VIII. GUIONES EXPERIMENTALES

GUIN EXPERIMENTAL 1

PREPARACIN DE JABONES.

REACCIONES DE SAPONIFICACIN DE GRASAS NATURALES PROBLEMA Determine el ndice de saponificacin de una grasa de origen natural, y en base a ste, calcule la cantidad de leja de NaOH o de KOH necesaria para saponificar 30 g de grasa y obtener un jabn que tenga un pH entre 7 y 8. REACCIN

INFORMACIN

Qumicamente el jabn es una mezcla de sales de sodio o de potasio de cidos carboxlicos de cadena larga y lineal, producida por la hidrlisis de una grasa animal o vegetal con un lcali (reaccin de saponificacin).

Las grasas naturales son triglicridos, es decir, tristeres de la glicerina con cidos carboxlicos de cadena larga y lineal (cidos grasos). Convencionalmente a los triglicridos que son slidos a temperatura ambiente se les denomina grasas, y a los que son lquidos se les denomina aceites.

La diferencia estructural entre las grasas y los aceites, radica en que estos ltimos son triglicridos formados a partir principalmente de cidos grasos con insaturaciones.

El ndice de saponificacin se puede definir como la cantidad de lcali necesaria para saponificar un gramo de grasa.

Los jabones ejercen su accin limpiadora debido a que su molcula est constituida por dos partes muy diferentes, una parte inica (hidroflica) y una parte no polar (lipoflica). La parte hidroflica tiende a disolverse en el agua, y la lipoflica tiende a disolverse en la grasa.

C

O

OR CH2

CHOC

O

R1

CH2OC

O

R2

+

C

O

R O Na

+

C

O

O NaR1

++ CHOH

CH2OH

CH2OH

C

O

O NaR2Triglicrido

Sales de cidos carboxlicos (jabn)

NaOH

Glicerina

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Determinacin del ndice de saponificacin Prepare una disolucin etanlica-acuosa de hidrxido de sodio o de potasio, disolviendo 1 g de NaOH o KOH en 5 mL de agua y adicionando 20 mL de etanol; si permanecen slidos sin disolver espere a que stos se sedimenten. En un matraz bola pese aproximadamente 0.250 g de grasa aceite, agregue una alcuota de 10 mL de la disolucin etanlica-acuosa con pipeta volumtrica y agite. Adicione piedras de ebullicin, coloque un refrigerante y caliente a reflujo la mezcla durante 30 minutos. Una vez terminado el tiempo de reaccin, enjuague el tubo del condensador con 5 o 10 mL de agua (colecte sta directamente en el matraz) y deje enfriar la solucin. Vierta el contenido del matraz bola en un matraz Erlenmeyer de 125 mL (enjuague el matraz bola con un poco de agua), agregue una o dos gotas de fenolftalena y agite fuertemente. Titule el NaOH o el KOH remanente con una disolucin estandarizada de HCl 0.2 N.

Coloque otra alcuota de 10 mL de disolucin etanlica-acuosa en un matraz Erlenmeyer de 125 mL (blanco), agregue una dos gotas de fenolftalena, agite y titule utilizando la disolucin estandarizada de HCl 0.2 N. La diferencia entre los volmenes utilizados de disolucin de HCl en las titulaciones, representa la cantidad de lcali consumido en la saponificacin. Realice el clculo para obtener el ndice de saponificacin (I.S.) con la frmula propuesta (nota). A partir del ndice de saponificacin, determine la cantidad de base necesaria para saponificar 30 g de grasa aceite.

Donde:

N = normalidad de la disolucin de HCl PM = peso molecular de la base utilizada V1 = volumen (L) de HCl utilizado en la titulacin del NaOH remanente de la saponificacin V2 = volumen (L) de HCl utilizado en la titulacin del blanco m = masa de la grasa o aceite en gramos

Nota: para tener una mayor precisin en la determinacin del ndice de saponificacin, lleve a cabo el procedimiento por duplicado. Saponificacin de una grasa En un vaso de precipitados de 400 mL, coloque la cantidad de leja de sosa o de potasa necesaria para saponificar 30 g de grasa, adicione suficiente cantidad de etanol y

agite; caliente la disolucin entre 60 a 70 C. Pese 30 g de grasa o aceite en un vaso de

precipitados de 250 mL y caliente suavemente sin sobrepasar los 45 C; adicione poco a poco y con agitacin vigorosa la grasa o aceite a la leja. Contine el calentamiento con

agitacin (la temperatura no debe pasar de los 75 C) hasta que al mezclar en un vidrio de reloj un poco de la mezcla de reaccin y unas gotas de agua, no se observe ningn

I.S. =m

. PM . (V2 - V

1)N

sobrenadante aceitoso (indicio de que la saponificacin ha concluido). Eleve entonces la temperatura (entre 80 a 90C) para evaporar el etanol. Una vez evaporado el etanol, deje enfriar, mida el pH del jabn preparado y compare con el pH de un jabn comercial; de ser necesario, ajuste el pH de su jabn. Mida el volumen de la espuma de su jabn y determine tambin el volumen de la espuma de un jabn comercial. Determinacin del volumen de espuma

Coloque aproximadamente 1 g de jabn en una probeta graduada de 50 o 100 mL, adicione 10 mL de agua y agite vigorosamente durante 5 minutos con un agitador magntico. Mida el volumen de la espuma formada.

