PRCTICA # 4 DESTILACIN SIMPLE Y FRACCIONADA. PUNTO DE EBULLICINOBJETIVOS: Conocer los procesos de destilacin simple y fraccionada, sus caractersticas y factores que en ellas intervienen. Elegir la tcnica de destilacin ms adecuada, simple o fraccionada, en funcin de la naturaleza del lquido o mezcla de lquidos que se va a destilar. Correlacionar los resultados experimentales mediante el trazo de una grfica que involucra los puntos de ebullicin ante los pesos moleculares el nmero de tomos de carbono de las sustancias en estudio.

INTRODUCCIN:En el laboratorio de qumica orgnica la destilacin es uno de los principales mtodos para la purificacin de lquidos voltiles. Consiste en evaporar la sustancia por calentamiento y posteriormente condensar de nuevo el vapor a lquido. Existen varias maneras de llevar a cabo la destilacin; en la prctica la eleccin del procedimiento depender de las propiedades del lquido que se trata de purificar y de las propiedades de las impurezas que se trata de separar. Algunas de las tcnicas empleadas, entre otras, son: la destilacin simple, la destilacin fraccionada, la destilacin a presin reducida y la destilacin por arrastre de vapor. La presin de vapor de un lquido aumenta con la temperatura y aquella temperatura a la cual la presin de vapor iguala a la presin exterior se define como el punto de ebullicin del lquido. Los lquidos puros que no descomponen por calentamiento tienen un punto de ebullicin bien definido, aunque ste variar notablemente con los cambios de presin. En la prctica se utilizar la destilacin para purificar un lquido orgnico y por tanto podemos considerar que en principio siempre tenemos una mezcla. La mezcla puede consistir en un 95% del compuesto deseado junto con un 5% de impurezas desconocidas o puede ser una mezcla conteniendo, por ejemplo, un 50% de producto y un 50% del reactivo de partida. En cualquiera de los dos casos es necesario introducir una serie de principios que rigen la destilacin de mezclas de lquidos voltiles. Los principios necesarios para entender la destilacin de mezclas de lquidos miscibles se hayan recogidos en dos leyes de la qumica fsica: la ley de Dalton y la ley de Raoult. * La ley de Dalton de las presiones parciales establece que la presin total de un gas o la presin de vapor de un lquido (P) es la suma de las presiones parciales de sus componentes individuales A y B (PA y PB). As, P = PA+ PB * La ley de Raoult establece que, a una temperatura y presin dada, la presin parcial de vapor de un componente en una mezcla (PA) es igual a la presin de vapor del compuesto puro (PApuro) multiplicado por su fraccin molar (XA) en la mezcla. PA = (PApuro)( XA) Por tanto de ambas leyes se deduce que la presin de vapor de una mezcla lquida es dependiente de la presiones de vapor de los componentes puros y de su fraccin molar en la mezcla. Es habitual realizar representaciones de la composicin del vapor y del lquido respecto a la temperatura (diagramas de fase) a) puntos de ebullicin muy diferentes (lnea discontinua) b) puntos de ebullicin similares (lnea continua) Asumamos que partimos de una mezcla 1:1 de los componentes A y B (siendo A el componente de menor punto de ebullicin) que tenemos que separar por destilacin simple Al comienzo de la destilacin cuando el lquido comienza a hervir, la composicin del lquido es 50% en cada componente, y la composicin de vapor se determina dibujando una lnea horizontal desde la lnea de liquido hasta la lnea de vapor. En el primer caso en el que los componentes tienen puntos de ebullicin muy distintos el vapor consiste prcticamente en el componente A puro. Cuando la mayora del componente ms voltil A haya sido eliminado del vapor por condensacin, mayor calentamiento har que destile el componente B. As, los dos lquidos se separan fcilmente en una destilacin simple. En trminos prcticos, ser posible separar de forma prcticamente completa lquidos que difieren en sus puntos de ebullicin en al menos 80C. Si los puntos de ebullicin son ms prximos (lnea continua) la composicin del vapor cuando el lquido comienza a hervir es por ejemplo 85% de A y 15% de B y el componente A ms voltil no puede ser obtenido puro en una destilacin sencilla. Indudablemente el material conteniendo el 85% de A puede ser redestilado para dar una mezcla aun mas enriquecida en A y as sucesivamente hasta que A se obtenga de forma pura. Esta serie de destilaciones sencillas es extraordinariamente tediosa y lenta por lo que obviamente un mtodo alternativo es necesario en esta situacin. Algunas mezclas no siguen la ley de Raoult y no originan diagramas de fase ideales. Algunas mezclas, particularmente aquellas en las cuales uno de los componentes presenta grupos hidroxilo (OH), destilan a una temperatura de ebullicin constante y con

