambiente.

5. Al realizarse la nitración del benceno se pudo obtener un aceite denominado

nitrobenceno mas una molécula de agua.

6. Al realizarse la sulfonación del benceno, en la primera parte se obtuvo un ácido

bencenosulfónico y en la segunda parte, cristales de benceno con

desprendimiento de un ácido clorhídrico.

7. En la reacción de oxidación del benceno con el KMnO4 en un medio ácido se

obtuvo un anhídrido nucleico que se dedujo por el color marrón después de la

reacción.

CUESTIONARIO:

1. A partir de los resultados experimentales describa las propiedades físicas y químicas del benceno.Propiedades químicas:

- Halogenación:El bromo da derivados de sustitución que recibe el nombre de haluros de arilo. La halogenación está favorecida por la temperatura 50 ºC y un catalizador, como el hierro que polariza al para que se produzca enérgicamente la reacción. Los catalizadores + halógeno Br suelen ser sustancias que presentan deficiencia de electrones.

- Sulfonación: Cuando los hidrocarburos bencénicos se tratan con ácido sulfúrico fumante (ácido sulfúrico que contiene anhídrido sulfúrico) H2SO4 + SO3 se forman compuestos característicos que reciben el nombre de ácidos sulfónicos. En realidad, se cree que el agente activo es el SO3.

- Nitración: El ácido nítrico fumante o también una mezcla de ácidos nítrico y sulfúricos (mezcla sulfonítrica), una parte de ácido nítrico y tres sulfúricos, produce derivados nitrados, por sustitución. El ácido sulfúrico absorbe el agua producida en la nitración y así se evita la reacción inversa.

Propiedades físicas: El benceno se caracteriza por una gran estabilidad debido a las múltiples formas resonantes que presenta. Muestra muy baja reactividad a las reacciones de adición. El benceno es una molécula plana con un alto grado de saturación lo cual favorece las reacciones de sustitución. Es un líquido menos denso que el agua y poco soluble en ella. Es muy soluble en otros hidrocarburos. El benceno es bastante tóxico para el hombre, en el laboratorio pudimos observar las siguientes propiedades físicas:

- Con las pruebas que hicimos notamos que la temperatura de ebullición es = 75C.

- La temperatura de fusión es = 5C.- La densidad es de 0.8 gr/mol.- Es soluble en compuestos orgánicos como el éter etílico, petróleo y

etanol.- Estado de agregación líquida.- Aparariencia incoloro

2. ¿Cómo diferenciaría en el laboratorio al benceno del tolueno?En el laboratorio, estos dos compuestos lo diferenciaríamos al añadir KMnO4 (agente oxidante) ya que esta al reaccionar con el benceno forma el ácido maleico y al reaccionar con el tolueno este forma el ácido benzoico.

3. ¿Cómo podría distinguir fácilmente por los métodos químicos a:

- Benceno, hexano, ciclohexano: Al hacer reaccionar el KMnO4 y el hexano (alcano), no reacciona y al hacer reaccionar con el benceno sí, también podemos decir que el benceno presenta olores aromáticos agradables y los alcanos no tienen esa propiedad.

- Benceno, CH2 =CH – CH3, C– CH3: Se puede notar la diferenciaría al hacer reaccionar con HBr, por lo que reaccionan de la siguiente manera:a. Benceno + HBr Bromo benceno + HBrb. Propeno + HBr CH2Br – CHBr – CH3

c. Propino + HBr CHBr = CBr – CH3

4. Escriba las reacciones del benceno con los siguientes reactivos, en caso que no hubiese indique N.R.

- HCl cc

+ HCl cc

- H2SO4 cc

+ H2SO4 cc

- Br2/AlCl3:

+ Br2/AlCl3 + HBr

- HNO3, H2SO4 cc:

+ HNO3, H2SO4 cc

- KMnO4 diluido

+ KMnO4 diluido

- Br2 Diluido

+ Br2 Diluido + HB

- CH3Cl, AlCl3

+ CH3Cl, AlCl3 + HCl, N.R.

- H2 catalizador, presión, temperatura elevada.

+ H2/catalizador, presión CH3 – (CH2)4 – CH3

Alta temperatura

BIBLIOGRAFÍA:

-GRAHAM SOLOMONS T.W Química orgánica. 2º edición. México. Editorial limusa S.A. 2002. 631 pp.

- GRUPO OCÉANO Diccionario enciclopedia universal S.A. Barcelona (España). Editorial océano. 120 pp.

- VIDAL, Jorge Curso de química orgánica. 28ª edición. Lima. Editorial bruño. 589 pp.

- http://wgbis.ces.iisc.ernet.in/energy/HC270799/HDL/ENV/envsp/Vol314.htm.

- http://www.textoscientificos.com/quimica/benceno.

- http://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_arom%C3%A1tico

- http://www.autorneto.com/Referencia/Ciencia/Halogenaci%C3%B3n.124643