Puede preparar diferentes jabones variando la grasa o aceite, el tipo de leja o la

cantidad de etanol. Lejas recomendadas

Disolucin de NaOH 20 B: 1.0 ml = 0.146 g de NaOH Disolucin de KOH 23 B: 1.0 ml = 0.2 g de KOH

Escriba los resultados en el cuadro siguiente:

Grasa o aceite

I.S. de la grasa o aceite

Tipo de leja y concentracin

Cantidad de etanol

Tiempo de

reaccin

pH del

jabn

Volumen de la

espuma

ANTECEDENTES a) Reaccin de saponificacin (hidrlisis bsica de steres), caractersticas, condiciones

de reaccin y mecanismo. b) Definicin de ndice de saponificacin y su utilidad. c) Mtodos industriales para la fabricacin de jabones de tocador. d) Composicin de los aceites y grasas utilizados en la elaboracin de jabones: aceite de

coco, palma, oliva, almendras, cebo de res, manteca de cerdo, etc. e) Caractersticas de las lejas utilizadas en la industria de jabones. f) Aditivos para jabones: colorantes, esencias, emolientes, etc. g) Normas oficiales para la elaboracin y aceptacin de un jabn de tocador.

CUESTIONARIO 1) Cmo se determina la cantidad de base que se deber usar para saponificar una

grasa o aceite? 2) Cmo determin los grados Baum (B) de su leja? 3) Una vez determinados los grados Baum de la leja, cmo calcul el volumen de leja

necesario para llevar a cabo la reaccin de saponificacin de su grasa o aceite? 4) Para qu se utiliza el etanol en la reaccin de saponificacin de la grasa o aceite? 5) Por qu la temperatura de reaccin de la saponificacin no debe pasar el lmite de

75 C? 6) Cmo determina prcticamente que la reaccin de saponificacin ha terminado? 7) Mediante qu pruebas puede usted verificar que el jabn obtenido es adecuado para

su uso? 8) Cul es la diferencia entre el volumen de la espuma del jabn preparado y el volumen

de espuma del jabn comercial? Explique la causa de tal diferencia. 9) El pH del jabn preparado (medicin inicial) fue diferente al pH del jabn comercial? Si

la respuesta es afirmativa, qu tan grande fue esta diferencia y a que lo atribuye? Si no hubo diferencia a qu se debe?

10) Explique la importancia de determinar correctamente el ndice de saponificacin en la preparacin de un jabn.

11) Qu diferencias encuentra entre los productos obtenidos al variar el tipo de leja (entre leja de NaOH y leja de KOH) para saponificar la misma grasa o aceite?

12) Qu diferencias encuentra entre los distintos productos obtenidos al variar las grasas o aceites?

13) Cul es la relacin entre las propiedades de un jabn y la estructura de los residuos de cidos grasos que lo componen?

BIBLIOGRAFA O.L.J. Smith y S.J. Cristol, Qumica Orgnica, Volumen II. Revert, Mxico, 1970. C.F. Wilcox y M.F. Wilcox, Experimental Organic Chemistry, Prentice Hall, 2da. edicin, Estados Unidos, 1995. J. McMurry, Organic Chemistry, Brooks/Cole Publishing Company, 3ra. edicin, Estados Unidos, 1992.

GUIN EXPERIMENTAL 2

PREPARACIN DE COLORANTES AZOICOS.

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LAS REACCIONES DE DIAZOACIN Y COPULACIN

PROBLEMA Determine la temperatura que se requiere para obtener un colorante azoico con la mayor pureza y el ms alto rendimiento posible. REACCIONES

INFORMACIN

Las aminas primarias aromticas reaccionan con cido nitroso para formar sales de diazonio relativamente estables. Estas reacciones reciben el nombre de reacciones de diazoacin.

Las sales de diazonio pueden actuar como electrfilos dbiles y reaccionar con anillos aromticos activados en reacciones de sustitucin electroflica aromtica. A este tipo de reacciones se les conoce como reacciones de copulacin.

Los fenoles, los naftoles y las aminas aromticas poseen un anillo activado que permite las reacciones de copulacin entre ellos y las sales de diazonio. De dichas reacciones se obtienen colorantes azoicos.

Los colorantes azoicos presentan bandas caractersticas de absorcin en la regin del visible del espectro electromagntico.

