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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DEBIOTECNOLOGÍA

LABORATORIO DE QUÍMICAORGÁNICA APLICADA

MANUAL DE PRÁCTICAS

Elaborado por:

María del Socorro Camargo SánchezLuis Francisco Esquivel Ruiz

Efrén V. García-BáezBenito 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 quepermita a los alumnos adentrarse en el maravilloso mundo de la química orgánica, ya queesta comprende un sin número de reacciones químicas las cuales dan sustento a la vidamisma.

La selección y el diseño de los experimentos se realizaron basándose en loscontenidos del programa de estudios con el objetivo de que al finalizar el curso el alumnogenere su conocimiento en la materia, con lo aprendido en la parte teórica y la parteexperimental del curso.

La química orgánica se puede enseñar y aprender en el laboratorio. El alumno al momentode la realización de los procedimientos más comunes para sintetizar, identificar y purificar uncompuesto dentro del laboratorio, aprenderá los fundamentos y las técnicas y a la vezadquirirá habilidades manuales y concientizará la importancia de trabajar con seguridad enel laboratorio para el bien propio y del medio que lo rodea.

Las prácticas están divididas en tres bloques, el primero (prácticas 13) |hace énfasis ala seguridad en el laboratorio, a la caracterización física y a los métodos de purificación delos compuestos orgánicos.

En el segundo bloque de prácticas se estudian las reacciones características de loshidrocarburos (saturados, insaturados y aromáticos), los halogenuros de alquilo y alcoholes.En esta parte, la intención es mostrar las propiedades químicas y físicas que sonconsecuencia de la composición y estructura de cada grupo funcional. También se incluyenalgunas síntesis sencillas de compuestos con los grupos funcionales estudiados, pormencionar algunas la síntesis de ciclohexeno y cloruro de ter-butilo.

El último bloque de prácticas (prácticas 10-14) incluye las reacciones características delos grupos funcionales involucrados en las biomoléculas: carbonilos, aminas y los ácidoscarboxílicos junto con sus derivados.

Las prácticas se presentan con instrucciones explícitas, de tal forma que el alumno serácapaz de proceder por sí sólo, aunque el profesor proporcionará mayor información y loasesorará, para la exitosa realización de los experimentos.

Este manual de laboratorio, apoya y complementa el programa teórico que se imparte en laasignatura de Química Orgánica Aplicada en la UPIBI-IPN a los alumnos de las carreras deIngeniería Ambiental, Ingeniería Biomédica e Ingeniería en Alimentos.

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ÍNDICE DE PRÁCTICAS

NOMBRE PAGINA

Práctica No. 1 Introducción al trabajo experimental del laboratorio de químicaorgánica

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Práctica No. 2 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

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PRÁCTICA No. 1

INTRODUCCIÓN AL TRABAJO EXPERIMENTAL DEL LABORATORIO DE QUÍMICAORGÁNICA

1. OBJETIVOS

1.1 El alumno conocerá el reglamento de Laboratorio de Química Orgánica y comprenderála importancia de respetarlo para optimizar el trabajo experimental así como minimizarlas posibilidades de sufrir u ocasionar accidentes.

1.2 El alumno revisará las medidas de seguridad más importantes que se utilizan en unlaboratorio de química orgánica para minimizar la posibilidad de accidentes.

1.3 El alumno realizará algunos cálculos químicos de los más utilizados en el laboratorio dequímica orgánica, para preparar soluciones porcentuales, molares, normales, y cálculosde rendimientos.

2. INTRODUCCIÓN

Prácticamente todos los laboratorios de química orgánica, donde el trabajo de laboratorio esfrecuente han sido escenarios de accidentes, la mayoría de poca importancia, pero algunosde graves consecuencias. Estos, así llamados “accidentes” no suceden, sino que soncausados por descuidos o faltas de atención en el trabajo. Una observancia rigurosa de lasprecauciones que se indican a continuación prevendrá directamente la mayoría de dichosaccidentes y ayudará indirectamente a los alumnos a adquirir aquellos hábitos de seguridadque les serán de inestimable valor no sólo en el laboratorio, sino en cualquier sitio donde sedesarrolle 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 deextracción o en su defecto en un lugar ventilado.

2. Evitar encender mecheros o generar calor cerca de lugares donde se manipulendisolventes orgánicos.

3. Etiquetar los recipientes de reactivos y disolventes que se tengan en uso; aquellos quese encuentran sin identificación y se ignore el contenido, desecharlo en un lugaradecuado.

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 dematerial por ruptura.

8. Cuando este trabajando con la parrilla de calentamiento nunca trabaje contemperaturas 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 químicaorgánica.

2.3.1 Soluciones porcentuales.

Aunque se maneja las diferentes modalidades de expresar la concentración en formaporcentual (%v/v, % p/p y % p/v), en el laboratorio de química orgánica las soluciones másutilizadas son las % p/v, por lo que solo nos referiremos a estas, la concentración en estasunidades se refiere al numero de gramos de soluto contenidos en 100 mL de solución. Porejemplo una solución al 7 % p/v de hidróxido de sodio contendrá 7 g de NaOH en 100 mL desolución, 3.5 g en 50 mL y así respectivamente. Generalmente las soluciones porcentualesse usan para fines cualitativos, y por lo tanto para prepararlas no se requiere tener muchocuidado, 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 sobrevolumen de solución. Una solución 1 M es aquella que tiene un mol de soluto por litro desolución. Estas soluciones se usan principalmente para fines cuantitativos, por lo tanto parasu 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 porcentajede rendimiento, que describe la proporción del rendimiento real con respecto al rendimientoteórico. Se calcula como sigue:

% de rendimiento = rendimiento real X 100rendimiento teórico

El intervalo del porcentaje de rendimiento puede variar desde 1% hasta 100 %. Los químicossiempre buscan aumentar el porcentaje de rendimiento. Entre los factores que se puedenmodificar 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 seguridadque se dan en la introducción.

3.2 Buscar y copiar en su bitácora las fórmulas que se utilizan para realizar cálculos parapreparar 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 yalumnos, discutir en forma grupal EL reglamento y Las medidas de seguridad.

4.3 Realizar los siguientes cálculos por equipo, y después los profesores seleccionarán adiferentes 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 dereactivo 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 clorhídricoconcentrado 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 ácidosulfúrico 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 desolución al 7 % p/v de hidróxido de sodio con 10 mL de ácido sulfúrico 1 N, si seobtuvieron 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 Lasmedidas 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 yrespetar el reglamento de laboratorio, así como también tener conocimiento de lasmedidas de seguridad más importantes que se tienen que observar en un laboratorio dequímica 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 másimportantes que se utilizan en un laboratorio de química orgánica.

1.2 Durante el transcurso de la experimentación el alumno identificará cada una de lastécnicas 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 compuestosorgánicos, también se busca optimizar las condiciones de reacción en busca de unrendimiento alto, para lo cual se han diseñado y controlado los procesos de separación paralograr 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 ogaseosos en la que se aprovecha las diferencias de solubilidad de los componentes de unamezcla en un disolvente adecuado.La forma mas simple de realizar una extracción consiste en tratar la mezcla de compuestoscon un disolvente de manera que uno de los componentes se disuelva y los demás no. Acontinuación 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 segúnsu coeficiente de reparto, que está directamente relacionado con la solubilidad de cadacompuesto.

También existe lo que se llama extracción selectiva la cual se emplea para separarmezclas de compuestos orgánicos, en función de la acidez, de la basicidad o de laneutralidad de éstos.

SublimaciónLa sublimación es el paso de una sustancia del estado sólido al gaseoso, sin pasar por elestado líquido. El punto de sublimación o temperatura de sublimación, es aquella en la cualla presión de vapor sobre el sólido es igual a la presión externa. La capacidad de unasustancia dependerá por tanto de la presión de vapor a una temperatura determinada y seráinversamente proporcional a la presión externa. Cuanto menor sea la diferencia entre lapresión 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, esdecir, las atracciones intermoleculares en estado sólido deben ser débiles. Así, loscompuestos que subliman fácilmente tienen una forma esférica o cilíndrica que no favoreceunas fuerzas intermoleculares fuertes.

CristalizaciónEl 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 solublesen un determinado disolvente en caliente que en frío. Consiste en la disolución de un sólidoimpuro en la menor cantidad posible del disolvente adecuado en caliente. En estascondiciones se genera una disolución saturada que al enfriar se sobresatura produciéndosela cristalización.Es conveniente que el proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma que loscristales se formen poco a poco y el lento crecimiento de la red cristalina excluya lasimpurezas. Si el enfriamiento de la disolución es muy rápido las impurezas pueden quedaratrapadas en la red cristalina.

Es muy importante la elección del disolvente adecuado ya que los compuestos no iónicosno se disuelven apreciablemente en agua salvo si sus moléculas se ionizan en disoluciónacuosa 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 temperaturaambiente. No disuelva ni en frío ni en caliente las impurezas

Destilación

La destilación constituye una de las principales técnicas para separar y purificarlíquidos volátiles. Este método se emplea para separar dos o más líquidos miscibles de unamezcla, o para eliminar el disolvente de sustancias disueltas. La destilación se lleva a caboen 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 porarrastre de vapor.

Destilación simple: Se usa cuando la diferencia entre los puntos de ebullición de loscomponentes es grande, mayor de 80ºC, o cuando las impurezas son sólidos disueltos en ellíquido a purificar. En este tipo de destilación el líquido se calienta, a presión atmosférica, enun recipiente cerrado que contiene una salida hacia un tubo refrigerado donde se condensanlos vapores. Con esta sencilla operación podemos purificar un disolvente, pero no podemosseparar completamente dos o más líquidos volátiles.

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Destilación fraccionada: Si la diferencia que hay entre los puntos de ebullición esdemasiado pequeña para que una destilación simple resulte eficiente, es necesario recurrir adestilaciones repetidas. En la práctica se emplea una columna fraccionada, a través de lacual la fase de vapor y la fase condensada fluyen en direcciones opuestas. De tal maneraque el vapor a medida que asciende por la columna es cada vez más rico en el componentemás volátil.

Cromatografía

La técnica cromatográfica consiste en separar mezclas de compuestos mediante laexposición de dicha mezcla a un sistema bifásico equilibrado. Estas técnicas dependen de ladistribución de los componentes de la mezcla entre dos fases inmiscibles: una fase móvil quetransporta las sustancias que se separan y que progresa en relación con a otra denominadafase estacionaria. La fase móvil puede ser un líquido o un gas y a estacionaria puede ser unsólido o un líquido. Las combinaciones de estos componentes dan lugar a los distintos tiposde 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 embudoprovisto 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 realizautilizando un embudo cónico de vidrio o de plástico y papel filtro liso o con pliegues; o bienfiltración al vacío: para ello se necesita un embudo Büchner, un matraz kitasato y una bombade 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. Loslíquidos 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 sueliminación es necesaria.

