trabajos practicos de quÍmica orgÁnica ii · 1 profesor luca terraciano material del laboratorio...

Profesor Luca Terraciano

E.T. Nº 27 DE 18 HIPÓLITO YRIGOYEN

TRABAJOS PRACTICOS DE QUÍMICA ORGÁNICA II

Guía de Trabajos Prácticos 1 a 5

1 Profesor Luca Terraciano

Material del laboratorio de química orgánica II:

En el laboratorio de química orgánica se cuenta con una gran cantidad de material para efectuar las diversas

prácticas de laboratorio. Es por esto, y por su costo elevado, que el material que la Escuela te brinda está dividido

en dos:

- El material que cada curso encuentra en su armario, del cual hace el recuento al inicio y fin de la cursada, y se

organizan para que,e al final del año escolar se encuentre en las mismas o mejores condiciones de las que fue

entregado.

- El material común a todos los cursos que el/la ayudante de laboratorio te entrega al inicio de la clase y debe

ser devuelto al final, en las mismas o mejores condiciones. En caso de que, en el transcurso de la práctica,

alguno de estos materiales se deterioré o se rompa, el curso responsable deberá hacerse cargo de reponerlo

en el menor tiempo posible, pues el resto de los cursos de química orgánica utilizarán ese mismo material

para hacer sus prácticas de laboratorio.

Además del material brindado por la Escuela, cada curso, grupo y estudiante es responsable de traer ciertos

materiales de uso personal para poder realizar los trabajos prácticos. Los mismos son:

- Por curso (estos pueden guardarse en el armario personal del curso): Un tarro de capilares, 3 L de etanol de

farmacia, Dos cajas de guantes de latex.

- Por grupo: Tijera, Etiquetas adhesivas, Rollo de papel, Tijera, Papel Film, Cinta adhesiva, Fósforos y/o

encendedor.

- Por estudiante: Gafas, Guardapolvo, Espátula metálica, Varilla de vidrio, Broche de madera, Perita o

propipeta, Marcador indeleble, Lápiz, Regla, Trapos o repasador, Libreta de laboratorio.

Régimen de cursada y aprobación de los trabajos prácticos de química orgánica II:

En la calificación final de cada trimestre el docente tendrá en cuenta:

1) El desempeño personal en el laboratorio, que estará dado por:

- La habilidad y uso de material de laboratorio y de la realización de las prácticas, así como de los resultados

obtenidos en las mismas. En todo esto también entra la responsabilidad en el laboratorio.

- El conocimiento demostrado en las prácticas realizadas y la participación en las clases.

- La aplicación de las normas de seguridad e higiene en el laboratorio (por ejemplo: uso de gafas).

- El presentismo y puntualidad en el horario de clase.


2) La aprobación de los informes (en tiempo y forma) y exámenes que realizarás en base a las prácticas. El

docente también puede incluir evaluaciones experimentales, parcialitos iniciales y finales, o trabajos

integradores.

3) El trabajo grupal en el laboratorio y el respeto por los demás.

En este laboratorio se trabajará en grupos de no más de tres personas, a menos que el docente indique lo contrario.

Los trabajos prácticos deben ser leídos antes de comenzar la clase por todos los miembros del grupo, y cada uno

debe tener un esquema de trabajo antes de comenzar la práctica.

El/la ayudante de laboratorio te entregará el material común y te ayudará a lo largo de la práctica con el material

requerido. También debes respetar sus indicaciones si el mismo te las da.

Recuerda que al finalizar el laboratorio has estado en contacto con reactivos, por lo que nunca está demás lavarse

las manos.


Trabajo Práctico N° 1: Aldehídos y Cetonas – Adición Nucleofílica

Introducción:

Los aldehídos y cetonas son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener un grupo carbonilo. La diferencia

entre estos compuestos radica en la posición del grupo funcional antes mencionado: En los aldehídos el carbonilo

siempre es terminal, mientras que en las cetonas se encuentra en el medio de la cadena carbonada. El cambio en la

posición de este grupo hace que las propiedades químicas de ambos tipos de compuestos sean lo suficientemente

diferentes como para hacer esta distinción.

El grupo carbonilo está formado por la unión doble de un átomo de carbono y uno de oxígeno y, dado que este

último es más electronegativo que el primero, la nuble electrónica está desplazada hacia el oxígeno, por lo que

este grupo funcional puede representarse con las siguientes estructuras resonantes:

La deficiencia electrónica del carbono, su geometría plana que reduce su impedimento estérico, la relativa

facilidad con la que los enlaces π se rompen y el hecho de que los grupos –H y –R sean malos grupos salientes

son los motivos por los cuales los aldehídos y cetonas siguen el mecanismo de adición nucleofílica. Algunas de

las reacciones más importantes que siguen este mecanismo son:


Fundamentos Teóricos:

En la versión más general, este mecanismo de adición nucleofílica presenta los siguientes pasos: El ataque de un

nucléofilo al carbono carbonílico desplazando los electrones π hacía el oxígeno, el cual queda cargado

negativamente y puede protonarse formando un grupo hidroxilo. Este grupo hidroxilo muchas veces se pierde

como agua.