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composicin constante. En estos casos se dice que los lquidos forman un azetropo o mezcla azeotrpica. Las mezclas azeotrpicas no pueden ser separadas por destilacin. DESTILACIN SIMPLE: Para llevar a cabo una destilacin sencilla se requiere un sistema que consiste en un matraz de destilacin, una T, un condensador y una alargadera donde se encaja un matraz colector (previamente pesado). El lquido que se pretenden destilar se introducen en el matraz de destilacin usando un embudo y es necesario tambin unos trozos de porcelana que evitan saltos del lquido (agitacin usando un imn tambin consigue el mismo efecto). El matraz de destilacin se calentar con una fuente de calor adecuada dependiendo del punto de ebullicin del lquido. Un bao de agua ser adecuado para lquidos voltiles (menos de 85C). Para lquidos con puntos de ebullicin mayores se utiliza generalmente un aceite calentado elctricamente. Cuando el lquido comienza a ebullir se recogen los vapores condensados en una o ms porciones o fracciones en el matraz colector. Nunca se debe destilar hasta sequedad, siempre debe dejarse un residuo en el matraz. Si la destilacin se usa para separar dos componentes con muy diferentes puntos de ebullicin, tan pronto como el compuesto ms voltil ha sido recogido, la temperatura subir y el matraz colector debe ser eliminado y reemplazado por otro vaco y pesado previamente. En este matraz se recogern mezclas de ambos componentes, pero supondr una pequea fraccin del volumen total. Cuando la temperatura vuelve a ser constante, se cambiar el matraz colector por otro vaco previamente pesado y se recoger el segundo componente. Finalmente deben pesarse todas las fracciones para determinar la cantidad de cada fraccin. La destilacin simple se usa para separar de lquidos (con p.e. ALCANOS: Los compuestos orgnicos que contienen nicamente carbono e hidrgeno se llaman hidrocarburos. Los hidrocarburos que involucran slo enlaces sencillos entre los carbonos se denominan hidrocarburos saturados. El ms sencillo es el metano CH4. Es posible escribir las frmulas estructurales de un gran nmero de hidrocarburos que difieren en unidades CH2-. Cualquier grupo de compuestos cuyos miembros se diferencian en esta forma se llama una serie homloga. Los hidrocarburos saturados comprenden una serie homloga que corresponden a la frmula general CnH2n+2 (ej. C2H6, n=2). Estos compuestos se llaman alcanos.

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Un gran nmero de compuestos orgnicos se considera como derivados, debido a la sustitucin de uno o ms hidrgenos de los alcanos por otro tomo o grupo de tomos. Por ejemplo el compuesto CH 3-OH (alcohol etlico)que se puede visualizar como un derivado de la sustitucin de un H del metano por un OH. Otra forma de ver este compuesto es que esta constituido por porciones o partes que son grupos especiales de tomos unidos por covalencias.