1) NaNO2, HCl

Cl N N R

Diazoacin:

Amina

aromticaSal de diazonio

Copulacin:

+1) NaOH

2) HCl

N N R

Colorante azico

R = CH3, NO2, OCH3, SO3H, OH

NH2 R

G

GSal de diazonio

- G = - OH, - NH2, - NHR, - NR2

Sustrato aromtico activado

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL a) Formacin de la sal de diazonio (reaccin de diazoacin)

Disuelva 0.0058 moles de la amina aromtica en 5.5 mL de disolucin de cido clorhdrico al 10 %. Lleve la disolucin al intervalo de temperatura deseado (de los que se indican en el cuadro de abajo), y agregue 0.3 g de nitrito de sodio, agite y mantenga a dicha temperatura la mezcla de reaccin. b) Reaccin de copulacin

Disuelva 0.0055 moles del sustrato aromtico en 4.0 mL de disolucin de hidrxido de sodio al 10 %, y lleve la disolucin a la misma temperatura que se utiliz en la reaccin de diazoacin. Adicione la disolucin del sustrato aromtico a la disolucin de la sal de diazonio previamente formada, y agite durante varios minutos manteniendo la temperatura sin variacin; mida el pH y ajstelo de ser necesario. Deje reposar la mezcla de reaccin a temperatura ambiente durante aproximadamente 5 minutos. Enfre en bao de hielo para inducir la cristalizacin; en caso necesario, acidule hasta pH cido. Asle el producto mediante filtracin a vaco y lvelo con agua. Permita que el colorante se seque. Determine su punto de fusin y rendimiento.

Realice una cromatografa en capa fina comparativa del producto con sus materias

primas, y otra de los productos obtenidos a las distintas temperaturas. Purifique cada uno de los productos por recristalizacin, determine el rendimiento y punto de fusin. Enve una muestra de cada producto crudo al laboratorio de anlisis espectroscpico, para que se les efecte un anlisis cuantitativo por medio de espectrofotometra UV-visible, y de esta manera determinar la pureza relativa de los colorantes crudos. Registre sus datos en el cuadro siguiente:

Intervalo de T (C)

Cambio de coloracin con el pH

Rendimiento del producto

crudo (%)

Materia prima detectada por cromatografa en capa fina

Coeficiente de

extincin molar

Punto de fusin

del producto

crudo

0 5

20 25

30 35

Determinacin de pureza mediante espectrofotometra UV-visible

El espectro de absorcin UV-visible de un compuesto es una representacin grfica que indica la cantidad de luz absorbida (absorbancia) a diferentes valores de longitud de

onda (), y se caracteriza por la presencia de un pico de absorcin mxima. A la longitud

de onda a la que se presenta la mxima absorbancia se le conoce como mx.

El comportamiento de la absorbancia de una sustancia en disolucin diluida, sigue la ley de Lambert-Beer:

A = X C X L Donde: A = absorbancia C = concentracin de la sustancia en moles/L L = longitud de la celda en cm = coeficiente de extincin molar

El coeficiente de extincin molar () es una constante caracterstica de cada sustancia en condiciones definidas de longitud de onda, disolvente y temperatura; indica la intensidad de la absorcin por parte de la sustancia a tal longitud de onda.

En la literatura se pueden encontrar valores de determinados a la mx (mx) para un gran nmero de compuestos. La comparacin del mx reportado en la literatura con el obtenido prcticamente, da informacin acerca de la pureza del compuesto.

Para determinar el coeficiente de extincin molar prctico a la mx, se mide la

absorbancia de la sustancia a la mx, y se calcula el mx con la siguiente ecuacin:

mx = A / (C X L) ANTECEDENTES a) Caractersticas estructurales, importancia comercial y sntesis de colorantes azoicos. b) Ecuaciones generales y mecanismos de las reacciones de diazoacin y copulacin. c) Condiciones experimentales generales para las reacciones de diazoacin y copulacin. d) Anlisis cualitativo y cuantitativo de colorantes azoicos por la tcnica de

espectrofotometra en el visible. e) Diagrama de flujo de la sntesis del colorante azoico de inters. f) Diferentes mtodos a travs de los cuales los colorantes azoicos tien las telas.

CUESTIONARIO 1) Describa a travs de un diagrama de flujo, el proceso general de obtencin de un

colorante azoico, especificando en cada etapa del proceso, el objetivo de la misma. 2) Al variar el pH, se present algn cambio en la coloracin de la disolucin acuosa de

su producto?, si la respuesta es afirmativa a qu se debe dicho cambio de coloracin? 3) Qu diferencias observa entre los productos obtenidos a las distintas temperaturas? 4) Cul fue el rendimiento y la pureza de cada uno de los productos obtenidos a las

distintas temperaturas? 5) Se encontraban sus productos contaminados con materias primas?, si la respuesta es

afirmativa, cules fueron las materias primas que contaminaron cada uno de sus productos y cmo las detect?

6) Cul fue la temperatura con la que se obtuvo mxima pureza y mximo rendimiento de colorante? Explique.

7) En base a la pureza y el rendimiento de sus productos, explique el efecto de la temperatura en la sntesis de colorantes azoicos.

