TEST POST LAB 3ª CH cicloesene 1 Marzo 2008

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1 TEST PST LAB 3ª CH cicloesene 1 Marzo Scrivere la funzione e il nome di ogni parte o oggetto dello schema della reazione separazione di formazione del cicloesene dal cicloesanolo. A Refrigerante di Vigreux, permette la ricondensazione del cicloesanolo e dell acqua e il frazionamento del cicloesene B Termometro per il controllo ella temperatura dei vapori di testa, deve trovarsi a una T inferiore a quella di ebollizione del cicloesene (T < 85 C). Se tale temperatura viene superata occorre ridurre l intenstà del riscaldamento, poiché il condensatore verticale non fa in tempo a dissipare il calore di condensazione in eccesso. C Condensatore Liebig raffreddato ad acqua, serve a condensare i vapori costituiti essenzialmente da cicloesene. D Uscita acqua di raffreddamento E Ingresso acqua di raffreddamento (in controcorrente) F Apertura che permette l uscita dell aria dilatata o di gas incondensabili e impedisce che l apparecchiatura vada in pressione. G Il ghiaccio serve a mantenere al minimo la temperatura, così che si riduce al minimo la pressione di vapore e la perdita di cicloesene dovuta all evaporazione. Ciò impedisce che si propaghi il cattivo odore di questo idrocarburo insaturo. L acqua scioglie anche eventuali tracce di cicloesanolo. H Pallone di reazione, dove l alcol riscaldato in ambiente acido subisce la reazione di eliminazione. 2. Scrivete il prodotto della reazione di eliminazione di acqua da: a) ciclopentanolo cyclopentanol H +, cyclopentene b) 1-esanolo C H 3 hexan-1-ol H +, CH 2 hex-1-ene + (2E)-hex-2-ene (2Z)-hex-2-ene c) 2-esanolo (regola di Saytzeff: si forma l alchene più sostituito) hexan-2-ol (2E)-hex-2-ene + (2Z)-hex-2-ene

2 3. Quali sono le caratteristiche del prodotto che confermano che si tratta di cicloesene? Il fatto che rimane a galla sull acqua essendo immiscibile e meno denso di essa; l odore caratteristico degli alcheni. Il punto di ebollizione, la sua capacità di decolorare all istante una soluzione di bromo. 4. Dove avviene la trasformazione del cicloesanolo in cicloesene? Come già specificato nel primo esercizio, nel pallone di reazione, dove la temperatura e l ambiente acido sono adeguati a favorire la reazione E1. 5. Che cosa succederebbe se fosse raffreddato ad acqua il refrigerante verticale? Tutti i vapori e il prodotto della reazione ricadrebbero nel pallone di reazione e nulla distillerebbe. 6. Il punto di ebollizione del distillato è stato da voi determinato senza prima eliminare il residuo di acqua con un disidratante. Considerando che il cicloesene (b.p 83 C) non è miscibile con l acqua (b.p. = 100 C), la temperatura di ebollizione misurata risulterà maggiore, minore o inalterata rispetto a quella teorica? Risulterà minore perché al raggiungimento dei 760 mmhg (pressione esterna) contribuiranno entrambi i liquidi: P tot = P w + P cyhx. 7. Perché la quantità di liquido nel pallone diminuisce? Come si dovrebbe modificare l apparecchiatura per mantenere il prodotto nel pallone di reazione, dovendolo separare in un secondo tempo? Quali conseguenze avrebbe questo accorgimento sulla qualità (resa e purezza) del prodotto? La quantità di liquido nel pallone diminuisce perché il cicloesanolo, che costituisce la sostanza principale, si trasforma in cicloesene che si separa per distillazione. Per separarlo in un secondo tempo occorrerebbe operare come indicato nella risposta 5. Questa soluzione avrebbe conseguenze negative sulla purezza e sulla resa del prodotto: poiché rimanendo questo nell ambiente di reazione, avrebbe la possibilità di subire ulteriori trasformazioni, come addizioni di acqua o cicloesanolo, o trasposizioni. 8. Se per errore si dovesse chiudere tutta l apparecchiatura di distillazione, (F nel disegno), cosa accadrebbe? Il miscuglio smetterebbe di bollire e aumenterebbero sia la pressione che la temperatura dei vapori. L ebollizione per avvenire ha bisogno che i vapori prodotti siano continuamente eliminati. La temperatura misurata scenderebbe per assenza di vapori in quantità sufficiente a condensare sul bulbo del termometro e questo fatto trarrebbe in inganno lo sperimentatore che aumenterebbe il tasso di riscaldamento, aumentando i tempi e la temperatura, e favorendo così la degradazione del reagente e del prodotto, che rimarrebbero prevalentemente nel pallone di reazione. Sarebbe anche probabile lo sfilarsi di alcuni giunti o addirittura la rottura dell apparecchiatura. 9. Che cosa accadrebbe se si mettesse nel pallone di reazione solo il cicloesanolo senza acido fosforico? Bollirebbe senza quasi dare la reazione di eliminazione, se non in tempi lunghissimi, il liquido ricadrebbe nel pallone ribolliture e, se si mantenesse una temperatura dei vapori di testa minore o uguale 85 C, solo in tempi molto lunghi si avrebbe anche qualche goccia di distillato. 10. Sapendo che il cicloesanolo (massa molare 100,16 g/mol) aggiunto (20 ml) ammonta a 19,25 g, quanti grammi di cicloesene (molar mass 82,15 g/mol) si dovranno ottenere (resa teorica)? Avendo la massa di substrato si calcola la quantità di sostanza in mol: 19,25 g n cy = 100,16 g/mol = 0,1922 mol; le moli di cicloesene devono essere in ugual numero, perché da ogni molecola di cicloesanolo si ottiene una molecola di cicloesene: n cy = n cyhex. La massa si ricava moltiplicando il numero delle moli di cicloesene per la massa di ogni mole di cicloesene: m cyhex = n cyhex M cyhex = 0,1922 mol 82,15 g/mol = 15,79 g

