GRUPPO “TEORIA”
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Bruni Milena
Caporali Francesca
Rodriguez Yamila
Paoloni Asja
Individuare una reazione adatta
a trasformare il
1-iodopentano in
1-pentanolo
CH3-CH2-CH2-CH2-I + OH-
CH3-CH2-CH2-CH2-OH + :I:-
• Abbiamo un alogenuro primario quindi
dobbiamo ottenere il corrispondente alcol
primario.
• Gli alcoli primari sono così poiché hanno
un solo residuo unito al carbonio.
• Gli alcoli hanno proprietà acide e
basiche ovvero hanno un comportamento
anfotero.
• Possiamo riconoscerli attraverso il
legame –OH detto ossidrile legato ad un
carbonio ibridato sp³ (a differenza dei
fenoli dove il carbonio è sp2).
Proprietà fisiche del 1-pentanolo
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L’1-pentanolo, il nostro prodotto atteso. è un alogenuro (primario) con le
seguenti proprietà fisiche:
alcol n-amilico
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare CH3(CH2)4OH
Massa molecolare (U) 88,15 g/mol
Aspetto liquido incolore
Numero CAS 71-41-0
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.) 0,81 (20 °C)
Solubilità in acqua 27 g/l (20 °C)
Temperatura di fusione (K) 194 (-79°C)
Temperatura di ebollizione (K) 411 (138°C) (1013 hPa)
Indicazioni di sicurezza
Flash point (K) 329 (56°C) (o.c.)
Limiti di esplosione 1,3 - 10,5 Vol%
Temperatura di autoignizione (K) 573 (300°C)
Idea
La reazione adatta a trasformare lo 1iodopentano in alcool sarà una reazione
di sostituzione nucleofila sul carbonio
saturo.
Utilizziamo il meccanismo di sostituzione
nucleofila SN2.
• Nel nostro caso troviamo un gruppo
uscente, ovvero X: va a sostituire il
legame Nu (nucleofilo) va via infatti si
formerà + Nu
C
Nu:
H
C
X
Possibili idee
• Per far avvenire la reazione una delle
idee possibile è quella di prendere 1iodopentano e aggiungere una base
forte, come KOH o NaOH e sciogliere
con il solvente acetone.
• Oppure allo 1-iodopentano aggiungere
una base forte NaOH in soluzione
acquosa, che mettiamo a bollire a
ricadere.
Perché iniziamo con questa idea e
che cosa ci serve?
• Iniziamo con la seconda idea poiché nell’altra
idea c’è il problema della separazione cioè
l’acetone è miscibile e quindi è poi un problema
per la separazione finale della sostanza che
andrebbe fatta in più fasi.
• La sostituzione SN2 andrebbe fatta in solventi
aprotici polari, perché i solventi protici
inibirebbero il nucleofilo che è una base forte.
Ma in questo caso, essendo il nucleofilo l’OH-,
cioè la base coniugata dell’acqua, il solvente
protico acqua non può creare problemi.
Perché l’alcol è più bassobollente
dell’alogenuro e come separeremo il prodotto
• In genere l’alcol è più altobollente del corrispondente
alogenuro per le attrazioni dovute al legame a idrogeno tra le
molecole di alcol e assente tra le molecole di alogenuro. In
questo caso le cose vanno in maniera differente perché la
molecola di 1-iodopentano contiene lo iodio che è un atomo
molto grande ed elettronegativo. Questo fa sì che –I addensi
su di sé cariche negative e siccome la molecola è lineare si
formano dei netti dipoli (cariche + separate e cariche -) che
producono numerosissime forze di van der Waals, capaci di
superare per intensità i legami a idrogeno dati dagli OH
dell’alcol.
• In sintesi, dato che il pentanolo prodotto dovrebbe bollire a
136-138 °C, cioè a temperatura più bassa dell’alogenuro (154155 °C) dovremmo riuscire a separare il prodotto dall’eccesso
di reattivo non sostituito distillando la prima frazione della
distillazione, attesa intorno ai 130-140 °C.