Para su eliminación total se añade, sobre el líquido orgánico, un agente desecantesólido adecuado. La mayoría de los agentes desecantes químicos actúan combinándose conel agua para formar hidratos. Son, generalmente, sales anhidras neutras, como sulfato desodio o sulfato de magnesio, inerte e insoluble en los líquidos orgánicos por lo que se puedenusar para "secar" cualquier disolución orgánica. Posteriormente se separan por filtración opor decantación.

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3. ACTIVIDADES PREVIAS

3.1 Define: separación, purificación, decantación, punto de ebullición, presión de vapor.3.2 En que consiste la destilación por arrastre de vapor y la destilación al vacío.3.3 Menciona en que consiste la cromatografía de capa fina3.4 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 2 Soportes universalesProbeta 50 mL Pipeta graduada de 2 mLEmbudo de separación 1 Refrigerante (19/22)Agitador de vidrio Perlas de ebulliciónEmbudo de tallo largo Bomba para agua con 2 manguerasPapel filtro 2 matraces redondos de 100 mL (19/22)2 matraces erlenmeyer Uniones de vidrioMatraz Kitasato Embudo BüchnerBomba de vacío Espátula metálicaMangueras de látex.

4.2 Reactivos:

Ácido benzoico Solución de ácido clorhídrico 2 MAnilina Ácido clorhídrico concentrado.NitrobencenoDiclorobencenoSolución acuosa de hidróxido de sodio 2 M

4.3 Procedimiento experimental.

4.3.1Mezcla y separación

-En un vaso de precipitados adicionar 15 mL de diclorometano agregar 2 g de ácidobenzoico, 2 mL de anilina (d= 1.02 g/mL) y 2 mL de nitrobenceno. Mezclar suavemente yadicionar 15 mL más de diclorometano.

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-Colocar la solución en un embudo de separación (verificar que este cerrada la llave) yadicionar con cuidado 30 mL de una solución de ácido clorhídrico 2M, agitar el embudodurante 3 minutos, asegurándose de liberar presión constantemente.

-Dejar reposar el embudo hasta la aparición de dos fases, separar la fase acuosadepositándola en un vaso de precipitados (recipiente A).NO desechar

-A la fase orgánica contenida en el embudo agregar 30 mL de una solución de hidróxidode sodio 2 M, agitar durante 3 minutos liberando presión constantemente.

-Dejar reposar el embudo hasta la aparición de dos fases, separar la fase acuosadepositándola en un vaso de precipitados (recipiente B). NO desechar-Colocar la fase orgánica en un matraz redondo (recipiente C) y arme un dispositivo dedestilación.

4.3.2 Aislamiento y purificación de los tres componentes

-Al recipiente C colocarlo en el sistema de destilación y destilar hasta que semantenga la temperatura constante (aproximadamente en 40 ° C), el residuo esnitrobenceno recuperado, medir volumen. Depositarlo en un frasco etiquetado comonitrobenceno recuperado y la fracción destilada en otro frasco etiquetado comodiclorometano recuperado.

-Al recipiente A adicionar solución de hidróxido de sodio 2 M gota a gota y agitandolentamente hasta neutralizar o hasta la aparición de un líquido amarillo inmiscible con elagua.

-Depositar la mezcla anterior al embudo de separación, adicionar 15 mL dediclorometano, agitar el embudo durante 3 minutos, asegurándose de liberar presiónconstantemente.

-Dejar reposar el embudo hasta la aparición de dos fases, separar la fase acuosadepositándola en un vaso de precipitados.

-Recuperar la fase orgánica en un matraz erlenmeyer seco y adicionar una pequeñacantidad de sulfato de sodio anhidro, agitar ligeramente y decantar.

-El residuo orgánico depositarlo en el matraz redondo y destilar. El residuo líquidocorresponde a la anilina recuperada. La fracción destilada es diclorometano, medir volumen yposteriormente incluirla en el frasco correspondiente.

-Al (recipiente B) adicionar con precaución gota a gota y con agitación constante ácidoclorhídrico 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. RESULTADOS5.1 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 RESULTADOSCabe aclarar que las siguientes preguntas son una guía para que elabores tus análisis deresultados, pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones serán valiosas para tuaprendizaje.

6.1 ¿Las características físicas de los compuestos son iguales antes y después delproceso de separación y purificación?

6.2 ¿Para qué se adiciona al recipiente A la solución de hidróxido de sodio y quecompuesto se forma?

6.3 ¿Para qué se adiciona al recipiente B ácido clorhídrico y que compuesto se forma?6.4 ¿El peso de ácido benzoico es igual antes y después del experimento?

7 CONCLUSIONESCabe 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 compuestosorgánicos?

7.2 ¿Qué tipo de destilación y extracción se utilizaron en esta práctica?

7.3 ¿Cuántas y cuáles técnicas de separación y purificación se utilizaron en elexperimento?

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, 4a 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 deestos.

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 cualla sustancia pasa del estado sólido al estado líquido, en una sustancia pura, el cambio deestado es generalmente muy rápido y la temperatura es característica. Por esto el punto defusión es una constante muy utilizada en la identificación de sólidos.

Una sustancia cristalina pura presenta generalmente un punto de fusión característico yun 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 latemperatura de fusión, es decir, el compuesto empieza a fundir a temperatura inferior a laesperada, esto trae como consecuencia que el rango de fusión se incremente, mientrasmayor es la cantidad de impurezas mayor es la depresión del punto de fusión y por tantomayor también el intervalo de fusión.

La depresión en el punto de fusión producida por las impurezas es una consecuenciade los efectos que estos compuestos producen en la presión de vapor de la mezcla sólida, lapresencia de contaminantes solubles produce una disminución en la presión de vapor de lamezcla y simultáneamente un descenso en la temperatura de fusión.

Tomando como base este fenómeno, la determinación de esta constante física se usafrecuentemente como criterio de identidad y de pureza.

Cristalización

La cristalización es un proceso típico de laboratorio en el que un sólido cristalino ensolución se separa de una mezcla a través de cambios en su solubilidad la disminución eneste parámetro conlleva a la producción de soluciones saturadas y sobresaturadas queresultan 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 elcrecimiento 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 losdisolventes.

Dependiendo de las condiciones de la cristalización, es posible controlar o modificar lanaturaleza de los cristales obtenidos. Una variante a la cristalización simple es el procesofraccionado que también es muy útil. La disolución de sólidos similares puede evaporarsehasta 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 purosdel componente menos soluble y a una disolución que contiene solamente disolvente con elcomponente más soluble.

Frecuentemente el uso de una mezcla de dos disolventes en el proceso decristalización es más satisfactorio que un solo disolvente, esta mezcla debe ser homogéneatotalmente, es decir, los componentes deben ser miscibles y uno de los disolventes debedisolver fácilmente al compuesto a separar, mientras que el otro sólo debe disolverloligeramente.

Es conveniente que el proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma quelos cristales se formen poco a poco y el lento crecimiento excluya las impurezas quepudieran 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 comoel carbón activado y filtrando la solución en caliente) y

las impurezas solubles (compuestos que se remueven por cristalización, dado que alser altamente solubles en el disolvente se retienen en el licor o líquido madre).

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3. ACTIVIDADES PREVIAS3.1 Dar las definiciones de: punto de fusión, presión de vapor y temperatura de fusión.3.2 Reportar los puntos de fusión de los siguientes compuestos: ácido benzoico,

acetanilida, urea y β–naftol.3.3 Reportar las características físicas, químicas y toxicológicas del ácido benzoico,

acetanilida, urea y β–naftol.3.4 Señalar cual es la diferencia entre cristalización y recristalización.3.5 Enlistar las características que debe de tener un disolvente para llevar a cabo la

cristalización.3.6 ¿Cuáles son los métodos que se emplean para inducir la cristalización?3.7 Elaborar un diagrama de bloques del desarrollo experimental

4. SECCIÓN EXPERIMENTAL.

4.1. Material y equipo4 vasos de precipitados de 250 mL 1 agitador1 embudos de filtración de vidrio cubreobjetos1 soporte universal 1 probeta de 25 mL1 pinza de tres dedos 1 determinador de punto de fusión1 anillo 1 parrilla de calentamiento6 tubos capilares 1 termómetroTubo de Thiele

4.2. ReactivosÁcido benzoico Carbón activadoAcetanilida β-naftolUrea Agua destiladaAceite comestible

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 materialesalgunos equipos harán sus determinaciones en platina y los demás con el baño deaceite. 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 seránútiles para identificación de dichas sustancias).

-Dos de estos compuestos tienen el mismo punto de fusión, seleccionar uno de estos dosy preparar las siguientes mezclas:

Mezcla 1. Tomar una pequeña cantidad de la muestra seleccionada y mezclarla conuna pequeña cantidad de β-naftol (mezclar cantidades iguales)

Mezcla 2. Tomar una pequeña cantidad de la muestra seleccionada y mezclarla conuna pequeña cantidad ácido benzoico (mezclar cantidades iguales)

-Determinar el punto de fusión a cada una de estas mezclas, para así poder determinar laidentidad 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, colocarloen 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 porminuto con la perilla de ajuste de voltaje.

-Tomar la lectura de las temperaturas en el termómetro del aparato (cuando inicia la fusión ycuando finalice la fusión del compuesto)

-Para poder hacer una nueva determinación es necesario esperar a que la temperatura de laplatina baje.

-Determinar la temperatura y rango de fusión de las muestras problemas A, B, C y D y de lasmezclas 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 previamentese 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 detal 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 enel tubo de Thiele) PRECAUCIÓN: Verificar que el tubo Thiele o el vaso donde se va adepositar el aceite estén completamente secos para evitar quemaduras por proyeccionesdel aceite.

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-Calentar en una parrilla de calentamiento o directamente con un mechero de tal forma que latemperatura 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 de20°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 deprecipitados de 100 mL.

Adicionar aproximadamente 10 mL de agua y calentar en la parilla la mezcla hastaebullición con agitación constante.

Retirar de la parilla y adicionar con mucho cuidado una pequeña cantidad de carbónactivado, la necesaria para eliminar el color.

Sin dejar de agitar poner a calentar durante 5 minutos para facilitar la eliminación deimpurezas coloridas.

Filtrar la solución en caliente y recibir el filtrado en otro vaso de precipitados de 100 mL. Sien el transcurso de la filtración se cristaliza el compuesto sobre el papel filtro agregar unpoco de agua caliente (aproximadamente 5 mL).

El filtrado se deja enfriar a temperatura ambiente para que cristalice la acetanilida y secoloca 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), yaque 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 fusióntanto los reportados en la literatura como los experimentales e indicar la identidad decada muestra problema.

5.2 Reportar la cantidad de acetanilida recristalizada y hacer el cálculo de rendimiento.

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6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una guía para que elabores tus análisis deresultados, pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones serán valiosas para tuaprendizaje.

