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Grado en Química
3er Curso
MANUAL DE LABORATORIO
GUIONES DE PRÁCTICAS
CUESTIONES
QUIMICA INORGÁNICA V
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NORMAS GENERALES
El alumno debe leer en el Manuel de Laboratorio de Químca General (1º Curso) los apartados
relativos a NORMAS DE TRABAJO Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO LIMPIEZA Y SECADO DEL MATERIAL DE
LABORATORIO, OPERACIONES BÁSICAS, EQUIPOS Y APARATOS DE USO FRECUENTE Y DIARIO DE LABORATORIO
(PAG. 3-19).
UTILES A TRAER POR EL ALUMNO
Bata
Gafas de Seguridad
Cuaderno de Laboratorio
Espátula
NORMAS DE TRABAJO
Antes de empezar
Antes de empezar cada práctica, el profesor comprobará que el alumno ha leido el guión
correspondiente y contestado las preguntas previas.
Durante las sesiones
Las prácticas son individuales, salvo que se indique lo contrario.
Cada alumno tendrá asignado una mesa y una taquilla con el equipo individual.
Trabajar siempre en la mesa, salvo que se necesite la campana de gases.
Mantener siempre limpia la mesa de trabajo.
Al acabar
Limpiar la mesa y el material utilizado.
Dejar el equipo individual en la mesa de trabajo.
Avisar al profesor antes de abandonar el laboratorio.
QUIMICA INORGÁNICA V
Grado en Química
3er Curso
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Práctica nº 1
PREPARACIÓN DE ACETILFERROCENO
INTRODUCCIÓN
El ferroceno es suficientemente estable para sobrevivir en diversas condiciones de
reacción. Los ligandos Cp exhiben una química propia de anillos aromáticos, siendo el ferroceno
más reactivo que el benceno frente a la sustitución electrófila aromática.
En este experimento se llevara acabo la acilación de Friedel-Crafts para obtener acetil ferroceno
La elección acertada de las condiciones de reacción permite obtener casi exclusivamente
monoacetilferroceno. En condiciones suaves, utilizando anhídrido acético y ácido fosfórico, se
obtiene fundamentalmente el producto monoacetilado, presumiblemente mediante la formación
en la reacción del electrófilo CH3-C≡O+
(CH3CO)2O + H3PO4 CH3-C≡O+ + CH3COOH + H2PO4-
en concentración inferior a la obtenida con cloruro de acetilo y tricloruro de aluminio:
CH3COCl + AlCl3 CH3-C≡O+ + AlCl4-
por lo que en este caso, y dependiendo de las cantidades de reactivos, se obtiene principalmente
el derivado mono- o diacetilado.
OBJETIVOS
Estudio de la acilación de Friedel-Crafts, teniendo en cuenta los tipos de reacción que se
producen en la síntesis.
QUIMICA INORGÁNICA V
Grado en Química
3er Curso
C CH3
O
Fe
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
186,39 228,39
Preparación de acetilferroceno
En un matraz de fondo redondo de 50 mL se añaden 0,32 g de ferroceno y 1 cm3 de
anhídrido acético. A esta mezcla se añaden, con agitación, 5 gotas de ácido fosfórico del 85%.
(Precaución: El anhídrido acético es corrosivo y lacrimógeno. El ácido fosfórico es corrosivo.)
Se coloca un condensador de reflujo provisto de tubo de cloruro cálcico y se calienta la mezcla
durante 20 minutos a 90°C en un baño de agua, utilizando para ello una placa de calefacción.
(Estas condiciones suaves reducen en gran medida la formación de alquitranes de reacción que
se producen a temperaturas más elevadas.)
Se añaden 4 g de hielo en el balón y, una vez que se ha derretido el hielo, la mezcla de reacción
se vierte en un vaso de precipitados de 50 mL. A continuación se añade la cantidad suficiente de
NaHCO3 para neutralizar la mezcla (pH = 5-6; hasta que cese la efervescencia). (Debe agitarse
bien después de cada adición dado que el exceso de NaHCO3 contamina el producto y no se
puede eliminar sin pérdida significativa del producto.) Se necesitan de 1 a 2 g para esta
neutralización; conviene añadir unos 0,25 g de cada vez.
La mezcla neutra se enfría en baño de hielo durante 30 min y luego se filtra a vacío y se lava el
producto con agua fría hasta color naranja pálido del filtrado. (Se usa agua helada para evitar
que el producto se disuelva y se pierda. No se debe usar demasiada agua ya que el
acetilferroceno es algo soluble en agua.) Se seca el producto en desecador a vacío.
Realizar la purificación del producto por cromatografia en columna (práctica 2).
