practica nº 1 tÉcnicas de separaciÓn y purificaciÓn
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PRACTICA Nº 1
TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN
1. Introducción.-
Uno de los métodos más utilizados en la realización de separaciones analíticas es
el de la Cromatografía, en cualquiera de sus variantes. Las aplicaciones de esta técnica
de separación se han desarrollado en los últimos años como consecuencia de una mayor
demanda tanto por parte de la comunidad científica como de la industria en la mejora de
los métodos de separación de mezclas complejas.
Con el término Técnicas Cromatográficas se incluyen un conjunto de métodos
cuyo objetivo es la separación de los diferentes componentes de una mezcla compleja.
En esencia todas estas técnicas consisten en la disolución de la muestra en una fase
móvil (que puede ser un líquido, un gas ó un fluido en estado supercrítico), la cual se
hace pasar a través de una fase estacionaria inmiscible la cual esta depositada sobre un
soporte (una columna de vidrio ó acero,o bien una superficie sólida). La fase móvil (ó
eluyente) y la fase estacionaria se eligen de forma que los componentes de la mezcla se
distribuyan de forma distinta entre las dos fases en función de la fuerza de retención
que la fase estacionaria ejerza sobre ellos, de tal forma que los componentes que son
retenidos con más fuerza se desplazarán más lentamente con el flujo de la fase móvil y
por el contrario los componentes que son retenidos con menos fuerza se desplazarán
más rápidamente, separándose los componentes como consecuencia de la distinta
movilidad.
Entre las modalidades de cromatografía más sencillas tenemos la cromatografía
líquida preparativa en columna y la cromatografía en capa fina. La cromatografía
líquida en columna consiste en una columna de vidrio con un filtro (placa porosa) en su
parte inferior que se rellena con la fase estacionaria. La fase móvil se adiciona por la
parte superior de la columna que esta abierta dejando que circule por gravedad o bien a
presión mediante el empleo de bombas que impulsan el líquido a través de la columna.
Una vez que la columna esta compactada se coloca la muestra en la parte superior de la
fase estacionaria y a continuación se procede a añadir la fase móvil o eluyente. Los
distintos componentes de la mezcla se van separando en función de su solubilidad en la
fase móvil y la fuerza con que son retenidos por la fase estacionaria. El flujo de eluyente
se controla con una llave en la parte inferior de la columna donde los componentes de la
mezcla se van recogiendo en distintos recipientes.
La técnica de cromatografía en capa fina se utiliza fundamentalmente para
separaciones cualitativas así como ayuda para la separación por cromatografía en
columna, ya que nos permitirá elegir la fase móvil más adecuada para la separación y la
fase estacionaria a utilizar. También nos permitirá llevar un control del proceso de
separación de los componentes de la muestra que se encuentran en cada fracción que se
va obteniendo de la cromatografía en columna.
En esta técnica la fase estacionaria se dispone formando una fina capa sobre un
soporte laminar (normalmente cuadrangular, 20x20, de material plástico o aluminio). La
muestra que queremos estudiar se coloca en la parte inferior y seguidamente se pone en
contacto con la fase móvil contenida en una cubeta con tapa. La fase móvil se
desplazará a través de la lámina por capilaridad arrastrando los distintos componentes
de la muestra que se irán separando en función de las diferentes velocidades de
migración. Una vez que el eluyente llega al final de la lámina, se procede a extraer esta
de la cubeta y se caracteriza cada componente por su Rf, que es el cociente entre la
distancia recorrida por la mancha del componente y la distancia recorrida por el frente
del eluyente.
2. Objetivo.-
El objetivo de la práctica es la separación de los componentes de una planta
haciendo uso de la técnica de extracción líquido-sólido mediante el empleo de un
soxhlet y posterior análisis de la muestra obtenida aplicando las técnicas de
cromatografía líquida en columna y cromatografía de capa fina.
3. Material y reactivos.-
Equipo sohxlet de extracción.
Columna de cromatografía preparativa.
Tubo capilar.
Erlenmeyers de 100 mL.
Material vegetal.
Pinzas metálicas.
Etanol.
Gel de sílice para cromatografía en columna.
Eluyente I: Hexano-acetato de etilo 4:1.
Eluyente II: Hexano-acetato de etilo 1:1.
Cubeta de cromatografía.
4. Procedimiento experimental.-
Pesar una cantidad de material vegetal seco y triturado para seguidamente
preparar un cartucho con papel de filtro y colocarlo en el soxhlet del equipo de
extracción. En el balón de destilación introducir 500 ml de etanol y añadir unas piedras
de porcelana porosa y luego colocarlo sobre la manta calefactora. Se procede a calentar
el etanol a ebullición, de forma que los vapores subirán por el soxhlet y se condensan en
el refrigerante y el líquido ejercerá su efecto extractor sobre el material vegetal.
Mantener el ciclo evaporación-condensación hasta que veamos que el líquido del
soxhlet adquiere un tono transparente.