BIBLIOGRAFA A.I. Vogel, A Textbook of Practical Organic Chemistry, Longman, 4ta. edicin, Londres, 1978. R.Q. Brewster, Curso Prctico de Qumica Orgnica, Alhambra, Espaa, 1970. J.D. Roberts y M.C. Caseiro, Basic Principles of Organic Chemistry, W. A. Benjamin, Estados Unidos, 1965. Colour Index Internacional: http://www.colour-index.org/

GUIN EXPERIMENTAL 3

SNTESIS DE POLIMEROS

RELACIN ENTRE EL COMPORTAMIENTO AL CALOR DE LOS POLMEROS Y SU FORMA

PROBLEMA

Sintetice los polmeros propuestos, clasifquelos de acuerdo a su comportamiento frente al calor, y determine la relacin de este comportamiento con la forma del polmero y su mtodo de sntesis. INFORMACIN

Polmero: El termino polmero (del griego poli = muchos, meros = partes) se refiere a macromolculas cuya estructura depende del monmero o los monmeros utilizados en su preparacin. Si se unen slo algunas unidades de monmero se obtiene un polmero de bajo peso molecular llamado oligmero (del griego oligos = pocos).

Clasificacin de los polmeros de acuerdo a su forma y a su comportamiento frente al calor:

TIPOS DE POLIMEROS

POR SU FORMA:

Lineales Ramificados Entrecruzados Reticulados

POR SU COMPORTAMIENTO AL CALOR:

A) Termoplsticos: Presentan un comportamiento similar a la de la parafina, funden al calentarse y se solidifican al enfriarse, pudindose repetir esta operacin sucesivas veces sin degradarse. B) Termofijos: No toleran ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento como los termoplsticos. Con calentamiento suave, se ablandan y fluyen una vez, para ser moldeados, pero las temperaturas elevadas endurecen el material y lo convierten en un slido infundible.

Tambin se puede clasificar a los polmeros de acuerdo al mtodo para sintetizarlos. Las polimerizaciones en cadena se llevan a cabo con monmeros vinlicos, y pueden ser de tres tipos: aninicas, catinicas y va radicales libres. Las polimerizaciones en etapas involucran a monmeros con diversos tipos de grupos funcionales, que reaccionan entre s, con o sin eliminacin de pequeas molculas.

Las principales diferencias entre una polimerizacin en cadena y una polimerizacin

en etapas se resumen a continuacin.

Algunas caractersticas de los tres tipos de polimerizacin en cadena se muestran en la siguiente tabla.

REACCIONES DE POLIMERIZACIN EN CADENA

Radicales libres

Se producen cuando se hace reaccionar el monmero con un radical libre iniciador (iniciacin), generando un nuevo radical libre que reacciona con el monmero dando lugar al crecimiento de la cadena (propagacin).

Catinica

Se llevan a cabo por un mecanismo similar al proceso radicalario, excepto que implica a carbocationes como iniciadores e intermediarios.

Aninica Tienen lugar a travs de carbaniones como iniciadores e intermediarios. Requieren de un monmero que produzca un carbanin estabilizado, cuando reaccione con el extremo aninico de la cadena en crecimiento.

TIPO DE POLIMERIZACIN

En cadena

El crecimiento de la cadena ocurre por adicin sucesiva de las unidades de un monmero a un nmero limitado de cadenas crecientes.

El grado de polimerizacin puede

ser muy alto.

El monmero se consume lentamente pero el peso molecular aumenta rpidamente.

Estn involucradas tres etapas

diferentes: iniciacin, propagacin y terminacin.

La velocidad de polimerizacin

aumenta inicialmente, luego permanece relativamente constante hasta que el monmero se agota.

En etapas

El crecimiento de la cadena ocurre por reaccin entre los monmeros, oligmeros y polmeros.

El grado de polimerizacin es de bajo a

moderado.

El monmero se consume rpidamente, mientras que el peso molecular crece lentamente.

No se requiere de un iniciador, y se lleva

a cabo la misma reaccin n veces a lo largo de todo el proceso.

La velocidad de reaccin va decreciendo

hasta llegar a un estado estacionario.

REACCION 1. Sntesis de polimetacrilato de metilo

CH3

O

CH3

O

CH2 PhO

O Ph

O

OC

CH3

O

CH3

O

H2C

n

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En un tubo de ensayo coloque 2.5 mL de metacrilato de metilo recin destilado (nota), agregue 0.025 g de perxido de benzolo y agite. Tape el tubo con papel aluminio y caliente a bao mara. Si la mezcla de reaccin burbujea violentamente, retrela del bao mara e introduzca el tubo en un bao de hielo, reanude el calentamiento cuando cese el burbujeo. Caliente hasta que observe la completa solidificacin del polmero. REACCION 2. Sntesis de poliestireno

PhO

O Ph

O

O

CH2CHH2C

n

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En un tubo de ensayo coloque 3.0 mL de estireno recin destilado o lavado con disolucin de NaOH (nota), adicione 0.1 g de perxido de benzolo y agite. Introduzca el tubo de ensayo en un vaso de precipitados (bao de aire) y caliente moderadamente en una parrilla. Cuando la mezcla de reaccin comience a burbujear, retire el vaso de precipitados de la parrilla, una vez que cese el burbujeo, ponga de nuevo el vaso en la parrilla y contine calentando hasta que el polmero solidifique por completo. Nota: estos monmeros deben destilarse para eliminar el inhibidor que contienen. Otra opcin es lavarlos consecutivamente con disolucin de NaOH al 5 10% (tres lavados) y agua (un lavado), y posteriormente secarlos con Na2SO4 anhidro. Este procedimiento se recomienda particularmente en el caso del estireno, ya que el punto de ebullicin normal de este monmero es de 145 C, por lo que el inicio de la destilacin puede tardar demasiado tiempo.

