GRUPPO: Teoria
Rodriguez Yamila
Caporali Francesca
Paoloni Asja
Bruni Milena
0. PROBLEMA (rappresentazione a parole e come schema di reazione)
Individuare una reazione adatta a trasformare il 1-iodopentano in 1-pentanolo.
CH3-CH2-CH2-CH2-I + OH¯ ----> CH3-CH2-CH2-CH2-OH + I-
1. Concetti e conoscenze collegate pertinenti
1-iodopentano è un alogenuro primario;
ci serve una reazione di sostituzione nucleofila sul carbonio saturo.
Il gruppo uscente è l'atomo di iodio, che deve essere sostituito da -OH.
Sul C primario il meccanismo probabile sarà SN2. Questo prevede nucleofili forti e solventi aprotici e polari, cioè capaci di solvatare il nucleofilo senza inattivarli trasferendo protoni ad essi.
Escludendo che la sostituzione sia fatta da H2O (perché troppo debole come nucleofilo) proviamo con OH¯.
Questo tipo di nucleofilo non ha problemi con il solvente protico acqua, dato che ne costituisce la base coniugata.
L'unico problema potrebbe essere dato dalla reazine di eliminazione E2, visto che OH¯ oltre a essere un nucleofilo è anche una base forte.
Il risultato della E2 sarebbe lo idodopent-1-ene + NaI + H2O. Per evitare o limitare questa possibile reazione metteremo NaOH esattamente nella quantità stechiometrica.
2. Idee possibili ed eventuali varianti (molto sintetiche) su come fare praticamente
2.1 Prendere 1-iodopentano e aggiungere una base forte, come KOH o NaOH e sciogliere tutto con il solvente acetone.
2.2 Allo 1-iodopentano aggiungere una base forte NaOH in soluzione acquosa, e mettiamo tutto a bollire a ricadere.
3. Perché iniziamo con questa idea + che cosa ci serve (materiali, strumenti, dati) per realizzarla
Innanzitutto per separare le 3 sostanze cerchiamo il punto di ebollizione:
1-iodopentano: 154-155 °C
1-pentanolo: 136-138°C
acetone: 56°C
Iniziamo con l'idea 2.2 poichè nella 2.1 c'è il problema in più della separazione dell'acetone che è miscibile col prodotto quindi poi costituisce un problema per nella separazione finale della sostanza, che richiederebbe più fasi di distillazioe frazionata.
Questi valori ci presentano subito una situazione critica, rispetto alla possibilità di separare il prodotto desiderato dall'eventuale reagente che rimane non sostituito e da eventuali prodotti secondari...che accorgimenti usare?
+ Domanda da farsi: in genere l'alcol è più altobollente del corrspondente alogenuro, per le attrazioni dovute al legame a idrogeno tra molecole di alcol e assente tra le molecole di alogenuro. Come mai in questo caso le cose vanno in maniera differente?
qui non c'è la spiegazione, ma una base semplice per capirla o trovarla: http://dicasm.ing.unibo.it/finelli/Lucidi%202007-2008/forzeintermolecolari.pdf
La spiegazione è qui http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/hbond.html, nella parte "hydrogen bondings in alcohols".
La risposta è : in questo caso le forze di van der Waals nello iodopentano superano in intensità il legame a idrogeno e le forze di van der Waals sommate assieme dell'alcol corrispondente, perchè la molecola di 1-iodiopentano contiene lo iodio che è un atomo molto pesante e voluminoso ed è anche elettronegativo. Questo fa si che addensi su di se cariche negative e siccome la molecola è lineare si formano dei netti dipoli (con cariche + separate da cariche -) che producono forze di van der Waals associate a tale dipolo permanente, anche se l alcol contiene l' OH che forma forti legami idrogeno (simili a quelli del acqua). Anche trascurando il dipolo di C-I, resta il fatto che essendo lo iodio un atomo molto grande, esso avrà molti dipoli indotti e istantanei che contribuiranno alle forze di van der Waals. Le forze di van der Waals per sostanze apolari dipendono dall'estensione della superficie molecolare: più elettroni ci sono e più dipoli istantanei e indotti, derivanti dal moto casuale di questi, si formaneranno. Per la stessa ragione le sostanze apolari di O2 e I2 sono rispettivamente gassosa e solida. Quindi la regola che il legame a idrogeno è più forte delle forze di vdW vale solo in termini generali, a parità di dimensioni molecolari, ma non vale in tutti i casi, specialmente con molecole aventi dimensioni molto diverse.
4.1 Pianifichiamo passo - passo la nostra idea n.1
parte da svolgere il 19 marzo.
Preleviamo 10 mL di 1-iodopentano in un pallone di reazione
Aggiungiamo 2,8 g di NaOH sciolti in una quantità minima d'acqua (circa 5 mL)
Dopo aver montato un refrigerante verticale a bolle mettiamo il tutto su mantello riscaldante a bollire a ricadere per 30 minuti 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 dall'ambiente di reazione a causa dell'evaporazione.
Da fare il 26 marzo:
Il pentanolo si distilla a circa 130°C tramite distillazione frazionata, per separarlo dall'eventuale iodopentano non reagito. La frazione che distilla a 90-100° C si raccoglie a parte, in quanto formata prevalentemente da acqua.