• Per iniziare questa esperienza abbiamo
bisogno di alcuni dati:
-volume in mL di 1-iodopentano
-massa in grammi di NaOH
-Noi abbiamo come dati in ingresso 10
mL di 1-iodopentano e da qui riusciamo a
ricavarci i g di NaOH con il seguente
procedimento …..
m(g)=?
• FW (NaOH) = 40 u.m.a.
• 10 mL di 1-iodopentano
• MM (1-iodopentano) = 198g/mol
• d = 1,517g/ml
d= m
m = d·V
V
m = 10 × 1,517 = 15,17 g
n(mol) = 15,17 g = 0,07 mol
198 g/mol
m(g) NaOH = 40 g/mol · 0,07 mol = 2,8 g
Questa è la quantità minima di NaOH che dovremmo mettere. Un eccesso
potrebbe dar luogo a reazioni di eliminazione durante il prolungato
riscaldamento per far avvenire la reazione e successivamente per la
distillazione del prodotto. Quindi ci limitiamo ad aggiungere tale quantità.
Piano di lavoro (prima fase)
Preleviamo 10 mL di 1-iodopentano in un
pallone di reazione.
Aggiungiamo 2,8 g di NaOH sciolti nella
quantità minima d’acqua. Dopo aver montato
un refrigerante verticale a bolle, mettiamo il
tutto su un mantello riscaldante a bollire a
ricadere per 30 min per far sì che il
nucleofilo OH- e il substrato 1-pentanolo
abbiano il tempo e la temperatura adeguata
per formare l’1-pentanolo, senza che nel
frattempo nulla si allontani dell’ambiente di
reazione a causa dell’evaporazione.
Seconda fase: separazione
• Il pentanolo si distillerà tramite
distillazione frazionata con colonna di
Vigreux, raccogliendo SOLO la frazione
che distillerà a 130-140 °C, per
separarlo dall’eventuale iodopentano non
reagito e dall’acqua.
• La frazione che distillerà a 90-100°C si
raccoglierà a parte, in quanto sarà
formata prevalentemente da acqua.
Risultato sorprendente: il pentanolo distilla in
corrente di vapore!
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La prima fase si è svolta tutta secondo quanto avevamo previsto. Nulla è uscito
dal refrigerante verticale a bolle (il vigreux non era disponibile), poiché la
condensazione avveniva in basso, anche perché il refrigerante era raffreddato
ad acqua.
Nella seconda fase abbiamo tolto l’acqua dal refrigerante verticale e montato
sulla sua sommità un condensatore Liebig obliquo, raffreddato ad acqua. Inoltre
abbiamo coibentato la parte bassa del refrigerante verticale, per mantenerlo a
temperatura più alta e costringere i vapori a salire più in alto e frazionarsi nei
suoi componenti, ricondensando e ri-evaporando nelle parti alte del refrigerante.
I vapori uscenti dalla testa ora potevano essere condensati e raccolti.
Abbiamo osservato che la prima frazione attesa intorno ai 90 °C dopo un po’
condensava torbida, cioè non era costituita solo da acqua.
Abbiamo capito che l’alcol prodotto nella 1ª fase distillava a temperatura piu
bassa insieme all’acqua, perché trascinato dalla corrente di vapore acqueo. Ciò
accade perché un miscuglio di liquidi tra loro immiscibili, quando bolle, lo fa a
temperatura piu bassa della temperatura di ebollizione dei liquidi puri, perché la
pressione di vapore totale della miscela in questione è data dalla somma delle
pressioni di vapore di ogni liquido. la pressione critica di 760 mmHg (a cui avviene
l’ebollizione a pressione atmosferica) si raggiunge quindi a temperatura più bassa
del punto di ebollizione di ciascuno dei liquidi immiscibili presi separatamente.