REACCION 3. Sntesis de gliptal

+ OH OH

OH

O O

O CH2CHCH2O

O

O

OO

AcONa o

H2SO

4

n

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En un tubo de ensayo coloque 0.5 g de anhdrido ftlico y 0.1 g de acetato de sodio, agregue 0.2 g de glicerina (aproximadamente 0.16 mL) y piedras de ebullicin. Cubra el tubo con papel aluminio y hgale pequeas perforaciones al aluminio. Sostenga el tubo con una pinza y calintelo suavemente con un mechero a travs de tela de asbesto; el anhdrido ftlico se fundir y la mezcla comenzar a burbujear (se elimina agua durante la reaccin). Contine calentando hasta obtener un slido transparente color mbar. Repita la reaccin utilizando como catalizador cido sulfrico concentrado (1 gota) en lugar de acetato de sodio. Compare los productos obtenidos en ambas reacciones.

REACCION 4. Sntesis de una poliamida o nylon (polimerizacin interfacial)

+ NH2NH2

O

NH(CH2)8 NH

O

Cl

O

Cl

O

NaOH

n

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En un vaso de precipitados de 50 mL, prepare 5.0 mL de una disolucin acuosa de octametilendiamina al 5%; adicione 10 gotas de una disolucin de hidrxido de sodio al 20% y agite. En otro vaso de precipitados de 50 mL, prepare 10 mL de una disolucin de cloruro de isoftalolo al 8% en cloroformo o diclorometano. Coloque sobre la superficie de la disolucin de octametilendiamina, un gancho de alambre de cobre (un fragmento de alambre plegado en un extremo) o una esptula delgada. Vierta lentamente la disolucin de cloruro de isoftalolo en forma de chorro fino, sobre la disolucin de octametilendiamina, se formar inmediatamente una pelcula de polmero en la interfase liquido-liquido, en seguida, inserte el gancho de cobre esptula en el polmero y jale suavemente de manera que se forme una cuerda de poliamida, al mismo tiempo, continu adicionando la disolucin de cloruro de isoftalolo. Alargue la cuerda de poliamida lo ms posible. Enjuague la cuerda con agua y pngala a secar en una toalla de papel. Con el gancho de alambre de cobre o esptula, agite vigorosamente el resto del sistema bifsico para formar ms poliamida; decante el lquido y lave el polmero con agua, permita que se seque. Nota: para estudiar el comportamiento al calor de esta poliamida (ver ms adelante), coloque un poco del nylon recuperado del sistema bifsico en un tubo de ensayo, y caliente a travs de un bao de aire bao de aceite.

REACCION 5. Sntesis de resina resorcinol-formaldehdo

OH

OH

+

O

HH

CH2

OH

H2C

OH

OH OH

OH

OH

H2C

OH

OH

CH2

CH2 CH2

n

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En un tubo de ensayo coloque 1.0 g de resorcinol, 2.5 mL de disolucin acuosa de formaldehdo (37% P/P) y 2 gotas de glicerina, agite y aada piedras de ebullicin. Tape el tubo con papel aluminio y caliente en un bao de aceite a una temperatura de 80-100oC, hasta que el polmero solidifique por completo. Deje enfriar el polmero a temperatura ambiente; rompa el tubo de ensayo para recuperar la barra de resina que es de color rojo oscuro y enjuguela con agua de la llave. REACCION 6. Sntesis de politiofeno

S Sn

FeCl3

CHCl3

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En un matraz Erlenmeyer de 125 mL, disuelva 1.62 g de FeCl3 en 25 mL de cloroformo. Paralelamente en un vaso de precipitados de 50 mL, disuelva 1.0 mL de tiofeno (1.05g) en 20 mL de cloroformo y adicinelo a la primera disolucin. Agite magnticamente a temperatura ambiente por espacio de 1 hora. Al cabo de este tiempo, agregue 2 mL de hidrato de hidracina y agite vigorosamente. Vierta la mezcla a un vaso de precipitados conteniendo 200 mL de metanol y agite, el producto precipita de inmediato. Filtre el slido a vaco y lvelo con metanol fro.

ESTUDIO COMPARATIVO

Una vez efectuadas las diferentes polimerizaciones, clasifique cada una de ellas de acuerdo al mtodo de polimerizacin empleado y al tipo de iniciador, en caso de haberlo. Asimismo, clasifique los polmeros obtenidos de acuerdo a su forma.

Tome una pequea muestra de cada polmero, colquela en un tubo de ensayo y calintela a la flama (moderada) a travs de tela de asbesto. Una vez que funda o se endurezca sin fundir, segn el caso, suspenda el calentamiento. Anote sus observaciones y clasifique los diferentes polmeros de acuerdo a su comportamiento frente al calor.

