INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA APLICADA MANUAL DE PRÁCTICAS Elaborado por: María del Socorro Camargo Sánchez Luis Francisco Esquivel Ruiz Efrén V. García-Báez Benito Rizo Zúñiga Revisado por: La Academia de Química General y Orgánica México D.F., 2008.

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PRÓLOGO Los autores hemos tratado de incluir en este manual un conjunto de prácticas que permita a los alumnos adentrarse en el maravilloso mundo de la química orgánica, ya que esta comprende un sin número de reacciones químicas las cuales dan sustento a la vida misma. La selección y el diseño de los experimentos se realizaron basándose en los contenidos del programa de estudios con el objetivo de que al finalizar el curso el alumno genere su conocimiento en la materia, con lo aprendido en la parte teórica y la parte experimental del curso. La química orgánica se puede enseñar y aprender en el laboratorio. El alumno al momento de la realización de los procedimientos más comunes para sintetizar, identificar y purificar un compuesto dentro del laboratorio, aprenderá los fundamentos y las técnicas y a la vez adquirirá habilidades manuales y concientizará la importancia de trabajar con seguridad en el laboratorio para el bien propio y del medio que lo rodea. Las prácticas están divididas en tres bloques, el primero (prácticas 13) |hace énfasis a la seguridad en el laboratorio, a la caracterización física y a los métodos de purificación de los compuestos orgánicos. En el segundo bloque de prácticas se estudian las reacciones características de los hidrocarburos (saturados, insaturados y aromáticos), los halogenuros de alquilo y alcoholes. En esta parte, la intención es mostrar las propiedades químicas y físicas que son consecuencia de la composición y estructura de cada grupo funcional. También se incluyen algunas síntesis sencillas de compuestos con los grupos funcionales estudiados, por mencionar algunas la síntesis de ciclohexeno y cloruro de ter-butilo. El último bloque de prácticas (prácticas 10-14) incluye las reacciones características de los grupos funcionales involucrados en las biomoléculas: carbonilos, aminas y los ácidos carboxílicos junto con sus derivados. Las prácticas se presentan con instrucciones explícitas, de tal forma que el alumno será capaz de proceder por sí sólo, aunque el profesor proporcionará mayor información y lo asesorará, para la exitosa realización de los experimentos. Este manual de laboratorio, apoya y complementa el programa teórico que se imparte en la asignatura de Química Orgánica Aplicada en la UPIBI-IPN a los alumnos de las carreras de Ingeniería Ambiental, Ingeniería Biomédica e Ingeniería en Alimentos.

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ÍNDICE DE PRÁCTICAS

NOMBRE

PAGINA

Práctica No. 2

Introducción al trabajo experimental del laboratorio de química 4 orgánica Separación y purificación de compuestos orgánicos 8

Práctica No. 3

Punto de fusión, cristalización

14

Práctica No. 4

Extracción

20

Práctica No. 5

Cromatografía

24

Práctica No. 6

Destilación

29

Práctica No. 7

Hidrocarburos

33

Práctica No. 8

Halogenuros de alquilo

38

Práctica No. 9

Alcoholes

42

Práctica No. 10

Aldehidos y cetonas

46

Práctica No. 11

Ácidos carboxílicos y sus derivados

53

Práctica No. 12

Aminas

58

Práctica No. 13

Síntesis de azocompuestos

61

Práctica No. 14

Biomoléculas

65

Práctica No. 1

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PRÁCTICA No. 1 INTRODUCCIÓN AL TRABAJO EXPERIMENTAL DEL LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA 1. OBJETIVOS 1.1 El alumno conocerá el reglamento de Laboratorio de Química Orgánica y comprenderá la importancia de respetarlo para optimizar el trabajo experimental así como minimizar las posibilidades de sufrir u ocasionar accidentes. 1.2 El alumno revisará las medidas de seguridad más importantes que se utilizan en un laboratorio de química orgánica para minimizar la posibilidad de accidentes. 1.3 El alumno realizará algunos cálculos químicos de los más utilizados en el laboratorio de química orgánica, para preparar soluciones porcentuales, molares, normales, y cálculos de rendimientos. 2. INTRODUCCIÓN Prácticamente todos los laboratorios de química orgánica, donde el trabajo de laboratorio es frecuente han sido escenarios de accidentes, la mayoría de poca importancia, pero algunos de graves consecuencias. Estos, así llamados “accidentes” no suceden, sino que son causados por descuidos o faltas de atención en el trabajo. Una observancia rigurosa de las precauciones que se indican a continuación prevendrá directamente la mayoría de dichos accidentes y ayudará indirectamente a los alumnos a adquirir aquellos hábitos de seguridad que les serán de inestimable valor no sólo en el laboratorio, sino en cualquier sitio donde se desarrolle como profesionista o en la vida cotidiana.

2.1 Reglamento del laboratorio. 1. Usar siempre bata de algodón, manga larga, abotonada, de preferencia blanca. 2. Usar siempre dentro del laboratorio lentes de seguridad. 3. Usar guantes de látex cuando se usen reactivos tóxicos, corrosivos y cuando se lave el material. 4. No fumar, no consumir alimentos ni bebidas en el laboratorio. 5. No jugar, ni correr en el laboratorio. 6. No utilizar equipos de sonido ni celulares. 7. La salida del laboratorio debe ser autorizada por el profesor. 8. No se admitirán visitas durante la sesión de laboratorio. 9. Nunca pipetear con la boca ningún líquido (sin exceptuar el agua), usar propipeta.

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10. Realizar exclusivamente los experimentos que indique el profesor. 11. Cuando se trabaje con líquidos flamables evitar tener mecheros encendidos cerca. 12. No verter a la tarja residuos sólidos o reactivos corrosivos. 13. Identifique recipientes de desechos ácidos, básicos, orgánicos o inorgánicos. 14. Al final de la práctica dejar limpio el material y la mesa de trabajo. 2.2 Medidas de seguridad. 1. Manipular las sustancias volátiles, inflamables y explosivas en la campana de extracción o en su defecto en un lugar ventilado. 2. Evitar encender mecheros o generar calor cerca de lugares donde se manipulen disolventes orgánicos. 3. Etiquetar los recipientes de reactivos y disolventes que se tengan en uso; aquellos que se encuentran sin identificación y se ignore el contenido, desecharlo en un lugar adecuado. 4. Rotular siempre el material con el que se esta trabajando. 5. Investigar la peligrosidad de cada uno de los reactivos a utilizar en cada práctica para minimizar los riesgos. 6. En caso de tener algún accidente en el laboratorio avisar rápidamente a su profesor. 7. Si trabaja con dispositivos de reflujo o destilación verifique que las piezas estén correctamente colocadas, pinzas perfectamente cerradas, para así evitar perdida de material por ruptura. 8. Cuando este trabajando con la parrilla de calentamiento nunca trabaje con temperaturas muy altas. 9. En caso de romper algún material no recoger los restos con las manos. 2.3 Breve recordatorio de algunos conceptos utilizados en el curso de química orgánica. 2.3.1 Soluciones porcentuales. Aunque se maneja las diferentes modalidades de expresar la concentración en forma porcentual (%v/v, % p/p y % p/v), en el laboratorio de química orgánica las soluciones más utilizadas son las % p/v, por lo que solo nos referiremos a estas, la concentración en estas unidades se refiere al numero de gramos de soluto contenidos en 100 mL de solución. Por ejemplo una solución al 7 % p/v de hidróxido de sodio contendrá 7 g de NaOH en 100 mL de solución, 3.5 g en 50 mL y así respectivamente. Generalmente las soluciones porcentuales se usan para fines cualitativos, y por lo tanto para prepararlas no se requiere tener mucho cuidado, se preparan normalmente utilizando vasos de precipitados y balanza granataria.

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2.3.2 Soluciones Molares. Las soluciones molares son aquellas que tienen una relación de moles de soluto sobre volumen de solución. Una solución 1 M es aquella que tiene un mol de soluto por litro de solución. Estas soluciones se usan principalmente para fines cuantitativos, por lo tanto para su preparación se deben usar matraces volumétricos y balanza analítica. 2.3.3 Rendimiento de Reacción. Para determinar el rendimiento de una reacción especifica, se utiliza el término porcentaje de rendimiento, que describe la proporción del rendimiento real con respecto al rendimiento teórico. Se calcula como sigue: % de rendimiento = rendimiento real X 100 rendimiento teórico El intervalo del porcentaje de rendimiento puede variar desde 1% hasta 100 %. Los químicos siempre buscan aumentar el porcentaje de rendimiento. Entre los factores que se pueden modificar para aumentar el rendimiento están principalmente la temperatura y la presión. 3. ACTIVIDADES PREVIAS. 3.1 Buscar en la literatura apropiada y de ser posible complemente las medidas de seguridad que se dan en la introducción. 3.2 Buscar y copiar en su bitácora las fórmulas que se utilizan para realizar cálculos para preparar soluciones. 4. SECCIÓN EXPERIMENTAL. 4.1 Por equipos analizar y discutir, El reglamento de laboratorio y las medidas de seguridad. Criticarlas y considerar su pertinencia e importancia. 4.2 Después de un tiempo razonable determinado de común acuerdo entre profesores y alumnos, discutir en forma grupal EL reglamento y Las medidas de seguridad. 4.3 Realizar los siguientes cálculos por equipo, y después los profesores seleccionarán a diferentes equipos para que pasen al pizarrón a resolver los ejercicios y a explicarlos. 4.3.1 ¿Cómo prepararía 500 mL de una solución de hidróxido de sodio al 7 % p/v a partir de reactivo de hidróxido de sodio que tiene una pureza del 95 % en masa? 4.3.2 ¿Cómo prepararía 250 mL de solución de HCl 3 M, a partir de ácido clorhídrico concentrado que tiene una pureza del 37 % en masa y una densidad de 1.2 g/mL? 4.3.3 ¿Cómo prepararían 100 mL de solución de ácido sulfúrico 0.5 N, a partir de ácido sulfúrico concentrado que tiene una pureza del 98 % en masa y una d= 1.84 g/mL?

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4.3.4 ¿Cuál es el rendimiento de una reacción en la que se hicieron reaccionar 10 mL de solución al 7 % p/v de hidróxido de sodio con 10 mL de ácido sulfúrico 1 N, si se obtuvieron 0.5 g de sulfato de sodio? 5. RESULTADOS. 5.1 Indicar los resultados de los análisis y discusiones de las Reglas de laboratorio y de Las medidas de seguridad realizadas en su equipo y en el grupo. 5.1 Indicar los cálculos realizados para hacer las soluciones indicadas. 6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 6.1 Discutir e indicar la importancia de respetar el Reglamento de Laboratorio. 6.2 Discutir e indicar la importancia de respetar las medidas de seguridad. 6.3 ¿Por qué es importante saber realizar cálculos para preparar soluciones?

7. CONCLUSIONES 7.1 Realice sus conclusiones indicando la importancia que tiene el hecho de conocer y respetar el reglamento de laboratorio, así como también tener conocimiento de las medidas de seguridad más importantes que se tienen que observar en un laboratorio de química orgánica. 8. BIBLIOGRAFÍA 8.1

Brewster, R.Q., Curso Práctico de Química Orgánica, 2ª edición, editorial Alhambra, España, 1979.

8.2

Domínguez X, Experimentos de Química orgánica, editorial Limusa, México 1987.

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PRÁCTICA No. 2 SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS

1.

OBJETIVOS

1.1 El alumno conocerá y aplicará las técnicas de separación y purificación más importantes que se utilizan en un laboratorio de química orgánica. 1.2 Durante el transcurso de la experimentación el alumno identificará cada una de las técnicas de separación y purificación de compuestos orgánicos. 2.

INTRODUCCIÓN.

El trabajo en el laboratorio de Química orgánica no solo se limita a la síntesis de compuestos orgánicos, también se busca optimizar las condiciones de reacción en busca de un rendimiento alto, para lo cual se han diseñado y controlado los procesos de separación para lograr una recuperación máxima del producto puro; dentro de estos métodos se encuentran: la extracción, la sublimación, la filtración, la destilación, la cromatografía y la cristalización. Extracción La extracción es una técnica de separación de compuestos ya sean sólidos, líquidos o gaseosos en la que se aprovecha las diferencias de solubilidad de los componentes de una mezcla en un disolvente adecuado. La forma mas simple de realizar una extracción consiste en tratar la mezcla de compuestos con un disolvente de manera que uno de los componentes se disuelva y los demás no. A continuación se procede a la adición de un segundo disolvente, no miscible con el primero, de manera que los componentes de la mezcla se distribuyan entre los dos disolventes según su coeficiente de reparto, que está directamente relacionado con la solubilidad de cada compuesto. También existe lo que se llama extracción selectiva la cual se emplea para separar mezclas de compuestos orgánicos, en función de la acidez, de la basicidad o de la neutralidad de éstos. Sublimación La sublimación es el paso de una sustancia del estado sólido al gaseoso, sin pasar por el estado líquido. El punto de sublimación o temperatura de sublimación, es aquella en la cual la presión de vapor sobre el sólido es igual a la presión externa. La capacidad de una sustancia dependerá por tanto de la presión de vapor a una temperatura determinada y será inversamente proporcional a la presión externa. Cuanto menor sea la diferencia entre la presión externa y la presión de vapor de una sustancia más fácilmente sublimará.

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Generalmente, para que una sustancia sublime, debe tener una elevada presión de vapor, es decir, las atracciones intermoleculares en estado sólido deben ser débiles. Así, los compuestos que subliman fácilmente tienen una forma esférica o cilíndrica que no favorece unas fuerzas intermoleculares fuertes. Cristalización El proceso de cristalización es el más utilizado como técnica de purificación de sustancias sólidas. Se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en un determinado disolvente en caliente que en frío. Consiste en la disolución de un sólido impuro en la menor cantidad posible del disolvente adecuado en caliente. En estas condiciones se genera una disolución saturada que al enfriar se sobresatura produciéndose la cristalización. Es conveniente que el proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma que los cristales se formen poco a poco y el lento crecimiento de la red cristalina excluya las impurezas. Si el enfriamiento de la disolución es muy rápido las impurezas pueden quedar atrapadas en la red cristalina. Es muy importante la elección del disolvente adecuado ya que los compuestos no iónicos no se disuelven apreciablemente en agua salvo si sus moléculas se ionizan en disolución acuosa o si se asocian con las moléculas del agua a través de puentes de hidrógeno. Un disolvente ideal es aquel que: -No sea muy volátil. -No sea inflamable. -Sea barato. -No reaccione con el soluto. -Disuelva gran cantidad de sustancia a purificar a alta temperatura y poca a temperatura ambiente. No disuelva ni en frío ni en caliente las impurezas Destilación La destilación constituye una de las principales técnicas para separar y purificar líquidos volátiles. Este método se emplea para separar dos o más líquidos miscibles de una mezcla, o para eliminar el disolvente de sustancias disueltas. La destilación se lleva a cabo en dos etapas, la transformación del líquido en vapor y la condensación de este vapor. Existen varios tipos de destilación tales como la simple, la fraccionada, al vacío y por arrastre de vapor. Destilación simple: Se usa cuando la diferencia entre los puntos de ebullición de los componentes es grande, mayor de 80ºC, o cuando las impurezas son sólidos disueltos en el líquido a purificar. En este tipo de destilación el líquido se calienta, a presión atmosférica, en un recipiente cerrado que contiene una salida hacia un tubo refrigerado donde se condensan los vapores. Con esta sencilla operación podemos purificar un disolvente, pero no podemos separar completamente dos o más líquidos volátiles.

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Destilación fraccionada: Si la diferencia que hay entre los puntos de ebullición es demasiado pequeña para que una destilación simple resulte eficiente, es necesario recurrir a destilaciones repetidas. En la práctica se emplea una columna fraccionada, a través de la cual la fase de vapor y la fase condensada fluyen en direcciones opuestas. De tal manera que el vapor a medida que asciende por la columna es cada vez más rico en el componente más volátil. Cromatografía La técnica cromatográfica consiste en separar mezclas de compuestos mediante la exposición de dicha mezcla a un sistema bifásico equilibrado. Estas técnicas dependen de la distribución de los componentes de la mezcla entre dos fases inmiscibles: una fase móvil que transporta las sustancias que se separan y que progresa en relación con a otra denominada fase estacionaria. La fase móvil puede ser un líquido o un gas y a estacionaria puede ser un sólido o un líquido. Las combinaciones de estos componentes dan lugar a los distintos tipos de técnicas cromatográficas como cromatografía de gases, de adsorción, de líquido-líquido. Filtración Consiste en hacer pasar la mezcla heterogénea sólido-líquido a través de un embudo provisto de un material filtrante (papel filtro), con lo que el sólido queda retenido por el papel, por ser los poros de éste de un diámetro menor al de las partículas del sólido. La filtración se puede llevar a cabo de manera normal (por gravedad) la cual se realiza utilizando un embudo cónico de vidrio o de plástico y papel filtro liso o con pliegues; o bien filtración al vacío: para ello se necesita un embudo Büchner, un matraz kitasato y una bomba de vacío que va a reducir la presión en el kitasato lo que va a inducir una rápida filtración. Desecación Una técnica muy útil para la purificación de compuestos orgánicos es la desecación. Los líquidos orgánicos, que han estado en contacto con disoluciones acuosas, retienen humedad. Esa humedad interfiere en los procesos que se van a seguir posteriormente, por lo que su eliminación es necesaria. Para su eliminación total se añade, sobre el líquido orgánico, un agente desecante sólido adecuado. La mayoría de los agentes desecantes químicos actúan combinándose con el agua para formar hidratos. Son, generalmente, sales anhidras neutras, como sulfato de sodio o sulfato de magnesio, inerte e insoluble en los líquidos orgánicos por lo que se pueden usar para "secar" cualquier disolución orgánica. Posteriormente se separan por filtración o por decantación.