Se procede a desmontar el soxhlet y el líquido contenido
en el balón de destilación se concentra en el rotavapor
hasta llevarlo a sequedad, se pesa y se calcula el
rendimiento. Una vez calculada la cantidad de extracto
vegetal se disuelve en acetona y se procede a preparar la
cabeza de la columna para lo cual pesamos la misca
cantidad de gél de sílice que añadimos a la disolución del
extracto en acetona y llevamos a sequedad.
Por otro lado se procede a preparar la columna de cromatografía calculando la
cantidad de gel de sílice en función de la cantidad de extracto obtenido (2:1).
Se compacta bien la columna y se
añade la cabeza con la muestra a analizar
por la parte superior de la columna.
Empezamos la extracción colocando el
eluyente en un embudo de decantación y
dejándolo caer con un caudal constante
sobre la cabeza de la columna. Por la parte
inferior se abre la llave y a medida que vaya
saliendo se recogerán las diferentes
fracciones de 75 ml cada una, para lo cual
se hará uso de los erlenmeyer de 100 mL.
Disolvente o eluyente (fase móvil)
Extracto vegetal (muestra)
Adsorbente(fase estacionaria)
Filtro
Fracciones
Primero se empleará el eluyente I del cual haremos pasar una cantidad de un
litro de la mezcla indicada y seguidamente el eluyente II haciéndose pasar la misma
cantidad y recogiendo las distintas fracciones.
Las distintas fracciones obtenidas en la cromatografía en columna se analizan
mediante la técnica de cromatografía en capa fina. Para ello la placa de cromatografía se
recorta en forma rectangular, con un lápiz se traza una línea paralela al lado más corto y
a una distancia de 1 cm. Con un tubo capilar se hace una toma sobre la muestra dejando
que una pequeña porción de la muestra ascienda por el mismo (en nuestro caso las
fracciones obtenidas con cada uno de los disolventes indicados) y se apoya sobre un
punto de la línea conjugada y se deja secar unos instantes al aire para que se evapore el
disolvente.
En una cubeta de cromatografía se introduce una pequeña cantidad de eluyente
de forma que la profundidad del mismo quede por debajo de la línea dibujada con lápiz
en la placa. Tapar la cubeta y esperar unos instantes para que la atmósfera dentro del
recipiente se sature con los vapores del eluyente.
Seguidamente introducir la placa de cromatografía de forma que las manchas
queden en la parte inferior cerca del eluyente pero nunca sumergida en el mismo,
cuidando que todo el extremo inferior de la placa este en contacto con el líquido. Volver
a tapar la cubeta y esperar a que el eluyente llegue hasta el extremo superior de la placa.
Una vez que la placa ha sido eluida, se saca de la cubeta, se seca y se observan
las diferentes señales y se marcan. Algunas de ellas puede ser que no absorban en el
visible y no las podremos observar por lo cual procederemos a observar la placa bajo
una lámpara UV y señalamos las señales. Puede suceder que algunas señales tampoco
sean visibles en el UV y para poder observarlas revelaremos la placa. Existen diferentes
tipos de reveladores, en nuestro caso utilizaremos el oleum (una mezcla de ácido acético
tubo capilar
muestra
cubeta decromatografía
glacial, ácido sulfúrico y agua destilada, 20:1:4). El revelado de la placa (lo haremos
bajo la campana de extracción ya que el oleum es irritante y puede afectar a las
mucosas) se realiza mediante un pulverizador haciéndolo incidir sobre la placa de
cromatografía y seguidamente se procede a secar la placa introduciéndola en una estufa.
Dejamos pasar unos 15 minutos, sacamos la placa de la estufa y observamos la misma.
6.- Normas de Seguridad.
Los eluyentes empleados en la fase móvil son muy volátiles e inflamables por
ese motivo se les debe mantener alejados de cualquier fuente de calor o chispa.
El oleum empleado como revelador esta constituido por compuestos irritantes y
corrosivos, por lo cual se debe evitar respirar sus vapores, llevando a cabo el revelado
de la placa en la campana.
7.- Cuestiones.
1. Caracterizar las diferentes señales observadas en la placa fina antes y después de
revelar y calentar en la estufa. Realizar un croquis de la misma en el informe de
la práctica.
2. Determinar los valores de Rf para las señales más significativas observadas en la
placa fina.
3. Indicar como se podría seguir el avance de una reacción haciendo uso de la
técnica de cromatografía en capa fina.
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PRACTICA Nº 2 PREPARACIÓN DE MUESTRAS Y EXTRACCIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS EN SEDIMENTOS. MATERIA ORGÁNICA FÁCILMENTE OXIDABLE
1. INTRODUCCIÓN La materia como carbono orgánico se determina para asegurar el papel jugado
por la fracción orgánica de los sedimentos en el transporte, deposición y retención de los metales traza.
El contenido de carbono orgánico fácilmente oxidable se determina por el método de Walkey-Black (1947), adaptado y modificado por Jackson (1958). Este método utiliza calentamiento exotérmico y oxidación de la muestra con dicromato potásico y ácido sulfúrico concentrado, seguido por la valoración del exceso de dicromato con una solución de sulfato ferroso amónico 0,5 N hasta el punto final. Puede prevenirse la oxidación de los iones cloruro usando sulfato de plata en la mezcla de digestión.