RESULTADOS Registre sus resultados en la siguiente tabla:

Polmero obtenido

Tipo de

polimerizacin

Tipo de

iniciador (si lo hay)

Tipo de polmero

de acuerdo a su forma

Tipo de polmero de acuerdo a su comportamiento

frente al calor

ANTECEDENTES a) Concepto de monmero, polmero y oligmero. b) Tipos de polimerizacin: polimerizacin en cadena y polimerizacin en etapas,

caractersticas y ejemplos representativos. c) Diferencias cinticas entre una polimerizacin en cadena y una polimerizacin en

etapas. d) Tipos de polimerizacin en cadena: caractersticas y ejemplos representativos de las

polimerizaciones aninica, catinica y va radicales libres. e) Clasificacin de los polmeros de acuerdo a su forma. f) Clasificacin de los polmeros de acuerdo a su comportamiento al calor. g) Conceptos bsicos: peso molecular peso promedio (Mw), peso molecular nmero

promedio (Mn), polidispersidad (PD), grado de polimerizacin (DP).

CUESTIONARIO 1) Cules son las principales diferencias entre una polimerizacin en cadena y una

polimerizacin en etapas? 2) Qu tipos de iniciadores se pueden utilizar en la polimerizacin del metacrilato de

metilo? 3) Qu tipos de iniciadores se pueden utilizar en la polimerizacin del estireno? 4) A partir de qu reactantes se obtiene el polipropilentereftalato? 5) Cul es la estructura del nylon 6,6 y a partir de qu reactantes se obtiene? 6) Cules son las diferencias entre el gliptal y el polietilentereftalato (forma y

comportamiento frente al calor)? Explique el origen de estas diferencias. 7) Explique la diferencia entre un polmero termoplstico y uno termofijo. 8) Mencione tres polmeros termoplsticos y tres polmeros termofijos. 9) Por qu es ms rpida la polimerizacin si se usa resorcinol en lugar de fenol, en la

obtencin de una resina tipo fenol-formaldehdo? 10) Cul es la relacin entre la forma de los diferentes polmeros obtenidos y su

comportamiento frente al calor? Explique. 11) Explique la relacin entre el mtodo de sntesis de los polmeros y su comportamiento

frente al calor. 12) Mencione el mtodo de polimerizacin y los reactantes que utilizara para obtener los

siguientes polmeros. Indique el tipo de iniciador si es el caso.

a) Nylon 6 b) Policarbonato c) Polibutadieno d) Copolmero poli(butadieno-estireno) e) Politiofeno f) Resina urea-formaldehdo g) Polihexametilentereftalato h) Polipropileno i) Copolmero poli(acrilonitrilobutadieno-estireno)

BIBLIOGRAFA M.P. Stevens, Polymer Chemistry: an Introduction, 3era. edicin, Oxford University Press, New York, 1999. W.J. Roff y J.R. Scott, Handbook of Common Polymers, Ed. CRC, Florida, 1978. D.L. Pavia, G.M. Lampman, G.S. Kritz y R.G. Engel, Introducction to Organic Laboratory Techniques, 1era edicin, Saunders College Publishing, Estados Unidos, 1998. J. McMurry, Qumica Orgnica, International Thompson Editores, 5a edicin, Mxico, 2001.

GUIN EXPERIMENTAL 4

OBTENCIN DE BENZOATO DE FENILO.

OPTIMIZACIN DE UNA REACCIN DE SCHOTTEN-BAUMANN PROBLEMA Determine la cantidad de hidrxido de sodio y el tiempo de reaccin necesarios para obtener un elevado rendimiento de benzoato de fenilo, y concluya respecto al efecto del hidrxido de sodio sobre la reaccin de Schotten-Baumann. REACCIN

+NaOH

OH

O

O+ NaCl

Fenol

p.f. = 40-42 C

Cloruro de benzolo

p.f. = 198 C

Benzoato de fenilo

p.f. = 69-70 C

O

Cl

INFORMACIN

Los steres son compuestos clasificados como derivados de cidos carboxlicos, su estructura general es:

Los fenoles son cidos dbiles que al reaccionar con una base fuerte, forman fenxidos. Estos se comportan como nuclefilos fuertes en reacciones de sustitucin nucleoflica de acilo (SNAc).

La reaccin de un fenxido con cloruros de acilo, conduce a la obtencin de steres, este proceso es conocido como reaccin de Shotten-Baumann.

La hidrlisis de los cloruros de acilo da lugar a los cidos carboxlicos correspondientes.

R O R' C

O

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Con el fin de determinar el efecto de la cantidad de base y del tiempo de reaccin en la obtencin del benzoato de fenilo a travs de la reaccin de Shotten-Baumann, se llevarn a cabo diversos experimentos en las condiciones de reaccin que se indican en la tabla siguiente.