6.1 ¿Hubo cambios en el punto de fusión para la acetanilida antes y después de lacristalización?6.2 Discutir a que se debe la variación del punto de fusión de la acetanilida antes y despuésde 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 ¿Cuál es el razonamiento a seguir para la identificación de las muestras en el punto4.3.1 con respecto al punto de fusión y la identificación de las sustancias problema?

7.2 ¿La cristalización es una buena técnica de purificación? ¿Si, no y porqué?7.3 ¿Por qué es importante realizar el cálculo de rendimiento?

8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

8.1. 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.

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PRÁCTICA No.4

EXTRACCIÓN1.-OBJETIVOS

1.1.- Que el alumno conozca las diferentes técnicas de extracción, y sea capaz de aplicarlaspara 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 seencuentran puros, y para determinar sus propiedades físicas y químicas o poderlos usarcomo medicamentos, conservadores, edulcorantes, intermediarios de reacción, etc. esnecesario que lo sean. La extracción y la cromatografía son técnicas muy importantes, yaque permiten separar y purificar sustancias químicas.La extracción es la técnica más empleada para separar un producto orgánico de su mezclade reacción o aislarlo de sus fuentes naturales. Puede definirse como la separación de uncomponente de una mezcla por medio de un disolvente. Si el compuesto a separar seencuentra en una mezcla líquida, la extracción se llama líquido-líquido, si se encuentra enuna mezcla sólida, la extracción se llama sólido-líquido. Se puede hablar de la extracciónselectiva la cual se emplea para separar mezclas de compuestos orgánicos, en función de laacidez, de la basicidad o de la neutralidad de éstos.Un número muy elevado de compuestos orgánicos que poseen carácter ácido no sonsolubles en agua y sí en disolventes orgánicos; por el contrario, el comportamiento de sussales metálicas es exactamente el inverso, son solubles en agua e insolubles en disolventesorgánicos. Bastará pues convertir un ácido en su sal sódica, por ejemplo, para hacerlosoluble 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 delcomponente a separar en el disolvente de la mezcla y el disolvente extrayente. En la prácticaes muy utilizada para separar compuestos orgánicos de raíces, semillas, hojas, etc. Tambiénse pueden obtener aceites y grasas a partir de muestras vegetales y animales utilizandotécnicas 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.

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3.5.- Si se tienen 0.5 g de una mezcla de ácido benzoico-acetanilida en una proporción 1:1Calcular el volumen de solución de NaOH 0.1 N necesario para que reaccionecompletamente 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 Tiras de papel pHBalanza granataria Embudo de separaciónBalanza analítica 2 vasos de precipitados de 150 mL1 matraz erlenmeyer de 125 mL Papel filtro1 embudo de tallo largo 1 pipeta graduada de 10 mL1 probeta de 25 mL

4.2.- Reactivos

Ácido benzoico Cloruro de metilenoAcetanilida Solución de yodo-yoduro al 0.3%Solución de NaOH 0.1 N Tetracloruro de carbonoHCl concentrado.

4.3.- Procedimiento experimental.

4.3.1.-Separación de una mezcla de ácido benzóico-acetanilida (1:1) por extracciónsólido-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 parala práctica de cromatografía.

4.3.3.- Extracción líquido-líquido

-Colocar en un embudo de separación o decantación 10 mL de solución acuosa de yodo ylentamente adicionar 5 mL de tetracloruro de carbono (evitar que se forme turbulencia aladicionar el disolvente orgánico).

-Tapar el embudo y agitar por 5 minutos. Tener la precaución de sujetar el tapón y liberarpresión 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 elpunto 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

4.3.15.4.- 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 deresultados, pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones serán valiosas para tuaprendizaje.

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6.1-¿Para que se adiciona la solución de hidróxido de sodio y posteriormente el ácidoclorhídrico 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? ¿Porque se utilizó el tetracloruro de carbono para realizar la extracción?

6.3.- ¿Será mejor realizar una extracción varias veces con volúmenes pequeños, que unaextracción 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, 4a edición, editorial C.E.C.S.A, México 1982

8.3.- Domínguez X, Experimentos de Química orgánica, editorial Limusa, México 1987.8.4.- 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 compuestosorgánicos.

1.3. Conocer el procedimiento para elegir el eluyente más adecuado para separar unamezcla de carotenos por cromatografía en columna.

2. INTRODUCCIÓNLa cromatografía comprende un grupo de métodos de purificación e identificación de

compuestos que depende de las afinidades diferenciales de los compuestos entre dos fasesinmiscibles. Una de las fases es fija con una gran área superficial y la otra es un fluido que semueve a través o sobre la superficie de la fase fija. La fase fija se denomina fase estacionariay la fase que fluye se llama fase móvil. La primera puede ser una sustancia porosa o unsólido finamente dividido o un líquido que se encuentra recubriendo un soporte inerte. Lasegunda 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, comomuestra la siguiente tabla:

Fase móvil Fase estacionaria Técnica cromatográfica

Vapor Sólida Cromatografía de gasesVapor Líquida Cromatografía de gases (CGL)Líquida Sólida Cromatografía de adsorción (CLS)Líquida Líquida Cromatografía líquido-líquido.

Tanto la cromatografía en columna como la de papel y capa fina de manera general seclasifican 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, resinassintéticas, sustancias polisacáridas, alúmina o sílica gel. La fase móvil es por lo general undisolvente o una mezcla de disolventes, que se hacen pasar a través de la columna, y esseleccionada de acuerdo a la naturaleza de los componentes de la mezcla que se va aseparar. Los líquidos eluidos son colectados en fracciones numeradas y cada una de lascuales es evaporada y analizada.

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La cromatografía en capa fina utiliza sustancias pulverizadas que se adhieren a unaplaca de vidrio, plástico o aluminio, debido a que son inertes, resistentes y de fácilmanipulación. 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 deQuímica orgánica la más usada es la sílica gel. La elección del adsorbente dependerá de lascaracterísticas de las sustancias a separar, en general los compuestos lipofílicos se separansobre óxido de aluminio (alúmina) o gel de sílice, y las sustancias hidrofílicas se separansobre celulosa.

En cromatografía en papel y en capa fina es importante medir la relación entre ladistancia recorrida por el soluto y la distancia recorrida por el disolvente, denominada Rf. Sidos compuestos tienen el mismo valor de Rf y éste se obtuvo en condiciones experimentalessimilares, se puede considerar que los dos compuestos son iguales.No todos los compuestos orgánicos a separar por cromatografía de adsorción son coloridospor lo que para analizarlos es necesario utilizar medios físicos como la radiación UV o bienmedios químicos (sustancias reveladoras) los cuales forman derivados coloreados ofluorescentes.

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 yordénalos 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 universalAlgodón Columna cromatográfica o buretaTubos capilares 1 vaso de precipitados de 50 mLPropipeta o jeringa I vidrio de reloj1 pinza de tres dedos Placas cromatográficas de aluminio

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4.2. ReactivosHexano CloroformoAcetato de etilo Extracto de espinacas.Cloruro de metilenoMetanolAlúmina o sílica gel

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 unadistancia 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 estoauxiliarse de un mechero o la flama de un encendedor: NOTA: Realizarlo fuera del alcancede los disolventes.

-Aplicar una muestra del extracto de espinacas con un capilar sobre la línea base de la placacromatografica, 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 cámaracromatográfica (o en sustitución de ésta usar un vaso de precipitados de 50 mL y taparlocon 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 cadaequipo de trabajo utilice un disolvente diferente).

-Dejar subir o “correr“el disolvente hasta que llegue a 0.5 cm antes del extremo superior de laplaca. Sacar la placa de la cámara, marcar ligeramente con lápiz de grafito la línea hasta lamarca del disolvente en la placa y dejarla secar.

-Marcar el contorno de las manchas y hacer un dibujo de la placa para presentar comoresultados.

-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 comocolumna cromatográfica) una capa delgada de algodón, de tal manera que permita la salidadel 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 enel 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 lacolumna)

-Abrir la llave de la columna y dejar fluir el disolvente (eluyente) hasta que el menisco quedesobre la superficie de la silica gel. (NO PERMITIR QUE LA COLUMNA SE SILICA SEQUEDE SIN DISOLVENTE) Cerrar la llave.

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-Con una pipeta adicionar la mezcla a separar, 0.3 mL del extracto, arriba del menisco en labureta.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 aproximadamente20 mL de disolvente y empezar a eluir recogiendo en tubos de ensayo las diferentesfracciones.

-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 deresultados, 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 limitesa 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 desustancias.

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 destilaciónfraccionada.

2. INTRODUCCIÓN.

Los cuatro procedimientos frecuentemente utilizados en la purificación de especiesquímicas son: Destilación, Cromatografía, Cristalización y Extracción. Ocasionalmente seemplean la sublimación y otras técnicas especiales como electroforesis, electroenfoque, etc.El método aplicado depende de las características fisicoquímicas de la especie química apurificar y de las impurezas a eliminar como por ejemplo la solubilidad, puntos de ebullición yfusión, densidad, acidez, basicidad, etc.

Principio de la destilación.

En un líquido las moléculas están en constante movimiento y tienen una tendencia aescapar de la superficie aún a temperaturas menores del punto de ebullición. Cuando unlíquido se encuentra en un espacio cerrado, la presión ejercida por las moléculas gaseosasse incrementa hasta alcanzar el valor de equilibrio a una temperatura dada. La presión deequilibrio es conocida como la presión de vapor y es una constante característica del materiala una temperatura específica. Aunque la presión de vapor varía ampliamente para losdiferentes materiales, ésta siempre se incrementa conforme se aumenta la temperatura ycomúnmente se expresa en mm de Hg.

Punto de ebullición y temperatura de ebullición.-El punto de ebullición de un líquido esdefinido como la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la presión externa. Porconvención, los puntos de ebullición reportados en la literatura científica están indicados, auna presión externa de 1 atm. La temperatura de ebullición es la temperatura real observadacuando ocurre la ebullición y es generalmente a pocas centésimas o décimas de grado arribadel punto de ebullición verdadero, debido a las dificultades experimentales involucradas en lamedición.

Destilación.- La destilación es un proceso de separación de mezclas constituidas decomponentes líquidos o soluciones que se basa en la diferencia de las presiones de vapor delos componentes a una temperatura dada y por tanto en la divergencia de sus puntos deebullición. El proceso consiste en calentar la mezcla líquida y condensar el vapor que sedesprende durante dicho calentamiento, de tal manera que el condensado (destilado) secolecte en un recipiente por separado, esta porción destilada será más rica en el componentemás volátil que la solución de partida.

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La destilación presenta algunas variantes, entre las que podemos citar a la destilaciónsimple, fraccionada, por arrastre de vapor y destilación al vacío.

