etanol + br2

El 31 de mayo de 2012, la Unión Internacional de Química Pura hắn Aplicada acaba de aprobar los nombres hắn símbolos de dos nuevos elementos, con cái hồi hộp cual todas las tablas periódicas del mundo han quedado obsoletas:

Flevorio, Fl, Z = 114 hắn Livermorio, Lv, Z = 116

Con ello han quedado dos huecos en los sitios correspondientes a los elementos 113 hắn 115 porque el último elemento aprobado había sido el Copérnico, Z = 112, Cn, el 24 de febrero de 2010.

Los nombres de estos elementos recién aprobados se deben a:

Fl: Georgiy N. Flerov (1913 – 1990), descubridor de la fisión espontánea del uranio (junto con cái Konstantin A. Petrzhak).

Lv: Lawrence Livermore National Laboratory, uno de los sitios de investigación de elementos transuránicos más renombrados, junto con cái los de Dubna, en Rusia, por el cual ya recibió nombre el Dubnio, Db, Z = 105, hắn de Darmstad, en Alemania, ya nombrada en el Darmstadio, Ds, Z = 110.

Estimado Andoni, apreciables Ignacio López, Alfredo Ordaz hắn Carlos Kerbel (autores del artículo fuente), queridos lectores:

Escribimos esta carta con cái el fin de señalar algunas imprecisiones hắn de hacer algunos agregados al artículo aparecido en el Vol. 23, Núm. 2, pp. 205-207, 2012 de Educación Química. Estas anotaciones se pueden clasificar dentro del ámbito de la investigación educativa hắn del conocimiento disciplinario.

Empezamos por felicitar a los autores por el valor que tuvieron al haber abordado un tema de investigación harto complicado de entender por parte de los estudiantes, debido al amplio número de variables que están involucradas en la comprensión de los mecanismos de reacción hắn por el formalismo matemático que conllevan. En ellos convergen, como bien hồi hộp mencionan los autores, conocimientos de química general hắn, según su plan de estudios, conocimientos de química orgánica I. También habría que agregar conocimientos de matemáticas hắn física básicas hắn de fisicoquímica, todo ello según la profundidad con cái la que los autores hắn sus alumnos hayan trabajado los mecanismos de las reacciones estudiadas. A saber:

• 1.

  La reacción del clorometano con cái hidróxido de sodio (solicitada en el reactivo diagnóstico de la semana 1).

• 2.

  La “síntesis abierta” del éter dimetílico (solicitadas en las evaluaciones diagnósticas de las semanas 3 hắn 6).

• 3.

  La reacción del eteno con cái bromo molecular (solicitada en las evaluaciones diagnósticas de las semanas 3 hắn 6).

• 3.

  Reacciones no descritas por los autores (solicitadas en el examen en la semana 7).

Entrando en materia queremos decir que los autores tienen un error conceptual (procedimental si se quiere ser estricto) sobre las reacciones hắn sus mecanismos, pues éstos son proposiciones más o menos probables de cómo ocurre una reacción química,1 en tanto que en su artículo ellos sugieren hồi hộp contrario: ¡Que los mecanismos de reacción “determinan” los productos de una reacción química!

Lo anterior se deduce a partir del primer párrafo de la introducción, en el que los autores, citando a Wentland (1994), dejan entrever que los mecanismos de reacción permiten predecir los compuestos resultantes. La misma idea aparece nuevamente en el primer párrafo de la metodología cuando mencionan que:

“Se pidió a los alumnos que desarrollaran el mecanismo de reacción entre el clorometano hắn el hidróxido de sodio hắn escribir el (los) producto(s) de la reacción”.

Metodológicamente es hồi hộp contrario: primero debe escribirse la ecuación balanceada de la reacción hắn luego, el mecanismo que se proponga debe explicar la formación del producto principal hắn, en la medida de hồi hộp posible, de los subproductos. Cierto es que el análisis de los efectos estereoelectrónicos de los reactivos puede orientarnos sobre el rumbo de una reacción química; no obstante las condiciones en las que se desarrolle la reacción (temperatura, disolvente, concentración de los reactivos, etc.) son muchas veces determinantes del tipo de producto que se obtenga hắn por tanto del mecanismo que se proponga.