3 4 bis. Qual è il più volatile tra i seguenti liquidi? Acqua, acido fosforico, cicloesanolo, cicloesene. Nell ordine, dal più volatile (basso-bollente): cicloesene, acqua, cicloesanolo, acido fosforico. 5 bis. Quale tipo di prodotto collaterale si potrebbe ottenere dalla reazione tra il cicloesanolo (alcool) e il cicloesene (alchene) già formato, in presenza del catalizzatore acido? Il prodotto di addizione elettrofila di un alcol sul cicloesene (substrato nucleofilo): + H 3 P 4 1,1'-oxydicyclohexane or: di-cyclohexyl ether 7 bis. Nel pallone di reazione quale temperatura si dovrebbe avere quando c è solo cicloesanolo e acido fosforico (b.p. 213 C)? Come dovrebbe variare la temperatura nel pallone nei primi minuti, in cui si forma il prodotto della reazione? All inizio il miscuglio bollirebbe a una temperatura intermedia tra quella del ciclosanolo e quella dell acido fosforico. Ma presto si formerebbe cicloesene e, prima che questo sia allontanato, si dovrebbe avere una fase di diminuzione della temperatura del miscuglio. Con la scomparsa del cicloesanolo, l allontanamento del cicloesanolo, si avrebbe poi un nuovo aumento della temperatura perché rimarrebbe quasi solo acido fosforico. 10 bis. Sapendo che il cicloesanolo (massa molare 100,16 g/mol) ha densità 0,9624 g/cm³ e il cicloesene (molar mass 82,15 g/mol) ha densità 0,8102 g/cm³, calcolare quanti ml di cicloesene si potrebbero ottenere, al massimo, da 20,0 ml di cicloesanolo (resa teorica). Inizialmente si deve calcolare la massa di substrato che corrisponde a 20 ml. Sapendo che ogni ml di cicloeasanolo pesa 0,9624 g, si ha m cy = 20 ml 0,9624 g/ml = 19,25 g Avendo la massa di substrato si calcola la quantità di sostanza in mol: 19,25 g n cy = 100,16 g/mol = 0,1922 mol; le moli di cicloesene devono essere in ugual numero, perché da ogni molecola di cicloesanolo si ottiene una molecola di cicloesene: n cy = n cyhex. La massa si ricava moltiplicando il numero delle moli di cicloesene per la massa di ogni mole di cicloesene: m cyhex = n cyhex M cyhex = 0,1922 mol 82,15 g/mol = 15,79 g. Infine si deve calcolare il volume di cicloesene, cioè il numero di ml di questo prodotto. Sapendo che ogni ml di cicloeasene pesa 0,8102 g, basta determinare quante volte questa quantità è 15,79 g contenuta in 15,79 g per conoscere il numero di ml: V cyhex = 0,8102 g/ml = 19,49 ml.