Tipos de alcanos: Los alcanos son hidrocarburos (formados por carbono e hidrgeno) que solo contienen enlaces simples carbono-carbono. Se clasifican en lineales, ramificados cclicos y policclicos. Nomenclatura de alcanos: Los alcanos se nombran terminando en -ano el prefijo que indica el nmero de carbonos de la molcula (metano, etano, propano...) Propiedades fsicas de los alcanos: Los puntos de fusin y ebullicin de alcanos son bajos y aumentan a medida que crece el nmero de carbonos debido a interacciones entre molculas por fuerzas de London. Ismeros conformacionales: Los alcanos no son rgidos debido al giro alrededor del enlace C-C. Se llaman conformaciones a las mltiples formas creadas por estas rotaciones. Proyeccin de Newman: La energa de las diferentes conformaciones puede verse en las proyecciones de Newman. As en el caso del etano la conformacin eclipsada es la de mayor energa, debido a las repulsiones entre hidrgenos. Diagramas de energa potencial: Las diferentes conformaciones de los alcanos se puede representar en un diagrama de energa potencial donde podemos ver que conformacin es ms estable (mnima energa) y la energa necesaria para pasar de unas conformaciones a otras. Combustin de alcanos: Dada su escasa reactividad los alcanos tambin se denominan parafinas. Las reacciones ms importantes de este grupo de compuestos son las halogenaciones radicalarias y la combustin. ALCOHOLES: Los compuestos orgnicos se clasifican y agrupan de acuerdo a ciertas caractersticas estructurales que los colocan aparte de otros compuestos. El grupo de compuestos que contienen un OH (grupo hidroxilo) unido a un grupo alquilo (R-) se llama de los alcoholes (R-OH). El grupo hidroxilo es caracterstico de los alcoholes. Ej C2H5OH (alcohol etlico o etanol). Los alcoholes que tiene ms de un grupo hidroxilo unido a la cadena de carbonos se llaman polioles.

Nomenclatura de alcoholes: Se nombran sustituyendo la terminacin de los alcanos -ano por -ol. Se toma como cadena principal la ms larga que contenga el grupo hidroxilo y se numera otorgndole el localizador ms bajo. Acidez y basicidad de los alcoholes: Los alcoholes son cidos, el hidrgeno del grupo -OH tiene un pKa de 16. Propiedades fsicas: Los puntos de fusin y ebullicin son elevados debido a la formacin de puentes de hidrgeno. Sntesis de alcoholes: Se obtienen mediante sustitucin nuclefila y por reduccin de aldehdos y cetonas. Obtencin de haloalcanos a partir de alcoholes: Los alcoholes se transforman en haloalcanos por reaccin con PBr3. El mecanismo es del tipo SN2 y requiere alcoholes primarios o secundarios. Oxidacin de alcoholes: El trixido de cromo oxida alcoholes primarios a cidos carboxlicos y alcoholes secundarios a cetonas. Tambin se pueden emplear otros oxidantes como el permanganato de potasio o el dicromato de potasio. Formacin de alcxidos: Las bases fuertes los desprotonan formando los alcxidos.

=PARTE EXPERIMENTAL= MATERIAL matraz de pera de una boca t de destilacin columna vigreaux colector de destilacin termmetro -10 a 400 C portatermometro c/rosca Erlenmeyer de 50 ml Vaso de pp. de 100 ml refrigerante p/agua c/mangueras CANT . 2 2 1 2 2 1 4 2 2 MATERIAL CANT . esptula 2 mechero c/manguera 2 anillo de fierro 2 tela de alambre 2 c/asbesto 6 pinzas de 3 dedos c/nuez 2 recipiente de peltre 2 2 recipiente elctrico b.m. 1 embudo de vidrio 1 probeta de 25 mL

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SUSTANCIAS Acetona Agua Propilenglicol Butanol Etanol Metanol Metanol Propanol n-Pentano n-hexano n-Heptano n-Octano

PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS:Experimento 1. Destilacin Simple. Se dispone de diversas muestras de lquidos (alcoholes) que sern purificados por la tcnica de destilacin simple. Para este experimento utilizar 25 mL del lquido asignado y montar el equipo de destilacin simple. Calentar el sistema con canastilla elctrica y restato. Con los datos de punto de ebullicin y los de sus compaeros llene los siguientes cuadros: Sustancia n-Pentano n-Hexano n-Heptano n-Octano Peso molecular (g/mol) 72.2 86.2 100.21 114.22 No. tomos C 5 6 7 8 Punto de ebullicin (C) 36 69 98 125.7