2. MATERIAL Y REACTIVOS - Bureta de 50 ml. - Agitador magnético. - Matraces erlenmeyer 500 ml. - Ácido fosfórico 85%. - Fluoruro sódico sólido. - Ácido sulfúrico concentrado con sulfato de plata (disolver 2,5 g de sulfato de
plata en 1 litro de ácido). - Solución de dicromato potásico 1 N estándar (disolver 49,04 g de dicromato
en agua y diluir a 1 litro). - Solución ferrosa 05 N (disolver 196,1 g de sulfato ferroso amónico
hexahidratado en 800 ml de agua que contengan 20 ml de ácido sulfúrico y diluir a 1 litro).
- Indicador de difenilamina (disolver 0,5 g de difenilamina en 20 ml de agua y 100 ml de ácido sulfúrico).
3. PROCEDIMIENTO - Situar una muestra de sedimento de 0,5 g, seca y tamizada (tamiz de 200 µm)
en un erlenmeyer de 500 ml.
- Añadir exactamente 10 ml de solución de dicromato potásico 1 N desde una bureta y 20 ml de ácido sulfúrico concentrado con sulfato de plata, y mezclar vigorosamente por rotación del matraz durante 1 minuto aproximadamente.
NOTA: Debería hacerse esto con cuidado, para asegurarse de la mezcla completa de los reactivos con el sedimento, mientras evitamos las salpicaduras del sedimento sobre las paredes del matraz, fuera del contacto con los reactivos. - Dejar en reposo la mezcla durante 30 minutos. - Tratar de la misma forma un blanco de estandarización sin sedimentos, con
cada nuevo lote de muestras. - Después de los 30 minutos, añadir 200 ml de agua destilada, 10 ml de ácido
fosfórico al 85% y 0,2 g de fluoruro sódico. - Añadir 15 gotas (0,5 ml) del indicador de difenilamina al matraz con la
muestra. - Valorar la solución con la disolución de sulfato ferroso amónico 0,5 N, hasta
alcanzar el punto final (verde brillante). NOTA: El color de la solución variará de una verde-marrón opaco, a un verde tras la adición de aproximadamente 10 ml de solución ferrosa. El color continuará cambiando con la valoración a un gris oscuro azulado. En este punto, la adición de 10 – 20 gotas de solución ferrosa cambiará el color a verde brillante indicando el punto final de la valoración. 4. CÁLCULO DE RESULTADOS
% de Materia Orgánica = 10·(1 – T/S)·F S = valoración del blanco de estandarización (ml de solución ferrosa). T = valoración de la muestra (ml de solución ferrosa). F = factor derivado:
12 100
F = (1,0 N) · ------ · 1,72 · ---------------- = 1,03 (cuando el peso de la m. es 0,5 g) 4000 peso muestra
donde 12/4000 = meq de peso de carbono y 1,72 es un factor para el carbono de la materia orgánica. NOTA: en la valoración, la solución ferrosa reduce el dicromato que no ha reaccionado en el proceso previo de oxidación. Por lo tanto, si se necesita menos de 4 ml de solución ferrosa para alcanzar el punto final, entonces más de 8 ml de los 10 ml de dicromato disponibles han sido consumidos en la oxidación. Si éste es el caso, entonces es necesario repetir la determinación usando menos sedimentos.
5. ESTANDARIZACIÓN DE LAS DETERMINACIONES DE CARBONO ORGÁNICO
Se usa dextrosa (C6H12O6) como estándar. Contiene alrededor de un 39,99% de
carbono. - Pesar exactamente 0,01 g de dextrosa y tratarlo de la misma manera que a la
muestra de sedimento. - El carbono en la dextrosa se calcula como sigue:
% C = 10 · (1 – T/S) · F
12 100 F = (1,0 N) · ------ · ---------------- = 30 (para 0,01 g de dextrosa)
4000 peso muestra El valor teórico es 39,99% en 1 g de dextrosa. Tras la estandarización con dextrosa se recomienda usar y analizar, repitiendo la estandarización, una muestra bien homogeneizada en lugar de la dextrosa.
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PRACTICA Nº 3
Objetivo.-
Como sabemos una de las reacciones más características de los dobles y triple
enlaces en la reacción de adición electrofílica al doble y triple enlace. En este práctica
pretendemos en primer lugar poner de manifiesto las reacciones de obtención de
alquenos, el eteno y el buteno a partir de una de las reacciones más típicas de obtención
como es la deshidratación en medio ácido para seguidamente proceder a realizar un
ensayo del doble enlace a través de una de las reacciones más características como es la
decoloración de una disolución de bromo y de una disolución de permanganato
potásico.
Asimismo procederemos a la obtención del etino (acetileno) a partir del carburo
de cálcio para proceder a la realización del ensayo de la decoloración de una disolución
de bromo y por precipitación con una disolución de Ag.
Montaje de la práctica.
Material necesario.
- Tubos de ensayo.