La primera consiste en un solo ciclo de evaporación-condensación, como es lógico estetipo de destilación solo es adecuada para conseguir la separación de dos componentes conpuntos de ebullición muy distintos. Cuando la ebullición de los compuestos de una mezcla sepresenta a temperaturas muy cercanas se puede usar la destilación fraccionada, en la que sepresentan ciclos múltiples de condensaciones y evaporaciones, esto se puede lograr usandouna 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) 10 tubos de ensaye2 Matraces redondos de 250 mL (19/22) 1 Cabeza de destilación1 Rejilla de asbesto 1 Probeta de 50 mL1 Refrigerante (19/22) 1 parrilla1 Portatermómetro Uniones de vidrio2 Pinzas 1 Anillo1 Termómetro 1 Pipeta de 1 mLPerlas de ebullición Bomba para agua con 2

mangueras2 Soportes universales 1 Columna Vigraux

4.2. ReactivosMetanol AcetonaAcetanilida

4.3. Procedimiento experimental4.3.1 Destilación simple

1. En un matraz redondo de 100 mL colocar 15 mL de la sustancia a destilar y adicionar 3perlas de ebullición.2. Sostener el matraz con una pinza de tres dedos y ponerlo sobre la parrilla decalentamiento 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 laparte superior de la cabeza de destilación. A continuación ajustar otra pinza de tres dedoslateralmente a la primera.

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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, calentarlentamente el matraz hasta que el líquido empiece a hervir, ajustar la velocidad decalentamiento hasta que el vapor de condensación alcance la punta del termómetro y pase alcondensador.6. Anotar la temperatura en la que se destilan las primeras gotas de la sustancia. Continuarla operación a una velocidad de destilado de 2 mL/min y anotar la temperatura de destilacióna intervalos regulares de tiempo.7. Parar el proceso cuando deje de gotear líquido del condensador. Transferir el destilado auna botella anotando el rango de temperatura de ebullición y la fecha de destilación. Lasmuestras a trabajar son: mezcla acetanilida-acetona, mezcla acetona-agua 1:1 y mezclametanol-agua 1:1.Los profesores del grupo indicaran que mezcla trabajara cada equipo.

4.3.2. Destilación fraccionada1. Montar un equipo de destilación fraccionada, que es exactamente igual que el dedestilación simple solamente que entre el matraz bola y la cabeza de destilación se coloca lacolumna de fraccionamiento.

2. Adicionar al matraz de destilación 25 mL de la mezcla a separar, y unas perlas deebullición.

3. Iniciar el calentamiento de la mezcla de forma similar al proceso de destilación simple yanotar la temperatura a la que cae la primera gota de destilado. Si la columna defraccionamiento es adecuada ( tiene el numero necesario de platos teóricos para las mezclasa trabajar) la temperatura no debe variar hasta que se destile el componente de menor puntode ebullición.

4. Continuar el calentamiento y recoger todo el destilado que se separe a temperaturaconstante. Si la mezcla a separar es de solo dos componentes, en el destilado se obtiene elde menor punto de ebullición y en el matraz de destilación debe quedar el componente de lamezcla 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 debeponer 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 elproceso de destilación simple, indicando al compuesto que pertenece y compararlo con elreportado en la literatura

5.2. Reportar el volumen y temperatura de destilación del compuesto obtenido en ladestilación fraccionada e indique que compuesto obtuvo.

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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 encambio las mezclas de acetona-agua y metanol-agua destilan a temperatura variable en ladestilación simple.

6.2. Explique porqué en la destilación fraccionada las mezclas de acetona-agua y metanol-agua destilan a temperatura constante.

6.3. Explique el funcionamiento de la columna de fraccionamiento y en base a estojustifique porque la destilación fraccionada es más eficiente en la purificación de loscompuestos liquidos.6.4.¿Porqué las temperaturas de destilación de la acetona y del metanol no son iguales a lasreportadas en la literatura?.

7. CONCLUSIONES

7.1 ¿Qué es la destilación?7.2 ¿En qué casos se utiliza la destilación simple y en cuáles la fraccionada?7.3 ¿Todas las mezclas de líquidos se pueden separar por destilación?7.4 ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica?7.5 ¿Qué modificaciones sugiere realizar para mejorar los resultados?

8. 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.

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PRÁCTICA No. 7

HIDROCARBUROS

1. OBJETIVOS:

1.1. Conocer las reacciones químicas que permiten poner de manifiesto la presencia deinsaturaciones en los hidrocarburos.

1.2. Sintetizar ciclohexeno a partir de ciclohexanol.

1.3. Distinguir mediante reacciones químicas los hidrocarburos saturados de losinsaturados.

2. INTRODUCCIÓN.

Los hidrocarburos pueden clasificarse básicamente en tres tipos: a) los saturados queincluyen alcanos y los cicloalcanos, b) los insaturados dentro de los que se encuentran losalquenos (olefinas) y los alquinos (acetilenos), y c) los aromáticos.

Los alcanos y cicloalcanos son prácticamente inertes desde el punto de vista químico, acausa de esta baja reactividad, se les denomina parafinas (compuestos de poca afinidad). Noexisten pruebas químicas simples para identificar a los hidrocarburos saturados, estos debenen general ser detectados indirectamente al dar negativas las pruebas químicas deinsaturación y aromaticidad. Para el caso de los alquenos, cicloalquenos y alquinos, lapresencia de insaturaciones se puede confirmar por medio de reacciones de cis-hidroxilación, con una solución acuosa de permanganato de potasio (prueba de Baeyer) y porla adición trans de bromo a los dos átomos de carbono del enlace doble. Casi todos losalquenos y alquinos reaccionan con estos reactivos. El número de dobles enlaces se puededeterminar cuantitativamente si se mide la cantidad de bromo consumido.

Prueba de Baeyer

3 C=C + 2 MnO4- + 4 H2O 3 C C + 2 MnO2 + 2 OH -I I

I I

_I I

OH OH

__I I

Adición de Br2

C C + Br2 / CCl4 C C

Br+

C C

Br

Br

INCOLOROROJO

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

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La prueba de permanganato de Baeyer es más selectiva que la reacción con Bromo; sinembargo, también presenta sus limitantes, puesto que casi todas las moléculas que sepueden oxidar, como los alcoholes, aldehídos y fenoles, dan positiva esta reacción.Afortunadamente, los dos procesos son complementarios, se recomienda realizar primero laprueba de Baeyer y si es positiva, continuar con la prueba del bromo.

Los alquenos son fácilmente oxidados por ciertos reactivos, incluyendo permanganatode potasio acuoso. El producto orgánico depende de las condiciones de reacción, la cis-hidroxilación se favorece bajo condiciones suaves y el rompimiento a un ácido dicarboxílicose favorece bajo condiciones más vigorosas.

+ 2 MnO2 + 2 OH-C C

OHOH

32 MnO4- + 4 H2O3 +C C

C C +3 4 MnO4-

+ 4 MnO2 + 2 OH-3 C

O-

OC O

O-

Los alquenos se pueden preparar a partir de alcoholes y haluros de alquilo, porreacciones de eliminación. Los alcoholes sufren eliminación de agua por el calentamientocon ácido sulfúrico o fosfórico, o al pasar el alcohol en fase vapor sobre alumina o sílicacomo catalizador a altas temperaturas. La facilidad de deshidratación de los alcoholes sigueel siguiente orden: terciario > secundario >> primario. El alcohol ter-butílico es convertidorápidamente a isobutileno (2-metilpropeno) con ácido sulfúrico al 40-50% a 85 °C.

Por otro lado, los compuestos aromáticos constituyen una familia de especies químicasmuy 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 laestructura electrónica aromática, estabilizada por la deslocalización de los electrones pi, lesconfiere 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 desustitución electrofílica aromática (reacciones en las que un electrófilo sustituye a uno de loshidrógenos 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 delciclohexanol en ciclohexeno.

3.4 ¿Cuál es el producto esperado en la reacción de oxidación del tolueno conpermanganato?

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4. SECCIÓN EXPERIMENTAL.

4.1. Material y equipo10 Tubos de ensayo 1 Refrigerante3 Pipetas de 5 mL 1 Unión1 Gradilla 1 Termómetro.1 Vaso de precipitados de 400 mL 1 Probeta1 Embudo de filtración 1 Cristalizador1 Embudo de separación de 125 mL Parrilla de calentamiento1 Matraz redondo de 100 mL 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 -Solución de Br2 en CCl4 al 3%-Sustancias de prueba:Ciclohexano, ciclohexeno, aceitecomestible, benceno y tolueno.

-Cloroformo-NaOH al 10%-Solución de Na2CO3

-H2SO4 concentrado -Na2SO4 anhidro-Bisulfito de sodio al 10%-Solución de KMnO4 al 1%-Solución acuosa de KMnO4 al 10%

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 deacetona.

2 Adicionar una gota de solución acuosa de permanganato de potasio al 1%, agitarvigorosamente y observar el tubo.

3. Se tendrá una prueba positiva cuando en el lapso de 1 minuto se pierda el color púrpura yse 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 al3% en tetracloruro de carbono y agitar. La desaparición del color proporciona una pruebapositiva.

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3. Exponer el tubo a la luz y observar si existe la aparición de niebla en la parte superior dellíquido.

NOTA: Todos los experimentos anteriores hacerlos con ciclohexano, ciclohexeno, aceitecomestible, benceno y tolueno. Se darán dos muestra problemas etiquetadas como A y Bpara 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 40mL 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 colorpúrpura del KMnO4 desaparezca (aprox. 1½ h).

3. Enfriar la mezcla de reacción y acidificar con H2SO4 concentrado (tener cuidado con laefervescencia que se origina de la neutralización),

4. Calentar la mezcla por otra media hora y dejar enfriar, eliminar el exceso de MnO2 con laadición 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 deagua.

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 mLde 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 dedestilación 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 procesode 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 decarbonato de sodio al 10% para neutralizar las trazas de ácido sulfúrico, agitarcuidadosamente, dejar separar las capas, eliminar la capa inferior.

5. Lavar la capa superior (el ciclohexeno) con 1 mL de agua destilada. Transferir la parteorgánica a un matraz Erlenmeyer de 25 mL y adicionar 0.5 g de sulfato de sodio anhidropara eliminar el agua, agitar ocasionalmente.

6. Decantar el líquido en una probeta de 10 mL para medir el volumen y calcular elrendimiento de la reacción.

Instrucciones Particulares.

-Varios de los reactivos utilizados en esta práctica son tóxicos, el bromo puede ademáscausar quemaduras.

-Manejar las soluciones con especial cuidado y de ser posible en lugares con ventilación.

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-Las pruebas químicas se realizarán con pequeñas cantidades que pueden ser manejadasfácilmente 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 evitarincendios y pérdida por evaporación.