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3.

ACTIVIDADES PREVIAS

3.1 3.2 3.3 3.4

Define: separación, purificación, decantación, punto de ebullición, presión de vapor. En que consiste la destilación por arrastre de vapor y la destilación al vacío. Menciona en que consiste la cromatografía de capa fina Da ejemplos de fases móviles y fases estacionarias que pueden ser utilizadas en la cromatografía. 3.5 Reporta el punto de ebullición de la anilina, del nitrobenceno y del diclorometano (cloruro de metileno). 3.6 Reporta las características físicas, químicas y toxicológicas del cloruro de metileno, nitrobenceno, anilina, ácido clorhídrico del hidróxido de sodio. 3.6 Elabora un diagrama de bloques de la técnica experimental. 4. SECCIÓN EXPERIMENTAL. 4.1 Material y equipo: 4 vasos de precipitado de 100 mL Probeta 50 mL Embudo de separación Agitador de vidrio Embudo de tallo largo Papel filtro 2 matraces erlenmeyer Matraz Kitasato Bomba de vacío Mangueras de látex.

2 Soportes universales Pipeta graduada de 2 mL 1 Refrigerante (19/22) Perlas de ebullición Bomba para agua con 2 mangueras 2 matraces redondos de 100 mL (19/22) Uniones de vidrio Embudo Büchner Espátula metálica

4.2 Reactivos: Ácido benzoico Solución de ácido clorhídrico 2 M Anilina Ácido clorhídrico concentrado. Nitrobenceno Diclorobenceno Solución acuosa de hidróxido de sodio 2 M 4.3 Procedimiento experimental. 4.3.1 Mezcla y separación -En un vaso de precipitados adicionar 15 mL de diclorometano agregar 2 g de ácido benzoico, 2 mL de anilina (d= 1.02 g/mL) y 2 mL de nitrobenceno. Mezclar suavemente y adicionar 15 mL más de diclorometano.

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-Colocar la solución en un embudo de separación (verificar que este cerrada la llave) y adicionar con cuidado 30 mL de una solución de ácido clorhídrico 2M, agitar el embudo durante 3 minutos, asegurándose de liberar presión constantemente. -Dejar reposar el embudo hasta la aparición de dos fases, separar la fase acuosa depositándola en un vaso de precipitados (recipiente A).NO desechar -A la fase orgánica contenida en el embudo agregar 30 mL de una solución de hidróxido de sodio 2 M, agitar durante 3 minutos liberando presión constantemente. -Dejar reposar el embudo hasta la aparición de dos fases, separar la fase acuosa depositándola en un vaso de precipitados (recipiente B). NO desechar -Colocar la fase orgánica en un matraz redondo (recipiente C) y arme un dispositivo de destilación. 4.3.2 Aislamiento y purificación de los tres componentes -Al recipiente C colocarlo en el sistema de destilación y destilar hasta que se mantenga la temperatura constante (aproximadamente en 40 ° C), el residuo es nitrobenceno recuperado, medir volumen. Depositarlo en un frasco etiquetado como nitrobenceno recuperado y la fracción destilada en otro frasco etiquetado como diclorometano recuperado. -Al recipiente A adicionar solución de hidróxido de sodio 2 M gota a gota y agitando lentamente hasta neutralizar o hasta la aparición de un líquido amarillo inmiscible con el agua. -Depositar la mezcla anterior al embudo de separación, adicionar 15 mL de diclorometano, agitar el embudo durante 3 minutos, asegurándose de liberar presión constantemente. -Dejar reposar el embudo hasta la aparición de dos fases, separar la fase acuosa depositándola en un vaso de precipitados. -Recuperar la fase orgánica en un matraz erlenmeyer seco y adicionar una pequeña cantidad de sulfato de sodio anhidro, agitar ligeramente y decantar. -El residuo orgánico depositarlo en el matraz redondo y destilar. El residuo líquido corresponde a la anilina recuperada. La fracción destilada es diclorometano, medir volumen y posteriormente incluirla en el frasco correspondiente. -Al (recipiente B) adicionar con precaución gota a gota y con agitación constante ácido clorhídrico concentrado hasta la aparición de un precipitado blanco. -Dejar enfriar a temperatura ambiente y filtrar al vacío. Pesar previamente el papel - Dejar secar y pesar. 5. RESULTADOS 5.1 Reportar sus resultados: características físicas de los compuestos recuperados. 5.2 Reportar el peso del ácido benzoico después de la separación.

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6. ANÁLISIS DE RESULTADOS Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una guía para que elabores tus análisis de resultados, pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones serán valiosas para tu aprendizaje. 6.1 6.2 6.3 6.4

¿Las características físicas de los compuestos son iguales antes y después del proceso de separación y purificación? ¿Para qué se adiciona al recipiente A la solución de hidróxido de sodio y que compuesto se forma? ¿Para qué se adiciona al recipiente B ácido clorhídrico y que compuesto se forma? ¿El peso de ácido benzoico es igual antes y después del experimento?

7 CONCLUSIONES Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una guía para que elabores tus conclusiones, pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones serán valiosas para tu aprendizaje. 7.1 ¿Cuál es la importancia de las técnicas de separación y purificación para compuestos orgánicos? 7.2 ¿Qué tipo de destilación y extracción se utilizaron en esta práctica? 7.3

8. 8.1

¿Cuántas y cuáles técnicas de separación y purificación se utilizaron en el experimento? BIBLIOGRAFÍA Brewster, R.Q., Curso Práctico de Química Orgánica, 2ª edición, editorial Alhambra, España, 1979.

8.2 Hess G, Química general experimental, 4 a edición, editorial C.E.C.S.A, México 1982 8.3

Domínguez X, Experimentos de Química orgánica, editorial Limusa, México 1987.

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PRÁCTICA No. 3 PUNTO DE FUSIÓN Y CRISTALIZACIÓN. 1. OBJETIVOS. El alumno: 1.1. Conocerá las ventajas y limitantes de utilizar el punto de fusión como criterio de identidad y pureza. 1.2 Determinará las temperaturas de fusión de algunos compuestos orgánicos y mezclas de estos. 1.3. Utilizando la técnica de cristalización realizará la purificación de una sustancia. 2.

INTRODUCCIÓN.

Punto de fusión El punto de fusión de un sólido cristalino se puede definir como la temperatura a la cual la sustancia pasa del estado sólido al estado líquido, en una sustancia pura, el cambio de estado es generalmente muy rápido y la temperatura es característica. Por esto el punto de fusión es una constante muy utilizada en la identificación de sólidos. Una sustancia cristalina pura presenta generalmente un punto de fusión característico y un rango de las temperaturas de fusión muy pequeño, aproximadamente de 0.5 a 1.0 °C. La presencia de impurezas producen generalmente una disminución de la temperatura de fusión, es decir, el compuesto empieza a fundir a temperatura inferior a la esperada, esto trae como consecuencia que el rango de fusión se incremente, mientras mayor es la cantidad de impurezas mayor es la depresión del punto de fusión y por tanto mayor también el intervalo de fusión. La depresión en el punto de fusión producida por las impurezas es una consecuencia de los efectos que estos compuestos producen en la presión de vapor de la mezcla sólida, la presencia de contaminantes solubles produce una disminución en la presión de vapor de la mezcla y simultáneamente un descenso en la temperatura de fusión. Tomando como base este fenómeno, la determinación de esta constante física se usa frecuentemente como criterio de identidad y de pureza. Cristalización La cristalización es un proceso típico de laboratorio en el que un sólido cristalino en solución se separa de una mezcla a través de cambios en su solubilidad la disminución en este parámetro conlleva a la producción de soluciones saturadas y sobresaturadas que resultan en la formación de cristales a partir de la solución. El proceso de cristalización

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depende del grado de sobresaturación que se logre en la solución, formación de núcleos y el crecimiento de cristales o partículas amorfas. La sobresaturación se puede alcanzar por: evaporación del disolvente de la solución, por el enfriamiento de la solución por la adición de otros solutos, o por el cambio de los disolventes. Dependiendo de las condiciones de la cristalización, es posible controlar o modificar la naturaleza de los cristales obtenidos. Una variante a la cristalización simple es el proceso fraccionado que también es muy útil. La disolución de sólidos similares puede evaporarse hasta que empieza la cristalización. Los cristales serán más ricos en un sólido que en otro. Cristalizaciones repetidas (recristalización) conducen a la preparación de cristales más puros del componente menos soluble y a una disolución que contiene solamente disolvente con el componente más soluble. Frecuentemente el uso de una mezcla de dos disolventes en el proceso de cristalización es más satisfactorio que un solo disolvente, esta mezcla debe ser homogénea totalmente, es decir, los componentes deben ser miscibles y uno de los disolventes debe disolver fácilmente al compuesto a separar, mientras que el otro sólo debe disolverlo ligeramente. Es conveniente que el proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma que los cristales se formen poco a poco y el lento crecimiento excluya las impurezas que pudieran estar presentes. El proceso de cristalización consta de los siguientes pasos: * Disolver la sustancia en el disolvente a una temperatura elevada. * Adicionar máximo 0.5 gramos de carbón activado para eliminar las impurezas coloridas * Filtrar la solución caliente para remover las impurezas insolubles y el carbón activado adicionado anteriormente * Dejar enfriar la solución para que se depositen los cristales de la sustancia. * Filtrar la solución fría para separar los cristales de la solución sobrenadante (conocida como licor o líquido madre). * Lavar los cristales para remover el licor madre adherido. * Secar los cristales para remover las trazas del disolvente. Las impurezas pueden colocarse en las siguientes categorías: impurezas mecánicas (partículas insolubles en la mayoría de los disolventes comunes, se pueden eliminar filtrando la solución caliente), impurezas coloridas (el color puede eliminarse por la adición de algún adsorbente como el carbón activado y filtrando la solución en caliente) y las impurezas solubles (compuestos que se remueven por cristalización, dado que al ser altamente solubles en el disolvente se retienen en el licor o líquido madre).

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3. 3.1 3.2

3.6 3.7

ACTIVIDADES PREVIAS Dar las definiciones de: punto de fusión, presión de vapor y temperatura de fusión. Reportar los puntos de fusión de los siguientes compuestos: ácido benzoico, acetanilida, urea y β–naftol. Reportar las características físicas, químicas y toxicológicas del ácido benzoico, acetanilida, urea y β–naftol. Señalar cual es la diferencia entre cristalización y recristalización. Enlistar las características que debe de tener un disolvente para llevar a cabo la cristalización. ¿Cuáles son los métodos que se emplean para inducir la cristalización? Elaborar un diagrama de bloques del desarrollo experimental

4.

SECCIÓN EXPERIMENTAL.

3.3 3.4 3.5

4.1. Material y equipo 4 vasos de precipitados de 250 mL 1 embudos de filtración de vidrio 1 soporte universal 1 pinza de tres dedos 1 anillo 6 tubos capilares Tubo de Thiele

1 agitador cubreobjetos 1 probeta de 25 mL 1 determinador de punto de fusión 1 parrilla de calentamiento 1 termómetro

4.2. Reactivos Ácido benzoico Acetanilida Urea Aceite comestible

Carbón activado β-naftol Agua destilada

4.3 Procedimiento experimental 4.3.1 Determinación del punto de fusión

INDICACIONES PARTÍCULARES: -El punto de fusión se puede determinar con dos sistemas diferentes, uno es la platina (aparato de Fisher- Johns) y el otro el baño de aceite. Por disponibilidad de materiales algunos equipos harán sus determinaciones en platina y los demás con el baño de aceite. Este último se puede hacer en un vaso de precipitados o en un tubo de Thiele. -Cada equipo hará la determinación de cuatro sustancias etiquetadas como A, B, C y D, las cuales pueden ser: β-naftol, acetanilida, ácido benzoico y urea, se deben buscar los

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puntos de fusión reportados en la bibliografía para estos compuestos (estos datos serán útiles para identificación de dichas sustancias). -Dos de estos compuestos tienen el mismo punto de fusión, seleccionar uno de estos dos y preparar las siguientes mezclas: Mezcla 1. Tomar una pequeña cantidad de la muestra seleccionada y mezclarla con una pequeña cantidad de β-naftol (mezclar cantidades iguales) Mezcla 2. Tomar una pequeña cantidad de la muestra seleccionada y mezclarla con una pequeña cantidad ácido benzoico (mezclar cantidades iguales) -Determinar el punto de fusión a cada una de estas mezclas, para así poder determinar la identidad de la sustancia seleccionada. 4.3.1.1. Determinación del punto de fusión con la platina (Fisher-Johns) -Limpiar perfectamente la platina metálica del aparato para determinar puntos de fusión. -Colocar unos cristales de la sustancia a probar en un cubreobjetos limpio y seco, colocarlo en el espacio destinado para la muestra en la platina. -Verificar que el bulbo del termómetro este bien pegado a la platina. -Ajustar la lupa a la altura de los ojos para observar los cristales -Iniciar el calentamiento, ajustar la velocidad de calentamiento entre 3 y 5 oC por minuto con la perilla de ajuste de voltaje. -Tomar la lectura de las temperaturas en el termómetro del aparato (cuando inicia la fusión y cuando finalice la fusión del compuesto) -Para poder hacer una nueva determinación es necesario esperar a que la temperatura de la platina baje. -Determinar la temperatura y rango de fusión de las muestras problemas A, B, C y D y de las mezclas preparadas por el equipo. 4.3.1.2. Determinación del punto de fusión con el baño de aceite. -Introducir una pequeña cantidad de muestra en diferentes tubos capilares, que previamente se han cerrado por uno de sus extremos. - Cerrar el otro extremo del tubo capilar -Unir con una liga o con un pedazo de manguera el capilar con muestra a un termómetro de tal forma que la muestra quede a la altura del bulbo del termómetro. -Introducir el termómetro con la muestra en el baño de aceite (en el vaso de precipitados o en el tubo de Thiele) PRECAUCIÓN: Verificar que el tubo Thiele o el vaso donde se va a depositar el aceite estén completamente secos para evitar quemaduras por proyecciones del aceite.

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-Calentar en una parrilla de calentamiento o directamente con un mechero de tal forma que la temperatura vaya subiendo alrededor de 3 a 5 °C por minuto. -Determinar la temperatura cuando se inicie y termine la fusión. -Para hacer una nueva determinación dejar que se enfrié el baño de aceite alrededor de 20°C por debajo de la temperatura que se espera funda la siguiente muestra.

4.3.2.

Cristalización de acetanilida

Tomar una pequeña cantidad de acetanilida “contaminada” con algún tipo de impurezas, observar su color y aspecto, y determinar su punto de fusión. -Pesar en balanza analítica 0.5 g de muestra de acetanilida “contaminada” en un vaso de precipitados de 100 mL. Adicionar aproximadamente 10 mL de agua y calentar en la parilla la mezcla hasta ebullición con agitación constante. Retirar de la parilla y adicionar con mucho cuidado una pequeña cantidad de carbón activado, la necesaria para eliminar el color. Sin dejar de agitar poner a calentar durante 5 minutos para facilitar la eliminación de impurezas coloridas. Filtrar la solución en caliente y recibir el filtrado en otro vaso de precipitados de 100 mL. Si en el transcurso de la filtración se cristaliza el compuesto sobre el papel filtro agregar un poco de agua caliente (aproximadamente 5 mL). El filtrado se deja enfriar a temperatura ambiente para que cristalice la acetanilida y se coloca en un baño de hielo. - Filtrar para recuperar los cristales en un papel filtro previamente pesado. Lavar los cristales dos veces con un pequeño volumen de agua fría (no mas de 5 mL), ya que la acetanilida es soluble aún en agua fría (0.5 g /100 mL). -Dejar secar, pesar y realizar el cálculo de rendimiento.

5.

RESULTADOS.

5.1 Reportar los resultados: características físicas de los compuestos, puntos de fusión tanto los reportados en la literatura como los experimentales e indicar la identidad de cada muestra problema. 5.2 Reportar la cantidad de acetanilida recristalizada y hacer el cálculo de rendimiento.

19

6.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una guía para que elabores tus análisis de resultados, pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones serán valiosas para tu aprendizaje. 6.1 ¿Hubo cambios en el punto de fusión para la acetanilida antes y después de la cristalización? 6.2 Discutir a que se debe la variación del punto de fusión de la acetanilida antes y después de la cristalización. 6.3 ¿Consideras adecuado el rendimiento obtenido en la cristalización de acetanilida? Justifica tu respuesta. 6.3 ¿Cuál es el objetivo de realizar las mezclas en el punto 4.3.1? 7

CONCLUSIONES

Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una guía para que elabores tus conclusiones, pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones serán valiosas para tu aprendizaje. 7.1 7.2 7.3 8. 8.1.

¿Cuál es el razonamiento a seguir para la identificación de las muestras en el punto 4.3.1 con respecto al punto de fusión y la identificación de las sustancias problema? ¿La cristalización es una buena técnica de purificación? ¿Si, no y porqué? ¿Por qué es importante realizar el cálculo de rendimiento? REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. McKay, D.C., Dale G. H., and Weedman J. A., Ind. Eng.Chem. 52, 197-198 (1960).