- Un tubo de desprendimiento.
- Mechero
- Pinzas.
Reactivos necesarios.
- Etanol absoluto.
- 2-butanol.
- Ácido sulfúrico concentrado.
- Äcido fosfórico 80%.
- Disolución de bromo en CCl4 al 2%.
- Permanganato potásico 0,01 N.
- Carburo cálcico.
- Nitrato de plata amoniacal.
Procedimiento Experimental.
1.- Obtención del eteno.
Introducir 2 ml de etanol absoluto en uno de los tubos de ensayo. Seguidamente
proceder a añadir 1 ml de ácido sulfúrico concentrado procurando hacerlo de forma
suave al objeto de evitar que ambas sustancias se mezclen de forma violenta, ya que la
reacción que tiene lugar es muy exotérmica (recordar que siempre se añade el ácido
sobre el alcohol). Al mismo tiempo que se añade el ácido acoplar sobre el tubo de
ensayo un tubo de desprendimiento y a su vez introducir el otro extremo de este sobre
un tubo de ensayo que contenga 2 ml de una disolución de KMnO4 0,01 N.
Seguidamente procedemos a calentar el balón que contiene el etanol y el ácido
sulfúrico donde tendrá lugar a cabo la reacción de deshidratación formándose el eteno
(etileno) en forma de gas. Este gas se hace burbujear sobre la disolución de
permanganato potásico (disolución de color violeta). El eteno reacciona con el KMnO4
lo cual se comprueba por una rápida decoloración de la disolución. Si la disolución
resultante se trata con hidróxido sódico (carbonato sódico al 10%) se observa la
aparición de un precipitado de color café correspondiente al MnO2.
La reacción que tiene lugar es la siguiente:
Volvemos a repetir el proceso, pero ahora hacemos burbujear el eteno sobre 5
ml de disolución de bromo en CCl4. La adición del bromo al doble enlace del eteno
provoca una decoloración rápida de la disolución.
2.- Obtención del 2-buteno.
Repetir el proceso utilizando el 2-butanol, para lo cual introducimos 2 ml de 2-
butanol en un tubo de ensayo y le añadimos 1 ml de ácido fosfórico y acoplamos un
tubo de desprendimiento procediendo a realizar los ensayos con KMnO4 y bromo en
CCl4 siguiendo los mismos pasos realizados con el etanol.
H3C CH2OHH2SO4
calorH2C CH2 + H2O
H2C CH2KMnO4
C C
O O
MnO O
H
HH
H OHH2O
H2C CH2
OH OH
+ MnO2 + H2O
H2C CH2 + Br2CCl4 H2C CH2
Br
Br
Observar que la reacción de deshidratación del 2-butanol tiene lugar más
rápidamente que la del etanol.
Seguridad.-
Los alcoholes que se emplean son inflamables y nocivos por inhalación por lo
cual debe tenerse el cuidad de mantenerlos alejados del mechero o cualquier fuente de
calor que se utilice.
Asimismo el ácido sulfúrico y el ácido fosfórico son muy corrosivos e irritantes
y hay que tener mucho cuidado al disolverlo ya que se trata de un proceso muy
exotérmico. En caso de contacto con la piel lavar rápidamente la zona afectada con
abundante agua.
Cuestiones.-
1. Explicar la diferencia en la cinética del proceso de deshidratación para cada uno
de los alcoholes.
2. Escribir el mecanismo de las reacciones que tienen lugar en los procesos de
deshidratación y adición del bromo al doble enlace.
3. Cuando se hace reaccionar el alqueno obtenido con la disoluciónde Br2 en CCl4
se observa la separación de dos fases. ¿A que son debidas y que compuestos
serían?.
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PRÁCTICA Nº 4
DETERMINACIÓN DE Fe MEDIANTE TÉCNICAS ESPECTROSCÓPICAS.
I. DETERMINACIÓN DE HIERRO EN AGUAS NATURALES MEDIANTE
ESPECTROMETRÍA UV.
Introducción.-
El hierro es un elemento que se pueden acumular en el medio ambiente como
consecuencia del lavado de minerales y sales de hierro. En sus dos estados de oxidación
Fe (II) y Fe (III) se puede encontrar disuelto en el agua, generalmente en forma de
coloide o bien formando complejos orgánicos e inorgánicos.
Entre la principales fuentes industriales de hierro tenemos las fábricas de
conserva, fábricas textiles, el sector naval y en general todas aquellas operaciones de
limpieza de metales. Cuando todos estos productos de la actividad industrial son
liberadas en las aguas naturales pueden tener efectos nocivos sobre la vida acuática.
Un proceso sencillo para la determinación colorimétrica del hierro consiste en la
formación de un quelato (reacción de complejación) de los iones ferrosos con tres
moléculas de 1,10-fenantrolina (Fen) en una disolución tamponada a pH bajo.
Fe2+ + 3 Fen → [Fe(Fen)3]2+
El complejo formado presenta una coloración naranja-rojizo que presente un
máximo de absorción a 510 nm.