-Manejar los reactivos en una área ventilada y con precaución, puesto que a loshidrocarburos aromáticos se consideran tóxicos y carcinógenos.

5. RESULTADOS.

5.1. Reportar los resultados obtenidos para las pruebas químicas en una tabla. Indique enbase a sus resultados si A y B son alquenos.

5.2. Escribir las ecuaciones de las reacciones químicas que tienen lugar en cadaexperimento.

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. Escribatodos los cálculos.

6. ANALISIS DE RESULTADOS

6.1. Explique si los resultados obtenidos en las pruebas de Baeyer y de bromo son deacuerdo a lo esperado para los reactivos que se conoce su identidad, de no ser así, trate deencontrar una razón adecuada para explicar los resultados erróneos.

6.2. Explicar porqué los compuestos aromáticos no dan positivas las pruebas de Baeyer yde 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 esigual, 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 losusos 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).

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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 delos 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.

Halogenuros

Alquilo

XCHR2

CH2CH XCH2

CH2 X

R X

R3 C XTerciarios

Secundarios

Primarios

Bencílicos

Alílicos

X

CH2 CH XVinilo

Arilo

Los halogenuros de alquilo son en general moléculas relativamente reactivas y sufrenreacciones de sustitución y eliminación. Los halogenuros de arilo y de vinilo generalmenteson inertes a las reacciones de sustitución y eliminación debido a la influencia que ejercenlas insaturaciones sobre el enlace carbono halógeno de estos compuestos. El enlace CX esun enlace muy polarizado que conduce a la asociación de las moléculas por atracción dedipolos permanentes. La reacción principal de los R-X es la sustitución nucleofílica, lasreacciones de los halogenuros de alquilo primarios usualmente sigue un mecanismo SN2(substitución nucleofílica de segundo orden) y sus reactividades relativas presentan elsiguiente orden: metílico > primario > bencilico > secundario > terciario. En muchasreacciones típicas que se efectúan por este mecanismo, la velocidad de reacción para elCH3-X puede ser de 10 a 20 veces más rápida que para su análogo de etilo (CH3CH2-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 SN1(sustitución nucleofílica unimolecular): el paso determinante de la reacción es el rompimientoheterolítico del enlace carbono-halógeno para formar el intermediario (carbocatión). Loshalogenuros de alquilo secundarios pueden reaccionar por mecanismos del tipo SN1 y SN2 oun híbrido de ambos, esto dependerá de las condiciones de reacción. El proceso SN2 se vefavorecido por nucleófilos fuertes, alta concentración del reactivo y disolventes poco polares.El mecanismo SN1 es favorecido por nucleófilos débiles y baja concentración, yespecialmente en disolventes altamente polares.

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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, ácidoclorhídrico 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 equipo12 Tubos de ensayo 3 Pipetas graduadas de 5 mL1 Gradilla 1 Pipeta graduada de 10 mL2 Vasos de precipitados de 100 mL 1 Baño María1 Embudo de separación de 125 mL 1 Anillo1 Parrilla de calentamiento 1 probeta de 25 mL

4.2 ReactivosSolución de nitrato de plata en etanol al 2% Solución de bicarbonato de sodio al

5 %Solución KI en acetona al 15% Sulfato de sodio anhidroSolución ácido nítrico diluido (1:20)*Sustancias a probar (Halogenuros):clorobenceno, cloruro de sec-butilo,diclorometano, cloruro de bencilo, cloruro de t-butilo.

- 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, calentarligeramente los tubos hasta que la solución empiece a ebullir, durante cinco minutos. Anotarsus observaciones.

4. Si se forma un precipitado, ya sea a temperatura ambiente o por calentamiento, verifiqueque 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 platano.

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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 procedimientoanterior.

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 losprimeros cinco minutos. Si no ocurre la reacción, calentar los tubos en baño de agua a50°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 concentradofrío (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 laparte orgánica que contiene el producto con 4-6 mL de agua destilada y luego con 10 mL deuna solución de bicarbonato de sodio al 5 % (PRECAUCION: Tener cuidado con laefervescencia 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 sodioanhidro para eliminar el agua. Transferir por decantación el compuesto a una probeta de 25mL. Medir el volumen.

5. RESULTADOS.

5.1. Indicar que tipo de halogenuro es cada una de las sustancias probadas en la reaccióncon nitrato de plata y con yoduro de potasio.5.2 Indicar el resultado que obtenido para cada compuesto de prueba. En este casotambién se debe reportar el tiempo que tardó en formarse el precipitado5.3 Indicar el volumen de cloruro de terbutilo obtenido y calcular el rendimiento de lareacción.

6. ANALISIS DE RESULTADOS.

6.1. Indicar si sus resultados están de acuerdo con lo que indica la teoría, en caso de queno sea así tratar de encontrar un a razón lógica y valida por la que no se observo loesperado.

6.2. Escribir todas las ecuaciones de las reacciones que se efectuaron durante laexperimentación

6.3. Explicar a qué se deben las diferencias entre las velocidades de reacción de losdistintos halogenuros probados.6.4. Si su rendimiento fue bajo, explicar a que factores o por que razones fue así.

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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, quemodificaciones sugeriría para mejorar la practica.

8. BIBLIOGRAFÍA.

8.1. Fessenden R. J., y Fessenden J.S., Química Orgánica. Grupo EditorialInteramericano(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. andSchuetz, R. D., Organic Chemistry, Hounghton Mifflin Company (1986).8.4. Shriner, R. L., Fuson, R.C., and Curtin, D., Systematic Identification of OrganicCompounds, John Wiley and Sons, (1964).8.5. Wilcox, C. F., Experimental Oraganic Chemistry, A Small Scale Aproach., Mc. Millan Jr.(1988).

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PRÁCTICA No. 9

ALCOHOLES

1. OBJETIVOS:

1.1 Diferenciar mediante la prueba de Lucas si un alcohol es primario, secundario oterciario.

1.2 Determinar mediante la prueba del cloruro férrico si una sustancia desconocida es unfenol.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 seles ha reemplazado un átomo de hidrógeno por un grupo hidroxilo (-OH). Si el grupo -OHestá unido a un anillo aromático se denominan fenoles. El efecto que el grupo hidroxilo ejercesobre la molécula es el de proporcionar una polaridad considerable, les permite asociarse pormedio de enlaces por puente de hidrógeno, presentan además características hidrofílicas(afinidad por el agua) y les confiere propiedades ácidas (ej. fenoles). Sus puntos de ebullicióny de fusión son más altos que los de los alcanos y alquenos correspondientes debido a lasfuerzas de atracción que se presentan entre los hidroxilos.

La química de los alcoholes también dependen del tipo de grupo R al que esté unido elOH, con base en esto se les puede clasificar en las siguientes especies: alquílicas, arílicas,vinílicas y bencílicas. Los alcoholes alquílicos pueden ser: primarios (RCH2OH), secundarios(R2-CH-OH), terciarios (R3C-OH) y alílicos (CH2=CH2-CH2-OH). Si el OH está unidodirectamente a un doble enlace se denomina vinílico.

Las principales reacciones químicas de los alcoholes involucran la ruptura heterolíticade la unión C-OH por lo que pueden sufrir reacciones de sustitución o eliminación de maneraanáloga a los halogenuros de alquilo.

Algunas de las reacciones características de los alcoholes permiten distinguir alcoholesprimarios y secundarios de los alcoholes terciarios. La prueba de Lucas proporciona ciertainformación de la estructura del alcohol, puesto que se basa en la conversión del alcohol alcloruro de alquilo correspondiente (insoluble en agua). La facilidad de dicha reaccióndepende de la estabilidad del carbocatión que se forma y permite diferenciar los alcoholesprimarios y secundarios de los terciarios.

Por otro lado, los fenoles poseen dos grupos funcionales importantes: el anillobencénico y el grupo hidroxilo, por lo que las propiedades químicas de estos compuestosincluyen las características de ambos. El protón del grupo hidroxilo aromático es más ácidoque el protón de los alcoholes alifáticos, así mismo el anillo bencénico es más susceptible alataque por reactivos electrofílicos. Dos de las reacciones químicas que permiten identificaren forma rápida un fenol es su reacción con álcalis y su reacción con cloruro férrico. Muchosfenoles y algunos compuestos relacionados (enoles) forman complejos de coordinación conel ión férrico de colores rojos, azules, púrpuras o verdes.

Los alcoholes se encuentran entre los intermediarios sintéticos más versátiles tanto enel laboratorio como en la naturaleza. Ciertos alcoholes se usan para preparar polímeros,perfumes y medicamentos, también se usan agentes saborizantes en confitería y algunos

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otros se emplean como disolventes en la elaboración de lacas, pinturas y removedores. Laproducción de fenoles para su uso como antisépticos, en la síntesis de plásticos, resinas ycolorantes se desarrollo de forma paralela con la industria del alquitrán de hulla.

Una gran variedad de alcoholes se pueden obtener por hidratación de alquenos, porhidrólisis de ésteres, por hidrólisis de halogenuros, por reacciones de hidroboración y porreducciones de aldehídos y cetonas. La reducción del grupo carbonilo de aldehídos ycetonas puede lograrse de varias formas, pero una de las más sencillas a nivel laboratorio seconsigue con el borohidruro de sodio (NaBH4), este reactivo es de una alta capacidadreductora puesto que un mol puede reducir cuatro moles de una cetona o aldehído. Lareacción 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 siguientesreactivos: 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 Material y equipoParrilla de calentamiento 2 vasos de precipitados de 100 mLGradilla Matraz redondo de 50 mL10 Tubos de ensaye Pipeta de 5 mL

4.2 Reactivosn-butanol FenolSecbutanol ResorcinolTerbutanol Ácido salicilicoHCl conc. AspirinaZnCl2 anhidro Etanol 96 %Cloruro ferrico alcanforIsopropanol 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), agitarvigorosamente y dejar reposar.

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3. Anotar el tiempo requerido para la formación del cloruro de alquilo, que aparece como unacapa insoluble o una emulsión. Los alcoholes terciarios presentan una separación de fasesinmediata, los secundarios requieren cerca de 5 minutos para reaccionar y los primariosaproximadamente 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 etanoly 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 deisopropanol.

2. Añadir con precaución y en pequeñas porciones 0.3 g de borohidruro de sodio, si latemperatura 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 causanquemaduras, EVITE EL CONTACTO CON LA PIEL.

- Evitar la inhalación de los vapores de los halogenuros de alquilo que se producen en laprueba de Lucas. Recuerde que son tóxicos.

- La solución de FeCl3 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 laspruebas 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 seobtuvo el compuesto esperado. Reportar los gramos de producto y calcular el rendimiento dela reacción.

6. ANALISIS DE RESULTADOS

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

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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. Encaso de que la aspirina diera prueba positiva, (una muestra de aspirina caducada suele darprueba positiva) como explicaría este resultado.