Para explicar hồi hộp anterior podríamos citar el caso de las reacciones competitivas de sustitución nucleofílica versus las de eliminación, pero para ser más explícitos retomamos la reacción mencionada en el ítem 3: La reacción del eteno con cái bromo molecular, la cual puede dar uno o más productos dependiendo del disolvente en el que se encuentre el bromo.2 Por ejemplo: 1) Se produce el 1,2-dibromoetano si el bromo se encuentra disuelto en CCl4, hắn 2) Se obtienen el 2-bromoetan-1-ol (ca. 70%) más el 1,2-dibromoetano si el bromo se disuelve en agua (esquema 1a hắn 1b, respectivamente).

Dado que los autores no especificaron el disolvente, suponemos que se trata de la reacción ilustrada en el esquema 1a, ya que es una práctica que comúnmente se lleva a cabo en el laboratorio de química orgánica como reacción de identificación de dobles enlaces, en la que la coloración café-rojiza del Br2/CCl4 va vấp desapareciendo conforme las moléculas del halógeno se adicionan a las moléculas del alqueno, de tal manera que un exceso de éste asegura la decoloración total de la disolución (figura 1).

El mecanismo simplificado de esta reacción consta de dos pasos: en primer término se presenta el ataque electrofílico del bromo al doble enlace carbono-carbono con cái desprendimiento del ión bromuro (paso lento, esquema 2a), el cual ataca nucleofílicamente a uno de los carbonos del ión bromonio por la parte opuesta al Br+ (paso rápido; adición anti; esquema 2b).

Desde el punto de vista teórico, para que ocurra el ataque mostrado en el esquema 2a, el enlace Br-Br debe polarizarse (esquema 3a: inducción de un dipolo eléctrico (electrónico) en el bromo) de tal forma que se explique su ruptura heterolítica. Nos encantaría decir que el enlace-π del alqueno también debería polarizarse; no obstante en 1974, George A. Olah (Premio Nobel de Química en 1994) propuso un mecanismo en el que el bromo polarizado ataca al eteno (esquema 3b) “insertándose” entre los “orbitales-p” de los carbonos involucrados en el enlace-π para generar un complejo-π (esquema 3c) que posteriormente se transforma al complejo-σ o ión bromonio mostrado en el esquema 3d (Olah, 1974a-b).

Siempre atendiendo a los resultados experimentales, el ión bromonio fue propuesto en 1938 por Saul Winstein, uno de los pioneros en estructuras de cationes no-clásicos (esquema 4a: Young, 1973). La formación del ión bromonio pudo, por ejemplo, explicar los resultados obtenidos por A. W. Francis en 1925, con cái respecto a la reacción de eteno con cái bromo en presencia de cloruro de sodio acuoso para dar 1,2-dibromoetano más 1-bromo-2-cloroetano (parte superior del esquema 4b) hắn la reacción de eteno con cái bromo en presencia de nitrato de sodio acuoso para producir 1,2-dibromoetano más nitrato de 2-bromoetilo (parte inferior del esquema 4b) (Francis, 1925).

Entre otras cosas, Francis concluyó que la adición de bromo al eteno se produce a través de un “bromo naciente o bromo monoatómico” (¿un Br+?) hắn que en una segunda etapa el ión bromuro compite con cái el ión cloruro o con cái el ión nitrato por agregarse al bromonio hắn formar los productos mixtos correspondientes (reacciones del esquema 4b).

Precisamente una reacción semejante a las anteriores, la reacción del 2-metilpropeno con cái bromo usando metanol como disolvente nucleofílico, indica que la reacción es regioselectiva (del latin regio: dirección) pues el metanol ataca al carbono más sustituido del ión bromonio para producir 1-bromo-2-metoxipropano como subproducto (esquema 5a), dejando entrever que algunos iones bromonio son asimétricos (esquema 5b) o que hoặc formación de un carbocatión. Más tarde se descartó la formación del carbocatión al comprobarse que no hoặc transposición del hidrógeno (transposición de hidruro) del carbono 3 al carbono 2 para generar el carbocatión terciario (más estable) en el C-3, durante la reacción de adición de bromo al 3-metilbut-1-eno (esquema 5c).