Este mecanismo tiene lugar tanto en medio ácido como en medio básico, diferenciándose principalmente por la

primera etapa.

El proceso es más irreversible cuanto más fuerte es el nucleófilo que ataca al carbono carbonílico.

Los aldehídos suelen ser más reactivos que las cetonas, porque al presentar sólo uno (o ninguno para el caso del

formaldehido) grupo alquilo, la densidad positiva se ve menos estabilizada por efecto inductivo.


Las hidrazonas forman parte de los compuestos que se forman mediante la condenación amínica de un aldehído o

cetona con un compuesto nitrogenado (amoniaco, aminas, hidracinas, hidroxilamina, etc…), bajo condiciones

apropiadas. Los derivados de la condensación amínica presentan una unión doble entre un átomo de carbono y

otro de nitrógeno (RR´C=NR´´). Las condensaciones amínicas siguen un mecanismo de adición nucleofílica, y

típicamente son catalizadas por ácidos:

El R unido al átomo de nitrógeno puede ser una cadena carbonada u otro grupo de los que figura en el esquema de

reacciones de la introducción (-OH, -NH2, -CH3, etc…)

Las 2,4-dinitrofenilhidrazonas, que son derivados de la reacción entre la 2,4-difenilhidrazina (abreviada 2,4-DNP

y también conocida como reactivo de Brady) y un compuesto carbonílico.

El interés particular por estos compuestos (a diferencia de otros derivados de condensación amínica) es que

suelen ser sólidos cristalinos, estables y coloreados (generalmente amarillos), además de presentar puntos de

fusión definidos. Estas características hacen que se empleen para identificar aldehídos y cetonas.


A partir del mecanismo podemos ver que la reacción entre el grupo amino y el grupo carbonilo estará fuertemente

condicionada por el pH de la solución, pues el carbonilo por sí sólo no presenta una densidad positiva lo

suficientemente intensa como para favorecer el ataque nucleofilico. Es por esto que la reacción se lleva a cabo en

un medio ácido (más o menos fuerte, dependiendo de los reactivos), para que de esta forma, el oxígeno del

carbonilo se protone y aumente la densidad positiva sobre el carbono (esto se conoce como la activación del

carbonilo).

Por otro lado, debemos tener en cuenta que los compuestos con grupos amino (como derivados del amoniaco)

presentan carácter básico, lo que hace que también puedan captar cationes hidrógeno de la solución. Si esto

ocurre, el nitrógeno no tendrá su par electrónico disponible para poder atacar al carbono carbonílico y de esta

manera la reacción no ocurrirá.

Las aminas y las hidracinas suelen formar derivados con compuestos carbonílicos a pH cercanos a 5. En el caso

de la 2,4-DNP, la densidad electrónica del nitrógeno se ve muy disminuía por la presencia de los grupos

atractores de electrones (presenta una basicidad y una nucleofílica bastante más débil que las aminas e hidracidas

comunes), y de esta manera se requiere un medio fuertemente ácido para que el carbonilo esté lo suficientemente

activado y sea atacado por el reactivo de Brady. Es por eso que para sintetizar las 2,4-difenilhidrazonas se utiliza

como medio ácido sulfúrico concentrado.

Una característica interesante es que las 2,4-difenilhidrazonas es que presentan un hidrógeno ácido, y el mismo

puede perderse por reacción con hidróxido de sodio. En este proceso, los electrones del nitrógeno entran en

resonancia y esto provoca cambios de coloración del compuesto, el cual no ocurre por reacción con bicarbonato

de sodio. Con esta reacción pueden diferenciarse aldehídos que no presenten ciertos grupos funcionales (como

fenoles) de los que si los tienen.


Parte Experimental:

Materiales: Vasos de precipitados, Tubos de Ensayos, Gradillas, Cristalizador, Pipetas, Equipos de filtración

al vacio, Papel de filtro, Placas cromatográficas, Lámpara de luz UV, Equipos de Fisher-Jones, Cubre

objetos, Capilares, Hielo.

Reactivos: Benzaldehído (u otros aldehídos), 2,4-Difenolhidracina, Ácido sulfúrico concentrado, Acetona,

Etanol, Hidróxido de sodio 2 M, Bicarbonato de sodio al 10 %, Diclorometano (cloruro de metileno).