6.3. En base a sus resultados de punto de fusión indique si obtuvieron el isoborneol. Enbase 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. CONCLUSIONES7.1 ¿Qué son los alcoholes? ¿Cómo se clasifican? ¿Cuáles son los métodos principales

para producir alcoholes? ¿Cuáles son los usos principales de los alcoholes?7.2 ¿Qué pruebas se realizaron para caracterizar a los alcoholes y a los fenoles?7.3 ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica?7.4 ¿Qué modificaciones se pueden realizar a la práctica para obtener mejores

resultados?

8. 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).

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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 elcomportamiento 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 esel grupo carbonilo (I). Forma parte estructural de un gran número de compuestos, como losácidos carboxílicos, ésteres, tioésteres, amidas, anhídridos, haluros de ácido, queconjuntamente con los aldehídos y cetonas participan como intermediarios fundamentales enla biosíntesis de moléculas de importancia biológica en los organismos vivos.

RC

RO

Grupo carbonilo(I)

Particularmente la conducta química y espectroscópica de los aldehídos y cetonasdependen principalmente del grupo carbonilo, además de algunas variaciones que semanifiestan por las diferencias de la naturaleza química del grupo R que está unido al grupofuncional principal.

El centro de reactividad de estos compuestos es el enlace pi del grupo carbonilo, que seencuentra fuertemente polarizado y puede atraer tanto electrófilos como nucleófilos.

Así una de las reacciones más generales para está clase de compuestos son las deadiciones de agentes nucleofílicos.

Por otra parte, muchas de las reacciones de importancia de los compuestoscarbonílicos tienen lugar sobre el átomo de carbono adyacente al grupo carbonilo, en elcarbono . Un ejemplo, es la enolizacion, proceso en el cual un átomo de hidrógeno unido alcarbono de un compuesto carbonílico (hidrógeno ) se desplaza al oxígeno carbonílico, aeste proceso también se le conoce como TAUTOMERÍA CETO-ENÓLICA.

C COH

C C

OH

CARBONILO ENOL

Los hidrógenos al grupo carbonilo de aldehídos y cetonas poseen una acidezconsiderablemente mayor que sus hidrocarburos análogos. Esto puede ser atribuido a lacapacidad del grupo carbonilo para deslocalizar la carga negativa de la base conjugada,mejor conocido como ANIÓNENOLATO, especie que participa también en el proceso deenolización catalizada por bases.

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+ B:-C C

HO-

-

C C

O

C C

O

Los iones enolato participan en algunos procesos sintéticos de la química orgánica queson de mayor importancia. La mayoría de las reacciones del ion enolato tiene lugar a travésdel carbono como nucleófilo, y no a través del oxígeno, también sabemos que el átomo decarbono carbonílico es electrófilo. La combinación de ambas especies, la nucleofílica delcarbonión enolato y la electrófila del carbono carbonílico, conduce a un importante grupo demétodos sintéticos conocidos como

REACCIONES DE CONDENSACIÓN DEL CARBONILO.

Un ejemplo de estas reacciones, es la CONDENSACIÓN ALDÓLICA, que es el resultado decombinar dos moléculas de aldehído para generar una aldol.

Por otra parte, los aldehídos que no contiene hidrógenos , no pueden formar ionesenolato, por lo que no pueden dimerizarse en una condensación aldólica. Sin embargo, estosaldehídos se pueden hacer reaccionar con otros aldehídos o cetonas que contenganhidrógenos produciéndose una condensación entre ambos, conocida como “CondensaciónAldólica Cruzada”.

Una condensación aldólica cruzada es más útil cuando sólo uno de los compuestoscarbonílicos tiene hidrógenos . Las metil cetonas pueden ser usadas en las condensacionesaldólicas cruzadas con aldehídos que no contienen hidrógenos (Aldehídos aromáticos oformaldehído). Ejemplo:

CH

OCCH3

O+ CH CH C

O

BENZALACETOFENONA

Centraremos nuestra atención en aquellas reacciones que permiten diferenciar losaldehídos y cetonas de otro tipo de compuestos y que proporcionan un esquema útil deidentificación química, así como un criterio químico esencial.

Por ejemplo, la reacción de aldehídos y cetonas con aminas primarias da lugar aformación de iminas (también conocidas cómo bases de Schiff), constituyen intermediariosimportantes en la biosíntesis de aminoácidos. Algunos productos de tipo imínico (oximas,hidrazonas, fenilhidrazonas, 2,4 dinitrofenilhidrazonas y semicarbazonas) formados a partirde aldehídos o cetonas con compuestos nitrogenados, hidroxilamina, hidrazina,fenilhidrazina, 2,4-dinitrofenilhidrazina y semicarbazona respectivamente, constituyenderivados estables que se pueden caracterizar con relativa facilidad. En especial las 2,4-dinitrofenilhidrazonas (DNFH) son derivados sólidos de alto PM cuyo color depende delgrado de conjugación de los aldehídos o cetonas, por lo que se les emplea como medio deidentificación química de compuestos aldehídicos o cetónicos.

Otro tipo de reacción que proporciona información valiosa es la oxidación. Las cetonasno se oxidan con facilidad como ocurre con los aldehídos que forman rápidamente ácidoscarboxílicos. El KMnO4 y K2Cr2O7 son los compuestos más empleados, pero no son los

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únicos que se pueden utilizar. También agentes oxidantes suaves como las sales de Ag y Cuson muy empleados.

El reactivo de Tollens (solución alcalina de hidróxido de plata amoniacal) se utiliza para laidentificación química de aldehídos, formándose un espejo de plata al oxidarse el compuestoen prueba.

El reactivo de Benedict (solución alcalina de citrato o tartrato cúprico) también es útil, sinembargo es más sensible el reactivo de Tollens.

Por otro lado la prueba de la Fucsina de Shifft o amoniacal muestra la fácil formación deaductos de SO2 de aldehídos, pero no de cetonas.

Algunas otras reacciones se utilizan para distinguir los aldehídos de las cetonas comoson la prueba del Iodoformo, bisulfito, etc.

3. ACTIVIDADES PREVIAS

3.1. El alumno deberá documentarse para poder escribir las ecuaciones de lasreacciones químicas que tienen lugar en cada experimento.

3.2. Explicar ¿A que se debe la reactividad del grupo carbonilo? y¿Que tipo de reaccionespuede presentar?

3.3. Investigar en que tipo de compuestos de origen natural se encuentran presentes elgrupo aldehído y cetona.

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

4. SECCIÓN EXPERIMENTAL.

4.1. Material y equipo12 Tubos de ensayo 1 Baño María2 Pipetas graduadas de 1 mL 1 Agitador de vidrio3 pipetas graduadas de 5 mL 2 vasos de precipitados de 250 mL.1 Embudo para filtración 1 pinzas para tubo de ensayo1 Matraz Erlenmeyer de 125 mL 1 parrilla de calentamiento

4.2. ReactivosSolución de nitrato de plata al 5%. Yodo al 10% en yoduro de potasioSolución de hidróxido de amonio al 2% Agua destiladaSolución acuosa de CuSO4 al 7% Etanol 96%Solución alcalina de tartrato de sodio y potasio Solución de KMnO4 al 0.3 %Ácido sulfúrico concentrado Ácido clorhídricoNaOH al 10.0%. 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 deprecipitado de 50 mL, adicionar 1 mL de agua seguido de 1 mL de H2SO4 concentrado, conagitación, 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 en100 mL de agua).

- Yodo al 10.0% en yoduro de potasio ( 10.0 g de yodo en una solución que contenga 20.0 gde 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 aidentificar (glucosa, benzaldehído, acetona) ó si es sólido ±50 mg disuelto en una mínimacantidad de etanol al 95%.

-Una prueba positiva se obtiene con la formación de un precipitado de color amarillo a rojo. Sino aparece un precipitado dentro de los primeros 15 minutos, calentar ligeramente por 5minutos, dejar reposar y observar.

4.3.1.2. Reacción de Tollens. Identificación del grupo aldehído (formación del espejode plata)

-Colocar en un tubo de ensayo 1 mL de una solución de nitrato de plata al 5%. Adicionar gotaa gota 1 mL de solución de NaOH al 10% (observar la formación de un precipitado); conagitación constante adicionar gota a gota una solución diluida de amoniaco(aproximadamente al 2%) hasta que se disuelva el precipitado (tener cuidado de no excederla cantidad de amoniaco).

-Agregar unas gotas de la sustancia a identificar (benzaldehído y acetona), agitar y dejarreposar 10 min. Si no se observa ninguna reacción calentar los tubos en un baño de agua a40 ºC durante 10 minutos y dejar reposar.

-La prueba es positiva cuando se forma un espejo de plata. Hacer esta prueba con los 5reactivos *.

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 soluciónalcalina de tartrato de sodio y potasio y 0.5 mL (0.5 g) de la muestra a analizar (glucosa yacetona), colocar los tubos en un baño de agua hirviendo durante 10 minutos y anotar susobservaciones.

50

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) en2.0 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 compuestosel precipitado de yodoformo, de color amarillo aparece casi inmediatamente y en frío. Siesto no ocurre en los primeros cinco minutos, calentar la solución a 60 ºC, sí desaparece elcolor café adicionar más solución de yodo hasta que el color persista mínimo por dosminutos, en ese momento adicionar algunas gotas de la solución de hidróxido de sodio paraeliminar el exceso de yodo y diluir la mezcla con 5.0 mL de agua. Dejar reposar cincominutos 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 aguadestilada 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, agitarla mezcla de reacción durante 15 min, tiempo en el cual se forma un sólido amarillo queposteriormente 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 dehidróxido de sodio con una solución de ácido clorhídrico al 50% hasta obtener un pH de 78.

4.4. Instrucciones particulares

-El material de vidrio que se utiliza en cada prueba debe estar perfectamente limpio, paraevitar interferencia de contaminantes que lleven a una falsa interpretación.

-Evitar el contacto de los reactivos con la piel, particularmente tener especial cuidado la 2,4-dinitrofenilhidrazina por que es cancerígena.

-En la reacción de Tollens el reactivo de hidróxido de plata amoniacal debe prepararse justoen el momento de usarse. Una solución en reposo de éste compuesto puededescomponerse y depositar un precipitado explosivo de nitruro de plata (Ag3N). Paraasegurar la eliminación total de trazas de éste reactivo, adicionar al término de la pruebaácido nítrico concentrado a los tubos de ensayo y colocar esta solución en un frasco dedesecho.