4 1 bis. Scrivere la funzione e il nome di ogni parte o oggetto dello schema della reazione separa-zione di formazione del cicloesene dal cicloesanolo tramite allumina (Streitwieser & Heathcock pag. 274) A. Ribollitore, serve a inviare vapori di cicloesanolo verso il letto di allumina. B. Bunsen: serve per riscaldare il tubo con l Al 2 3, allumina, che è il catalizzatore acido ed eterogeneo che opera la disidratazione a circa 350 C. C. Allumina, serve a catalizzare la reazione, essendo un acido di Lewis. Dovrebbe essere disattivata con ammoniaca, per evitare possibili trasposizioni e isomerizzazioni. D. Condensatore a bolle. Serve per condensare i vapori di prodotto (presumibilmente misti al vapore di cicloeasanolo) che escono caldi dal tubo con allumina. E. Ingresso acqua di rafffreddamento, in controcorrente; F. uscita acqua G. Il ghiaccio serve a mantenere al minimo la temperatura, così che si riduce al minimo la pressione di vapore e la perdita di cicloesene dovuta all evaporazione. Ciò impedisce che si propaghi il cattivo odore di questo idrocarburo insaturo. L acqua scioglie anche eventuali tracce di cicloesanolo. 2 bis. Scrivete il prodotto della reazione di eliminazione di acqua da: a) 2-metilciclopentanolo 4 ter. Scrivete i prodotti delle reazioni di addizione al cicloesene di: a) bromo, b) H c) alcol generico R H +, 2-methylcyclopentanol 1-methylcyclopentene H H R H R

5 6. bis Il punto di ebollizione del distillato è stato da voi determinato senza prima eliminare il residuo di acqua con un disidratante. In base ai dati della tabella sul retro del foglio determinare la temperatura teorica di ebollizione di tale miscuglio a pressione atmosferica. Poiché il cicloesene è immiscibile con l acqua, come già chiarito nell esercizio 6, il miscuglio dovrà bollire a più bassa temperatura del cicloesene. Nella prima colonna della tabella allegata dovremo cercare la temperatura a cui la somma delle pressioni di vapore del cicloesene e dell acqua arrivano a un valore uguale o maggiore di 760 mmhg. Ciò si verifica a circa 71 C: P cicloesene P acqua Temp ( C) mmhg mmhg P tot bis. In base alla tabella delle pressioni di vapore del cicloesanolo e del cicloesene, determina il punto di ebollizione teorico di una miscela equimolare (x = 0,5) dei due liquidi. In questo caso, per liquidi miscibili, non vale più la semplice legge P tot = P 1 + P 2, ma legge di Raoult: P tot = x 1 P 1 + x 2 P 2, dove x 1 è la frazione molare del componente 1 (es. cicloesanolo), mentre x 2 = è la frazione molare del componente 2. La somma delle due frazioni molari fa uno. In questo problema sono entrambe uguali a 0,5. Quindi il miscuglio bollirà quando: P tot = 0,5 P 1 + 0,5 P 2 = 0,5 ( P P 2 ). In altre parole occorre trovare a quale temperatura la semisomma delle due pressioni di vapore raggiunge la pressione atmosferica, 760 mmhg. P cicloesanolo P cicloesene Temp ( C) mmhg mmhg ½(P 1 +P 2 ) Quindi il miscuglio equimolare di cicloesano e cicloesene dovrebbe bollire a una temperatura di C. 9 bis. Quale sarebbe la percentuale in peso di cicloesene in tale miscuglio equimolare? Il miscuglio conterrebbe, per ogni mole di cicloesanolo (100,16 g) una massa di 82,15 g di cicloesene, corrispondente a una mole. Quindi le percentuali sono: cicloesanolo = 100,16 100, , = 54,9 % ; cicloesene = 82,15 100, , = 45,1 %