8.2. Vogel, A. I., Elementary Practical Organic Chemistry Part I, Small Scale Preparations, Longmans, (1978). 8.3. Wilcox, C.F., Experimental Organic Chemistry. A Small Scale Approach, Mc Millan Jr, (1988). 8.4. Domínguez X, Experimentos de Química orgánica, editorial Limusa, México 1987. 8.5. Pomilio, A. y Vitale, A. Métodos Experimentales de Laboratorios en Química Orgánica Serie de Química Monografía No. 33. OEA. 8.6

Guzmán D, et al Introducción a la técnica instrumental, IPN, México 2005.

20

PRÁCTICA No.4 EXTRACCIÓN 1.-OBJETIVOS 1.1.- Que el alumno conozca las diferentes técnicas de extracción, y sea capaz de aplicarlas para separar una mezcla de compuestos orgánicos. 1.2.- El alumno aplicará la técnica de extracción sólido-líquido y líquido-líquido. 2. -INTRODUCCIÓN La gran mayoría de los compuestos orgánicos, ya sean naturales o sintéticos no se encuentran puros, y para determinar sus propiedades físicas y químicas o poderlos usar como medicamentos, conservadores, edulcorantes, intermediarios de reacción, etc. es necesario que lo sean. La extracción y la cromatografía son técnicas muy importantes, ya que permiten separar y purificar sustancias químicas. La extracción es la técnica más empleada para separar un producto orgánico de su mezcla de reacción o aislarlo de sus fuentes naturales. Puede definirse como la separación de un componente de una mezcla por medio de un disolvente. Si el compuesto a separar se encuentra en una mezcla líquida, la extracción se llama líquido-líquido, si se encuentra en una mezcla sólida, la extracción se llama sólido-líquido. Se puede hablar de la extracción selectiva la cual se emplea para separar mezclas de compuestos orgánicos, en función de la acidez, de la basicidad o de la neutralidad de éstos. Un número muy elevado de compuestos orgánicos que poseen carácter ácido no son solubles en agua y sí en disolventes orgánicos; por el contrario, el comportamiento de sus sales metálicas es exactamente el inverso, son solubles en agua e insolubles en disolventes orgánicos. Bastará pues convertir un ácido en su sal sódica, por ejemplo, para hacerlo soluble en agua y extraerlo así del disolvente orgánico en el que se encuentra. El fundamento de la separación por esta técnica, es la diferencia de solubilidad del componente a separar en el disolvente de la mezcla y el disolvente extrayente. En la práctica es muy utilizada para separar compuestos orgánicos de raíces, semillas, hojas, etc. También se pueden obtener aceites y grasas a partir de muestras vegetales y animales utilizando técnicas de extracción sólido- líquido y líquido-líquido. 3.-ACTIVIDADES PREVIAS 3.1.- Por equipo llevar al laboratorio 100 g de espinacas. 3.2.- Reportar el punto de fusión de: acetanilida y del ácido benzoico. 3.3.- Reportar la densidad del tetracloruro de carbono así como las propiedades químicas y toxicológicas. 3.4.- Reportar propiedades físicas químicas y toxicológicas de: acetanilida, ácido benzoico y cloruro de metileno.

21

3.5.- Si se tienen 0.5 g de una mezcla de ácido benzoico-acetanilida en una proporción 1:1 Calcular el volumen de solución de NaOH 0.1 N necesario para que reaccione completamente el ácido benzóico contenido en la mezcla anterior. 3.6.- Elaborar un diagrama de bloques con la técnica experimental

4.-

SECCIÓN EXPERIMENTAL

4.1.- Material y equipo 1 mortero Balanza granataria Balanza analítica 1 matraz erlenmeyer de 125 mL 1 embudo de tallo largo 1 probeta de 25 mL

Tiras de papel pH Embudo de separación 2 vasos de precipitados de 150 mL Papel filtro 1 pipeta graduada de 10 mL

4.2.- Reactivos Ácido benzoico Acetanilida Solución de NaOH 0.1 N HCl concentrado.

Cloruro de metileno Solución de yodo-yoduro al 0.3% Tetracloruro de carbono

4.3.- Procedimiento experimental. 4.3.1.-Separación de una mezcla de ácido benzóico-acetanilida (1:1) por extracción sólido-líquido -Agregar 0.5 g de la mezcla en un matraz erlenmeyer de 125 mL. -Adicionar el volumen calculado de NaOH 0.1 N al matraz erlenmeyer y agitar vigorosamente. -Filtrar con papel filtro para separar el sólido que no se disolvió. -Regresar el sólido retenido en el papel filtro al matraz y extraer una vez más con igual volumen de NaOH. -Filtrar, recibiendo el líquido en el mismo recipiente donde se tiene el primer filtrado. -Adicionar HCl concentrado al filtrado hasta llegar a pH=2. -Separar el sólido precipitado por filtración (en un papel previamente pesado). -Dejar secar el sólido obtenido. -Pesar el sólido, determinar su punto de fusión y calcular el porciento de rendimiento

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4.3.2.- Preparación de extracto de carotenos. -Pesar en balanza granataria 100 g espinacas. -Colocarlas en un mortero y adicionar 20 mL de cloruro de metileno. -Macerar (moler). -Filtrar el macerado. Si es necesario evaporar un poco el disolvente. (NOTA: la evaporación del disolvente debe ser en la campana) -Guardar la solución filtrada en un frasco con tapa, etiquetar adecuadamente y guardar para la práctica de cromatografía. 4.3.3.-

Extracción líquido-líquido

-Colocar en un embudo de separación o decantación 10 mL de solución acuosa de yodo y lentamente adicionar 5 mL de tetracloruro de carbono (evitar que se forme turbulencia al adicionar el disolvente orgánico). -Tapar el embudo y agitar por 5 minutos. Tener la precaución de sujetar el tapón y liberar presión constantemente. (Seguir indicaciones del profesor). -Dejar reposar el embudo hasta la separación de dos fases. -Retirar la capa inferior y depositarla en un matraz erlenmeyer tapando la boca del mismo con papel aluminio. -A la capa superior adicionar nuevamente 5 mL de tetracloruro de carbono. Y repetir los tres puntos anteriores. -Al final colocar la capa superior en un recipiente etiquetado como tetracloruro de carbono recuperado. 5.-RESULTADOS. 5.1.-Reportar las características físicas y la cantidad del compuesto sólido obtenido en el punto 4.3.1 5.2.-Hacer el cálculo y reportar el rendimiento en porcentaje del sólido. 5.3.-Reportar el punto de fusión y el nombre del compuesto sólido obtenido en el punto 4.3.1 5.4.- Para el experimento 4.3.3 reportar las características de cada una de las fases.

6.-ANÁLISIS DE RESULTADOS Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una guía para que elabores tus análisis de resultados, pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones serán valiosas para tu aprendizaje.

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6.1-¿Para que se adiciona la solución de hidróxido de sodio y posteriormente el ácido clorhídrico concentrado a la mezcla de ácido benzoico-acetanilida del experimento 4.3.1? ¿Qué compuestos se forman? 6.2.- ¿Cuáles son las sustancias presentes en la mezcla de solución acuosa de yodo? ¿Por que se utilizó el tetracloruro de carbono para realizar la extracción? 6.3.- ¿Será mejor realizar una extracción varias veces con volúmenes pequeños, que una extracción una sola vez con un volumen grande? ¿Si, no y por qué? 7.-CONCLUSIONES Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una guía para que elabores tus conclusiones, pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones serán valiosas para tu aprendizaje. 7.1-¿Cuál técnica de extracción consideras que es más efectiva y por qué? 7.2.- ¿Cuál es la aplicación de la técnica de extracción en tu carrera? 7.3 ¿Qué tipo de extracción se realizó en el punto 4.3.2?

8.-BIBLIOGRAFÍA 8.1.-

Brewster, R.Q., Curso Práctico de Química Orgánica, 2ª edición, editorial Alhambra, España, 1979.

8.2.- Hess G, Química general experimental, 4 a edición, editorial C.E.C.S.A, México 1982 8.3.8.4.-

Domínguez X, Experimentos de Química orgánica, editorial Limusa, México 1987. Mc Murry J, Química orgánica, Internacional Thomsom editores, México, 2001

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PRÁCTICA No.5 CROMATOGRAFIA 1.

OBJETIVOS

1.1. Conozcer y comprender los fundamentos de la cromatografía. 1.2. Utilizar las diferentes técnicas cromatográficas para identificar y purificar compuestos orgánicos. 1.3. Conocer el procedimiento para elegir el eluyente más adecuado para separar una mezcla de carotenos por cromatografía en columna. 2.

INTRODUCCIÓN La cromatografía comprende un grupo de métodos de purificación e identificación de compuestos que depende de las afinidades diferenciales de los compuestos entre dos fases inmiscibles. Una de las fases es fija con una gran área superficial y la otra es un fluido que se mueve a través o sobre la superficie de la fase fija. La fase fija se denomina fase estacionaria y la fase que fluye se llama fase móvil. La primera puede ser una sustancia porosa o un sólido finamente dividido o un líquido que se encuentra recubriendo un soporte inerte. La segunda puede ser un líquido puro, un gas o una mezcla de disolventes o de soluciones. Existen varias técnicas cromatográficas dependiendo del tipo de fase fija y fase móvil, como muestra la siguiente tabla: Fase móvil

Fase estacionaria

Técnica cromatográfica

Vapor Vapor Líquida Líquida

Sólida Líquida Sólida Líquida

Cromatografía de gases Cromatografía de gases (CGL) Cromatografía de adsorción (CLS) Cromatografía líquido-líquido.

Tanto la cromatografía en columna como la de papel y capa fina de manera general se clasifican como cromatografía de adsorción.

Cromatografía en columna; La fase estacionaria se encierra en una columna de vidrio. Se utilizan muchos materiales de empaque que van desde tierra de diatomeas, resinas sintéticas, sustancias polisacáridas, alúmina o sílica gel. La fase móvil es por lo general un disolvente o una mezcla de disolventes, que se hacen pasar a través de la columna, y es seleccionada de acuerdo a la naturaleza de los componentes de la mezcla que se va a separar. Los líquidos eluidos son colectados en fracciones numeradas y cada una de las cuales es evaporada y analizada.

25

La cromatografía en capa fina utiliza sustancias pulverizadas que se adhieren a una placa de vidrio, plástico o aluminio, debido a que son inertes, resistentes y de fácil manipulación. Las sustancias que se emplean como fase estacionaria incluyen gel de sílice, alúmina, sulfato de calcio, polietileno o celulosa en polvo. Sin embargo, en los laboratorios de Química orgánica la más usada es la sílica gel. La elección del adsorbente dependerá de las características de las sustancias a separar, en general los compuestos lipofílicos se separan sobre óxido de aluminio (alúmina) o gel de sílice, y las sustancias hidrofílicas se separan sobre celulosa. En cromatografía en papel y en capa fina es importante medir la relación entre la distancia recorrida por el soluto y la distancia recorrida por el disolvente, denominada Rf. Si dos compuestos tienen el mismo valor de Rf y éste se obtuvo en condiciones experimentales similares, se puede considerar que los dos compuestos son iguales. No todos los compuestos orgánicos a separar por cromatografía de adsorción son coloridos por lo que para analizarlos es necesario utilizar medios físicos como la radiación UV o bien medios químicos (sustancias reveladoras) los cuales forman derivados coloreados o fluorescentes.

3. ACTIVIDADES PREVIAS 3.1.-Menciona las propiedades físicas, químicas y toxicológicas de: Hexano, cloroformo, cloruro de metileno, metanol y acetato de etilo. 3.2.-Investiga la polaridad de cada uno de los disolventes mencionados anteriormente y ordénalos de mayor a menor polaridad. 3.3 ¿Qué sustancias pueden utilizarse como reveladoras en la cromatografía de capa fina? 3.4. ¿Cómo se calcula el valor de Rf? 3.5 ¿Cuales son los carotenos se encuentran en las espinacas? escribe las fórmulas y estructuras. 3.6. ¿Que precauciones se debe de tener al empacar una columna cromatográfica? 3.7 Elabora un diagrama de bloques del procedimiento experimental. 4. SECCION EXPERIMENTAL 4.1. Material y equipo Soporte universal Algodón Tubos capilares Propipeta o jeringa 1 pinza de tres dedos

Columna cromatográfica o bureta 1 vaso de precipitados de 50 mL I vidrio de reloj Placas cromatográficas de aluminio

26

4.2. Reactivos Hexano Acetato de etilo Cloruro de metileno Metanol Alúmina o sílica gel

Cloroformo Extracto de espinacas.

4.3.-Procedimiento experimental 4.3.1.

Cromatografía en placa fina.

-En la placa cromatográfica marcar ligeramente con lápiz de grafito una línea base, a una distancia de 0.3 a 0.5 cm de la base de la placa. -Preparar un tubo capiIar de manera tal que uno de sus extremos quede en punta, para esto auxiliarse de un mechero o la flama de un encendedor: NOTA: Realizarlo fuera del alcance de los disolventes. -Aplicar una muestra del extracto de espinacas con un capilar sobre la línea base de la placa cromatografica, procurando que la aplicación no se corra más de un milímetro de diámetro. -Dejar secar el disolvente de la muestra aplicada e introducir la placa en una cámara cromatográfica (o en sustitución de ésta usar un vaso de precipitados de 50 mL y taparlo con un vidrio de reloj) que contenga como eluyente cualquiera de los siguientes disolventes: cloruro de metileno, cloroformo, hexano, metanol o acetato de etilo (se sugiere que cada equipo de trabajo utilice un disolvente diferente). -Dejar subir o “correr“el disolvente hasta que llegue a 0.5 cm antes del extremo superior de la placa. Sacar la placa de la cámara, marcar ligeramente con lápiz de grafito la línea hasta la marca del disolvente en la placa y dejarla secar. -Marcar el contorno de las manchas y hacer un dibujo de la placa para presentar como resultados. -Determinar el Rf de cada mancha. 4.3.2. Cromatografía en columna: separación de una mezcla de carotenos. - Colocar en la parte inferior de la columna cromatográfica (se usará una bureta como columna cromatográfica) una capa delgada de algodón, de tal manera que permita la salida del disolvente pero no del relleno de la columna (sílica gel). -Pesar 6 gramos de silica gel y preparar una suspensión con 15 mL del disolvente elegido en el apartado 4.3.1 (con esta suspensión se facilitará el empaquetamiento de la columna). -Empacar la columna. (Agitar la suspensión de la silica y disolvente e irla vaciando a la columna) -Abrir la llave de la columna y dejar fluir el disolvente (eluyente) hasta que el menisco quede sobre la superficie de la silica gel. (NO PERMITIR QUE LA COLUMNA SE SILICA SE QUEDE SIN DISOLVENTE) Cerrar la llave.

27

-Con una pipeta adicionar la mezcla a separar, 0.3 mL del extracto, arriba del menisco en la bureta. NOTA: dejar caer el extracto gota a gota, procurando que no resbale por las paredes -Abrir la llave de la columna para que se vaya introduciendo el extracto a la fase estacionaria, adicionar poco a poco pequeñas cantidades de disolvente, para que no se seque la silica. -Ya que haya penetrado toda la mezcla a la silica, depositar en la columna aproximadamente 20 mL de disolvente y empezar a eluir recogiendo en tubos de ensayo las diferentes fracciones. -Por cromatografía en capa fina observe las diferentes fracciones del extracto de carotenos. 5. RESULTADOS 5.1. Reportar cual fue el disolvente más adecuado para separar los carotenos. 5.2. Reportar los resultados de las placas cromatográficas. 5.3 Dar los resultados del valor de Rf para los diferentes compuestos encontrados en las placas cromatográficas. (Incluir cálculos) 5.4 Mediante esquemas reportar los resultados de la cromatografía en columna. 5.5 Reportar los resultados de las placas cromatográficas de cada fracción recolectada en la cromatografía en columna 6. ANÁLISIS DE RESULTADOS Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una guía para que elabores tus análisis de resultados, pero no te limites a ellas. Tus aportaciones serán valiosas para tu aprendizaje. 6.1 ¿Por qué fue necesario eluir las placas cromatográficas con los diferentes disolventes? 6.2. ¿Cuál fue el disolvente más adecuado y por qué? 6.3. ¿Qué puedes deducir de los valores de Rf calculados en las placas cromatográficas? 6.4. ¿Qué factores influyeron al eluir la columna cromatográfica? 6.5 ¿Cómo puedes identificar las sustancias separadas en la cromatografía de placa y de columna? 6.6. ¿Por qué es necesario someter a una cromatografía en placa fina las diferentes fracciones recolectadas en la cromatografía de columna? 7. CONCLUSIONES Las siguientes preguntas son una guía para que elabores tus conclusiones, pero no te limites a ellas. Tus aportaciones serán valiosas para tu aprendizaje. 7.1. ¿Es la cromatografía una buena técnica de separación y purificación de compuestos? 7.2. ¿Tiene aplicación en tu carrera? justifica tus respuestas. 7.3. Diferencias entre la cromatografía de placa y la de columna. 7.4. Ventajas y desventajas de la cromatografía con respecto a las otras técnicas de separación y purificación conocidas en prácticas anteriores.

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8. BIBLIOGRAFIA 8.1. Abbott, D. y Andrews, R. S., Introducción a la Cromatografía, 3ª Ed., Alhambra, España, 1983. 8.2. Brewster, R.Q., Curso Práctico de Química Orgánica, 2ª Ed.., Alhambra, España, 1979. 8.3 Wilcox, C.F., Experimental Organic Chemistry a Small-Scalle Approach, Mc Millan, U.S.A., 1976. 8.4. Valcarcel, M.. Técnicas analíticas de separación. Editorial Reverté. España. 1988

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PRÁCTICA No. 6 DESTILACIÓN. 1.