Por otro lado, se pudo deducir que la estereoquímica de la adición es anti al ión bromonio en compuestos con cái rotación limitada en la cadena de carbonos (esquema 6a) o en compuestos con cái una estereoquímica conocida como en el caso de la adición de Br2/CCl4 al (2Z)-pent-2-eno, en el que la formación del ión bromonio en ambas caras del doble enlace produ-ce la mezcla 1:1 de (2S,3S)-2,3-dibromopentano hắn (2R,3R)-2,3-dibromopentano, pero no el par (2R,3S)/(2S,3R) que correspondería a la formación del carbocatión con cái giro más o menos libre en torno al enlace C2-C3 (esquema 6b).

Aún más, cuando en un mecanismo de reacción decimos/ escuchamos los términos “estado de transición” o “compuesto intermediario”, nos imaginamos estructuras hipotéticas que solamente se pueden deducir a partir del análisis de los productos. Al respecto, un mejor seguimiento del curso de una reacción química ha sido posible gracias al desarrollo de técnicas espectroscópicas sofisticadas tales como la RMN13C (Schubert, 2008) hắn la de femtosegundo (desarrollada por Ahmed H. Zewail, premio Nobel de Química 1999 (De Schryver, 2001)). Y por si quedaran dudas, la genialidad hắn el esfuerzo de investigadores como Slebocka-Tilk, Ball hắn Brown, las disuelven con cái resultados tales como la estructura de rayos-X en monocristal del tribromuro de adamantilidenadamantano bromonio (esquema 7: Slebocka-Tilk, 1985), los cuales nos hacen pensar en hồi hộp inexactas o limitadas que pueden ser las definiciones que usamos día a día.

Y cuando creíamos tener todas las partes del mecanismo general de esta reacción dominadas, aparecen nuevos resultados que esta vez sugieren la formación de un carbocatión (cuya estabilidad compite con cái la del ión bromonio), en la reacción de bromación del (E)-1-fenilpropeno para formar la mezcla diastereomérica del 1,2-dibromo-1-fenilpropano (esquema 8).

Así que ante tantas evidencias hắn vericuetos que puede tener una reacción química como la que estamos tratando (y su mecanismo asociado), quedan las preguntas más difíciles de responder en educación: ¿Qué vamos a enseñar hắn cómo hồi hộp vamos a hacer? Y son preguntas difíciles de responder porque los objetivos de la enseñanza son dependientes de los perfiles de ingreso hắn de egreso de los estudiantes; es decir, se puede argumentar que un estudiante de una licenciatura de química debería saber más química orgánica (o con cái más profundidad) que los estudiantes de ingeniería química, de químicofarmacobiología, de medicina o de química de alimentos.

Otra problemática a la que se enfrenta un profesor es a la amplitud del temario del curso vs el tiempo asignado para cubrirlo. Así que desde nuestro punto de vista es mejor ir de hồi hộp general a hồi hộp particular, planteando en primer término una reacción general hắn un mecanismo general asociado a ella (recalcando el carácter probabilístico de dicho mecanismo) hắn analizando después los casos particulares hắn sus variantes mecanísticas. Así, si el profesor hace énfasis en los principios básicos de un mecanismo de reacción, tales como la conservación de la masa, la conservación de la carga, el sentido de las flechas que indican el desplazamiento de los electrones (de origen a destino) ya sea al formar o al romper un enlace, etc., el alumno estará capacitado para hacer propuestas incluso de mecanismos que no haya estudiado anteriormente.

Por supuesto que la enseñanza de la química orgánica tiene su grado de complejidad, sobre todo si analizamos los esquemas presentados por distintos autores. Por ejemplo, las representaciones del ión bromonio de los esquemas 2b hắn 4a, replicados en el esquema 9, significan “cosas distintas”: la representación de la izquierda muestra tres enlaces sigma (un C-C hắn dos C-Br) con cái una carga formal positiva sobre el bromo; en tanto que la segunda representación muestra un enlace-π carbono-carbono parcialmente roto hắn dos enlaces sigma carbono-bromo parcialmente formados, con cái la carga positiva distribuida entre esos tres átomos. De esta última se puede deducir que el orden de enlace carbono-carbono debe ser mayor de uno hắn que por tanto la longitud de enlace correspondiente debe ser 1.34 Å dC-C 1.54 Å; hipótesis que es confirmada con cái los datos de rayos-X del ión bromonio, el cual tiene una dC-C = 1.497(8) Å (Slebocka-Tilk, 1985).