Sustancia Metanol Etanol n-Propanol n-Butanol

Peso Molcular(g/mol) 32.0 46.1 60.1 74

No. tomos C 1 2 3 4

Punto de ebullicin (C) 60 72 90 No hubo reactivo

Utilizando estos datos, trace dos grficas, una para alcanos y otra para los alcoholes. Coloque en las abscisas el Peso Molecular ( el nmero de tomos de carbono) y en las ordenadas los puntos de ebullicin. Experimento 2. Destilacin Simple y Fraccionada de una mezcla Se proporcionar una mezcla lquida (acetona, agua 1:1), a fin de destilarla comparativamente tanto por la tcnica de destilacin simple, como por la tcnica de destilacin fraccionada Experimento 2a. Destilacin Simple. Para ello utilizar 25 mL de la mezcla y el material correspondiente. Calentar moderadamente y anotar las variaciones de temperatura por cada dos mL de destilado obtenido. Con base en estas variaciones, separar las tres fracciones de destilacin (cabeza, cuerpo y cola).

Vol. (ml) T(C)

1 52 11 90

2 54 12 91

3 54 13 91

4 55 14 91

5 56 15 91

6 57 16 91

7 60 17 91

8 62 18 91

9 66 19 91

10 76 20 91 Volumen (mL) 1 4 8

Fraccin de la destilacin Cabeza Cuerpo Cola

Temperatura de destilacin (C)) 52 55 62

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Experimento 2b. Destilacin Fraccionada. Para ello utilizar tambin 25 mL de la mezcla. Cubrir la columna Vigreaux con la cinta elctrica a fin de regular el calentamiento y evitar variaciones de temperatura Anote las variaciones de la temperatura de destilacin por cada mL de destilado obtenido. Con base a estas variaciones separe cabeza, primer componente, segundo componente y cola de destilacin.

Vol. (ml) T(C)

1 48 11 53

2 49 12 61

3 50 13 91

4 50 14 91 la

5 50 15 91

6 50 16 91

7 50 17 91

8 50 18 91

9 50 19 91

10 51 20 91

Fraccin de destilacin Temperatura (C) Volumen (mL)

Cuerpo 48 cabez a 1 50 ACETON A 3 51 azetropo 10 91 AGU A 13 91 col a 20

Finalmente trace dos grficas en el papel milimtrico, una para cada tipo de destilacin, colocando en las abscisas los volmenes del destilado y en las ordenadas las temperaturas de destilacin. Con base en los resultados obtenidos (aspecto del destilado, volumen del mismo, variaciones de la temperatura de destilacin, etc.), as como en la interpretacin de las grficas correspondientes; deduzca cul de las dos tcnicas de destilacin es mejor.

DISCUSIN DE RESULTADOS:

En el experimento 1 de destilacin simple, se peda destilar algunos alcanos, que no se destilaron ya que no se utilizaron para la prctica, sin embargo se investigaron los datos requeridos de la tabla de alcanos; para los alcoholes destilados no hubo el reactivo de n-butanol, por lo que no se detilo este reactivo, para los dems se observ que mientras mayor era su peso molecular y por lo tanto el aumento de nmero de carbonos, mayor era su punto de ebullicin, esto debido a las interacciones entre sus molculas por las fuerzas de london; as mismo se puede observar este mismo comportamiento en los alcoholes, sin embargo en estos el punto de ebullicin crece debido a la formacin de enlaces por puente de hidrgeno, esto se muestra en las grficas de alcanos y alcoholes como conforme aumenta la temperatura el punto de ebullicin aumenta para cada compuesto en particular. En el experimento 2 se destilaron 2 mezcla (1:1) de 25ml cada una de acetona y agua por destilacin simple y fraccionada respectivamente. Por destilacin simple se observ que al primer ml de destilacin la temperatura fue de 52C que era el punto donde iniciaba la cabeza, a los 55C el cuerpo de la acetona, es decir la acetona pura, a los 62C y 8ml se tena ya que empezaba la cola de la acetona y empezaba la cabeza del agua, es decir el azetropo y a los 12ml y 90C empezaba el cuerpo del agua y despus la cola del agua, pero esta ya no se obtuvo ya que a los 20ml se detuvo la destilacin para que no se quemara el matraz, aunque el agua segua destilando. Esto se observa en la grfica de destilacin simple. En la destilacin fraccionada el punto de ebullicin inicial de la cabeza de la acetona fue menor a un ml y TC de 48, el cuerpo inici a 3ml en 50C y el aztropo en 10ml a 51C y termino entre 12 y 13 ml empezando el cuerpo del agua en 13ml y a 91C , terminando en la cola despus de los 20ml, que sigui destilando pero como en el experimento anterior se detuvo la destilacin por igual.