MATERIAL
Vidrio de reloj Soporte
Pinza Nuez
Matraz de fondo redondo (50 mL) pipeta de 100 mL
Embudo de presión compensada Probeta de 10 mL
Tubo de cloruro cálcico Placa calefactora
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Balanza Cristalizador
2 vasos de precipitados de 250 mL Varilla de vidrio
Embudo Büchner o placa filtrante Kitasato
Espátula Termómetro
Cono de Goma Frasco Lavador
Desecador Trompa de agua
Estufa
REACTIVOS
Ferroceno, anhídrido acético, ácido fosfórico, hidrogenocarbonato sódico sólido. Disolventes
orgánicos.
CUESTIONES
1.- ¿Por qué se usa una probeta para medir el anhídrido acético?
2.- Escribe la ecuación de la reacción que tiene lugar en la preparación.
3.- Escribe la ecuación de la reacción que tiene lugar en el proceso de neutralización.
4.- ¿Por qué es necesario lavar repetidas veces el sólido marrón?
5.- ¿Qué finalidad tiene el ácido fosfórico?
6.- Calcula el rendimiento a partir de la reacción global
7.- ¿Por qué no se obtiene un rendimiento del 100%?
BIBLLIOGRAFIA
R. Angelici, 181.
J.Chem.Educ., 40 (1963) 531, 43 (1966) 73; 50 (1973) 369; 55 (1978) 208; Marr y Rocket, 312.
Shriver, Atkins & Langford, “Inorganic Chemistry”, 2nd
Ed., pp. 660 & 687–693.
McMurry, “Organic Chemistry”; 5th
Ed. pp. 600-605
1. Purcell K.F. and Kotz J.C. “Inorganic Chemistry”, 2ª ed., W.B. Saunders Company, 1977.
2. Marr G. and Rockett B.W., “Practical Inorganic Chemistry”, Van Nostrand Reinhold,
London, 1972.
3. Rosenblum M., “Chemistry of the Iron Group Metallocenes” John Wiley and Sons, New
York, 1965.
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Práctica nº 2
PURIFICACIÓN DE ACETILFERROCENO POR
CROMATOGRAFIA
Una vez obtenido el acetil ferroceno mediante una acilación de Friedel-Crafts el producto
obtenido puede purificarse utilizando la técnica de cromatografia en columna, previamente
deben estudiarse los eluyentes para conseguir una buena separación, utilizando la cromatografia
en capa fina.
OBJETIVOS
Conocimiento de nuevas técnicas:
Separación y purificación de compuestos mediante cromatografía en columna
Elección de los eluyentes apropiados mediante cromatografía en capa fina.
Eliminación de disolventes por evaporación a presión reducida.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
La purificación del producto se realiza cromatográficamente, en columna de gel de sílice,
tomando aproximadamente 0,3 g del producto crudo de la reacción (no utilizar todo el producto
obtenido).
Elección del eluyente (Cromatografia en capa fina)
Se preparan varias placas de cromatografía en capa fina de 2,5 x 7,5 cm, y en ellas se
coloca, con ayuda de un capilar, a unos 5 mm del borde inferior de la placa, un punto de la
disolución de una pequeña muestra del producto en un disolvente volátil (puede colocarse
también una muestra de ferroceno, para comparar la presencia o ausencia de este en el producto
obtenido). En un recipiente adecuado (p.ej. un vaso de precipitados pequeño) se pone un poco
del eluyente que se va a probar hasta una altura de 2-3 mm, y en él se coloca la placa
verticalmente, dejando que el eluyente ascienda por capilaridad hasta 1 cm del borde superior de
la placa (ver Figura 1). Entonces se retira la placa, se deja secar y se observa con luz UV para ver
las manchas de los productos separados (en caso de que la luz UV no revele los productos, la
placa puede introducirse en un recipiente que contenga unos cristalitos de yodo, que se fija sobre
los productos, mostrando su posición). Se hacen ensayos con diferentes eluyentes, del menos
polar al más polar:
hexano < tolueno < diclorometano < éter < acetato de etilo,
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eligiendo el que mejor separe los productos. Si un eluyente de la serie no logra la separación al
no desarrollar lo suficiente y el siguiente hace avanzar conjuntamente la mezcla con el frente,
deben probarse mezclas de ambos, teniendo en cuenta la alta sensibilidad a los cambios de
polaridad.