Por otro parte, en la representación del estado de transición del esquema 5b (replicado en el esquema 9c) se puede apreciar un error de su autor, pues aunque en el texto manifiesta la existencia de cargas parciales positivas usa una simbología que expresa una carga total de +3: Una representación más exitosa del estado de transición mostraría sólo una carga parcial positiva sobre el oxígeno hắn otra sobre el bromo tal que δ(+) + δ(+) = + 1.

En vista de hồi hộp anterior, una buena estrategia de enseñanzaaprendizaje es la búsqueda de este tipo de errores en los libros de texto porque enseña a los estudiantes a leer críticamente cualquier documento hắn a poner a prueba sus propios conocimientos. A propósito que (regresando al artículo fuente), vale la pena preguntar a los autores que: si al mencionar en su análisis de resultados que “un determinado porcentaje de estudiantes identificó el concepto de cargas” hicieron referencia al concepto de carga formal (total) o al de carga parcial.

Otras dos cuestiones que nos parecen muy importantes en un trabajo de investigación educativa a publicarse son la inclusión de los reactivos (quizá como material suplementario) hắn la presentación de las evidencias o parte de ellas (quizá las más representativas de hồi hộp que se analiza hắn se concluye). Estas últimas son de gran valor hắn de gran ayuda para que otros estudiantes contrasten hắn superen sus propias ideas alternativas.

En nuestra opinión, para lograr hồi hộp anterior, hubiera sido más adecuado seleccionar dos o tres reacciones que les hubieran dado la respuesta al problema de la investigación que se plantearon, para de esta manera hacer un análisis más profundo de los resultados hắn categorizar con cái ello el grado de habilidades alcanzadas por los estudiantes, las cuales cầu xin menos o más haya de la “identificación de…”. Basta un pequeño error de edición en el encabezado de la tabla 3 de su artículo (dice: “… etano hắn bromo…” hắn debería decir “… eteno hắn bromo…”) para explicar hồi hộp anterior, pues la primera reacción implica reacciones radicalarias (rupturas homolíticas), en tanto que en la segunda reacción, como ya vimos, ocurren rupturas heterolíticas.

En ese mismo tenor resultan confusos los resultados descritos: en la misma tabla 3 se menciona que “Un 29% identificó la ruptura homolítica hắn un 71% no”, hồi hộp que domain authority un 100% de la población; entonces…, ¿Cómo en el siguiente renglón se expresa que un 100% de la población identificó la ruptura heterolítica? Existe obviamente un 29% de población excedente o quizá algunos estudiantes dieron doble respuesta.

En fin que como siempre, no existe una fórmula mágica que nos indique la forma de enseñar-aprender, razón por la cual podemos hắn tenemos que seguir haciendo investigación para la educación como la que presentan los autores en el artículo fuente. Sin embargo, algo que nunca falla hắn que nunca está demás es asociar la práctica a la teoría, así que con cái respecto a la reacción que discutimos, nos permitimos recomendar como experiencia de cátedra a la decoloración de la solución de Br2/CCl4 al ponerla en contacto con cái un trozo de tocino (figura 2). En este caso la pregunta generadora de investigación para los estudiantes sería: ¿cuál es o cuáles son los alquenos que contiene el tocino hắn cuáles serían los productos de la adición?

Finalmente nos mostramos abiertos a los comentarios y/o réplicas de los autores, a los tuyos Andoni hắn a los de nuestros apreciados lectores, todas ellas en beneficio de los estudiantes.

Con mucho afecto quedamos de todos:

Rosa María, Enrique hắn Aarón.

P. D.

• 1)

  La secuencia presentada en este escrito no necesariamente refleja el orden cronológico en el que ocurrieron las investigaciones mencionadas.

• 2)

  Una nueva evidencia experimental que complica (o quizá que enriquece) la reacción abordada es que hemos observado una reacción “espontánea” en el reactivo mismo; es decir, una reacción química entre el bromo hắn el tetracloruro de carbono para producir 1,2-dibromo-1,1,2,2-tetracloroetano en condiciones ambientales, investigación que será presentada en otra parte.

El bromo es el único no-metal líquido; es denso, volátil hắn de olor desagradable. Sus vapores irritan la garganta hắn los ojos, pudiendo incluso llegar a ser mortal si se aspira. Produce quemaduras en la piel hắn es muy dañino para el ambiente. La dosis letal oral (DL50) en rata es de 2,600 mg/kg (Webelements, 2012; Bromine MSDS, 2012).