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Comparando los resultados y las grficas, se observa que la destilacin fraccionada es la mejor tcnica para separacin de mezclas, ya que la destilacin simple no es muy efectiva para este tipo de mezcla ya que estos compuestos entre ellos no difieren en su punto de ebullicin a menos de 80C (acetona 56 y agua en el df a 91 con diferencia de 35). Adems De que en la columna de fraccionamiento el vapor que asciende en esta se condensa y reevapora continuamente, lo que equivale a una destilacin simple cada reevaporacin, por lo que el compuesto obtenido es ms puro y por lo tanto esta tcnica es mejor. Cuestionario:1. De acuerdo a su frmula estructural ordene los siguientes ismeros del pentano y hexano segn su punto de ebullicin creciente.CH3

a)

CH3

C CH3

CH3

d)

CH3

H C

CH

CH3

CH3 CH3 CH3 C CH2CH3 CH3 H C CH2 CH2 CH3 CH 3

b)

H3C

(CH2)3

CH3

e)

CH3

c)

CH3

H CH2 CH3 C CH3

f)

CH3

1 a 2c 3b

1 e 2d 3f

2. Qu establece la Ley de Raoult? Conteste en palabras y matemticamente.

En 1887, RAOULT encontr la relacin que existe entre la presin parcial de vapor de un componente y su concentracin en una disolucin ideal. La presin parcial de vapor PA del componente A es una fraccin de su presin de vapor en el estado puro P A, a la misma temperatura de la disolucin, y su valor depende de la concentracin de dicho componente en la disolucin, la cual se expresa en fraccin molar, ya que sta representa el nmero relativo de molculas de una determinada sustancia en la disolucin. La ley de Raoult, para dos componentes, se expresa del modo siguiente: pA = pAXA pB = pBXB donde pA y pB representan las presiones parciales de vapor de los componentes de la disolucin cuando sus fracciones molares son XA y XB, respectivamente; y las presiones de vapor de los componentes puros son: pA y pB. Si en la disolucin hay componentes voltiles, cada uno producir una presin parcial en la disolucin que puede calcularse a partir de la ley de Raoult. La presin total siempre es igual a la suma de las presiones parciales de todos los componentes. P = PA + PB3. Tabla de presin de vapor para benceno y tolueno a diferentes temperaturas. Temperatura mm Hg Temperatura Benceno 30C 120 Tolueno 30C 40 180 40 50 270 50 60 390 60 70 550 70 80 760 80 90 1010 90 100 1340 100 111 mm Hg 37 60 95 140 200 290 405 560 711

4. Cul es la fraccin molar de cada componente si 39 g de benceno (C6H6) se disuelven en 46 g de tolueno (C7H8):

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* Benceno :

78 g / mol 92 g / mol = 2mol ;*Tolueno : = 2mol 39 g 46 g nT = 2mol + 2mol = 4mol Xi C6 H 6 = 2mol = 0.5; Xi C7 H 8 = 0.5 4mol

5. Considere a esta mezcla ideal, de acuerdo a la Ley de Raoult. Cul es la presin de vapor parcial del benceno en esta mezcla a 50C? PiC6H6 = (270mmHg)(0.5) = 135mmHg 6. Cul es la composicin del vapor en el punto de ebullicin (50C)? PiC7H8 = (95)(0.5)=47.5mmHg PT= 135 + 47.5 = 182.5mmHG 7. Qu finalidad tiene conectar el agua a contra corriente en el refrigerante? Que el vapor se condense para volverse lquido y pueda destilar en forma lquida 8. Qu criterio sigui para separar las diferentes fracciones durante las destilaciones? Explique

Lo primero que sale se llama cabeza y es lo que destila a una temperatura constante y se tienen impurezas con punto de ebullicin menor a la sustancia por destilar (sustancias voltiles), despus sigue el cuerpo que destila a temperatura constante y es lo que ya estamos purificando, aqu se quita el matraz y se pone otro para quitar la cabeza, lo que ya no destila se llama cola y son impurezas con punto de ebullicin mayor al compuesto.9. Compare los resultados experimentales de las destilaciones del problema 2 y d tres razones de aquella que le pareci ms eficaz: La destilacin fraccionada ya que se notan ms fcilmente las

fracciones de destilacin, es ms confiable ya que equivale a varias destilaciones simples y comienza a destilar a menor temperatura la cabeza.10. En que casos es recomendable utilizar la destilacin simple y en cuales la destilacin fraccionada?