Para una muestra natural se debe proceder a una digestión ácida preliminar de la
misma al objeto de destruir la materia orgánica y también eliminar los cianuros (CN-) y
nitratos (NO3-) que pueden interferir con el análisis. Para ello se procede a la adición de
clorhidrato de hidroxilamina con el fin de reducir todo el hierro (III) a hierro (II), que es
la especie complejante efectiva. Seguidamente se añade a la muestra un exceso de
fenantrolina, a un pH comprendido entre 3,5 y 4,5. Este bajo valor del pH permite
prevenir el que otros metales puedan formar precipitado y asimismo permite una
reacción y un desarrollo del color rápidos.
Material y Reactivos.-
Material.
- pHmetro.
- Pipetas
- 6 Matraz de 25 ml.
- 6 vasos de precipitados de 50 ml.
Reactivos.
- 1,10-Fenantrolina al 0,3%.
- Sulfato ferroso amónico hexahidratado.
- Ácido sulfúrico.
- Citrato sódico al 3%.
- Clorhidrato de hidroxilamina.
Procedimiento experimental.-
a) Preparación de una disolución estándar de hierro 100 ppm.
Pesar 351 mg de sulfato ferroso amónico hexahidratado de alta calidad y transferir
cuantitativamente a un matraz de 500 ml. Añadir 50 ml de agua destilada y 1 ml de
ácido sulfúrico concentrado. Diluir con agua destiladas hasta un volumen final de 500
ml.
b) Preparación de las disoluciones estándar del complejo de Ortofenantrolina-
Fe(II).
Se preparan cuatro disoluciones de 25 ml que contengan 4, 2, 1 y 0,4 ppm de Fe(II),
partiendo de la disolución estándar preparada de 100 ppm. A cada una de las
disoluciones anteriores se le añaden los siguientes reactivos y en el orden siguiente:
0,25 ml de hidroxilamina, 0,75 ml de orto-fenantrolina y 0,5 ml de cictrato sódico.
c) Obtención del espectro y curva de calibrado.
Antes de realizar cualquier medida hay que comprobar que cada muestra tiene un pH de
aproximadamente 4,5 (pH en el cual el complejo presenta su máxima absorbancia). Si el
valor del pH fuera mayor, ajustarlo añadiendo unas gotas de ácido sulfúrico 1 M.
Una vez optimizada cada disolución se mide su absorbancia a la longitud de
onda máxima del complejo (510 nm). Comprobar que éste es el máximo del complejo
realizando un espectro de la disolución más concentrada entre 400 y 600 nm.
Seguridad.
Hay que tener cuidado con los distintos reactivos, la fenantrolina es tóxica por
ingestión y peligrosa para el medio ambiente, concretamente para los organismo
acuáticos, por lo cual debe verterse en los recipientes adecuados. La hidroxilamina es
tóxica y debe evitarse su inhalación y contacto con la piel. En caso de que esto suceda
lavan abundamentemente con agua.
Cuestiones.
1. Analizar el espectro de absorción del complejo Ortofenantrolina-Fe(II) e
indicar que longitud/es de onda serían las más adecuadas para el análisis.
¿Qué pico, en particular, si hay más de uno, sería el mejor para un análisis de
hierro?.
2. ¿Cuál es la concentración de Fe(II) en la(s) muestra(s) problema.
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PRACTICA Nº 5
SÍNTESIS DE LA ACETANILIDA
Introducción.-
Es posible reducir la reactividad de un compuesto bencénico aminosustituido
mediante la formación de una amida. Este procedimiento permite llevar a cabo muchas
tipos sustituciones aromáticas electrofílicas, una de cuya aplicaciones sería la
elaboración agentes contra las infecciones como son los denominados fármacos sulfa
como la sulfanilamida.
Estos medicamentos fueron sustituidos posteriormente por los actuales
antibióticos los cuales presentaban la ventaja de ser más potentes en su acción contra las
bacterias y además eran más seguros.
Para la obtención de la acetanilida (N-acetilanilina) se parte de una amina, la
anilina, en la cual el grupo amino debido a su carácter básico actúa como agente
nucleofílico atacando al átomo de carbono del grupo carbonilo del anhídrido acético,
consistiendo el proceso en una reacción ácido-base.
NCH
O
CH3
HOSO2Cl
NCH
O
CH3
S OO
Cl
NH3H2O
NCH
O
CH3
S OO
NH2
NaOHH2O
NH2
S OO
NH2
Acetanilida
Sulfanilamida
NH2
+ H3C C
O
O C
O
CH3
anilinaanhídrido acético
NH
H
C O
CH3
C
O O
CH3 NH C
O
CH3
+ H3C C
O
OH
acetanilida
Material y Reactivos.-
- Material.
Matraz de 250 ml.
Refrigerante.
Vasos de 250 ml.
Embudo Buchner y Kitasato.
Cristalizador de 250 ml.
Varilla.
Papel de filtro.
- Reactivos.
Anilina.
Ácido acético.
Anhídrido acético.
Etanol.
Éter etílico.