OBJETIVOS.

1.1. Conocer las diferentes técnicas de destilación que se emplean en la purificación de sustancias. 1.2. Separar los componentes de una mezcla por medio de la técnica de destilación simple 1.3 Separar los componentes de una mezcla por medio de la técnica de destilación fraccionada. 2.

INTRODUCCIÓN.

Los cuatro procedimientos frecuentemente utilizados en la purificación de especies químicas son: Destilación, Cromatografía, Cristalización y Extracción. Ocasionalmente se emplean la sublimación y otras técnicas especiales como electroforesis, electroenfoque, etc. El método aplicado depende de las características fisicoquímicas de la especie química a purificar y de las impurezas a eliminar como por ejemplo la solubilidad, puntos de ebullición y fusión, densidad, acidez, basicidad, etc. Principio de la destilación. En un líquido las moléculas están en constante movimiento y tienen una tendencia a escapar de la superficie aún a temperaturas menores del punto de ebullición. Cuando un líquido se encuentra en un espacio cerrado, la presión ejercida por las moléculas gaseosas se incrementa hasta alcanzar el valor de equilibrio a una temperatura dada. La presión de equilibrio es conocida como la presión de vapor y es una constante característica del material a una temperatura específica. Aunque la presión de vapor varía ampliamente para los diferentes materiales, ésta siempre se incrementa conforme se aumenta la temperatura y comúnmente se expresa en mm de Hg. Punto de ebullición y temperatura de ebullición.-El punto de ebullición de un líquido es definido como la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la presión externa. Por convención, los puntos de ebullición reportados en la literatura científica están indicados, a una presión externa de 1 atm. La temperatura de ebullición es la temperatura real observada cuando ocurre la ebullición y es generalmente a pocas centésimas o décimas de grado arriba del punto de ebullición verdadero, debido a las dificultades experimentales involucradas en la medición. Destilación.- La destilación es un proceso de separación de mezclas constituidas de componentes líquidos o soluciones que se basa en la diferencia de las presiones de vapor de los componentes a una temperatura dada y por tanto en la divergencia de sus puntos de ebullición. El proceso consiste en calentar la mezcla líquida y condensar el vapor que se desprende durante dicho calentamiento, de tal manera que el condensado (destilado) se colecte en un recipiente por separado, esta porción destilada será más rica en el componente más volátil que la solución de partida.

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La destilación presenta algunas variantes, entre las que podemos citar a la destilación simple, fraccionada, por arrastre de vapor y destilación al vacío. La primera consiste en un solo ciclo de evaporación-condensación, como es lógico este tipo de destilación solo es adecuada para conseguir la separación de dos componentes con puntos de ebullición muy distintos. Cuando la ebullición de los compuestos de una mezcla se presenta a temperaturas muy cercanas se puede usar la destilación fraccionada, en la que se presentan ciclos múltiples de condensaciones y evaporaciones, esto se puede lograr usando una columna vertical empacada con vidrio o una columna Vigraux. 3. Actividades Previas 3.1. Realice un diagrama de bloques de la parte experimental. 3.2. ¿Cuáles son las bases del funcionamiento de una columna fraccionada? 3.3. Investigue los puntos de ebullición y la toxicidad de la acetona, del metanol y del agua. 3.4. Explique que es una mezcla azeotrópica? 3.5. ¿Qué es un plato teórico 4.

SECCIÓN EXPERIMENTAL.

4.1. Material y equipo. 2 Matraces redondos de 100 mL (19/22) 2 Matraces redondos de 250 mL (19/22) 1 Rejilla de asbesto 1 Refrigerante (19/22) 1 Portatermómetro 2 Pinzas 1 Termómetro Perlas de ebullición

10 tubos de ensaye 1 Cabeza de destilación 1 Probeta de 50 mL 1 parrilla Uniones de vidrio 1 Anillo 1 Pipeta de 1 mL Bomba para agua mangueras 1 Columna Vigraux

2 Soportes universales 4.2. Reactivos Metanol Acetanilida

con

2

Acetona

4.3. Procedimiento experimental 4.3.1 Destilación simple En un matraz redondo de 100 mL colocar 15 mL de la sustancia a destilar y adicionar 3 perlas de ebullición. 2. Sostener el matraz con una pinza de tres dedos y ponerlo sobre la parrilla de calentamiento que a su vez esta colocada sobre un soporte universal. 3. Unir la cabeza de destilación con el matraz y poner el termómetro con su adaptador en la parte superior de la cabeza de destilación. A continuación ajustar otra pinza de tres dedos lateralmente a la primera. 1.

31

4. Sujetar el refrigerante recto con la segunda pinza y unir con la cabeza de destilación. Asegurarse de que todas las uniones queden bien ensambladas. 5. Colocar una probeta graduada debajo de la punta de goteo del refrigerante, calentar lentamente el matraz hasta que el líquido empiece a hervir, ajustar la velocidad de calentamiento hasta que el vapor de condensación alcance la punta del termómetro y pase al condensador. 6. Anotar la temperatura en la que se destilan las primeras gotas de la sustancia. Continuar la operación a una velocidad de destilado de 2 mL/min y anotar la temperatura de destilación a intervalos regulares de tiempo. 7. Parar el proceso cuando deje de gotear líquido del condensador. Transferir el destilado a una botella anotando el rango de temperatura de ebullición y la fecha de destilación. Las muestras a trabajar son: mezcla acetanilida-acetona, mezcla acetona-agua 1:1 y mezcla metanol-agua 1:1. Los profesores del grupo indicaran que mezcla trabajara cada equipo. 4.3.2. Destilación fraccionada 1. Montar un equipo de destilación fraccionada, que es exactamente igual que el de destilación simple solamente que entre el matraz bola y la cabeza de destilación se coloca la columna de fraccionamiento. 2. Adicionar al matraz de destilación 25 mL de la mezcla a separar, y unas perlas de ebullición. 3. Iniciar el calentamiento de la mezcla de forma similar al proceso de destilación simple y anotar la temperatura a la que cae la primera gota de destilado. Si la columna de fraccionamiento es adecuada ( tiene el numero necesario de platos teóricos para las mezclas a trabajar) la temperatura no debe variar hasta que se destile el componente de menor punto de ebullición. 4. Continuar el calentamiento y recoger todo el destilado que se separe a temperatura constante. Si la mezcla a separar es de solo dos componentes, en el destilado se obtiene el de menor punto de ebullición y en el matraz de destilación debe quedar el componente de la mezcla de mayor punto de ebullición. 5. Las mezclas a trabajar son metanol-agua y acetona-agua. Los profesores del grupo indicaran que mezcla trabajara cada equipo. Instrucciones particulares -Verificar que la entrada y salida de agua en cada equipo de destilación sea la correcta. -La parrilla de calentamiento no debe estar exageradamente caliente, por lo que se debe poner el control de calentamiento entre los números 3 y 4. 5.

RESULTADOS.

5.1. Reportar el volumen e intervalo de ebullición (si aplica) del destilado obtenido en el proceso de destilación simple, indicando al compuesto que pertenece y compararlo con el reportado en la literatura 5.2. Reportar el volumen y temperatura de destilación destilación fraccionada e indique que compuesto obtuvo.

del compuesto obtenido en la

32

5.3

Reporte también los resultados de las otras mezclas que trabajaron sus compañeros.

6.

ANALISIS DE RESULTADOS

6.1. Explique porqué la mezcla de acetanilida-acetona destila a temperatura constante y en cambio las mezclas de acetona-agua y metanol-agua destilan a temperatura variable en la destilación simple. 6.2. Explique porqué en la destilación fraccionada las mezclas de acetona-agua y metanolagua destilan a temperatura constante. 6.3. Explique el funcionamiento de la columna de fraccionamiento y en base a esto justifique porque la destilación fraccionada es más eficiente en la purificación de los compuestos liquidos. 6.4.¿Porqué las temperaturas de destilación de la acetona y del metanol no son iguales a las reportadas en la literatura?. 7. 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 8.

CONCLUSIONES ¿Qué es la destilación? ¿En qué casos se utiliza la destilación simple y en cuáles la fraccionada? ¿Todas las mezclas de líquidos se pueden separar por destilación? ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica? ¿Qué modificaciones sugiere realizar para mejorar los resultados? BIBLIOGRAFÍA.

8.1. Glidewell, C. Monoterpenes, Journal of Chemical Education, 68, 3 (1991). 8.2. Mayo, D. W. and Pike, R. M. Microscale Organic Laboratory, John Willey and Sons (1986). 8.3. Maron, S. H., Fundamentos de Fisicoquímica, Limusa, México, 1992. 8.4. Wilcox, C. F., Experimental Organic Chemistry, a Small Scale Approach, Mc Millan, USA (1988). 8.5. Pomilio, A. y Vitale, A. Métodos Experimentales de Laboratorio en Química Orgánica. Serie de Química. Monografía No. 33 OEA.

33

PRÁCTICA No. 7 HIDROCARBUROS 1.

OBJETIVOS:

1.1. Conocer las reacciones químicas que permiten poner de manifiesto la presencia de insaturaciones en los hidrocarburos. 1.2. Sintetizar ciclohexeno a partir de ciclohexanol. 1.3. Distinguir mediante reacciones químicas los hidrocarburos saturados de los insaturados. 2.

INTRODUCCIÓN.

Los hidrocarburos pueden clasificarse básicamente en tres tipos: a) los saturados que incluyen alcanos y los cicloalcanos, b) los insaturados dentro de los que se encuentran los alquenos (olefinas) y los alquinos (acetilenos), y c) los aromáticos. Los alcanos y cicloalcanos son prácticamente inertes desde el punto de vista químico, a causa de esta baja reactividad, se les denomina parafinas (compuestos de poca afinidad). No existen pruebas químicas simples para identificar a los hidrocarburos saturados, estos deben en general ser detectados indirectamente al dar negativas las pruebas químicas de insaturación y aromaticidad. Para el caso de los alquenos, cicloalquenos y alquinos, la presencia de insaturaciones se puede confirmar por medio de reacciones de cishidroxilación, con una solución acuosa de permanganato de potasio (prueba de Baeyer) y por la adición trans de bromo a los dos átomos de carbono del enlace doble. Casi todos los alquenos y alquinos reaccionan con estos reactivos. El número de dobles enlaces se puede determinar cuantitativamente si se mide la cantidad de bromo consumido. Prueba de Baeyer 3

I I C=C I I

+ 2 MnO4- + 4 H2O

I I 3 _C _C _ I I OH OH

+ 2 MnO2 + 2 OH -

Adición de Br 2 Br C C

+

Br2 / CCl4

+

C C

Br C C Br

ROJO

INCOLORO

La excepción a la reacción del bromo son aquellas moléculas que contienen grupos fuertemente atractores de electrones cerca del enlace múltiple; otra complicación de esta prueba es la tendencia de los enlaces C-H adyacentes al doble enlace a reaccionar con el bromo a través de una reacción de sustitución (vía radicales libres) que produce la formación de ácido bromhídrico. Estas reacciones de sustitución se pueden detectar por la formación de niebla ácida, cuando se sopla en la parte superior del tubo de reacción, Una prueba positiva para instauración es aquella en la cual el color del bromo desaparece, sin que se desprenda ácido bromhídrico.

34

La prueba de permanganato de Baeyer es más selectiva que la reacción con Bromo; sin embargo, también presenta sus limitantes, puesto que casi todas las moléculas que se pueden oxidar, como los alcoholes, aldehídos y fenoles, dan positiva esta reacción. Afortunadamente, los dos procesos son complementarios, se recomienda realizar primero la prueba de Baeyer y si es positiva, continuar con la prueba del bromo. Los alquenos son fácilmente oxidados por ciertos reactivos, incluyendo permanganato de potasio acuoso. El producto orgánico depende de las condiciones de reacción, la cishidroxilación se favorece bajo condiciones suaves y el rompimiento a un ácido dicarboxílico se favorece bajo condiciones más vigorosas. 3

C

C

+ 2 MnO4- + 4 H2O

3

C C

+ 2 MnO2 + 2 OH

OH OH

3

C

C

+ 4 MnO4-

3

C O O-

O C O-

+ 4 MnO2 + 2 OH

Los alquenos se pueden preparar a partir de alcoholes y haluros de alquilo, por reacciones de eliminación. Los alcoholes sufren eliminación de agua por el calentamiento con ácido sulfúrico o fosfórico, o al pasar el alcohol en fase vapor sobre alumina o sílica como catalizador a altas temperaturas. La facilidad de deshidratación de los alcoholes sigue el siguiente orden: terciario > secundario >> primario. El alcohol ter-butílico es convertido rápidamente a isobutileno (2-metilpropeno) con ácido sulfúrico al 40-50% a 85 °C. Por otro lado, los compuestos aromáticos constituyen una familia de especies químicas muy extensa y variada; todos sus integrantes guardan una estrecha relación con el benceno, miembro más sencillo del grupo de los hidrocarburos aromáticos. La presencia de la estructura electrónica aromática, estabilizada por la deslocalización de los electrones pi, les confiere un comportamiento químico singular si se les compara con otras especies análogas. Los compuestos aromáticos no sufren las reacciones típicas de alquenos. Sin embargo, distan de ser inertes y en condiciones adecuadas, experimentan fácilmente reacciones de sustitución electrofílica aromática (reacciones en las que un electrófilo sustituye a uno de los hidrógenos del anillo aromático). 3.

ACTIVIDADES PREVIAS

3.1

Desarrolle el diagrama de bloques de la parte experimental.

3.2

Investigue la toxicidad del ácido sulfúrico, del benceno, del cloroformo y del bromo.

3.3 Investigue el punto de ebullición del ciclohexeno y el punto de fusión del ácido benzoico. 3.4 Investigue y desarrolle el mecanismo de la reacción de la transformación del ciclohexanol en ciclohexeno. 3.4 ¿Cuál es el producto esperado en la reacción de oxidación del tolueno con permanganato?

35

4.

SECCIÓN EXPERIMENTAL.

4.1. Material y equipo 10 Tubos de ensayo 3 Pipetas de 5 mL 1 Gradilla 1 Vaso de precipitados de 400 mL 1 Embudo de filtración 1 Embudo de separación de 125 mL 1 Matraz redondo de 100 mL

1 Refrigerante 1 Unión 1 Termómetro. 1 Probeta 1 Cristalizador Parrilla de calentamiento Baño maría

Determinador de punto de fusión

Soporte universal

2 Matraces redondos de 50 mL

Probeta de 50 mL

Conexión

1 Portatermómetro

Bomba para agua con 2 magueras

Papel filtro

4.2 Reactivos -Acetona -Sustancias de prueba: Ciclohexano, ciclohexeno, aceite comestible, benceno y tolueno. -H2SO 4 concentrado -Bisulfito de sodio al 10% -Solución de KMnO4 al 1% -Solución acuosa de KMnO4 al 10%

-Solución de Br2 en CCl4 al 3% -Cloroformo -NaOH al 10% -Solución de Na2CO3 -Na 2SO 4 anhidro

4.3 Procedimiento experimental 4.3.1. Reacciones Químicas de Insaturación. 4.3.1.1.

Prueba de Permanganato o de Baeyer.

1. Colocar en un tubo de ensayo 3 gotas del líquido (30 mg del sólido) a probar más 1 mL de acetona. 2 Adicionar una gota de solución acuosa de permanganato de potasio al 1%, agitar vigorosamente y observar el tubo. 3. Se tendrá una prueba positiva cuando en el lapso de 1 minuto se pierda el color púrpura y se forme un precipitado café insoluble. 4.3.1.2.

Prueba de Bromo en Solución Orgánica.

1. En diferentes tubos de ensayo colocar 3 gotas del líquido (o 30 mg del sólido) a probar. 2. Adicionar 0.5 mL de tetracloruro de carbono y de 2 a 3 gotas de una solución de bromo al 3% en tetracloruro de carbono y agitar. La desaparición del color proporciona una prueba positiva.

36

3. Exponer el tubo a la luz y observar si existe la aparición de niebla en la parte superior del líquido. NOTA: Todos los experimentos anteriores hacerlos con ciclohexano, ciclohexeno, aceite comestible, benceno y tolueno. Se darán dos muestra problemas etiquetadas como A y B para determinar si son alquenos o no. 4.3.1.3.

Oxidación de alquilbencenos con Permanganato de Potasio.

1. Colocar en un matraz balón redondo de 100 mL, 1 g de tolueno o dodecilbenceno más 40 mL de una solución acuosa de KMnO4 al 10% y 1 mL de NaOH acuosa al 10%. 2. Agitar y montar un dispositivo para reflujo, calentar y reflujar la muestra hasta que el color púrpura del KMnO4 desaparezca (aprox. 1½ h). 3. Enfriar la mezcla de reacción y acidificar con H2SO 4 concentrado (tener cuidado con la efervescencia que se origina de la neutralización), 4. Calentar la mezcla por otra media hora y dejar enfriar, eliminar el exceso de MnO2 con la adición de una solución acuosa de bisulfito de sodio al 10%. 5 Enfriar la solución en un baño de hielo, filtrar el precipitado, recristalizar el producto de agua. 6. Dejar secar el producto, pesar y determinar su punto de fusión. 4.3.1.4.

Síntesis de Ciclohexeno.