Separación cromatográfica
Preparación de la columna:Una vez decidido cuál va a ser el eluyente, se prepara una columna
de cromatografía
Se introduce un poco de algodón hasta el fondo de la columna con ayuda de una varilla. Se
rellena la columna con alúmina o (o silicagel) compactándola adecuadamente de forma que el
relleno ocupe unos 25 cm.Se coloca un dedo de arena en la parte superior de la alúmina. En
algunos casos se indica que se coloque arena antes del algodón pero no es recomendable dado
que puede tupir la llave, se llena con el eluyente, dejándolo fluir hasta que ocupe toda la columna
y su nivel superior casi llegue al borde de la sílice,
Separación por columna: Con una pipeta pasteur se añade al tope de la columna sobre la arena
el producto disuelto en una mínima cantidad del eluyente y se deja fluir, observando el avance de
las bandas coloreadas que corresponden a cada producto. Se observa la separación de un
producto amarillo (ferroceno) que desciende por la columna, mientras que otro naranja
(acetilferroceno) permanece en la parte superior de la columna. Se recoge hasta que todo el
producto amarillo abandone la columna. Ya antes se puede ir añadiendo mezcla de eluyentes
para hacer bajar el acetilferroceno recogiéndose en un segundo vaso.Se modifica el eluyente para
recoger el acetiferroceno.Cuado este empiece a abandonar la columna se toma la disolución en
un tercer vaso para evitar que esta esté demasiado diluida.
Es muy importante reponer regularmente líquido en el tope de la columna para que nunca
quede seca durante la cromatografía (ver Figura 2). La columna se vacía estableciendo vacío por
la parte inferior con el fin de secarla bien, o introduciéndole agua a presión por su parte inferior.
Recogidas las diferentes fracciones de productos en diferentes matraces, se concentran en el
rotavapor.
Determinar el punto de fusión, realizar el analisis elemental y registrar los espectros IR y RMN
de 1H para su caracterización (práctica 3).
REACTIVOS
Ferroceno, alumina para cromatografia.
Disolventes orgánicos: hexano, tolueno,diclorometano, eter, acetato de etilo.
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MATERIAL
Rotavapor Estufa
Columna cromatográfica Soporte
Espátula Pinza
Varilla de vidrio Nuez
Vidrio de reloj Probeta de 100 mL
2 vasos de precipitados de 250 mL Pipeta Pasteur
5 Matraces Erlenmeyer (100 mL) Embudo de vidrio
CUESTIONES
1.- ¿Qué es el factor Rf y cómo se calcula?
2.- ¿Qué objeto tiene en la cromatografía en capa fina, la utilización de mezclas de disolventes.
3.- ¿Cuál es le criterio que se sigue para añadir los disolventes de elución en la columna
cromatográfica?
BIBLIOGRAFÍA
R. Angelici, 181.
J.Chem.Educ., 40 (1963) 531, 43 (1966) 73; 50 (1973) 369; 55 (1978) 208; Marr y Rocket, 312.
Figura 1.- Separación por cromatografía en capa fina de acetilferroceno.
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Figura 2.- Separación por cromatografía en columna de acetilferroceno.
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Práctica nº 3
CARACTERIZACIÓN DE ACETILFERROCENO
INTRODUCCIÓN
Una vez sintetizados y purificados los compuestos, es preciso llevar a cabo su identificación
mediante técnicas habituales que van desde las más sencillas hasta otras más complejas. Es
importante obtener un número suficiente de datos para cada compuesto que se prepare, y para su
completa caracterización (determinación de su composición y estructura) es necesario, en
general, aplicar varias técnicas unas más disponibles que otras. Las técnicas que se utilizen para
caracterizar los compuesto han de ser complementarias y la técnica de elección, es decir, de
todas ellas la que más imformación aporte, va a depender de las propiedades del producto a
caracterizar.
En este caso se realizara la medida de los puntos de fusión, analisis elemental, espectroscopia de
IR y de RMN de 1H, también debemos de conocer el rendimiento global del proceso.
OBJETIVOS
Se pretende que el alumno caracterice los productos haciendo uso de algunas de las técnicas de
uso más frecuente en Química Inorgánica: análisis elemental, puntos de fusión, espectroscopia
IR y espectroscopia de RMN de 1H, y que de este modo aprenda algunos de los aspectos
prácticos esenciales, como puede ser el de la preparación de la muestra.
Cálculo del rendimiento de un proceso químico en su conjunto.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Calculo del rendimiento
Una vez purificado y seco el acetilferroceno debe pesarse para calcular el rendimiento del
proceso global.
Determinación del punto de fusión
El punto de fusión de un sólido cristalino es la temperatura del cambio de estado de sólido a
líquido, a la presión de 1 atmósfera. Su detetrminación experimental puede llevarse a cabo en un
aparato diseñado para tal fin. Se toma una pequeña cantidad de muestra y se introduce en un
capilar para determinar su punto de fusión; se anota la temperatura cuando comienzen a aparecer
gotas líquidas en el interior de la muestra, y la temperatura a la que toda la muestra acaba de
fundir. Este proceso se realiza dos veces.