La simple para mezclas de lquidos que difieran en ms de 80C sus puntos de ebullicin entre ellos y la fraccionada con p.e. que difieran en menos de 80C o con muy pocos grados entre ellos (incluso hasta grado).11. Investigue la toxicidad de acetato de etilo y acetona.

ACETATO DE ETILO: Lquido incoloro, de olor caracterstico. El vapor es ms denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo; posible ignicin en punto distante; El calentamiento intenso puede originar combustin violenta o explosin. La sustancia se descompone bajo la influencia de luz UV, bases y cidos. La solucin en agua es un cido dbil. Reacciona con oxidantes fuertes, bases o cidos. Ataca muchos metales en presencia de agua. Ataca los plsticos. La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La sustancia puede tener efectos sobre el sistema nervioso. La exposicin muy por encima del OEL puede producir la muerte. Se recomienda vigilancia mdica; El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis. ACETONA: Lquido incoloro, de olor caracterstico. El vapor es ms denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo; posible ignicin en punto distante; La sustancia puede formar perxidos explosivos en contacto con oxidantes fuertes tales como cido actico, cido ntrico y perxido de hidrgeno. Reacciona con cloroformo y bromoformo en condiciones bsicas, originando peligro de incendio y explosin. Ataca a los plsticos. El vapor de la sustancia irrita los ojos y el tracto respiratorio. La sustancia puede causar efectos en el sistema nervioso central, el hgado, el rin y el tracto gastrointestinal. El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis. El lquido desengrasa la piel. La sustancia puede afectar a la sangre y a la mdula sea.12. En que forma se procesan desechos de acetato de etilo y acetona?

Acetato de etilo: Recoger en la medida de lo posible el lquido que se derrama y el ya derramado en recipientes hermticos. Absorber el lquido residual en arena o absorbente inerte y trasladarlo a lugar seguro. Esta sustancia puede ser peligrosa para el ambiente; debera prestarse atencin especial al agua.

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Acetona: Ventilar. Recoger el lquido procedente de la fuga en recipientes precintables, absorber el lquido residual en arena o absorbente inerte y trasladarlo a un lugar seguro. NO verterlo al alcantarillado. CONCLUSIONES: En esta prctica se utilizaron 2 tcnicas de destilacin: simple y fraccionada. La destilacin simple es efectiva cuando los lquidos mezclados difieren entre ellos en sus puntos de ebullicin en 80C o ms y la fraccionada para sustancias que difieran entre ellas a pocos grados de su temperatura de ebullicin o a menos de 80C ya que es ms precisa y ya que equivale a varias destilaciones simples ya que cada reevaporacin del condensado que se produce al ascender el vapor por la columna de fraccionamiento que se utiliza para este tipo de destilacin equivale a una destilacin simple y cada una de estas destilaciones separadas conducen a un condensado que es sucesivamente ms rico en el componente ms voltil, con lo que se pueden obtener productos puros.

BIBLIOGRAFA: QUIMICA, CONCEPTOS Y PROBLEMAS. Mosqueira & Mosqueira, edit. Limusa, 2 edicion 2003, Mxico D.F. pp.385-395 Dickson T.R. Introduccion a la qumica, Edit Publicaciones cultural 16 ed Mxico 1999 pp. 255, 408-417 http://www.fq.uh.cu/dpto/qi/Aimee/sintesis_inor_web/conf_3.htm (28/ago/2006) www.ugr.es/ quiored/lab/oper_bas/dest_s.htm (28/ago/06) http://www.quimicaorganica.net/quimica_organica_I.htm(2/sept/06)

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