1. Colocar en un matraz redondo de 50 mL, 5 mL de agua y adicionar por las paredes 4 mL de ácido sulfúrico concentrado, enfriar el ácido diluido del matraz a 20-25°C, 2. Agregar lentamente 3.2 mL de ciclohexanol, unas perlas de vidrio y montar un sistema de destilación simple. El matraz de recolección debe sumergirse en un baño de hielo. 3. Calentar el matraz de destilación con una parrilla de calentamiento para iniciar el proceso de destilación, detener el calentamiento cuando la temperatura de destilación llegue a 90 °C. 4. Colocar el destilado en un embudo de separación y adicionar 1 mL de una solución de carbonato de sodio al 10% para neutralizar las trazas de ácido sulfúrico, agitar cuidadosamente, dejar separar las capas, eliminar la capa inferior. 5. Lavar la capa superior (el ciclohexeno) con 1 mL de agua destilada. Transferir la parte orgánica a un matraz Erlenmeyer de 25 mL y adicionar 0.5 g de sulfato de sodio anhidro para eliminar el agua, agitar ocasionalmente. 6. Decantar el líquido en una probeta de 10 mL para medir el volumen y calcular el rendimiento de la reacción. Instrucciones Particulares. -Varios de los reactivos utilizados en esta práctica son tóxicos, el bromo puede además causar quemaduras. -Manejar las soluciones con especial cuidado y de ser posible en lugares con ventilación.

37

-Las pruebas químicas se realizarán con pequeñas cantidades que pueden ser manejadas fácilmente en frascos de reactivos por lo que la posibilidad de inhalación es mínima. -El ciclohexeno es un líquido volátil e inflamable, tomar las precauciones para evitar incendios y pérdida por evaporación. -Manejar los reactivos en una área ventilada y con precaución, puesto que a los hidrocarburos aromáticos se consideran tóxicos y carcinógenos. 5.

RESULTADOS.

5.1. Reportar los resultados obtenidos para las pruebas químicas en una tabla. Indique en base a sus resultados si A y B son alquenos. 5.2. Escribir las ecuaciones de las reacciones químicas que tienen lugar en cada experimento. 5.3. Reportar el rendimiento de la síntesis del ciclohexeno. Escriba todos los cálculos. 5.4. Reportar el punto de fusión y el rendimiento de la obtención del ácido benzóico. Escriba todos los cálculos. 6.

ANALISIS DE RESULTADOS

6.1. Explique si los resultados obtenidos en las pruebas de Baeyer y de bromo son de acuerdo a lo esperado para los reactivos que se conoce su identidad, de no ser así, trate de encontrar una razón adecuada para explicar los resultados erróneos. 6.2. Explicar porqué los compuestos aromáticos no dan positivas las pruebas de Baeyer y de bromo si también tienen dobles enlaces carbono-carbono como los alquenos. 6.3 ¿El intervalo de fusión del ácido benzoico fue igual al reportado en la literatura? Si no es igual, a que se lo pueden atribuir. 5.4. ¿Cómo fue el rendimiento de su producto sintetizado? Si fue bajo (inferior al 65 %) indique las razones probables por las que obtuvieron ese rendimiento. 7.

CONCLUSIONES

7.1 ¿Qué son los hidrocarburos? ¿Cómo se clasifican los hidrocarburos? ¿Cuáles son los usos principales de los hidrocarburos? 7.2 ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica? 7.3 ¿Qué sugieren para obtener resultados más confiables y precisos? 7.

BIBLIOGRAFÍA.

8.1. Fessenden, R.J. y Fessenden. J. S., Química Orgánica, Ed. Interamericana (1983). 8.2. Wilcox, C.F., Experimental Organic Chemistry. A Small Scale Aproach, M. Millan Jr. (1983). 8.3. Vogel, A.I., Elementary Prctical Organic Chemistry part I. Small Scale Preparations, Longmono (1978). 8.4. Pine, S. H. Hendrickson, J. B. Craw, D. J. y Hammond, G. S., Química Orgánica, Ed. Mc. Graw Hill (1985).

38

PRÁCTICA No. 8 HALOGENUROS DE ALQUILO 1.

OBJETIVOS

1.1. Identificar mediante reacciones químicas los halogenuros de alquilo. 1.2 Realizar la síntesis del cloruro de terbutilo a partir del alcohol terbutilico 2.

INTRODUCCIÓN.

Los compuestos orgánicos halogenados pueden ser considerados como derivados de los hidrocarburos (por la sustitución de uno o más hidrógenos por un halógeno). De acuerdo a sus características químicas, se pueden clasificar en las siguientes categorías. Primarios

R X

Secundarios

R2

CH X

Terciarios

R3

C X

Alílicos

CH2

Alquilo

Halogenuros

Bencílicos

Vinilo Arilo

CH2

CH

CH CH2 CH2

X X

X X

Los halogenuros de alquilo son en general moléculas relativamente reactivas y sufren reacciones de sustitución y eliminación. Los halogenuros de arilo y de vinilo generalmente son inertes a las reacciones de sustitución y eliminación debido a la influencia que ejercen las insaturaciones sobre el enlace carbono halógeno de estos compuestos. El enlace CX es un enlace muy polarizado que conduce a la asociación de las moléculas por atracción de dipolos permanentes. La reacción principal de los R-X es la sustitución nucleofílica, las reacciones de los halogenuros de alquilo primarios usualmente sigue un mecanismo SN2 (substitución nucleofílica de segundo orden) y sus reactividades relativas presentan el siguiente orden: metílico > primario > bencilico > secundario > terciario. En muchas reacciones típicas que se efectúan por este mecanismo, la velocidad de reacción para el CH3 -X puede ser de 10 a 20 veces más rápida que para su análogo de etilo (CH3 CH2 -X). Este tipo de reacción se evidenciará en esta práctica con el reactivo de KI en acetona. Las reacciones de los derivados terciarios siguen un mecanismo del tipo SN 1 (sustitución nucleofílica unimolecular): el paso determinante de la reacción es el rompimiento heterolítico del enlace carbono-halógeno para formar el intermediario (carbocatión). Los halogenuros de alquilo secundarios pueden reaccionar por mecanismos del tipo SN1 y SN2 o un híbrido de ambos, esto dependerá de las condiciones de reacción. El proceso SN2 se ve favorecido por nucleófilos fuertes, alta concentración del reactivo y disolventes poco polares. El mecanismo SN1 es favorecido por nucleófilos débiles y baja concentración, y especialmente en disolventes altamente polares.

39

3.

ACTIVIDADES PREVIAS

3.1

Desarrolle un diagrama de bloques para el procedimiento experimental

3.2 Investiga la toxicidad de los siguientes compuestos; ácido nítrico, clorobenceno, ácido clorhídrico y cloroformo. 3.3 Describe con estructuras como ocurre el mecanismo SN1 y SN2. 3.4 Investiga el punto de ebullición y los usos del cloruro de terbutilo. 4.

SECCIÓN EXPERIMENTAL.

4.1

Material y equipo 12 Tubos de ensayo 1 Gradilla 2 Vasos de precipitados de 100 mL 1 Embudo de separación de 125 mL 1 Parrilla de calentamiento

4.2

Reactivos Solución de nitrato de plata en etanol al 2% Solución KI en acetona al 15% Solución ácido nítrico diluido (1:20) *Sustancias a probar (Halogenuros): clorobenceno, cloruro de sec-butilo, diclorometano, cloruro de bencilo, cloruro de tbutilo.

3 Pipetas graduadas de 5 mL 1 Pipeta graduada de 10 mL 1 Baño María 1 Anillo 1 probeta de 25 mL

Solución de bicarbonato de sodio al 5% Sulfato de sodio anhidro

- Reactivo de Lucas: Enfriar 21 mL de HCl concentrado y adicionar 27.2 g de ZnCl2 anhidro, agitar hasta disolución y colocarla a temperatura ambiente. 4.3. Procedimiento Experimental. 4.3.1.

Propiedades Químicas de los halogenuros y síntesis del cloruro de t-butilo

4.3.1.1.

Reacción con nitrato de plata.

1. Colocar en diferentes tubos de ensayo 0.5 mL de los siguientes halogenuros: clorobenceno, cloruro de bencilo, diclorometano, cloruro de t-butilo y cloruro de sec-butilo. 2. Adicionar 2 mL de una solución etanólica de AgNO3 al 2%, agitar y dejar en reposo. 3. Se tiene una prueba positiva si se presenta un precipitado del haluro de plata (blanco) dentro de los primeros cinco minutos. Si no se presenta reacción en este tiempo, calentar ligeramente los tubos hasta que la solución empiece a ebullir, durante cinco minutos. Anotar sus observaciones. 4. Si se forma un precipitado, ya sea a temperatura ambiente o por calentamiento, verifique que se trata del haluro de plata y no de una sal de plata proveniente de un ácido orgánico. Adicionar 2 gotas de ácido nítrico diluido. Las sales de plata se disuelven, el haluro de plata no.

40

4.3.1.2.

Reacción con yoduro de potasio.

1. Colocar en diferentes tubos de ensayo 0.5 mL de los haluros probados en el procedimiento anterior. 2. Adicionar 1 mL de una solución de KI al 15% en acetona, agitar y dejar reposar. 3. Se obtiene una prueba positiva cuando se presenta un precipitado blanco, dentro de los primeros cinco minutos. Si no ocurre la reacción, calentar los tubos en baño de agua a 50°C. Después de cinco minutos enfriar a temperatura ambiente. Anotar las observaciones. 4.3.1.3.

Síntesis de cloruro de tert-butilo

1. En un embudo de separación de 125 mL, colocar 10 mL (0.18 mol) de HCl concentrado frío (5 °C) y 5 mL (0.053 mol) de alcohol t-butílico 2. Agitar con precaución durante 15-20 minutos regulando la presión interna del embudo. 3. Dejar separar la mezcla en dos fases, descartar la fase inorgánica (capa inferior), lavar la parte orgánica que contiene el producto con 4-6 mL de agua destilada y luego con 10 mL de una solución de bicarbonato de sodio al 5 % (PRECAUCION: Tener cuidado con la efervescencia que se produce), lavar una vez más con 10 mL agua destilada. 4. Pasar el producto a un matraz Erlenmeyer de 125 mL seco, adicionar sulfato de sodio anhidro para eliminar el agua. Transferir por decantación el compuesto a una probeta de 25 mL. Medir el volumen. 5. RESULTADOS. 5.1. Indicar que tipo de halogenuro es cada una de las sustancias probadas en la reacción con nitrato de plata y con yoduro de potasio. 5.2 Indicar el resultado que obtenido para cada compuesto de prueba. En este caso también se debe reportar el tiempo que tardó en formarse el precipitado 5.3 Indicar el volumen de cloruro de terbutilo obtenido y calcular el rendimiento de la reacción. 6. ANALISIS DE RESULTADOS. 6.1. Indicar si sus resultados están de acuerdo con lo que indica la teoría, en caso de que no sea así tratar de encontrar un a razón lógica y valida por la que no se observo lo esperado. 6.2. Escribir todas las ecuaciones de las reacciones que se efectuaron durante la experimentación 6.3. Explicar a qué se deben las diferencias entre las velocidades de reacción de los distintos halogenuros probados. 6.4. Si su rendimiento fue bajo, explicar a que factores o por que razones fue así.

41

7.

CONCLUSIONES

7.1 ¿Qué es un halogenuro de alquilo? ¿Cómo se clasifican los halogenuros? 7.2 ¿Cuáles son las propiedades físicas generales de los halogenuros de alquilo? 7.3 ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica? 7.4 En el caso de no haberse cumplido satisfactoriamente los objetivos de la práctica, que modificaciones sugeriría para mejorar la practica.

8.

BIBLIOGRAFÍA.

8.1. Fessenden R. J., y Fessenden J.S., Química Orgánica. Grupo Editorial Interamericano(1983). 8.2. Solomons. T. W. G., Química Orgánica, Ed. Limusa, (1983). 8.3. Wingrone, A. S. y Caret, R. L., Química Orgánica, Harla, (1984).6.4. Hart, H. and Schuetz, R. D., Organic Chemistry, Hounghton Mifflin Company (1986). 8.4. Shriner, R. L., Fuson, R.C., and Curtin, D., Systematic Identification of Organic Compounds, John Wiley and Sons, (1964). 8.5. Wilcox, C. F., Experimental Oraganic Chemistry, A Small Scale Aproach., Mc. Millan Jr. (1988).

42

PRÁCTICA No. 9 ALCOHOLES 1.

OBJETIVOS:

1.1 Diferenciar mediante la prueba de Lucas si un alcohol es primario, secundario o terciario. 1.2 Determinar mediante la prueba del cloruro férrico si una sustancia desconocida es un fenol. 1.3 Realizar la síntesis de un alcohol por la reducción de una cetona. 2.

INTRODUCCIÓN.

Los alcoholes son derivados de los hidrocarburos saturados o insaturados a los que se les ha reemplazado un átomo de hidrógeno por un grupo hidroxilo (-OH). Si el grupo -OH está unido a un anillo aromático se denominan fenoles. El efecto que el grupo hidroxilo ejerce sobre la molécula es el de proporcionar una polaridad considerable, les permite asociarse por medio de enlaces por puente de hidrógeno, presentan además características hidrofílicas (afinidad por el agua) y les confiere propiedades ácidas (ej. fenoles). Sus puntos de ebullición y de fusión son más altos que los de los alcanos y alquenos correspondientes debido a las fuerzas de atracción que se presentan entre los hidroxilos. La química de los alcoholes también dependen del tipo de grupo R al que esté unido el OH, con base en esto se les puede clasificar en las siguientes especies: alquílicas, arílicas, vinílicas y bencílicas. Los alcoholes alquílicos pueden ser: primarios (RCH2 OH), secundarios (R2-CH-OH), terciarios (R3C-OH) y alílicos (CH2 =CH2 -CH2-OH). Si el OH está unido directamente a un doble enlace se denomina vinílico. Las principales reacciones químicas de los alcoholes involucran la ruptura heterolítica de la unión C-OH por lo que pueden sufrir reacciones de sustitución o eliminación de manera análoga a los halogenuros de alquilo. Algunas de las reacciones características de los alcoholes permiten distinguir alcoholes primarios y secundarios de los alcoholes terciarios. La prueba de Lucas proporciona cierta información de la estructura del alcohol, puesto que se basa en la conversión del alcohol al cloruro de alquilo correspondiente (insoluble en agua). La facilidad de dicha reacción depende de la estabilidad del carbocatión que se forma y permite diferenciar los alcoholes primarios y secundarios de los terciarios. Por otro lado, los fenoles poseen dos grupos funcionales importantes: el anillo bencénico y el grupo hidroxilo, por lo que las propiedades químicas de estos compuestos incluyen las características de ambos. El protón del grupo hidroxilo aromático es más ácido que el protón de los alcoholes alifáticos, así mismo el anillo bencénico es más susceptible al ataque por reactivos electrofílicos. Dos de las reacciones químicas que permiten identificar en forma rápida un fenol es su reacción con álcalis y su reacción con cloruro férrico. Muchos fenoles y algunos compuestos relacionados (enoles) forman complejos de coordinación con el ión férrico de colores rojos, azules, púrpuras o verdes. Los alcoholes se encuentran entre los intermediarios sintéticos más versátiles tanto en el laboratorio como en la naturaleza. Ciertos alcoholes se usan para preparar polímeros, perfumes y medicamentos, también se usan agentes saborizantes en confitería y algunos

43

otros se emplean como disolventes en la elaboración de lacas, pinturas y removedores. La producción de fenoles para su uso como antisépticos, en la síntesis de plásticos, resinas y colorantes se desarrollo de forma paralela con la industria del alquitrán de hulla. Una gran variedad de alcoholes se pueden obtener por hidratación de alquenos, por hidrólisis de ésteres, por hidrólisis de halogenuros, por reacciones de hidroboración y por reducciones de aldehídos y cetonas. La reducción del grupo carbonilo de aldehídos y cetonas puede lograrse de varias formas, pero una de las más sencillas a nivel laboratorio se consigue con el borohidruro de sodio (NaBH4), este reactivo es de una alta capacidad reductora puesto que un mol puede reducir cuatro moles de una cetona o aldehído. La reacción de reducción con este reactivo es bastante selectiva puesto que no reduce nitrilos, compuestos nitro, ácidos carboxílicos, ésteres ni lactosas. 3.

ACTIVIDADES PREVIAS

3.1

Desarrolle el diagrama de bloques de la parte experimental.

3.2 Investigue la toxicidad y precauciones que se deben tener al usar los siguientes reactivos: fenol, terbutanol, alcanfor y borohidruro de sodio. 3.3

Consulte el punto de fusión del alcanfor y el isoborneol.

3.4

Investiga las reacciones principales de los alcoholes.

3.5 Busca la fórmula semi desarrollada o de líneas de los compuestos que no conozcas, de los indicados en la sección 4.2 Reactivos. 3. SECCIÓN EXPERIMENTAL. 4.1

4.2

Material y equipo Parrilla de calentamiento Gradilla 10 Tubos de ensaye Reactivos n-butanol Secbutanol Terbutanol HCl conc. ZnCl2 anhidro Cloruro ferrico Isopropanol

2 vasos de precipitados de 100 mL Matraz redondo de 50 mL Pipeta de 5 mL

Fenol Resorcinol Ácido salicilico Aspirina Etanol 96 % alcanfor Borohidruro de sodio

4.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. 4.3.1Prueba de Lucas. 1. Colocar en un tubo de ensaye 1.5 mL del reactivo de Lucas 2. Adicionar 5 gotas del alcohol a analizar (n-butanol, ter-butanol y sec-butanol), agitar vigorosamente y dejar reposar.

44

3. Anotar el tiempo requerido para la formación del cloruro de alquilo, que aparece como una capa insoluble o una emulsión. Los alcoholes terciarios presentan una separación de fases inmediata, los secundarios requieren cerca de 5 minutos para reaccionar y los primarios aproximadamente una hora. 4.3.2.2.

