GRUPPO “TEORIA” 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 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 1-iodopentano 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 X Nu: H

Possibili idee Per far avvenire la reazione una delle idee possibile è quella di prendere 1-iodopentano 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 (154-155 °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)=? m(g) NaOH = 40 g/mol · 0,07 mol = 2,8 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! 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.

+ Scioglierla con la quantità minima di H2O Pesare NaOH 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).