Procedimiento experimental.-
En el matraz de 250 ml se introducen por este orden, 9 ml de anilina, 15 ml de
ácido acético y 15 ml de anhídrido acético. La adición del anhídrido acético es un
proceso exotérmico, por lo cual se observará un desprendimiento de calor. Se acopla el
matraz a un refrigerante y la solución se calienta a ebullición durante unos 10 minutos.
Seguidamente dejamos enfriar el matraz y se vierte su contenido en un vaso que
contenga 50 ml de agua y 40-50 gramos de hielo. Se agita la mezcla y empezarán a
precipitar los cristales de acetanilida los cuales se filtran de la disolución mediente el
embudo Buchner.
El siguiente paso sería la purificación del producto obtenido mediante una
cristalización. Para ello se disuelven los cristales en agua (para ello hacer uso de la
mínima cantidad posible, alrededor de unos 200 ml), se calienta la disolución hasta
ebullición y se vuelve a enfriar nuevamente con hielo produciéndose la precipitación de
los cristales. Estos se filtran haciendo uso del Buchner, y se lavan los cristales
obtenidos, primero con 5 ml de etanol frío, y luego con un poco de éter etílico.
Los cristales recuperados se secan en la estufa durante unos minutos a 50ºC. Una
vez secos se determina su punto de fusión.
Seguridad.-
El anhídrido acético es un agente corrosivo e hidratante por ello debe tenerse
cuidado con su manipulación evitando respirar sus vapores y cualquier contacto con las
manos, asimismo debe evitarse el contacto con el ácido acético (ácido etanoico) ya que
es un compuesto con un olor penetrante. Asimismo se debe evitar la inhalación de la
anilina por lo cual se trabajara con ella en la campana. En caso de contacto con la piel
lavar con aguan abundante.
Cuestiones.-
1.- Escribir el mecanismo completo de la reacción que tiene lugar.
2.- Calcular el rendimiento de la reacción.
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PRACTICA Nº 6
REACCIONES DE IDENTIFICACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS
Y FENOLES
FUNDAMENTO TEÓRICO.
Los aldehídos y las cetonas constituyen dos series de compuestos que juegan un
papel importante en la Química Orgánica, los cuales se caracterizan por poseer en
común el grupo carbonilo, lo que les confiere una serie de características comunes tanto
en lo que se refiere a sus métodos de obtención como a su comportamiento químico. La
importancia de estos compuestos carbonílicos estriba en muchos procesos industriales
los utilizan como productos de partida en síntesis orgánica.
Una de las reacciones más características y de mayor interés de los aldehídos y
las cetonas son las reacciones de oxidación, teniendo en cuenta que las cetonas son más
resistentes a la oxidación que los aldehídos. Así, mediante el Ensayo de Tollens
podemos identificar los aldehídos mediante una reacción de oxidación del formaldehído
(metanal) a ácido fórmico (ácido metanoico) y la reducción del ion Ag+ a Ag metálica
que detectamos por la formación de un precipitado sobre las paredes del tubo de ensayo.
El ensayo del haloformo nos permite reconocer las metilcetonas por reacción con
hipoiodito sódico produciéndose la formación del yodoformo (haloformo) y la sal
sódica del ácido carboxílico.
Finalmente mediante la reacción de un aldehído con bisulfito sódico tiene lugar
una reacción de adición nucleofílica al grupo carbonilo, cuya característica principal es
la formación de un precipitado cristalino. Este proceso resulta útil en muchas ocasiones
para poder separar un aldehído de otros compuestos.
MATERIAL Y REACTIVOS.
Material.-
- Gradilla con tubos de ensayo.
- Pipeta graduada de 5 ml.
Reactivos.-
- Reactivo de Tollens: AgNO3 1M en NH3 1M.
- Disolución de yodo-ioduro.
- Formaldehído.
- Benzaldehído.
- Fenol.
- Acetona.
- FeCl3 al 1%.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
1.- Ensayo de Tollens.
Colocar en dos tubos de ensayo 5 ml de reactivo de Tollens y seguidamente
añadir en uno de ellos 1 ml de formaldehído gota a gota, y en otro tubo 1 ml de acetona.
Observar y anotar los resultados. Si se observase la aparición de un oscurecimiento en
alguno de los tubos, agitar constantemente.
Una vez que se observa el cambio de color dejar reposar durante unos minutos
hasta que la plata se deposita sobre las paredes del tubo formando como un espejo (de
ahí que también se le denomine prueba del espejo).
Seguidamente añadir con mucho cuidado 2 ml de la mezcla crómica y agitar
hasta que se observa que se produce la redisolución de la plata metálica.
2.- Ensayo de haloformo.
Tomar dos tubos de ensayo y colocar en uno de ellos 0,5 ml de acetona y en otro
0,5 ml de formaldehído y añadir 2 ml de agua destilada a cada uno. Añadir a los dos
tubos 2 ml de NaOH 2,5 M y seguidamente agregar gota a gota 3 ml de la disolución de
yodo-ioduro potásico.
Si el ensayo es positivo se observa como desaparece el color pardo de la
disolución y empieza a formarse un precipitado de color amarillo (el yodoformo CI3), el
cual también se puede reconocer por poseer un olor característico.