Reacción del Complejo Férrico.

1. Colocar aproximadamente 20 mg (3 a 5 cristales) de la sustancia a analizar (fenol, resorcinol, ácido salicílico y aspirina) en un tubo de ensayo y disolverla en 2 mL de etanol. 2. Adicionar unas 2 gotas de solución acuosa de cloruro férrico al 3%, agitar vigorosamente. 3. Comparar el color de la solución con un tubo testigo al que solo se le debe agregar etanol y el cloruro férrico. Anotar sus observaciones. 4.3.2.3.

Síntesis de isoborneol por reducción del alcanfor.

1. Colocar en un matraz redondo de 50 mL 0.5 g de alcanfor y disolverlo en 2 mL de isopropanol. 2. Añadir con precaución y en pequeñas porciones 0.3 g de borohidruro de sodio, si la temperatura se eleva, enfriar en un baño de hielo 3. Calentar el matraz en un baño maría durante 10 minutos. 4. Verter la mezcla sobre 15 g de hielo picado y dejar reposar 20 minutos. 5. Filtrar y lavar el precipitado con agua fria. 6. Secar y determinar los gramos obtenidos y el punto de fusión Instrucciones Particulares. - Los compuestos fenólicos en estado puro o soluciones concentradas son tóxicos y causan quemaduras, EVITE EL CONTACTO CON LA PIEL. - Evitar la inhalación de los vapores de los halogenuros de alquilo que se producen en la prueba de Lucas. Recuerde que son tóxicos. - La solución de FeCl 3 3% debe prepararse el día de la práctica.

5.

RESULTADOS.

5.1 Indicar el resultado obtenido para cada compuesto en la prueba de lucas (para las pruebas positivas se debe indicar el tiempo que tardó en formarse el halogenuro de alquilo). 5.2 Para la prueba del complejo férrico indicar cuales compuestos dieron prueba positiva. 5.3 Para la síntesis de isoborneol indicar el punto de fusión experimental y determinar si se obtuvo el compuesto esperado. Reportar los gramos de producto y calcular el rendimiento de la reacción. 6.

ANALISIS DE RESULTADOS

6.1. Clasifique los alcoholes usados en la prueba de Lucas é Indique si sus resultados obtenidos están de acuerdo a lo esperado. En caso de obtener resultados erróneos explicar a que se puede atribuir.

45

6.2. En base a las estructuras de los compuestos; resorcinol, ácido salicílico y aspirina, indicar si sus resultados obtenidos en la prueba del complejo ferrico son adecuados. En caso de que la aspirina diera prueba positiva, (una muestra de aspirina caducada suele dar prueba positiva) como explicaría este resultado. 6.3. En base a sus resultados de punto de fusión indique si obtuvieron el isoborneol. En base al intervalo de fusión. ¿Que pueden comentar con respecto a la pureza del producto?. 6.4 Si su rendimiento fue bajo, indique las probables razones.

7. 7.1 7.2 7.3 7.4

8.

CONCLUSIONES ¿Qué son los alcoholes? ¿Cómo se clasifican? ¿Cuáles son los métodos principales para producir alcoholes? ¿Cuáles son los usos principales de los alcoholes? ¿Qué pruebas se realizaron para caracterizar a los alcoholes y a los fenoles? ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica? ¿Qué modificaciones se pueden realizar a la práctica para obtener mejores resultados? BIBLIOGRAFÍA.

8.1. Wilcox C. F., Experimental Organic Chemistry. A small Scale Approach., Ed. Mc. Millan (1988). 8.2. March, J., Avanced Organic Chemistry, Wiley (1988). 8.3. Domínguez, X. A., y Domínguez X. A., Química Orgánica Experimental, Ed. Limusa (1990). 8.4. Wingrone, A. S., Caret, R. L., Química Orgánica, Harla (1989). 8.5.

Fessenden, R. J., Fessenden, J. S., Química Orgánica, Ed. Iberoamericana (1983).

46

PRÁCTICA No. 10 ALDEHIDOS Y CETONAS I. OBJETIVOS. 1.1. Identificar mediante reacciones químicas el grupo carbonilo. 1.2. Demostrar la influencia de los sustituyentes del carbono carbonílico sobre el comportamiento químico en los aldehídos y las cetonas. 1.3. Sintetizar mediante una reacción de condensación aldólica cruzada la dibenzalacetona. 2. INTRODUCCIÓN. Probablemente uno de los grupos funcionales más importantes en química orgánica es el grupo carbonilo (I). Forma parte estructural de un gran número de compuestos, como los ácidos carboxílicos, ésteres, tioésteres, amidas, anhídridos, haluros de ácido, que conjuntamente con los aldehídos y cetonas participan como intermediarios fundamentales en la biosíntesis de moléculas de importancia biológica en los organismos vivos.

R C

O

R Grupo carbonilo (I) Particularmente la conducta química y espectroscópica de los aldehídos y cetonas dependen principalmente del grupo carbonilo, además de algunas variaciones que se manifiestan por las diferencias de la naturaleza química del grupo R que está unido al grupo funcional principal. El centro de reactividad de estos compuestos es el enlace pi del grupo carbonilo, que se encuentra fuertemente polarizado y puede atraer tanto electrófilos como nucleófilos. Así una de las reacciones más generales para está clase de compuestos son las de adiciones de agentes nucleofílicos. Por otra parte, muchas de las reacciones de importancia de los compuestos carbonílicos tienen lugar sobre el átomo de carbono adyacente al grupo carbonilo, en el carbono . Un ejemplo, es la enolizacion, proceso en el cual un átomo de hidrógeno unido al carbono de un compuesto carbonílico (hidrógeno ) se desplaza al oxígeno carbonílico, a este proceso también se le conoce como TAUTOMERÍA CETO-ENÓLICA. H O

OH

C C

C C

CARBONILO

ENOL

Los hidrógenos  al grupo carbonilo de aldehídos y cetonas poseen una acidez considerablemente mayor que sus hidrocarburos análogos. Esto puede ser atribuido a la capacidad del grupo carbonilo para deslocalizar la carga negativa de la base conjugada, mejor conocido como ANIÓNENOLATO, especie que participa también en el proceso de enolización catalizada por bases.

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O

H +

C C

B:

O

O

-

C C

-

C C

Los iones enolato participan en algunos procesos sintéticos de la química orgánica que son de mayor importancia. La mayoría de las reacciones del ion enolato tiene lugar a través del carbono como nucleófilo, y no a través del oxígeno, también sabemos que el átomo de carbono carbonílico es electrófilo. La combinación de ambas especies, la nucleofílica del carbonión enolato y la electrófila del carbono carbonílico, conduce a un importante grupo de métodos sintéticos conocidos como REACCIONES DE CONDENSACIÓN DEL CARBONILO. Un ejemplo de estas reacciones, es la CONDENSACIÓN ALDÓLICA, que es el resultado de combinar dos moléculas de aldehído para generar una aldol. Por otra parte, los aldehídos que no contiene hidrógenos , no pueden formar iones enolato, por lo que no pueden dimerizarse en una condensación aldólica. Sin embargo, estos aldehídos se pueden hacer reaccionar con otros aldehídos o cetonas que contengan hidrógenos produciéndose una condensación entre ambos, conocida como “Condensación Aldólica Cruzada”. Una condensación aldólica cruzada es más útil cuando sólo uno de los compuestos carbonílicos tiene hidrógenos . Las metil cetonas pueden ser usadas en las condensaciones aldólicas cruzadas con aldehídos que no contienen hidrógenos (Aldehídos aromáticos o formaldehído). Ejemplo: O CH

+

O

O

CH3 C

CH C H C BENZALACETOFENONA

Centraremos nuestra atención en aquellas reacciones que permiten diferenciar los aldehídos y cetonas de otro tipo de compuestos y que proporcionan un esquema útil de identificación química, así como un criterio químico esencial. Por ejemplo, la reacción de aldehídos y cetonas con aminas primarias da lugar a formación de iminas (también conocidas cómo bases de Schiff), constituyen intermediarios importantes en la biosíntesis de aminoácidos. Algunos productos de tipo imínico (oximas, hidrazonas, fenilhidrazonas, 2,4 dinitrofenilhidrazonas y semicarbazonas) formados a partir de aldehídos o cetonas con compuestos nitrogenados, hidroxilamina, hidrazina, fenilhidrazina, 2,4-dinitrofenilhidrazina y semicarbazona respectivamente, constituyen derivados estables que se pueden caracterizar con relativa facilidad. En especial las 2,4dinitrofenilhidrazonas (DNFH) son derivados sólidos de alto PM cuyo color depende del grado de conjugación de los aldehídos o cetonas, por lo que se les emplea como medio de identificación química de compuestos aldehídicos o cetónicos. Otro tipo de reacción que proporciona información valiosa es la oxidación. Las cetonas no se oxidan con facilidad como ocurre con los aldehídos que forman rápidamente ácidos carboxílicos. El KMnO 4 y K2Cr2O 7 son los compuestos más empleados, pero no son los

48

únicos que se pueden utilizar. También agentes oxidantes suaves como las sales de Ag y Cu son muy empleados. El reactivo de Tollens (solución alcalina de hidróxido de plata amoniacal) se utiliza para la identificación química de aldehídos, formándose un espejo de plata al oxidarse el compuesto en prueba. El reactivo de Benedict (solución alcalina de citrato o tartrato cúprico) también es útil, sin embargo es más sensible el reactivo de Tollens. Por otro lado la prueba de la Fucsina de Shifft o amoniacal muestra la fácil formación de aductos de SO 2 de aldehídos, pero no de cetonas. Algunas otras reacciones se utilizan para distinguir los aldehídos de las cetonas como son la prueba del Iodoformo, bisulfito, etc. 3. ACTIVIDADES PREVIAS 3.1. El alumno deberá documentarse para poder escribir las ecuaciones de las reacciones químicas que tienen lugar en cada experimento. 3.2. Explicar ¿A que se debe la reactividad del grupo carbonilo? y¿Que tipo de reacciones puede presentar? 3.3.

Investigar en que tipo de compuestos de origen natural se encuentran presentes el grupo aldehído y cetona.

3.4.

Buscar las propiedades farmacológicas de 2,4-dinitrofenilhidrazina, dibenzalacetona

4. SECCIÓN EXPERIMENTAL. 4.1. Material y equipo 12 Tubos de ensayo 2 Pipetas graduadas de 1 mL 3 pipetas graduadas de 5 mL 1 Embudo para filtración 1 Matraz Erlenmeyer de 125 mL 4.2. Reactivos Solución de nitrato de plata al 5%. Solución de hidróxido de amonio al 2% Solución acuosa de CuSO4 al 7% Solución alcalina de tartrato de sodio y potasio Ácido sulfúrico concentrado NaOH al 10.0%.

1 Baño María 1 Agitador de vidrio 2 vasos de precipitados de 250 mL. 1 pinzas para tubo de ensayo 1 parrilla de calentamiento

Yodo al 10% en yoduro de potasio Agua destilada Etanol 96% Solución de KMnO 4 al 0.3 % Ácido clorhídrico Reactivos de prueba: benzaldehído, glucosa, acetaldehído, ciclohexanona, acetona y etanol

- Solución de 2,4-dinitrofenilhidrazina: colocar 0.3 g de 2,4-dinitrofenilhidrazina en un vaso de precipitado de 50 mL, adicionar 1 mL de agua seguido de 1 mL de H2 SO4 concentrado, con agitación, dejar enfriar y adicionar 15 mL de etanol.

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- Solución alcalina de tartrato de sodio y potasio (4 g de tartrato de sodio y 14 g de NaOH en 100 mL de agua). - Yodo al 10.0% en yoduro de potasio ( 10.0 g de yodo en una solución que contenga 20.0 g de yoduro de potasio en 0.0 mL de agua y aforar a 100 mL). 4.3.

Procedimiento experimental

4.3.1.

Reacciones del grupo carbonilo

4.3.1.1.

Reacción con la 2,4-dinitrofenilhidrazina

-A 1 mL de reactivo de 2,4-dinitrofenilhidrazina, adicionar unas gotas del compuesto a identificar (glucosa, benzaldehído, acetona) ó si es sólido ±50 mg disuelto en una mínima cantidad de etanol al 95%. -Una prueba positiva se obtiene con la formación de un precipitado de color amarillo a rojo. Si no aparece un precipitado dentro de los primeros 15 minutos, calentar ligeramente por 5 minutos, dejar reposar y observar. 4.3.1.2. Reacción de Tollens. Identificación del grupo aldehído (formación del espejo de plata) -Colocar en un tubo de ensayo 1 mL de una solución de nitrato de plata al 5%. Adicionar gota a gota 1 mL de solución de NaOH al 10% (observar la formación de un precipitado); con agitación constante adicionar gota a gota una solución diluida de amoniaco (aproximadamente al 2%) hasta que se disuelva el precipitado (tener cuidado de no exceder la cantidad de amoniaco). -Agregar unas gotas de la sustancia a identificar (benzaldehído y acetona), agitar y dejar reposar 10 min. Si no se observa ninguna reacción calentar los tubos en un baño de agua a 40 ºC durante 10 minutos y dejar reposar. -La prueba es positiva cuando se forma un espejo de plata. Hacer esta prueba con los 5 reactivos *. NOTA: Los compuestos orgánicos insolubles en agua se pueden disolver en alcohol. 4.3.1.3. Reacción con permanganato de potasio -Colocar 6 gotas del reactivo a evaluar (benzaldehído y acetona) en un tubo de ensayo y agregar 1 ó 2 gotas de la solución de permanganato de potasio al 0.3% agitar. -Observar si en el transcurso de 1 minuto no se observa alguna reacción, adicionar 1 gota de solución de hidróxido de sodio al 10%. 4.3.1.4.

Reacción de Fehling (Para aldehídos o azúcares reductores)

-Colocar en un tubo de ensayo 1 mL de la solución acuosa 7% de CuSO4, 1 mL de solución alcalina de tartrato de sodio y potasio y 0.5 mL (0.5 g) de la muestra a analizar (glucosa y acetona), colocar los tubos en un baño de agua hirviendo durante 10 minutos y anotar sus observaciones.

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4.3.1.5.

Reacción de haloformo (Identificación de metilcetonas)

-En un tubo de ensayo mezclar tres gotas del líquido a probar (benzaldehído y acetona) en 2.0 mL de agua y 2.0 mL de hidróxido de sodio al 10.0%. -Adicionar gota a gota y con agitación una solución de yodo al 10.0% en yoduro de potasio, hasta que un color café persista (esto indica un exceso de yodo). Con algunos compuestos el precipitado de yodoformo, de color amarillo aparece casi inmediatamente y en frío. Si esto no ocurre en los primeros cinco minutos, calentar la solución a 60 ºC, sí desaparece el color café adicionar más solución de yodo hasta que el color persista mínimo por dos minutos, en ese momento adicionar algunas gotas de la solución de hidróxido de sodio para eliminar el exceso de yodo y diluir la mezcla con 5.0 mL de agua. Dejar reposar cinco minutos a temperatura ambiente. 4.3.2.

Síntesis de dibenzalacetona

-En un matraz erlenmeyer de 125 mL colocar 0.4g de hidróxido de sodio en 2 mL de agua destilada y 2 mL de alcohol etílico al 95%. -Enfriar la solución formada y adicionar 0.3 mL de acetona y 0.8 mL de benzaldehído, agitar la mezcla de reacción durante 15 min, tiempo en el cual se forma un sólido amarillo que posteriormente se convierte en un precipitado floculento. -Filtrar sobre un embudo buchner. -Lavar el sólido resultante con agua fría. -Recristalizar de alcohol etílico. -Filtrar, secar y determinar el punto de fusión. Nota- Si al recristalizar el producto presenta una coloración rojiza, neutralizar el exceso de hidróxido de sodio con una solución de ácido clorhídrico al 50% hasta obtener un pH de 78. 4.4. Instrucciones particulares -El material de vidrio que se utiliza en cada prueba debe estar perfectamente limpio, para evitar interferencia de contaminantes que lleven a una falsa interpretación. -Evitar el contacto de los reactivos con la piel, particularmente tener especial cuidado la 2,4dinitrofenilhidrazina por que es cancerígena. -En la reacción de Tollens el reactivo de hidróxido de plata amoniacal debe prepararse justo en el momento de usarse. Una solución en reposo de éste compuesto puede descomponerse y depositar un precipitado explosivo de nitruro de plata (Ag3 N). Para asegurar la eliminación total de trazas de éste reactivo, adicionar al término de la prueba ácido nítrico concentrado a los tubos de ensayo y colocar esta solución en un frasco de desecho.