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5. RESULTADOS

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

Compuesto Reacción con 2,4-dinitrofenilhidracinaObservaciones

Glucosa

Benzaldehído

Acetona

Diga que tipo de compuestos caracteriza esta prueba y cuáles son sus limitantes______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Compuesto Reacción de TollensObservaciones

Benzaldehído

Acetona

Diga que tipo de compuestos caracteriza esta prueba y cuáles son sus limitantes______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Compuesto Reacción con permanganato de potasioObservaciones

Benzaldehído

Acetona

Diga que tipo de compuestos caracteriza esta prueba y cuáles son sus limitantes

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Compuesto Reacción de FehlingObservaciones

Glucosa

Acetona

Diga que tipo de compuestos caracteriza esta prueba y cuáles son sus limitantes______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Compuesto Reacción de haloformoObservaciones

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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 laliteratura.

5.3. Anexar copia de los espectros infrarrojos reportados en la literatura para un aldehído yuna cetona*, (Se discutirá al final del curso).

6. ANALISIS DE RESULTADOSEl alumno analizará los resultados de la parte experimental sobre la reactividad del grupocarbonilo 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 1.3planteados 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. Millan1978.8.3 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. London1982.8.5 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 susderivados.

1.3. Sintetizar acetato de isoamilo por reacción de esterificación.

2. INTRODUCCIÓN.

El grupo funcional carboxilo (COOH) es parte fundamental de la estructura molecular delos ácidos carboxílicos. En éste se resumen las propiedades físicas, químicas y bioquímicasde los grupos funcionales carbonilo e hidroxilo.

En general los ácidos carboxílicos y sus derivados se caracterizan por tener dentro desu estructura molecular el grupo carbonilo; presentan propiedades químicas similaresobviamente con particularidades propias derivadas de las diferencias estructurales. Estoscompuestos participan principalmente en reacciones de sustitución nucleofílica y enreacciones ácido-base formandose los carboxilatos y los -carbaniones en algunos de losderivados.

Los ácidos carboxílicos, ésteres, amidas y anhídridos de origen natural y sintético sonabundantes y ampliamente utilizados como fármacos, saborizantes, antioxidantes,conservadores de alimentos, etc. Esto justifica la búsqueda constante de nuevas alternativasbiosintéticas 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 sustanciasbalsámicas, de las que se puede obtener por sublimación, pero en pequeñas cantidades, sepuede sintetizar a partir de una gran variedad de compuestos como el Tolueno, AnhídridoFtálico Benzaldehído, etc. Los procesos de síntesis química para el ácido benzoico sondiversos y de fácil realización como se manifiesta en la síntesis de éste ácido a partir de unametil-cetona (acetofenona) en presencia de hipoclorito (reacción del haloformo).

NaOHX2+R

CCH3

O

RC

O

O

Na+ CHX3

METIL CETONA 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 propiedadesherbicidas en el maíz, el ácido 3-amino-2,5-dicloro benzoico se emplea como herbicida enmaíz y soya.

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Los ésteres pueden ser preparados por esterificación directa de un ácido con un alcoholen presencia de catálisis ácida (ácido sulfúrico, ácido clorhídrico) y por alcoholisis de clorurosde ácidos, anhídridos de ácidos y nitrilos. Ocasionalmente se pueden obtener por elcalentamiento de sales metálicas de ácidos carboxílicos con un halogenuro de alquilo o conotro 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 formacióndel éster, es necesario desplazar la reacción hacia la derecha para obtener un buenrendimiento, esto puede lograrse por el uso de exceso de reactivos, eliminación de uno delos productos o bien con la combinación de ambas estrategias.

Los cloruros y anhídridos de ácidos reaccionan rápidamente con alcoholes primarios ysecundarios para dar los ésteres respectivos. Los anhídridos de ácido son menos reactivosque los cloruros de ácidos pero reaccionan con la mayoría de los alcoholes usandocondiciones más drásticas.

Los ésteres, compuestos derivados de los ácidos carboxílicos se encuentranampliamente difundidos en la naturaleza. Los hay de bajo y alto peso molecular. Los de bajopeso 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 lasgrasas vegetales y animales. Estos compuestos tienen una gran aplicación en la industria delas 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 salicílicose han usado en medicina durante muchos años; el ácido salicílico se encuentra en lanaturaleza en forma de éster en una gran variedad de glicósidos y aceites esenciales. Eléster metílico de este ácido se presenta en el aceite de gaulteria y en muchas otrasfragancias de flores, hojas y corteza. El éster fenílico del ácido salicílico, conocido comosalol, se usa como antiséptico intestinal, mientras que el ácido acetil salicílico se usa comoanalgésico.

3. Actividades previas

3.1 El alumno investigará porque en general los aldehídos y cetonas sufren reacciones deadición y en cambio los ácidos carboxílicos y sus derivados reaccionan principalmente porreacciones de sustitución.

3.2. Investigar en que tipo de compuestos de origen natural se encuentran presentes losgrupos, 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 laesterificación.

3.4. Describir los usos importantes del éster preparado.

3.5 Investigar las propiedades fisicoquímicas y farmacológicas del acetato de isoamilo6.1. 3.6. El alumno investigará y escribirá las cada una de las reacciones desarrolladas enesta 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 equipo1 Pipeta graduada de 5 mL 12 tubos de ensayo3 Vasos de precipitados 100 mL 1 Embudo de filtración1 Matraz redondo de 50 mL 1 Refrigerante1 Matraz redondo de 100 mL Bomba de agua1 Gradilla Balanza analítica1 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

-Ácido salicílico- Solución etanólica de Verde de Bromocresolal 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 bromocresoladicionar: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 0.5Mhasta 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 debromocresol 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 etiloObservaciones

Control

anhidridoacético

cloruro deacetilo

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 ácidoacético glacial. Posteriormente adicionar lentamente y con precaución 0.7 mL de H2SO4

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 aguafría y mezclar para lavar. Dejar separar las fases (el acetato de isoamilo siempre queda en laparte 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, dejarseparar las fases y eliminar la fase acuosa. Finalmente lavar con 15 mL de agua, separar ysecar el producto con sulfato de sodio anhidro. Medir el volumen para determinar elrendimiento de la reacción.

4.4. Instrucciones particulares.-No oler directamente ningún reactivo ni mezcla de reacción. Todos las sustancias que seusan 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 elorden creciente de reactividad de los ácidos y sus derivados, en las reacciones de sustituciónnucleofilica.

5.2. Justificar las diferencias en las velocidades de reacción de los derivados de los ácidoscarboxílicos.

5.3. Escribir todas las ecuaciones químicas de las reacciones que se realizaron durante laexperimentación.

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 RESULTADOSEl alumno analizará los resultados de la parte experimental sobre la reactividad de los ácidoscarboxílicos y derivados de ácidos en base a las actividades previas investigadas y aldesarrollo de esta práctica.

7. CONCLUSIONES

El alumno concluirá sobre desarrollo de la práctica en base a los objetivo 1.1, 1.2 y 1.3planteados 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 OrgánicaExperimental. Ed. Alhambra España 1977.8.7 Jacobs Thomas L., Truce William E. Robertson G. Ross, Laboratory Practice of OrganicChemistry. 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 ampliamentedistribuidos en la naturaleza, tanto en plantas como en animales y muchas de ellas poseenactividad biológica. Por ejemplo las catecolaminas actuan como neurotransmisores en elsistema nervioso, la norepinefrina y la epinefrina (adrenalina) son compuestos de este tipo.

OH

OH

OH

NH2CH2CH OH

OH

OH

CH2CH NH CH3

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 seconocen como aminas SIMPATOMIMÉTICAS, debido a que, en cierta medida, imitan laacción 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 lasíntesis de colorantes orgánicos y polímeros como el nylon.

Esta clase de compuestos, ya sean primarios, secundarios o terciarios, se caracterizanporque el nitrógeno presente les confiere características básicas, lo que las distingue desustancias neutras como amidas, N-acilaminas y nitrilos.

El par electrónico no compartido del nitrógeno que poseen, les confiere también lacapacidad de actuar como agentes nucleofílicos. Es además responsable de su capacidadde formar sales con los ácidos, complejos de coordinación con cationes metálicos y dealquilarse con halogenuros de alquilo por desplazamiento nucleofílico.

La capacidad del par electrónico no compartido del nitrógeno de las aminas paracombinarse con un electrófilo (medida de su basicidad y nucleofilicidad) está influenciadafuertemente 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 denitrógeno 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 lasaminas.

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Todas las aminas se pueden reconocer fácilmente por su basicidad. Su carácter básicose manifiesta por simple prueba con ácidos minerales para formar las salescorrespondientes. A su vez una sal de una amina se puede reconocer por su reacción conuna base.

Es posible identificar a la aminas por la preparación de derivados sólidos con puntos defusión conocidos. Por ejemplo los derivados acetilados de aminas primarias y secundariasque se obtienen rápidamente por la reacción con anhídrido acético, o bien por los derivadosbenzoilados o benzensulfónicos.

La caracterización de aminas terciarias es posible mediante la formación de picratos ymetilioduros que son también derivados sólidos de puntos de fusión característicos.

En el caso particular de las aminas primarias aromáticas es posible diferenciarlas por sureacción con el ácido nitroso para formar sales de diazonio, clase de compuestos que secaracterizan por su gran versatilidad en la síntesis de colorantes y de muchos otroscompuestos.

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 equipo10 tubos de ensayo 1 Termómetro3 Pipetas graduadas de 5 mL 1 Matraz Erlenmeyer de 100mL2 Vasos de precipitados de 50 mL Balanza analítica.2 Vasos de precipitados de 200mL 2 pinzas universales2 matraces redondos de 100mL 1 Embudo de filtración1 Refrigerante 1 Soporte universal1 Barra magnética 1 Parrilla de calentamientoDeterminador de punto de fusión Balanza granataria1 Baño maría 1 Bomba recirculadora de agua

.

4.2. ReactivosSolución acuosa de HCl 10 % o-toluidinaAnilina. Acetato de sodio trihidratadoSolución acuosa de NaOH 10 % y 3N Etil aminaSolución de nitrito de sodio al 20 dietilaminaAnhídrido acético Anhídrido acéticoTrietilamina Agua destiladaAcido acético glacial

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4.3. Procedimiento experimental4.3.1. 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 valorde pH, calentar ligeramente observar la solubilidad del compuesto, agregar ácido clorhídricoal 10 % hasta disolver (calentar si es necesario), finalmente adicionar unas gotas de soluciónde hidróxido de sodio al 10% hasta que se formen dos fases. Anotar sus observaciones.

4.3.2. Síntesis de acetanilidaEn 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 yla mezcla de reacción se calienta a reflujo en un baño maría durante 15 min. Transcurridoeste tiempo, el matraz se enfría a temperatura ambiente y se hidroliza el exceso de anhídridoacético o cualquier derivado bis – acetilado, adicionado con precaución por la parte superiordel refrigerante 1mL de agua destilada y calentar a reflujo durante 5min. Enfriar el matraz yverter la mezcla de reacción a un vaso de precipitados conteniendo 7 – 8mL de aguafría(hacer esta operación por agitación), dejar reposar 15 min. Con agitación ocasional, filtrarlos 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 enmedio neutro ácido y básico.