L’alcool si sarebbe potuto raccogliere dopo rettifica nella frazione 130°-140 °C
solo se fossimo partiti da un miscuglio omogeneo, quindi non nel nostro caso.
+
Pesare NaOH
Scioglierla con la
quantità minima di
H2O
Mettere 1-pentanolo +
NaOH
Montiamo un refrigerante verticale raffreddato ad acqua nella 1ª fase e poi ad aria nella 2ª
• A questo punto nel distillato c’è un miscuglio
eterogeneo di acqua e pentanolo. Abbiamo
quindi una terza fase imprevista, in punto
bisogna purificare il pentanolo estraendolo con il
diclorometano nell’imbuto separatore.
• Una volta separato lo strato acquoso, abbiamo il
pentanolo sciolto tutto in diclorometano.
• per allontanare il solvente l’abbiamo fatto
evaporare all’aria questo è servito per avere alla
fine il pentanolo liquido puro.
Conclusioni
• Il liquido ottenuto che rimane è il pentanolo purificato
che deve essere identificato:
• Attraverso il punto di ebollizione
• Attraverso le reazioni di identificazione degli alcoli.
gli alcoli reagiscono con il sodio formato gli alcossidi
e nello specifico il pentanolo diventa il pentossido di
sodio.
• Svolgimento: mettere qualche goccia di pentanolo una
punta di spatola di solfato di sodio. prendere la goccia
di pentanolo anidro e aggiungergli un cristallino di
sodio poi ossidare.
• Ossidazione di alcol primario in acido carbossilico
prendere qualche goccia di pentanolo,aggiungere
qualche goccia di H2SO4 e poi qualche goccia di
soluzione di bicromato di potassio, formando acido
pentanoico chiamato Valerianico, riconoscibile dal
pessimo odore.
Osservazioni
• La quantità del pentanolo prodotto è molto scarsa….. perchè non
sapendo che sarebbe avvenuta la distillazione di corrente di
vapore, NON abbiamo aggiunto l’acqua necessaria ad avere
questo tipo di distillazione, per cui la separazione del prodotto
non è stata probabilmente completa (una volta esauriti i 5 mL di
acqua messi all’inizio per solubilizzare l’NaOH il resto del
prodotto è rimasto nel palloncino. Inoltre l’NaOH ha corroso il
raccordo smerigliato formando un pezzo unico col refrigerante, e
impedendoci così di accedere al residuo della distillazione.)
Perciò per recuperare una maggiore quantità dell’alcol prodotto
occorreva aggiungere molta più acqua per la distillazione.
• La frazione della distillazione che abbiamo raccolto tra 90°-95°C
(e non 130° che è il punto di ebollizione dell’alcol) era
inizialmente limpida perché in quel momento il pentanolo era
sciolto in acqua, essendo ancora in piccola quantità. Man mano
che la distillazione procedeva la corrente di vapore trascinava
via altro pentanolo che dopo un po' risultava nel distillato di
concentrazione superiore a quella che si può sciogliere in acqua
diventando cosi immiscibile; per questo dopo un po’ il distillato
era torbido.
Conclusioni
(se non avveniva la reazione)
• il prodotto non si distilla con una normale distillazione
frazionata, ma in corrente di vapore poiché siamo partiti
da un miscuglio eterogeneo. Siccome di acqua ce n'era
poca, dovendo ripetere la distillazione, prima di
passare alla seconda fase e distillare avremmo dovuto
aggiungere molta acqua, i cui vapori avrebbero
trascinato a 90-95 gradi tutto il prodotto (invece nel
nostro caso la resa è stata limitata dal fatto che di
acqua ce n'era veramente poca).
• Distillando fino a più di 140°C potremmo recuperare
l’eventuale iodopentano non reagito (visto che abbiamo
messo la quantità stechiometrica di NaOH è probabile
che un po’ non si sia trasformato).