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5. RESULTADOS 5.1. Resumir las observaciones de cada prueba en las tablas siguientes: Compuesto

Reacción con 2,4-dinitrofenilhidracina Observaciones

Glucosa Benzaldehído Acetona Diga que tipo de compuestos caracteriza esta prueba y cuáles son sus limitantes __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________ Compuesto

Reacción de Tollens Observaciones

Benzaldehído Acetona Diga que tipo de compuestos caracteriza esta prueba y cuáles son sus limitantes __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________ Compuesto

Reacción con permanganato de potasio Observaciones

Benzaldehído Acetona Diga que tipo de compuestos caracteriza esta prueba y cuáles son sus limitantes __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________ Compuesto

Reacción de Fehling Observaciones

Glucosa Acetona Diga que tipo de compuestos caracteriza esta prueba y cuáles son sus limitantes __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________ Compuesto

Reacción de haloformo Observaciones

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Benzaldehído Acetona Diga que tipo de compuestos caracteriza esta prueba y cuáles son sus limitantes __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________ 5.2. Reportar el punto de fusión del compuesto sintetizado y compararlo con el de la literatura. 5.3. Anexar copia de los espectros infrarrojos reportados en la literatura para un aldehído y una cetona*, (Se discutirá al final del curso). 6. ANALISIS DE RESULTADOS El alumno analizará los resultados de la parte experimental sobre la reactividad del grupo carbonilo en base a las actividades previas investigadas al desarrollo de esta práctica 7. CONCLUSIONES El alumno concluirá sobre desarrollo de la práctica en base a los objetivo 1.1, 1.2 y 1.3 planteados al inicio de la sección. 8. BIBLIOGRAFÍA 8.1 Mayo, D.W and P. Ke,R.M. Microscale Organic Laboratory. Jhon Wiley and Sons. 1977. 8.2 Wilcox, C.F. Experimental Organic Chemistry. A Small-Scale Approach. Ed. Mc. Millan 1978. 8.3 Pavia, D.L. Lampan, G. M., Kriz S. G. Introduction to Organic Laboratory technique. W. B. Saunders. Company. London 1976. 8.4 Vogel, A. I. A Textbook of PRÁCTICAl Organic Chemistry. A. Ed. Longmans. London 1982. 8.5 Pasto, D.,Jhonson C. R. Determinación de Estructuras Orgánicas. Ed. Reverte S. A. México. 1974

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PRÁCTICA No. 11 ÁCIDOS CABOXÍLICOS Y SUS DERIVADOS I. OBJETIVOS. 1.1. Identificar químicamente los ácidos carboxílicos y sus derivados. 1.2. Determinar la relación estructura-reactividad química de los ácidos carboxilicos y sus derivados. 1.3. Sintetizar acetato de isoamilo por reacción de esterificación. 2. INTRODUCCIÓN. El grupo funcional carboxilo (COOH) es parte fundamental de la estructura molecular de los ácidos carboxílicos. En éste se resumen las propiedades físicas, químicas y bioquímicas de los grupos funcionales carbonilo e hidroxilo. En general los ácidos carboxílicos y sus derivados se caracterizan por tener dentro de su estructura molecular el grupo carbonilo; presentan propiedades químicas similares obviamente con particularidades propias derivadas de las diferencias estructurales. Estos compuestos participan principalmente en reacciones de sustitución nucleofílica y en reacciones ácido-base formandose los carboxilatos y los -carbaniones en algunos de los derivados. Los ácidos carboxílicos, ésteres, amidas y anhídridos de origen natural y sintético son abundantes y ampliamente utilizados como fármacos, saborizantes, antioxidantes, conservadores de alimentos, etc. Esto justifica la búsqueda constante de nuevas alternativas biosintéticas y de síntesis química orientada hacia la obtención de dichos compuestos. El ácido benzoíco se presenta de manera natural en la benzoína y en varias sustancias balsámicas, de las que se puede obtener por sublimación, pero en pequeñas cantidades, se puede sintetizar a partir de una gran variedad de compuestos como el Tolueno, Anhídrido Ftálico Benzaldehído, etc. Los procesos de síntesis química para el ácido benzoico son diversos y de fácil realización como se manifiesta en la síntesis de éste ácido a partir de una metil-cetona (acetofenona) en presencia de hipoclorito (reacción del haloformo).

R

C O

METIL CETONA

CH3

+ X2

NaOH

R

C

O Na

+

CHX3

O

CARBOXILATO DE SODIO HALOFORMO

El ácido benzoíco se usa básicamente como fungistático, algunos de sus derivados, como el ácido 2,3,6-Tricloro benzoico (2,3,6-TBA) muestran prometedoras propiedades herbicidas en el maíz, el ácido 3-amino-2,5-dicloro benzoico se emplea como herbicida en maíz y soya.

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Los ésteres pueden ser preparados por esterificación directa de un ácido con un alcohol en presencia de catálisis ácida (ácido sulfúrico, ácido clorhídrico) y por alcoholisis de cloruros de ácidos, anhídridos de ácidos y nitrilos. Ocasionalmente se pueden obtener por el calentamiento de sales metálicas de ácidos carboxílicos con un halogenuro de alquilo o con otro agente alquilante. La esterificación directa es una reacción de adición nucleofílica, catalizada por ácidos, de un alcohol del grupo carbonilo del ácido carboxílico. Debido a que la reacción es reversible y el equilibrio no procede a favor de la formación del éster, es necesario desplazar la reacción hacia la derecha para obtener un buen rendimiento, esto puede lograrse por el uso de exceso de reactivos, eliminación de uno de los productos o bien con la combinación de ambas estrategias. Los cloruros y anhídridos de ácidos reaccionan rápidamente con alcoholes primarios y secundarios para dar los ésteres respectivos. Los anhídridos de ácido son menos reactivos que los cloruros de ácidos pero reaccionan con la mayoría de los alcoholes usando condiciones más drásticas. Los ésteres, compuestos derivados de los ácidos carboxílicos se encuentran ampliamente difundidos en la naturaleza. Los hay de bajo y alto peso molecular. Los de bajo peso molecular son líquidos de olor agradable y constituyen la esencia de las flores y frutos, a los que proporcionan olores característicos. Los de alto peso molecular forman parte de las grasas vegetales y animales. Estos compuestos tienen una gran aplicación en la industria de las esencias, perfumería, en la alimentaría, en la de plásticos, en pinturas como disolventes, en la industria jabonera, y en la farmacéutica. Por ejemplo, los derivados del ácido salicílico se han usado en medicina durante muchos años; el ácido salicílico se encuentra en la naturaleza en forma de éster en una gran variedad de glicósidos y aceites esenciales. El éster metílico de este ácido se presenta en el aceite de gaulteria y en muchas otras fragancias de flores, hojas y corteza. El éster fenílico del ácido salicílico, conocido como salol, se usa como antiséptico intestinal, mientras que el ácido acetil salicílico se usa como analgésico. 3. Actividades previas 3.1 El alumno investigará porque en general los aldehídos y cetonas sufren reacciones de adición y en cambio los ácidos carboxílicos y sus derivados reaccionan principalmente por reacciones de sustitución. 3.2. Investigar en que tipo de compuestos de origen natural se encuentran presentes los grupos, ácido carboxílico, amida, éster, haluros de ácido y anhídrido. 3.3. Explicar por lo menos dos métodos por los cuales se logra la eliminación de agua en la esterificación. 3.4. Describir los usos importantes del éster preparado. 3.5 Investigar las propiedades fisicoquímicas y farmacológicas del acetato de isoamilo 6.1. 3.6. El alumno investigará y escribirá las cada una de las reacciones desarrolladas en esta práctica. 6.2. 3.7 El alumno realizará un diagrama de bloques para la síntesis del acetato de isoamilo

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4. SECCIÓN EXPERIMENTAL. 4.1. Material y equipo 1 Pipeta graduada de 5 mL 3 Vasos de precipitados 100 mL 1 Matraz redondo de 50 mL 1 Matraz redondo de 100 mL 1 Gradilla 1 Parrilla de calentamiento 4.2. Reactivos -Etanol -Sustancias de prueba: Ácido Acético, Cloruro de Acetilo, Ácido Benzoico, -Anhídrido Acético -Solución de NaOH al 0.5N y al 10 % -Anilina -Papel filtro

12 tubos de ensayo 1 Embudo de filtración 1 Refrigerante Bomba de agua Balanza analítica

-Ácido salicílico - Solución etanólica de Verde de Bromocresol al 0.02% Metanol -Acetato de etilo -Ácido sulfúrico concentrado -Ácido clorhídrico

4.3. Procedimiento experimental. 4.3.1. Reacción de neutralización de los ácidos carboxílicos (formación de una sal) En tres tubos de ensayo que contienen 2 mL de agua y dos gotas de verde de bromocresol adicionar: En el primero dos gotas de agua (Control). En el segundo dos gotas de ácido acético. En el tercero un cristal de ácido benzoico y solubilizar.

A cada uno de los tres tubos anteriores adicionar gota a gota una solución de NaOH 0.5M hasta el nivel del indicador bromocresol. Anotar las observaciones. Observaciones control ácido acético ácido benzoico 4.3.2. Reactividad química de los derivados de ácidos carboxílicos. 4.3.2.1.Hidrólisis En cuatro tubos de ensayo que contienen 5mL de agua y unas gotas de verde de bromocresol adicionar a cada uno de ellos: En el primero 4 gotas de agua (Control). En el segundo 4 gotas de anhídrido acético. En el tercero 4 gotas de cloruro de acetilo.

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En el cuarto 4 gotas de acetato de etilo Observaciones Control anhidrido acético cloruro acetilo

de

acetato de etilo

4.3.3. Síntesis de acetato de isoamilo (esencia de plátano) En un matraz redondo 50 o 100 mL, colocar 3.0 mL de alcohol isoamílico y 4 mL de ácido acético glacial. Posteriormente adicionar lentamente y con precaución 0.7 mL de H2SO 4 conc. y agitar, adicionar tres trocitos de porcelana y calentar a reflujo durante una hora. Enfriar la mezcla de reacción y pasarla a un embudo de separación, adicionar 15 mL de agua fría y mezclar para lavar. Dejar separar las fases (el acetato de isoamilo siempre queda en la parte superior), eliminar la fase acuosa y adicionar lentamente 10 mL de una solución al 10 % de NaHCO3 , agitar el embudo de separación teniendo cuidado de liberar la presión, dejar separar las fases y eliminar la fase acuosa. Finalmente lavar con 15 mL de agua, separar y secar el producto con sulfato de sodio anhidro. Medir el volumen para determinar el rendimiento de la reacción. 4.4. Instrucciones particulares. -No oler directamente ningún reactivo ni mezcla de reacción. Todos las sustancias que se usan en esta práctica son corrosivas. -Manejar los anhídridos y los haluros de ácido dentro de la campana de extracción. -Evitar el contacto de la piel con los reactivos. 5. RESULTADOS. 5.1. Considerando las observaciones realizadas durante la experimentación, establecer el orden creciente de reactividad de los ácidos y sus derivados, en las reacciones de sustitución nucleofilica. 5.2. Justificar las diferencias en las velocidades de reacción de los derivados de los ácidos carboxílicos. 5.3. Escribir todas las ecuaciones químicas de las reacciones que se realizaron durante la experimentación. 5.4. Reportar el punto de fusión de la aspirina (compararlo con el reportado en la bibliografía) y el rendimiento de la reacción. Escribir los cálculos

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6. DISCUSION DE RESULTADOS El alumno analizará los resultados de la parte experimental sobre la reactividad de los ácidos carboxílicos y derivados de ácidos en base a las actividades previas investigadas y al desarrollo de esta práctica. 7. CONCLUSIONES El alumno concluirá sobre desarrollo de la práctica en base a los objetivo 1.1, 1.2 y 1.3 planteados al inicio de la sección. 8. BIBLIOGRAFÍA. 8.1 Mayo, D.W., Ke, P. and R.M., Microscale Organic Laboratory. John Wiley and Sons. 1977. 8.2 Wilcox C.F. Jr., Experimental Organic Chemistry, a small scale approach. Ed. Mc. Millan. 1978. 8.3 Pavia, D.L. Lampan, G.M., Kriz, S.G., Introduction to Organics Laboratory Technique. W.B. Saunders Company. London. 1976. 8.4 Vogel, A.I., a Textbook of PRÁCTICAl Organic Chemistry. rd Ed. Longmans. London. 1982. 8.5 Pasto D.J. Johnson C.R., Determinación de Estructuras Orgánicas. Ed. Reverte S.A. México. 1974. 8.6 Brewster, R.Q. Vander Werf, G.A. Mc Ewen, W.E., Curso de Química Orgánica Experimental. Ed. Alhambra España 1977. 8.7 Jacobs Thomas L., Truce William E. Robertson G. Ross, Laboratory Practice of Organic Chemistry. Mc Millan New York 1974. 8.8 Muñoz Mena E., La Experimentación en Química Orgánica. Publicación Cultural S.A. México 1973.

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PRÁCTICA No. 12 AMINAS I. OBJETIVOS. 1.1 Diferenciar por medio de reacciones químicas los diferentes tipos de aminas. 2.1 Sintetizar la acetanilida 2. INTRODUCCIÓN. Las aminas (compuestos orgánicos nitrogenados) se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza, tanto en plantas como en animales y muchas de ellas poseen actividad biológica. Por ejemplo las catecolaminas actuan como neurotransmisores en el sistema nervioso, la norepinefrina y la epinefrina (adrenalina) son compuestos de este tipo.

OH OH

CH CH NH2 2

OH

OH OH

CH CH NH CH 2 3

OH

NOREPINEFRINA

EPINEFRINA (ADRENALINA)

Tanto la norepinefrina como la epinefrina son -fenil etilaminas (2-fenil etil aminas). Otras -fenil etil aminas actúan sobre los receptores simpáticos. Estos compuestos se conocen como aminas SIMPATOMIMÉTICAS, debido a que, en cierta medida, imitan la acción fisiológica de la norepinefrina y la epinefrina. Las aminas son también útiles en la preparación de algunos anestésicos y estimulantes, así como para la producción de otros medicamentos. Además son de gran utilidad en la síntesis de colorantes orgánicos y polímeros como el nylon. Esta clase de compuestos, ya sean primarios, secundarios o terciarios, se caracterizan porque el nitrógeno presente les confiere características básicas, lo que las distingue de sustancias neutras como amidas, N-acilaminas y nitrilos. El par electrónico no compartido del nitrógeno que poseen, les confiere también la capacidad de actuar como agentes nucleofílicos. Es además responsable de su capacidad de formar sales con los ácidos, complejos de coordinación con cationes metálicos y de alquilarse con halogenuros de alquilo por desplazamiento nucleofílico. La capacidad del par electrónico no compartido del nitrógeno de las aminas para combinarse con un electrófilo (medida de su basicidad y nucleofilicidad) está influenciada fuertemente por la naturaleza de los grupos unidos al átomo de nitrógeno. En general un grupo electro-donador, tal como un grupo alquilo unido al átomo de nitrógeno aumenta la basicidad. Caso contrario, la presencia de grupos electro-atractores, tales como un grupo acilo, disminuyen la basicidad así como su poder nucleofílico de las aminas.

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Todas las aminas se pueden reconocer fácilmente por su basicidad. Su carácter básico se manifiesta por simple prueba con ácidos minerales para formar las sales correspondientes. A su vez una sal de una amina se puede reconocer por su reacción con una base. Es posible identificar a la aminas por la preparación de derivados sólidos con puntos de fusión conocidos. Por ejemplo los derivados acetilados de aminas primarias y secundarias que se obtienen rápidamente por la reacción con anhídrido acético, o bien por los derivados benzoilados o benzensulfónicos. La caracterización de aminas terciarias es posible mediante la formación de picratos y metilioduros que son también derivados sólidos de puntos de fusión característicos. En el caso particular de las aminas primarias aromáticas es posible diferenciarlas por su reacción con el ácido nitroso para formar sales de diazonio, clase de compuestos que se caracterizan por su gran versatilidad en la síntesis de colorantes y de muchos otros compuestos. 3. Actividades Previas 3.1. El alumno investigará las propiedades fisicoquímicas de las aminas. 3.2. El alumno investigará la basicidad de las aminas. 3.3 El Alumno investigará la síntesis de la acetanilida. 3.4 Escribir las reacciones que tienen lugar en cada experimento. 4. SECCIÓN EXPERIMENTAL. 4.1. Material y equipo 10 tubos de ensayo 3 Pipetas graduadas de 5 mL 2 Vasos de precipitados de 50 mL 2 Vasos de precipitados de 200mL 2 matraces redondos de 100mL 1 Refrigerante 1 Barra magnética Determinador de punto de fusión 1 Baño maría

4.2. Reactivos Solución acuosa de HCl 10 % Anilina. Solución acuosa de NaOH 10 % y 3N Solución de nitrito de sodio al 20 Anhídrido acético Trietilamina Acido acético glacial

1 Termómetro 1 Matraz Erlenmeyer de 100mL Balanza analítica. 2 pinzas universales 1 Embudo de filtración 1 Soporte universal 1 Parrilla de calentamiento Balanza granataria 1 Bomba recirculadora de agua .

o-toluidina Acetato de sodio trihidratado Etil amina dietilamina Anhídrido acético Agua destilada