5.2. Reportar las diferencias observadas para las aminas primarias, secundarias y terciariasal formar derivados sólidos y acetilados.

5.3 Calcular el rendimiento de acetanilida.

6. ANALISIS DE RESULTADOS

7. CONCLUSIONES

8. BIBLIOGRAFÍA8.1. Wingrove, S.A. y Carret, R.L., Química Orgánica Ed. Harla 19818.2. Gould, E.S., Mechanim and Structure in Organic Chemistry Ed. Holt Rinehart. ( )8.3. Wilcox, C.F., Experimental Organic Chemistry A Small-Scale Approach. MacMillanPublishing Company 19888.4. Fessenden R.J., Fessenden, J.S., Química Orgánica Ed. Iberoamericana 19898.5 March, J., Avanced Organic Chemistry. 5ª Edition Ed. Wiley 1988

61

PRACTICA No 13

SINTESIS DE AZOCOMPUESTOS

I. OBJETIVOS

1.1 Preparar colorantes azoicos por medio de reacciones de copulación de las sales debencendiazonio.

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 deaminas (en forma de sus sales de diazonio) con fenoles. La reacción de copulación se lleva acabo en solución alcalina, neutra o ácida. Debido a que este tipo de reacciones se llevan acabo a nivel industrial a bajas temperaturas, los colorantes azo son llamados algunas vecescolores fríos.La copulación de una sal con un fenol da un colorante específico. Por ejemplo, el naranja IIestá 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,N-dimetilanilina en una solución débilmente ácida. El naranja de metilo es usado también comoun indicador que vira a un pH 3.2 - 4.4. El cambio de color se debe a la transición de uncromóforo (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, ypor lo tanto contienen abundantes grupos (NH2) y (CO2H) en sus unidades (aminoácidos)que reaccionan con los colorantes ácidos y básicos. El caso contrario es la poco reactivacelulosa (componente del algodón, yute, henequen y lino), hecha de unidades de glucosa; lacelulosa se tiñe con dificultad. El rayón, celulosa regenerada, toma los colores con un pocomás de facilidad. El nylon66 y nylon6 se asemejan a las proteínas en su comportamientoante los colorantes.En este experimento se preparará el naranja II. El naranja II es la sal de sodio de o-sulfobencenazo-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 azoico3.2 El alumno investigara las pruebas de desecho de residuos.

4. Desarrollo experimental

Equipo1 matraz Erlenmeyer 125 ml1 matraz Kitassato 500 ml

1 probeta 100 ml1 probeta 10 ml1 vaso de precipitado 250 ml

1 vaso de precipitado 400 ml1 vaso de precipitado 50 ml1 soporte universal1 anillo mediano

1 mechero Bunsen1 baño para hielo1 embudo Buchner 10 cm

1 agitador1 espátula

papel filtro 9 cm

Sustancias Químicas

Beta-naftol (2-naftol) 3g - NaOH 10% 20 ml

Acido sulfanílico 4.8 g - Na2CO3 2.5 % 50 ml

NaNO2 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

Na2SO4 15% 10 ml - CH3CO2H 1 ml

jabón

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ProcedimientoIntermediario: 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 sedisuelva. Vierta la solución dentro de un vaso de precipitado de 250 ml cuyo interior contenga25 g de hielo y 5 ml de HCl. En 1 ó 2 minutos, deberá separarse un precipitado blanco de lasal de diazonio. El material intermediario (cloruro de p-sulfónico fenil diazonio) está entonceslisto 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 deuna solución fría de NaOH al 10%. En esa solución se vierte la de la sal de diazonio del ácidosulfanílico. Se enjuaga el matraz con una pequeña cantidad de agua y ésta se añade al vasocon el colorante para no tirar producto. La copulación se lleva a cabo muy rápidamente y elcolorante 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 añaden10 g de NaCl (para disminuir la solubilidad del producto) y se calienta con agitación hastadisolución del NaCl. Se coloca el vaso en un baño con hielo y se deja la solución para que seenfríe. 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 50oC durante 10 minutos. Saque las muestras de telay añada al agua 1 g del colorante, 10 ml de una solución de Na2SO4 15% y 1 ml deCH3CO2H. Introduzca las muestras de tela y caliente lentamente (15 minutos) hasta llevar aebullición. Hierva las telas durante 15 minutos. Remueva las telas, lávelas con jabón,enjuáguelas, séquelas y obsérvelas. Incluya en su información de este experimento lasmuestras tratadas y 3 muestras originales.

5. Resultados y Discusión:

5.1 Reportar la ecuación química de la reacción de síntesis del naranja II5.2 Cálculo del rendimiento de la reacción5.3 Reporte la interacción que sufre el colorante con las fibras de la tela.

6. Conclusiones6.1 El alumno concluirá en base a su desarrollo experimental si se alcanzaron los objetivosiniciales de la práctica de obtención del colorante Naranja II.

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8. Bibliografía1.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 EduardoCalderón G., Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 1985.(FE)

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

4.Dean Handbook of Organic Chemistry, J.A. Dean, MacGraw-Hill International Editions, NewYork, 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 ymonómeros que los constituyen.

2. INTRODUCCIÓN

Se denominan biomoléculas a las sustancias macromoleculares que se encuentranformando parte de los organismos vivos, por ejemplo las proteínas, los carbohidratos, losácidos nucleicos y los lípidos.

Los carbohidratos son uno de los más grandes e importantes grupos de macromoléculasencontradas en la naturaleza. Proporcionan la mayor parte de la energía a los organismosvivos, forman también la base de muchas industrias entre las que se pueden mencionar latextil, la fermentativa y muchas otras.

Los azúcares, almidones y celulosas pertenecen a este grupo de compuestos. Loscarbohidratos son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas; los más simples son losmonosacáridos (D-glucosa, D-fructuosa, etc.) que constituyen las unidades (monómeros) delos que se construyen por polimerización los polisacáridos más comunes como la celulosa, elalmidón y el glucógeno. Los polímeros de bajo peso molecular que contiene de 2 a 10unidades se conocen como oligosacáridos y los de mayor tamaño son propiamente lospolisacáridos. Aunque sus formulas pueden parecer complejas, sus conductas químicas sedeben básicamente a grupos funcionales primarios como el carbonilo e hidroxilo, y lasreacciones químicas que permiten su identificación aprovechan la acción reductora dealgunos de ellos.

Por ejemplo la capacidad reductora de algunos azúcares se debe a la presencia del grupoaldehído libre, y se puede visualizar por medio de la reacción de Fehling que a continuaciónse esquematiza:

OH

H OH

R

O

H OH

R

OC

+ Cu+2 + 2OH

C

+ Cu2O + H2O

Solución azul Precipitado Rojo

Las proteínas son quizá las macromoléculas más complejas que se producen en lanaturaleza, son de vital importancia en la estructura, función y reproducción de tejidosanimales y vegetales, razones por las que han sido ampliamente estudiadas. Son polímerosderivados 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. Losaminoácidos están unidos por enlaces amido provenientes de la unión del grupo carboxilo deun aminoácido y del grupo amino de un segundo aminoácido; este enlacé se denomina comoenlace peptídico, y es el que determina la estructura primaria de dichas macromoléculas. Lasreacciones químicas que permiten identificar tanto a las macromoléculas como a losmonómeros, tienen su base en las características de la unión peptídica o en los gruposfuncionales primarios, amino y carboxilo. Por ejemplo, la reacción de la ninhidrina con losaminoácidos manifiesta la reactividad del grupo amino del monómero y que a continuación semuestra.

3. ACTIVIDADES PREVIAS

1. ¿Qué se entiende por desnaturalización de proteínas? ¿Qué pasa con la estructura delas proteínas cuando se desnaturalizan?

2. Indique que sustancias se producen por la hidrólisis de una proteína. Proponga o busqueel 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 12 tubos de ensayoparrilla de calentamiento 4 vasos de precipitados de 100 mLProbeta de 50 mL embudo de vidrio1 termómetro 3 pipetas de 5 mL1 agitador de vidrio 1 soporte universal1 anillo metálico Pinzas para tubo de ensaye

4.2 Reactivos.

1 huevo por equipo etanol 96%500 mL de leche descremada (por grupo yun día antes de la práctica)

NaOH al 10 %

HNO3 concentrado ácido acético 6 NHCl al 10 % y concentrado acetato de plomo al 5 %Agua destilada Almidón suspensión acuosa de almidónSolución de sacarosa al 5% NaHSO3 al 5 %

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Reactivo de FehlingSolución 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 suvolumen de agua destilada. La mezcla se filtra a través de un trozo de algodón y el filtrado seusa 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. Unose calienta poco a poco y se observa la temperatura aproximada a la que ocurre lacoagulación. En otro tubo se añaden 4 mL de etanol al 96 %. Al tercer tubo se añaden gotasde ácido clorhídrico concentrado, al cuarto 5 gotas de ácido nítrico concentrado y al quinto10 gotas de solución de hidróxido de sodio al 10 %. Anote los casos en los que se produce lacoagulación.

4.3.3 Obtención de caseína.

La leche a utilizarse en este experimento de preferencia debe ser descremada. Debe dejarseen reposo en un refrigerador durante la noche anterior a utilizarse, eliminar la capa superiordonde se concentran las grasas, en un vaso de precipitados de 200 mL colocar 40 mL deleche y adicionar solución de ácido acético 6 N hasta que el pH llegue a 4.6aproximadamente. Filtrar y lavar el precipitado con agua, lavar el precipitado con 2 porcionesde 5 mL de etanol al 96 % y dos porciones de éter etílico dejar secar. Determinar el peso decaseína 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 dealbumina, con 0.5 mL de solución de hidróxido de sodio al 10 % cada uno, con cuidado puesla mezcla tiene tendencia a producir espuma y proyectarse fuera del tubo. Con la mano hacercorrientes de aire del tubo hacia la nariz para tratar de percibir el olor de la sustancia que selibera 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 colocanen un vaso de precipitados de 100 mL con agua caliente, se le añaden 5 mL de agua alprimero, 5 mL de ácido clorhídrico al 10 % al segundo y 5 mL de solución de hidróxido desodio al 10 % al tercer tubo de ensayo. Se calientan los tres tubos durante cinco minutos ydespués 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 dealmidón 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 seobserva el efecto. También debe observarse lo que ocurre al enfriar la solución. Finalmentese añaden unas gotas de solución de tiosulfato de sodio al 5 % a la solución y se observa elresultado.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. Lasolución se calienta a ebullición y a intervalos de 2 min se toman muestras de 0.5 mL y sedejan 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 conyodo 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 laliteratura. 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 pruebade Fehling.

6.5 A que se debe la coloración y la decoloración de la solución de almidón con yodo, indicarla 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 querealizaste 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 Chemistry a Small-Scalle Approach, Mc Millan,U.S.A.

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