PREPARACIÓN DE CICLOHEXENO

RESUMEN

Se obtuvo ciclohexeno a partir de ciclohexanol mediante la reacción reversible de deshidratación de alcoholes catalizada por ácido sulfúrico utilizando dos técnicas: destilación fraccionada (Método A) y reflujo directo (Método B). Por el Método A se obtuvo un rendimiento de reacción de 37,00%. Por el Método B no se pudo calcular el rendimiento de reacción, sin embargo se concluyó que el método A es mas eficiente debido al desplazamiento de la reacción por eliminación del producto. La confirmación de la formación del producto se realizó mediante una prueba con permanganato de potasio para identificar insaturaciones, la fue positiva en ambos casos .

INTRODUCCIÓN

La deshidratación de alcoholes es un método común para la obtención de alquenos. La palabra deshidratación significa literalmente “pérdida de agua”. Al calentar la mayoría de los alcoholes con un acido fuerte se provoca la pérdida de una molécula de agua (se deshidratan) y forman un alqueno. La reacción general es

Esta reacción es reversible y en la mayoría de los casos la constante de equilibrio no es grande, de hecho la reacción opuesta (hidratación) es un método para transformar los alquenos en alcoholes. La reacción es una eliminación y se favorece a temperaturas elevadas; los ácidos mas comúnmente usados son ácidos donadores de protones, como el acido sulfúrico y el acido fosfórico.


El mecanismo que se emplea, utilizando el ácido sulfúrico como catalizador ácido, se resume en 3 partes como sigue:

 PASO1: Protonación del grupo hidroxilo (equilibrio rápido):

 PASO 2: Ionización (lento; limitante de la velocidad):

 PASO 3: Abstracción de protón (rápido)

El grupo hidroxilo del alcohol es un grupo saliente pobre (OH-), pero la protonación por el catalizador ácido lo convierte en un buen grupo saliente (H2O). En el segundo paso, la perdida de agua del alcohol protonado da lugar a un carbocatión. El carbocatión es un ácido muy fuerte: cualquier base débil como el agua o el HSO4- pueden abstraerle protón en el paso final para formar el alqueno. El objeto de esta práctica es, mediante la reacción de deshidratación antes descrita, sintetizar ciclohexeno a partir de ciclohexanol, utilizando ácido sulfúrico como catalizador. Esto se realizará por dos métodos los cuales serán comparados. El primer método es la destilación fraccionada, en el cual el producto formado se destila. El segundo método es utilizando un sistema de reflujo directo. La reacción global del proceso se da como sigue


RESULTADOS

TABLA 1. Resultados de la obtención del ciclohexeno por cada método
Volumen de Volumen obtenido Rendimiento
Ciclohexanol, ml de ciclohexeno, ml
Método A: 10 3.6 37.00
Dest. Fraccionada
Método B: 10 7.5* –Reflujo Directo
*Producto sin purificar, por lo que no se pudo calcular su rendimiento

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En cada método se emplearon los mismos reactivos bajo las mismas condiciones de trabajo. En un balón de vidrio, se mezclaron el ciclohexanol junto con el ácido sulfúrico y se calentaron para catalizar la reacción. El mecanismo para el ciclohexanol mediante el cual ocurre la reacción es un mecanismo de eliminación unimolecular (Mecanismo E1), que se resume en tres pasos como sigue a continuación:

Paso 1: Protonación del grupo hidroxilo (equilibrio rápido)

Paso 2: Ionización (lento; limitante de la velocidad) H

Paso 3: Abstracción de protón (rápido)

Como se puede observar en la TABLA 1, el rendimiento del método A fue bajo y el del método B no pudo ser calculado debido a que no se realizó una necesaria destilación simple después de terminada la reacción, es decir que lo que tenemos en ese volumen es una mezcla de ciclohexeno con ciclohexanol. De estos datos se puede concluir que el control de las condiciones es estrictamente necesario en este tipo de reacciones. Las
razones detalladas de todo esto se dan a continuación de forma separada para cada método empleado:

 Método A: Destilación Fraccionada Es un método altamente efectivo. Consiste en aprovechar el calentamiento controlado a no más de 90 sC (o incluso hasta un máximo de 100 sC) de la reacción para llevar a cabo una destilación acoplando el equipo adecuado al matraz de reacción. El punto de ebullición normal del ciclohexeno es de 83 sC, mientras que eldel ciclohexanol es de 161 sC, lo que los hizo adecuado para destilar el producto formado de ciclohexeno y eliminarlo de la reacción, desplazándola hacia la formación de más producto. Fue fácil controlar de esta manera la formación de ciclohexeno, sin embargo su alta volatilidad hizo difícil su recolección, es por esto que se debe realizar dicha recolección en un baño de hielo, para así evitar su perdida. Luego de recolectado el destilado, se lavó con bicarbonato sódico, eliminando así las posibles trazas de acido sulfúrico que pudo arrastrar el vapor. El bajo rendimiento se debe a la recolección, la cual no se realizó en un baño de hielo sino en un baño de agua fría, pero en gran parte a la reversibilidad de la reacción.

Método B: Reflujo Directo Este método se emplea para evitar la pérdida de volumen de reacción total, sin embargo, a diferencia del método A, en este la reacción se realiza sin eliminar el producto, por lo que se podría esperar un rendimiento aun menor que el anterior. Se dejó reaccionar por reflujo directo a aproximadamente 90sC durante 45 minutos para obtener una mezcla de ciclohexanol y ciclohexeno, la cual se lavó finalmente con bicarbonato sódico para eliminar el ácido remanente. Luego de lavar la mezcla, se debe destilar para purificar el producto del reactivo remanente de la reacción, lo cual no se realizó en la práctica, haciendo imposible el cálculo del rendimiento y la comparación cualitativa de ambos métodos.

Una vez obtenido el producto mediante cada método, se le realizó la prueba de insaturación conPermanganato de Potasio para verificar la presencia del doble enlace del ciclohexeno, la cual dio positiva para ambos métodos. La prueba consiste en lo siguiente: en un tubo de ensayo se añadió unas gotas de solución de permanganato de potasio a una pequeña muestra del producto de cada método por separado. Desapareció el color púrpura del KMnO 4 y apareció un precipitado marrón oscuro de Dióxido de Manganeso. Esto se puede ilustrar mejor con la reacción de oxido-reducción global que ocurre:


CONCLUSIONES

 Se obtuvo CICLOHEXENO a partir de CICLOHEXANOL por medio de la reacción de deshidratación de alcoholes catalizada por ácido sulfúrico aplicando la técnica de Destilación Fraccionada y la técnica de Reflujo Directo

 Mediante la técnica de destilación fraccionada (Método A) se obtuvo un rendimiento de reacción de 37,00 % mientras que mediante la técnica por reflujo directo (Método B), no se pudo calcular rendimiento.

No se pudo comparar cuantitativamente ambos métodos, sin embargo la eficiencia claramente es mayor en el método por destilación fraccionada debido al desplazamiento de la reacción por eliminación del producto por destilación.

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