Disolucin de NaOH al 10% Tiempo de calentamiento

Cantidad estequiomtrica: 4.5 mL 10 minutos

10 mL 20 minutos

20 mL 30 minutos

30 mL

Sntesis del benzoato de fenilo

En un matraz Erlenmeyer de 125 mL, disuelva un gramo de fenol en la cantidad establecida de disolucin acuosa de NaOH al 10 %. Agregue 2.0 ml de cloruro de benzolo (en la campana). Tape el matraz con un tapn de corcho y agite vigorosamente la mezcla de reaccin durante el tiempo indicado. Una vez terminado el tiempo de reaccin, separe el slido obtenido por filtracin al vaco y lvelo con agua fra; guarde el filtrado para tratarlo posteriormente. Determine punto de fusin y rendimiento del producto crudo. Recristalice el slido de etanol y determine nuevamente punto de fusin y rendimiento.

Realice una cromatografa en capa fina comparativa de los reactantes y el producto crudo. Tratamiento del filtrado (aislamiento del subproducto)

Acidule el filtrado de la mezcla de reaccin anterior con una disolucin acuosa de HCl al 40% hasta un pH = 1, enfre en bao de hielo y separe el slido formado (subproducto) por filtracin al vaco. Determine rendimiento y punto de fusin.

Realice una cromatografa en capa fina comparativa del benzoato de fenilo obtenido y el subproducto.

En los cuadros siguientes se registrar el rendimiento y punto de fusin del producto y el subproducto.

Benzoato de fenilo crudo

Disolucin de NaOH al 10%

10 min. p.f. 20 min. p.f. 30 min. p.f.

4.5 mL

10 mL

20 mL

30 mL

Subproducto

Disolucin de NaOH al 10%

10 min. p.f. 20 min. p.f. 30 min. p.f.

4.5 mL

10 mL

20 mL

30 mL

ANTECEDENTES a) Mtodos de obtencin de steres, ecuaciones generales, caractersticas y condiciones

de reaccin. b) Reaccin de Schotten-Baumann, caractersticas, condiciones de reaccin y mecanismo. c) Propiedades qumicas de los fenoles. d) Propiedades qumicas de los cloruros de acilo. e) Diagrama de flujo del procedimiento experimental a realizar.

CUESTIONARIO 1) Qu sucedera si agregara la disolucin de NaOH al cloruro de benzolo? Escriba la

ecuacin correspondiente. 2) Qu ocurre cuando se adiciona la disolucin de NaOH al fenol? Escriba la ecuacin

correspondiente. 3) Cul es el orden ms adecuado para adicionar los reactantes en la reaccin de

Schotten-Baumann? Explique. 4) Cul es el reactivo limitante de la reaccin? Escriba los clculos efectuados para

identificarlo. 5) Con los datos obtenidos, realice una grfica de rendimiento del producto contra moles

de hidrxido de sodio, y otra de rendimiento de subproducto contra moles de hidrxido de sodio, para cada tiempo de reaccin.

6) Encuentra alguna congruencia entre las grficas del producto y del subproducto? 7) Con base en la informacin bibliogrfica y en el punto de fusin del subproducto, infiera

de que compuesto se trata. 8) Cmo comprobara que el subproducto es el compuesto que usted supone? 9) Con base en sus resultados experimentales, determine las condiciones de reaccin con

las cuales se obtiene el mejor rendimiento de benzoato de fenilo. 10) Explique el efecto que tiene la cantidad de NaOH en la reaccin de Schotten-Baumann. BIBLIOGRAFA S. Wingrove y R.L. Caret, Qumica Orgnica, Harper & Row Latinoamericana, Mxico, 1984. J. McMurry, Organic Chemistry, Brooks/Cole Publishing Company, 3era. edicin, Estados Unidos, 1992.

GUIN EXPERIMENTAL 5

TRANSESTERIFICACIN Y GLICLISIS: REACCIONES IGUALES O DIFERENTES?

PROBLEMA Efecte la reaccin de transesterificacin del tereftalato de dimetilo con etilenglicol, y la de gliclisis de residuos de botellas de PET. Con base en sus resultados experimentales, explique si las reacciones de transesterificacin y de gliclisis son iguales o diferentes. REACCIN DE TRANSESTERIFICACIN

CR O

O

R' + O HR'' CR OO

R'' + O HR'

ster ster diferenteAlcohol reactivo

catalizador

Alcohol

producto

REACCIN DE GLICLISIS

n

OH R OH+CO

C O R O

O

C

O

OROH C O R OH

O

C

O

OROH C O R OH

O

C

O

OR'OH C O R OH

O

Polister

Glicol reactivo

Dister de Dister de

Dister mixto

+

++

OH R OH OH R OH

OH R OH

Glicol proveniente del poliester

catalizador

INFORMACIN

Un polmero es una molcula de alto peso molecular formada por la unin repetitiva de molculas menores, llamadas monmeros.

El polietilntereftalato tereftalato de polietileno, es un polmero que se emplea en la fabricacin de fibras textiles, pelculas y envases para bebidas (PET), y puede ser reciclado.

El polietilntereftalato es un polister que se obtiene al hacer reaccionar al cido tereftlico o al tereftalato de dimetilo con etilenglicol, en presencia de un catalizador y utilizando altas temperaturas.