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4.3. Procedimiento experimental 4.3.1. Reacciones de aminas 4.3.1.1. Basicidad Colocar en tubos de ensayo unas 3 gotas de la amina (o-toluidina, anilina, etilamina,dietilamina y trietilamina) a probar, adicionar 1 mL de agua y agitar. Tomar el valor de pH, calentar ligeramente observar la solubilidad del compuesto, agregar ácido clorhídrico al 10 % hasta disolver (calentar si es necesario), finalmente adicionar unas gotas de solución de hidróxido de sodio al 10% hasta que se formen dos fases. Anotar sus observaciones. 4.3.2. Síntesis de acetanilida En un matraz de 100mL disolver 1.4mL de anilina en 3mL de ácido acético glacial, a esta solución adicionarle 1.8mL de anhídrido acético. Al matraz se le coloca un refrigerante y la mezcla de reacción se calienta a reflujo en un baño maría durante 15 min. Transcurrido este tiempo, el matraz se enfría a temperatura ambiente y se hidroliza el exceso de anhídrido acético o cualquier derivado bis – acetilado, adicionado con precaución por la parte superior del refrigerante 1mL de agua destilada y calentar a reflujo durante 5min. Enfriar el matraz y verter la mezcla de reacción a un vaso de precipitados conteniendo 7 – 8mL de agua fría(hacer esta operación por agitación), dejar reposar 15 min. Con agitación ocasional, filtrar los cristales y lavarlos con un poco de agua fría. Dejar secar, pesar y determinar su punto de fusión 4.4. Instrucciones particulares -Las aminas son tóxicas al contacto con la piel -Realice cada reacción para los tres tipos de aminas. 5. RESULTADOS. 5.1. Reportar las diferencias en la solubilidad, de las aminas, cuando se encuentran en medio neutro ácido y básico. 5.2. Reportar las diferencias observadas para las aminas primarias, secundarias y terciarias al formar derivados sólidos y acetilados. 5.3 Calcular el rendimiento de acetanilida. 6. ANALISIS DE RESULTADOS 7. CONCLUSIONES 8. BIBLIOGRAFÍA 8.1. Wingrove, S.A. y Carret, R.L., Química Orgánica Ed. Harla 1981 8.2. Gould, E.S., Mechanim and Structure in Organic Chemistry Ed. Holt Rinehart. ( ) 8.3. Wilcox, C.F., Experimental Organic Chemistry A Small-Scale Approach. MacMillan Publishing Company 1988 8.4. Fessenden R.J., Fessenden, J.S., Química Orgánica Ed. Iberoamericana 1989 8.5 March, J., Avanced Organic Chemistry. 5ª Edition Ed. Wiley 1988

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PRACTICA No 13 SINTESIS DE AZOCOMPUESTOS I. OBJETIVOS 1.1 Preparar colorantes azoicos por medio de reacciones de copulación de las sales de bencendiazonio. 1.2 Probar la efectividad de tinción de un colorante azo. 2. INTRODUCCIÓN: La mayoría de los colorantes comunes son colorantes azo, formados por copulación de aminas (en forma de sus sales de diazonio) con fenoles. La reacción de copulación se lleva a cabo en solución alcalina, neutra o ácida. Debido a que este tipo de reacciones se llevan a cabo a nivel industrial a bajas temperaturas, los colorantes azo son llamados algunas veces colores fríos. La copulación de una sal con un fenol da un colorante específico. Por ejemplo, el naranja II está hecho por copulación del ácido sulfanílico diazociado con beta-naftol en medio alcalino; otro, el naranja de metilo, es preparado por copulación de la misma sal de diazonio con N,Ndimetilanilina en una solución débilmente ácida. El naranja de metilo es usado también como un indicador que vira a un pH 3.2 - 4.4. El cambio de color se debe a la transición de un cromóforo (grupo azo) a otro (sistema quinonoide). Ambas sustancias tiñen lana, seda y piel. ¿Qué tienen en común la lana, la seda y la piel? Las tres fibras están hechas de proteínas, y por lo tanto contienen abundantes grupos (NH2) y (CO 2H) en sus unidades (aminoácidos) que reaccionan con los colorantes ácidos y básicos. El caso contrario es la poco reactiva celulosa (componente del algodón, yute, henequen y lino), hecha de unidades de glucosa; la celulosa se tiñe con dificultad. El rayón, celulosa regenerada, toma los colores con un poco más de facilidad. El nylon66 y nylon6 se asemejan a las proteínas en su comportamiento ante los colorantes. En este experimento se preparará el naranja II. El naranja II es la sal de sodio de osulfobencenazo-4-dimetilanilina, y la reacción para su obtención es:

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3. Actividades Previas: 3.1 El alumno investigará las propiedades fisicoquímicas del colorante naranja II. 3.2 El alumno investigará cuales son las pruebas de identificación de un colorante azoico 3.2 El alumno investigara las pruebas de desecho de residuos. 4.

Desarrollo experimental

Equipo 1 matraz Erlenmeyer 1 matraz Kitassato

125 ml 500 ml

1 1 1

probeta probeta vaso de precipitado

100 ml 10 ml 250 ml

1 1 1 1

vaso de precipitado vaso de precipitado soporte universal anillo mediano

400 ml 50 ml

1 1 1

mechero Bunsen baño para hielo embudo Buchner

10 cm

1 1

agitador espátula papel filtro

9 cm

Sustancias Químicas 

Beta-naftol (2-naftol) 3g

- NaOH 10% 20 ml



Acido sulfanílico 4.8 g

- Na2 CO3 2.5 % 50 ml



NaNO 2 1.9 g

- HCl 5 ml



NaCl 10 g

- Solución saturada de NaCl 100 ml



-Hielo

- Trozos de tela 2 x 6 cm 3 piezas



lana, algodón y seda.

- Colorante 1 g



Na 2SO4 15% 10 ml

- CH3CO2 H 1 ml



jabón

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Procedimiento Intermediario: cloruro de p-sulfonico fenildiazonio En un matraz Erlenmeyer de 125 ml, caliente 4.8 g de ácido sulfanílico en 50 ml de Na2CO3 2.5 % hasta disolución. Enfríe la solución y agregue 1.9 g de NaNO2 . Agite hasta que se disuelva. Vierta la solución dentro de un vaso de precipitado de 250 ml cuyo interior contenga 25 g de hielo y 5 ml de HCl. En 1 ó 2 minutos, deberá separarse un precipitado blanco de la sal de diazonio. El material intermediario (cloruro de p-sulfónico fenil diazonio) está entonces listo para usarse. Colorante Por otro lado, en un vaso de 400 ml se disuelven 3.6 g de 2-Naftol (Beta-naftol) en 20 ml de una solución fría de NaOH al 10%. En esa solución se vierte la de la sal de diazonio del ácido sulfanílico. Se enjuaga el matraz con una pequeña cantidad de agua y ésta se añade al vaso con el colorante para no tirar producto. La copulación se lleva a cabo muy rápidamente y el colorante se separa fácilmente de la solución. Se agita la pasta hasta mezclar muy bien. Después de 5 a 10 minutos se calienta la mezcla hasta que el sólido se disuelve. Se añaden 10 g de NaCl (para disminuir la solubilidad del producto) y se calienta con agitación hasta disolución del NaCl. Se coloca el vaso en un baño con hielo y se deja la solución para que se enfríe. Ya fría la solución se agita para filtrarla, y se lava con la solución saturada del NaCl. Se deja secar, se pesa y se calcula el rendimiento de la reacción.

Pruebas de identificación En este caso la tinción de la tela es la prueba de identificación. Remoje las telas en 200 ml de agua a 50o C durante 10 minutos. Saque las muestras de tela y añada al agua 1 g del colorante, 10 ml de una solución de Na2 SO4 15% y 1 ml de CH3 CO2H. Introduzca las muestras de tela y caliente lentamente (15 minutos) hasta llevar a ebullición. Hierva las telas durante 15 minutos. Remueva las telas, lávelas con jabón, enjuáguelas, séquelas y obsérvelas. Incluya en su información de este experimento las muestras tratadas y 3 muestras originales.

5. Resultados y Discusión: 5.1 Reportar la ecuación química de la reacción de síntesis del naranja II 5.2 Cálculo del rendimiento de la reacción 5.3 Reporte la interacción que sufre el colorante con las fibras de la tela.

6. Conclusiones 6.1 El alumno concluirá en base a su desarrollo experimental si se alcanzaron los objetivos iniciales de la práctica de obtención del colorante Naranja II.

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8. Bibliografía 1.Experimental Organic Chemistry: A Miniscale and Microscale Approach, John C. Gilbert,Stephen F. Martin by John C. Gilbert, (2001) from Brooks Cole. 2. Calderón Manual Para La Interpretación de Espectros Infrarrojos, Carlos Eduardo Calderón G., Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 1985. (FE)

3.CRC The CRC Handbook of Chemistry and Physics, (Ediciones varias), The Chemical Rubber Company Press, Cleveland, Ohio. Se encuentra datos físicos y químicos de todas las clases de compuestos químicos. (BG)

4.Dean Handbook of Organic Chemistry, J.A. Dean, MacGraw-Hill International Editions, New York, 1987. Datos físicos y químicos de compuestos orgánicos. (BG)

5. Domínguez A Química Orgánica Experimental, X.A. Domínguez, Limusa, Noreiga Editores, México, 1992. (UN)

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PRÁCTICA NO. 14 PROPIEDADES QUÍMICAS DE BIOMOLÉCULAS. 1. OBJETIVO 1.1 Determinar las propiedades químicas más importantes de algunas biomoléculas y monómeros que los constituyen. 2. INTRODUCCIÓN Se denominan biomoléculas a las sustancias macromoleculares que se encuentran formando parte de los organismos vivos, por ejemplo las proteínas, los carbohidratos, los ácidos nucleicos y los lípidos. Los carbohidratos son uno de los más grandes e importantes grupos de macromoléculas encontradas en la naturaleza. Proporcionan la mayor parte de la energía a los organismos vivos, forman también la base de muchas industrias entre las que se pueden mencionar la textil, la fermentativa y muchas otras. Los azúcares, almidones y celulosas pertenecen a este grupo de compuestos. Los carbohidratos son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas; los más simples son los monosacáridos (D-glucosa, D-fructuosa, etc.) que constituyen las unidades (monómeros) de los que se construyen por polimerización los polisacáridos más comunes como la celulosa, el almidón y el glucógeno. Los polímeros de bajo peso molecular que contiene de 2 a 10 unidades se conocen como oligosacáridos y los de mayor tamaño son propiamente los polisacáridos. Aunque sus formulas pueden parecer complejas, sus conductas químicas se deben básicamente a grupos funcionales primarios como el carbonilo e hidroxilo, y las reacciones químicas que permiten su identificación aprovechan la acción reductora de algunos de ellos. Por ejemplo la capacidad reductora de algunos azúcares se debe a la presencia del grupo aldehído libre, y se puede visualizar por medio de la reacción de Fehling que a continuación se esquematiza: O

H

C H

O

O

C OH

+

Cu+2

+

R

2OH

H

OH

+

Cu2O

+

H2O

R

Solución azul

Precipitado Rojo

Las proteínas son quizá las macromoléculas más complejas que se producen en la naturaleza, son de vital importancia en la estructura, función y reproducción de tejidos animales y vegetales, razones por las que han sido ampliamente estudiadas. Son polímeros derivados de los aminoácidos. Cuando su peso molecular se encuentra entre 5000 y 10,000

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se denominan péptidos y a pesos moleculares mayores se les llama proteínas. Los aminoácidos están unidos por enlaces amido provenientes de la unión del grupo carboxilo de un aminoácido y del grupo amino de un segundo aminoácido; este enlacé se denomina como enlace peptídico, y es el que determina la estructura primaria de dichas macromoléculas. Las reacciones químicas que permiten identificar tanto a las macromoléculas como a los monómeros, tienen su base en las características de la unión peptídica o en los grupos funcionales primarios, amino y carboxilo. Por ejemplo, la reacción de la ninhidrina con los aminoácidos manifiesta la reactividad del grupo amino del monómero y que a continuación se muestra. 3. ACTIVIDADES PREVIAS 1. ¿Qué se entiende por desnaturalización de proteínas? ¿Qué pasa con la estructura de las proteínas cuando se desnaturalizan? 2. Indique que sustancias se producen por la hidrólisis de una proteína. Proponga o busque el mecanismo de hidrólisis. 3. ¿Cuáles son los aminoácidos esenciales para el hombre y por que se les llama así? 4. Explique qué es el almidón, glucógeno y la caseína. 4. SECCION EXPERIMENTAL 4.1 Material y Equipo gradilla parrilla de calentamiento Probeta de 50 mL 1 termómetro 1 agitador de vidrio 1 anillo metálico

12 tubos de ensayo 4 vasos de precipitados de 100 mL embudo de vidrio 3 pipetas de 5 mL 1 soporte universal Pinzas para tubo de ensaye

4.2 Reactivos. 1 huevo por equipo etanol 96% 500 mL de leche descremada (por grupo y NaOH al 10 % un día antes de la práctica) HNO3 concentrado ácido acético 6 N HCl al 10 % y concentrado acetato de plomo al 5 % Agua destilada Almidón suspensión acuosa de almidón Solución de sacarosa al 5% NaHSO 3 al 5 %

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Reactivo de Fehling Solución A) CuSO4 al 7% en agua Solución B) 12 g de NaOH más 35 g de tartrato de sodio y potasio en 100 mL en agua. Solución de lugol: yodo al 10 % en yoduro de potasio. 4.3 Procedimiento Experimental. 4.3.1 Preparación de una solución de albúmina. Se prepara una solución de albúmina batiendo la clara de un huevo durante unos instantes (tener precaución de que no espume demasiado) y mezclándola después con cinco veces su volumen de agua destilada. La mezcla se filtra a través de un trozo de algodón y el filtrado se usa en el siguiente ensayo. 4.3.2 Coagulación de la albúmina. En una serie de cinco tubos se adiciona en cada uno 2 mL de la solución de albúmina. Uno se calienta poco a poco y se observa la temperatura aproximada a la que ocurre la coagulación. En otro tubo se añaden 4 mL de etanol al 96 %. Al tercer tubo se añaden gotas de ácido clorhídrico concentrado, al cuarto 5 gotas de ácido nítrico concentrado y al quinto 10 gotas de solución de hidróxido de sodio al 10 %. Anote los casos en los que se produce la coagulación. 4.3.3 Obtención de caseína. La leche a utilizarse en este experimento de preferencia debe ser descremada. Debe dejarse en reposo en un refrigerador durante la noche anterior a utilizarse, eliminar la capa superior donde se concentran las grasas, en un vaso de precipitados de 200 mL colocar 40 mL de leche y adicionar solución de ácido acético 6 N hasta que el pH llegue a 4.6 aproximadamente. Filtrar y lavar el precipitado con agua, lavar el precipitado con 2 porciones de 5 mL de etanol al 96 % y dos porciones de éter etílico dejar secar. Determinar el peso de caseína obtenido. 4.3.4 Investigación de nitrógeno y azufre. Calentar en un tubo de ensaye 0.1 g de albúmina y en otro tubo un mililitro de la solución de albumina, con 0.5 mL de solución de hidróxido de sodio al 10 % cada uno, con cuidado pues la mezcla tiene tendencia a producir espuma y proyectarse fuera del tubo. Con la mano hacer corrientes de aire del tubo hacia la nariz para tratar de percibir el olor de la sustancia que se libera de la albúmina. Diluir el liquido con 1 mL de agua y adicionar 0.5 mL de solución al 5% de acetato de plomo. Anotar y explicar sus resultados.

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4.3.5 Hidrólisis de la sacarosa Tres tubos de ensayo conteniendo cada uno 5 mL de solución de sacarosa al 5 % se colocan en un vaso de precipitados de 100 mL con agua caliente, se le añaden 5 mL de agua al primero, 5 mL de ácido clorhídrico al 10 % al segundo y 5 mL de solución de hidróxido de sodio al 10 % al tercer tubo de ensayo. Se calientan los tres tubos durante cinco minutos y después se ensaya una porción de 1 mL de cada uno de ellos con el reactivo de Fehling. Observe y explique sus resultados. 4.3.6 Ensayo del yodo para el almidón. Se prepara una suspensión de almidón (para todo el grupo) mezclando íntimamente 2 g de almidón con 10 mL de agua y depositando esta suspensión en 200 mL de agua a ebullición. Poner 1 mL de la solución de almidón en un tubo de ensayo y adicionarle una gota de lugol (solución de yodo), Se observa el color de la mezcla y después se calienta a ebullición y se observa el efecto. También debe observarse lo que ocurre al enfriar la solución. Finalmente se añaden unas gotas de solución de tiosulfato de sodio al 5 % a la solución y se observa el resultado. Dar una explicación. 4.3.7 Hidrólisis del almidón. Se añade 1 mL de ácido clorhídrico concentrado a 15 mL de la suspensión de almidón. La solución se calienta a ebullición y a intervalos de 2 min se toman muestras de 0.5 mL y se dejan enfriar a temperatura ambiente y se le adiciona una pequeña gota de solución de lugol. Anotar el color de cada ensayo. Las muestras se dejan de tomar hasta que la reacción con yodo sea negativa. 5. RESULTADOS Indique los resultados de cada una de sus pruebas. 6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 6.1 ¿Qué factores influyen para que se lleve a cabo la coagulación en el ensayo 4.3.2? 6.2 Comparar el porcentaje obtenido experimentalmente de caseína con el reportado en la literatura. Hacer observaciones al respecto. 6.3 ¿A que se debe el olor y el precipitado oscuro que se obtuvo en el ensayo 4.3.4?

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6.4 Explicar por que después de la hidrólisis de la sacarosa con HCl, da positiva la prueba de Fehling. 6.5 A que se debe la coloración y la decoloración de la solución de almidón con yodo, indicar la reacción que se lleva a cabo entre el yodo y el tiosulfato de sodio.

6.6 Explica por que después de cierto tiempo ya no se colorea la muestra de almidón. 7. CONCLUSIONES 7.1 Indica la importancia biológica e industrial de las biomoléculas. 7.2 Que características de las biomoléculas pudiste determinar con los ensayos que realizaste en está práctica. 8. BIBLIOGRAFIA 8.1. Abbott, D. y Andrews, R. S., Introducción a la Cromatografía, 3ª Ed., Alhambra, España, 1983. 8.2 Brewster, R.Q., Curso Práctico de Química Orgánica, 2ª Ed.., Alhambra, España, 1979.

8.3 Wilcox, C.F., Experimental Organic U.S.A.

Chemistry a Small-Scalle Approach, Mc Millan,

8.4 Muñoz Mena E., La Experimentación en Química Orgánica. Publicación Cultural S.A. México 1973.