Attenzione: Il prodotto si è distillato, circa, tra 90° e 100° C e non a 130°C.
5.1 Fase sperimentale (in cui tutto fila liscio): diario di bordo dell'esperimento con data, iniziali reporter, singole osservazioni dettagliate, dati in ingresso.
1°- Abbiamo messo 10 mL di 1-iodopentano, con NaOH sciolta nella minima quantità d'acqua.
2°- Abbiamo riscaldato a ricadere con refrigerante a bolle raffreddato ad acqua (questo era necessario per far avvicinare la reazione del 1-iodopentano con NaOH, per ottenere l'alcool).
3°- Abbiamo fatto una distillazione per rettifica, per separare l'alcool da eventuali reagenti che non hanno ancora reagito;
ma non è avvenuta, visto che, abbiamo ottenuto un miscuglio eterogeneo tra: 1-pentanolo e H2O (servita nella 1°- fase per sciogliere l'NaOH), che non sono completamente miscibili, allora abbiamo distillato in corrente di vapore (questa è servita appunto per trascinare l'alcol)
4°- Ora nel distillato troviamo, H2O e 1-pentanolo, quindi bisogna purificare l'1-pentanolo (miscela eterogenea). A questo punto, bisogna purificare il pentanolo, estraendolo dal miscuglio con il diclorometano, attraverso l'imbuto separatore. L'operazione è stata ripetuta 3 volte e i liquidi estratti riuniti insieme: ha funzionato, perché parte del pentanolo era sciolto in H2O e quindi si è distillato con l'H2O, la parte che non si scioglieva è stata trascinata via dalla corrente di vapore stessa.
5°- Giunti a questo punto, osserviamo che il pentanolo si è sciolto tutto in diclorometano e, per allontanare il solvente l'abbiamo fatto evaporare all'aria. Abbiamo ottenuto poco più di un mL di prodotto, avente lo stesso odore del pentanolo del laboratorio.
CONCLUSIONI:
Il liquido così ottenuto, è l'1-pentanolo purificato, che deve essere identificato:
1°- Attraverso il punto di ebollizione.
2°- Attraverso le reazioni di identificazione degli alcoli:
per ossidazione con dicromato di potassio in ambiente acido (ottenimento di colore verde dovuto al Cr(III) ridotto, o, dopo essiccamento con un disidratante (es. solfato di sodio anidro) reazione con sodio metallico. di seguito descritte.
Ossidazione di alcool primario, ad acido carbossilico: prendere qualche goccia di 1-pentanolo, aggiungere qualche goccia di H2SO4 e qualche granello di bicromato, formando acido pentanoico, chiamato “valerianico” (che ha un odore sgradevole). Si deve anche osservare l'avvenuta riduzione dal viraggio del bicromato arancione (Cr(VI)) a cromo(III) verde.
Gli alcoli, reagiscono con il sodio, formando gli alossidi e nello specifico, il pentanolo, diventa il pentossido di sodio: filtriamo qualche goccia di pentanolo attraverso uno strato di solfato di sodio anidro, che sottrae l'acqua che interferirebbe col saggio. Prendiamo la goccia di pentanolo anidro, vi aggiungiamo 1 cristallino di sodio, poi osserviamo le bollicine di idrogeno.
OSSERVAZIONI:
La quantità dell’1-pentanolo prodotto, è molto esigua, dato che, non sapendo che funzionava la distillazione di “corrente di vapore”, abbiamo aggiunto troppa poca H2O e quindi la distillazione, non è stata completa. Perciò, per ottenere una maggiore quantità di alcool, bisogna aggiungere molta + H2O, per la distillazione (ovviamente dopo aver completato la reazione di sostituzione nella prima fase dell'ebollizione a ricadere).
La frazione di H2O dalla distillazione che abbiamo preso in considerazione, aveva la temperatura di ebollizione di 90°-C / 95°- C (e non 130°-C, che è il punto di ebollizione dell’alcool). (vedi sopra).
Dalla distillazione in corrente di vapore, il distillato era limpido, perché in quel momento il pentanolo era sciolto in H2O. 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 scioglie in H2O, diventando così immiscibile. Come conseguenza di ciò, dopo un po’, il distillato era torbido.
5.2 Fasi critiche: nominativi e motivo della riunione; informazioni ottenute e fonti; decisioni prese.
A noi ci distilla a temperatura piu bassa perché i liquidi miscibili tra loro che bollono lo fanno a temperatura piu bassa della temperatura di ebollizione da puri perché la pressione di vapore totale della miscela in questione è data dalla somma delle pressioni di vapore di ogni liquido. la pressione finale è sempre 760 (di pressione atmosferica), ma essendoci il contributo di entrambi i liquidi come se ciascuno fosse puro, essa è raggiunta a temperatura più bassa di ciascuno dei liquidi presi puri.
Per cause accidentali il prodotto è stato contaminato e non abiamo potuto effettuare i test di riconoscimento previsti.
PRESENTAZIONE POWER POINT: 1-iodopentano.ppt
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