Punto de fusion del acetilferroceno: 81-83 °C
Punto de fusion del ferroceno: 173-174 °C
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Análisis elemental
El análisis elemental es una parte esencial de la caracterización. La muestra que se envíe a la
unidad de análisis elemental debe ser pura y homogénea y el recipiente que la contiene debe de
estar limpio y seco. El analizador de que se dispone en la unidad de analisis elemental de la USC
determina el % de C, H, N, O, S.
Calcular los porcentajes teóricos y comparar con los resulatados obtenidos
Espectroscopia Infrarroja
Esta técnica de caracterización se basa en el estudio de la posición de las frecuencias
características de enlaces o grupos funcionales y en el número de bandas asignables a algunos
fragmentos moleculares significativos.
Para registrar el espectro IR, se utiliza en este caso una pastilla de KBr, que se prepara
pulverizando en un mortero de ágata una punta de espátula muy pequeña del producto junto con
KBr anhidro, hasta obtener una mezcla lo más homogénea posible. Se prepara la pastilla
posteriormente en una prensa.
La aparición de una banda correspondiente al modo de tensión de enlace del carbonilo a 1736
cm─1 presente en el acetilferroceno y ausente en el ferroceno, diferencia a ambos. Una banda a
1100 cm─1 distingue al derivado monoacetilado del derivado diacetilado
Espectroscopia de RMN de 1H
La elección del disolvente a utilizar tiene una cierta influencia sobre los desplazamientos
químicos obtenidos. Como sustancia de referencia se utiliza el tetrametilsilano (TMS) que esta
contenido en la propia disolución.
Se disuelve una cantidad de muestra entre 10-15 mg del producto puro en 1 cm3 de CDCl3 en un
vial limpio y seco, y se transfiere la mezcla obtenido a un tubo especial para RMN
Se registra el espectro de RMN de 1H para su caracterización.
Una vez recogidos los datos se asignan las señales del producto y otras señales que pudieran
estar presentes (disolvente, agua, impurezas, subproductos)
REACTIVOS
KBr, Cloroformo deuterado,...
BIBLIOGRAFÍA
R. Angelici, 181.
J.Chem.Educ., 40 (1963) 531, 43 (1966) 73; 50 (1973) 369; 55 (1978) 208; Marr y Rocket, 312.
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CUESTIONES
PREPARACIÓN DE ACETILFERROCENO
1.- ¿Por qué se usa una probeta para medir el anhídrido acético?
2.- Escribe la ecuación de la reacción que tiene lugar en la preparación.
3.- Escribe la ecuación de la reacción que tiene lugar en el proceso de neutralización.
4.- ¿Por qué es necesario lavar repetidas veces el sólido marrón?
5.- ¿Qué finalidad tiene el ácido fosfórico?
6.- Calcula el rendimiento a partir de la reacción global
7.- ¿Por qué no se obtiene un rendimiento del 100%?
PURIFICACIÓN DE ACETILFERROCENO POR
CROMATOGRAFIA
1.- ¿Qué es el factor Rf y cómo se calcula?
2.- ¿Qué objeto tiene en la cromatografía en capa fina, la utilización de mezclas de disolventes.
3.- ¿Cuál es le criterio que se sigue para añadir los disolventes de elución en la columna
cromatográfica?
DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES
1. Cálculos y rendimiento del proceso.
2. Caracterización del compuesto: completa la Tabla 1.
3. Analiza el espectro de IR. ¿Cuál es la diferencia fundamental con respecto al del ferroceno?
4. De los espectros que se presentan en la Figura 3, determina cuál es de acetilferroceno y cuál
de diacetilferroceno.
5. Interpreta el espectro de RMN de 1H, comparando con el del ferroceno. Concluye si existe
algun ferroceno mezclado con acetilferroceno. De ser así, muestra cómo puedes utilizar la
integral de las señales para determinar la relación de ferroceno y acetilferroceno.
6. Además de ferroceno en el producto obtenido, ¿qué otros productos secundarios son posibles
en esta reacción de acilación?
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Tabla 1.
Caracterización del producto obtenido y determinación de su pureza
Técnicas de caracterización utilizadas
P.F. AE IR RMN Masas Otras
Aspecto (color, homogeneidad, ...): Punto de fusión (bibliográfico y experimental):
Análisis elemental: Fórmula molecular =
Calculado Experimental %C %H %N
IR: RMN: Masas: Pico (m/z) Asignación
(ppm) Asignación
experimental(cm-1) bibliografía (cm-1) Asignación
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Espectro IR de ferroceno
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Espectro IR de acetilferroceno
17
Espectros IR de los derivados de ferroceno.
18
Espectro de masas de ferroceno
19
Espectro de masas de acetilferroceno
20
Espectro RMN de 1H de ferroceno
Espectro RMN de 1H de acetilferroceno