Los steres reaccionan con los alcoholes para producir un nuevo ster y un nuevo alcohol. Estas reacciones reciben el nombre de reacciones de transesterificacin, y para poder efectuarse, requieren ser catalizadas por cidos o por bases.

La reaccin de gliclisis del polietilntereftalato con etilenglicol, da como producto el monmero de dicho polmero.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DE TRANSESTERIFICACIN En un matraz pera de una boca (pesado previamente), coloque 10 g de tereftalato de dimetilo (TDM), 5.8 mL de etilenglicol (EG) y 10 mg de acetato de zinc. Agregue piedras de ebullicin y adapte un sistema de destilacin fraccionada con el extremo del colector dentro de una probeta graduada. Caliente moderadamente con un mechero a travs de tela de asbesto hasta fundir todo el tereftalato de dimetilo; contine el calentamiento hasta que cese la destilacin del metanol. Desmonte el aparato de destilacin lo ms rpido posible y vierta el contenido del matraz pera en un recipiente elaborado con papel aluminio. Pese el matraz para conocer la cantidad de producto que se qued adherida a l. Mida el volumen de metanol obtenido y con su densidad (0.792 g/mL) y peso molecular, calcule las moles de metanol obtenidas, y con la siguiente ecuacin, calcule el porcentaje de conversin de la reaccin.

100 X teoricas metanol de moles

obtenidas metanol de moles = conversin de %

Purifique mediante recristalizacin simple al slido obtenido, usando agua destilada como disolvente ideal. Determine punto de fusin y rendimiento del producto purificado.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DE GLICLISIS

Coloque en un matraz pera, 5.0 g de residuos de PET cortados en pequeos cuadros, 10 ml de etilenglicol y 10 mg de acetato de zinc, adicione piedras de ebullicin. Caliente a reflujo la mezcla de reaccin con un mechero a travs de tela de asbesto durante una hora y treinta minutos. Al trmino de este tiempo, filtre por gravedad la mezcla de reaccin en caliente y deje enfriar el filtrado a temperatura ambiente. Enfre en bao de hielo y asle el slido formado por filtracin al vaco, lvelo con agua destilada fra. Una vez que se seque el producto, determine su punto de fusin y rendimiento.

Analice por espectroscopa de infrarrojo a los productos obtenidos en ambas reacciones. ANTECEDENTES a) Reacciones de transesterificacin en medio cido, caractersticas, condiciones de

reaccin y mecanismo. b) Polimerizacin en etapas, caractersticas, condiciones de reaccin y ejemplos

representativos. c) Propiedades y usos del polietilntereftalato (PET). d) Sntesis del polietilntereftalato; caractersticas, condiciones de reaccin y mtodos

industriales. e) Mtodos de reciclaje qumico del PET; caractersticas, ventajas y desventajas de cada

mtodo. CUESTIONARIO 1) Escriba cada una de las reacciones que se efectuaron en los experimentos realizados. 2) Realice los clculos para determinar la cantidad estequiomtrica de etilenglicol

necesaria, para llevar a cabo la reaccin de transesterificacin del TDM. 3) Cul es la razn de destilar el metanol en la reaccin de transesterificacin? 4) Realice los clculos para determinar la cantidad mxima de metanol que se puede

obtener en la reaccin de transesterificacin. 5) Por qu razn utiliza etilenglicol para efectuar la gliclisis del PET? 6) Qu otros dioles podra utilizar para llevar a cabo la reaccin de gliclisis del PET y

qu productos obtendra en cada caso? 7) Los productos obtenidos en las dos reacciones efectuadas, son considerados como

polmeros? Explique. 8) Que usos se le puede dar a los productos obtenidos? 9) Con base en las reacciones propuestas, qu grupos funcionales deber observar en

los espectros de IR de los productos obtenidos en ambas reacciones? 10) Los espectros de IR obtenidos, concuerdan con lo esperado por usted? 11) Cules y cmo son los puntos de fusin de los dos productos obtenidos?

12) Explique sus resultados experimentales con base en las reacciones qumicas efectuadas.

13) Compare las condiciones de reaccin de cada uno de los experimentos. 14) Analice la reaccin de transesterificacin del TDM y la de gliclisis del PET, explique lo

que tienen en comn y las diferencias entre ambas. BIBLIOGRAFA

S.J. Hawkes, Journal of Chemical Education, 2000, 77, 321-6. D.G. Prez y C. Valds, Enseanza de las Ciencias, 1996, 14, no. 2, 155-63. R.L. Cornejo y Y. Caballero, La reaccin de transesterificacin aplicada al reciclaje de polmeros, Memorias del Congreso de Educacin 2001, Revista Sociedad Qumica de Mxico. D. Kaufman, J. Chem. Educ., 1999, 76, 1525-6. F. Rodrguez, Principles of Polymer Systems, Mc Graw-Hill, Estados Unidos, 1970. R.B. Seymour, Journal of Chemical Education, 1998, 65, no. 4, 327-334. W. Carothers y G.B. Kauffman, Journal of Chemical Education, 1988, 65, no.9, 803-808.