3.- Reacción de fenoles con FeCl3.
A 1 ml de disolución problema se le añade 1 ml de cloroformo. Se agita la
disolución y se el añaden unas gotas de una disolución de cloruro férrico al 1%. Una vez
bien mezcladas las dos disoluciones se la añade una gota de piridina. Si el ensayo es
positivo se observa la aparición de color que puede variar desde el verde al azul, o bien
del púrpura al rojo.
NORMAS DE SEGURIDAD.
El reactivo de Tollens tiene carácter irritante debido al contenido al NH3, por lo
cual debe evitarse en lo posible los vapores que puede emitir ya que afecta a las
mucosas de la nariz.
El precipitado de plata que se produce en el tubo de ensayo como resultado de la
reacción no se debe dejar secar al aire ya que se puede formar un compuesto explosivo
(fulminato de plata). Para evitarlo es por lo que inmediatamente después de observarse
la formación del espejo de plata se debe lavar el tubo de ensayo, con mucho cuidado,
con la mezcla crómica.
CUESTIONES.
1. Escribir las reacciones que tienen lugar en los tres procesos que se han llevado a
cabo.
2. Razonar que tipo de ensayo químico tendríamos que llevar a cabo para distinguir
entre:
a) Propanona (acetona) y propanal.
b) 2-butanona y 2,4-dimetilpentanona.
3. Proponer un procedimiento para separar el propanal de una mezcla de este
compuesto con 1-propanol, ácido propanoico, sin tener que recurrir a una
destilación fraccionada donde se produce la separación de dichos compuestos en
función de su punto de ebullición.
PRACTICA Nº 4
DISEÑO DE UN ALCOHOLÍMETRO QUÍMICO
Introducción.-
El alcohol etílico (etanol) constituye uno de los compuestos orgánicos de gran
interés industrial debido a las múltiples aplicaciones no solo en la industrial sino
también en otras áreas científicas como son la Medicina, Tecnología ó Biología e
incluso en algunos aspectos sociales como son las bebidas.
En los países desarrollados se ha observado que un gran porcentaje de los
accidentes de tráfico son debidos al consumo excesivo de bebidas alcohólicas de ahí la
importancia que tiene la elaboración de dispositivos que permitan controlar los niveles
de alcohol ingeridos.
La principal ruta de metabolización del alcohol por parte del organismo humano
esta centralizada en el hígado donde se produce la transformación del alcohol en etanal
a través del enzima alcohol deshidrogenasa y del cofacto NAD+. Cuanto se produce una
saturación de esta ruta metabólica el organismo dispone de dos rutas secundarias a
través de las cuales poder metabolizar el etanol. Estas son:
Ruta 1. Introducción de peroxidasa procedente del catabolismo de los nucleótidos a
través de las vía de las xantinas oxidasas catalasas. Como consecuencia de este proceso
se produce una destrucción de las sustancias proteicas lo cual tiene como resultado un
proceso de desnutrición.
Ruta 2. Por medio de los sistemas de microsomas hepáticos de oxidación del etanol, los
cuales utilizan como cofactor el NADPH produciéndose una disminución del poder
metabolizante de los fármacos de naturaleza hidrófilica, provocando un retraso en su
eliminación a través de la orina y potenciando la acción de estos en el organismo.
Una vez que se ingiere la bebida alcohólica, el etanol sigue una serie de procesos
que implican que aproximadamente entre un 5-10% se elimina a través de las pulmones,
la orina o la piel. Cerca de una 70-80% es absorbido a través de intestino grueso y del
estómago y en cantidades muy pequeñas en la boca y en el esófago.
Todo este proceso se lleva a cabo mediante difusión a través de las paredes del
estomago penetrando en la sangre, siendo este proceso muy rápido en el intestino y en
el estómago, estando además favorecido cuando se encuentra en ayunas y en presencia
de bebidas carbónicas. Por el contrario la ingesta de alimentos grasos retrasa la
absorción). Se ha estimado que el nivel máximo de alcohol en la sangre se alcanza entre
los 15 y 90 minutos dependiendo este periodo del tipo de alimentación consumida así
como del tipo de bebida o de si se encuentra en ayunas.
Al ser el alcohol muy soluble en el agua hace que pase fácilmente a la corriente
sanguínea la cual se encarga de distribuirlo a todas las partes del cuerpo donde es
absorbido en los diferentes tejidos en función de su contenido en agua. Como el
organismo no puede almacenar ni eliminar el alcohol procede a transformarlo en
compuestos más sencillos que se puedan eliminar más fácilmente metabolizándolo
(proceso de oxidación) en el hígado.
Este proceso de oxidación solo puede llevarlo cabo a una cierta velocidad
permaneciendo en la sangre y en los tejidos mientras tiene lugar la transformación. Este
periodo de permanencia del alcohol en los tejidos tiene efectos nocivos en el Sistema
Nervioso Central actuando sobre los centros encargados de gobernar las estructuras de
la personalidad provocando el efecto depresor ya que se comporta como un anestésico.
Otros efectos que puede producir son la hipoventilación, hipotermia e hipotensión.
La ingesta de más cantidad de alcohol de la que el organismo es capaz de oxidar
a través de las vías metabólicas del hígado lleva consigo el que, al ser la velocidad de
oxidación constante, el proceso de alcoholización va aumentando y se obliga al
organismos ha hacer uso de las vías alternativas de oxidación del etanol que provoca la
formación de sustancias aún más tóxicas que el alcohol que ejercen sus efectos sobre
diversos órganos (hígado, páncreas, músculos, sistema nervioso y médula ósea),
provocando además la liberación de radicales libres que pueden causar daño en las
células hepáticas e incluso inhibir las defensas naturales del organismo.
Objetivo.-
Los dispositivos utilizados para la detección del grado de alcohol en el aliento se
basan fundamentalmente en una reacción de oxidación-reducción. Cuando se analiza
una muestra de aliento con alcohol este proceso se observa a través de un cambio de
color del reactivo presentando una coloración que va desde el naranja (correspondiente
al dicromato potásico) al azul verdoso.
Esto es debido a que el alcohol contenido en el aliento cuando se hace pasar a
través de un oxidante como es el K2Cr2O7, se oxida primera a etanal y posteriormente a
ácido acético, mientras que el Cromo (VI) del oxidante se reduce a Cromo (III). Según
la intensidad del color se puede determinar el nivel de alcohol en el aliento y a partir de
su relación con la sangre se obtiene el BAC (siglas inglesas de Concentración de
Alcohol en la Sangre). Las reacciones que se producen son las siguientes:
1.- Oxidación del etanol a etanal.
K2Cr2O7 + 4 H2SO4 + 3 CH3CH2OH → Cr2(SO4)3 + 3 CH3 – CHO + 7 H2O
+ K2SO4
2.- Oxidación del etanal a ácido etanoico (ácido acético).
K2Cr2O7 + 4 H2SO4 + 3 CH3 - CHO → Cr2(SO4)3 + 3 CH3 – COOH + 4 H2O
+ K2SO4
3. Reacción global.
2 K2Cr2O7 + 8 H2SO4 + 3 CH3 – CH2OH → 2 Cr2(SO4)3 + 3 CH3 – COOH + 4 H2O
+ 2 K2SO4.
Montaje de la Práctica.
Material necesario.
- 2 Frascos lavadores de 250 ml.
- Tubos de silicona.
- Tubos de vidrio .
Reactivos necesarios.
- Disolución de dicromato potásico. (Mezclar 40 ml de H2SO4 con 40 ml de
agua destilada y disolver en esa disolución 100 mg de dicromato potásico).
- Bebidas alcohólicas. (Se puede utilizar etanol puro y muestras de vino, ron y
cerveza y diluirlas a diferentes concentraciones con agua destilada).
Procedimiento.-
Hacer una inspiración intensa con el objeto de llenar bien los pulmones y
seguidamente soplar a través de la boquilla del primer frasco lavador durante
aproximadamente unos 8 segundos de forma continuada.
El aire exhalado pasara a través del primer frasco lavador, que vendrá a ser el
equivalente de nuestro organismo, el cual contendría una muestra de etanol de consumo
normal (96%). Entonces el aliento cargado de etanol pasaría al segundo frasco lavador
(alcoholímetro) donde se le hace burbujear a través de una disolución de dicromato
potásico. Al producirse la oxidación del alcohol contenido en el aliento se observará un
cambio de color de la disolución.
Repetir el mismo proceso utilizando distintas bebidas con diferente grado de
alcohol o bien diluyendo las muestras a distintas concentraciones.
Observar que el cambio del color naranja a verde azulado no es directo sino que
durante unos segundos se puede observar una coloración marrón la cual es debida a la
mezcla entre el color naranja del dicromato y el color verde del cromo (III) que se esta
formando.
Cuestiones.-
1. Cálculo de la masa-energía y de la Tasa Alcohólica. La cantidad de alcohol que
aporta una bebida alcohólica se calcula a partir de la siguiente expresión:
m (g) = V . d . G
Donde: V.- volumen de la bebida alcohólica en ml.
d.- densidad del alcohol (tomar como media 0,8 g/ml).
G.- grado alcohólico de la bebida (grado alcohólico en % de etanol).
El aporte energético de las bebidas alcohólicas depende del grado alcohólico y
del contenido en azúcar y se calcula a partir de la siguiente expresión:
E(kcal) = m(g) x 7 Kcal/g
La tasa de alcoholemia se calcula según la siguiente correlación empírica:
BAC = m/MxR
Donde: m.- masa de alcohol ingerida.
M.- Masa corporal del bebedor expresada en kg.
R.- Coeficiente de difusión corporal (0,55 para las mujeres y 0,68 para
los hombres) que compensa la distribución del alcohol en los
tejidos.
¿Cuál sería el BAC de la ingesta de 33 ml (una lata) de cerveza de graduación
del 6% en alcohol) para un hombre de 70 kilos?, y ¿para una mujer de 55 kg?.
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