Procedimientos:

- Síntesis de la 2,4-Difenilhidrazona: En un vaso de precipitados pequeño colocar 10 mL de ácido sulfúrico

concentrado y colocarlo en baño de hielo. Disolver en este con cuidado 0,2 g de 2,4-difenilhidracina

agitando con mucho cuidado y sin retirar del baño de hielo. Una vez disuelto, retirar del baño de hielo y

esperar a que llegue a temperatura ambiente.

Tomar 1 mmol de benzaldehído (pueden emplear otros aldehídos si el docente lo indicara y los diferentes

productos se compararán por cromatografía), y agregarlo lentamente con agitación. Comenzará a formarse

un precipitado cristalino. Continúa agitando diez minutos, luego adiciona 10 mL de agua y agita tres

minutos más. Filtrar el precipitado obtenido al vacio. Arrastrar los restos que puedan quedar en el vaso con

agua y lavar dos veces con etanol frío (no uses más de 3 mL de etanol). Dejar el producto que se seque por

succión por cinco minutos. Transfiere el producto a un cristalizador previamente pesado y luego determinar

la masa obtenida. Si el docente lo indicara, tomar el punto de fusión de mismo. Calcule el rendimiento.

- Caracterización: En un vaso de precipitados pequeño colocar una punta de espátula del producto obtenido y

disolverla en 10 mL de acetona. Registrar los cambios observados al agregar:

I) Bicarbonato de sodio al 10 %.

II) Hidróxido de sodio 2 M.

- Análisis por cromatografía en capa delgada: Preparar la placa marcando la línea de sembrado con lápiz, y

realizar el sembrado de las hidrazonas disolviendo una pequeña cantidad de las mismas en acetona con ayuda

de un capilar.

Marcar a un centímetro del otro extremo de la placa una línea con lápiz (la línea de referencia). No tocar la

placa con las manos, emplear una pinza metálica.

En un vaso de precipitados, que se empleará como cuba de cromatografía y colocarle menos de un centímetro

de altura de una mezcla (el solvente de corrida) de cloruro de metileno, tapar con un vidrio de reloj dejar 10 a

15 minutos para que la misma se sature con el vapor.


Colocar la placa en la cuba de cromatografía lo más vertical posible, y dejar que el solvente suba hasta la línea

de referencia; en ese momento retirar y dejar secar. Observar la placa en una lámpara UV y marcar con un

lápiz las manchas observadas. Calcular la relación de frentes y sacar conclusiones.

Cuestionario:

1) ¿Qué compuesto esperas que reaccione más fácilmente frente a una adición nucleofílica, un aldehído o una

cetona? Justifica.

2) Escriba las estructuras de los productos de condensación amínica entre:

a) 2-hidroxibenzaldehído con 2,4-DNP.

b) Acetaldehído con hidracina (H2N-NH2).

c) Acetofenona con metilamina.

3) ¿Qué caracteriza a los derivados de la 2,4-DNP respecto al resto de los aminoderivados?

4) Explique por qué la condensación amínica entre un compuesto carbonílico y la 2,4-DNP debe realizarse en

medio sulfúrico concentrado ¿qué ocurriría si se realizara en este medio la condensación amínica empleado

fenilhidracina (Ph-NH-NH2)?

5) ¿Podría realizar la obtención de la 2,4-difenilhidrazona en medio alcalino? Justifique.

6) ¿Por qué debe lavarse con etanol al producto?

7) La vainillina y el cinamaldehído son dos compuestos carbonílicos que son responsables del olor

característico de la vainilla y de la canela respectivamente. Sus estructuras se presentan a continuación:

Un técnico químico que sufre de anosmia debe identificar a estos aldehídos, y para esto obtiene las 2,4-

difenilhidrazonas de cada uno, rotulándolos como 1 y 2. A estos productos se les realizan los siguientes

ensayos:

I) En la reacción de caracterización con bicarbonato de sodio el producto 1 cambio de color amarillo a

naranja-rojizo, mientras que el producto 2 no tuvo cambios.

En la reacción con hidróxido de sodio ambos productos tomaron una coloración violeta.

II) Un análisis por C.C.D. dio como resultado la siguiente placa:


A partir de esta información:

a) Formula las reacciones de obtención de la 2,4-difenilhidrazonas. Para una de las dos, escribe el

mecanismo de reacción.

b) Interpretar los cambios observados en el ensayo de caracterización, empleando ecuaciones químicas

balanceadas.

c) En base a la placa y al ensayo de caracterización, indica cuál es el aldehído 1 y cuál es el aldehído 2,

justificando tu razonamiento.

d) Teniendo en cuenta que se parte de la reacción entre 2 g de 2,4-DNP y 0,5 g de ambos aldehídos,

calcule la masa obtenida de cada hidrazona. Ten en cuenta que el rendimiento de estas reacciones suelen

ser del 89 %.

8) Se hacen reaccionar 20 mL de solución de 2,4-DNP al 0,1 % en ácido sulfúrico concentrado (98 % m/m) con

5 mmol de p-metoxibenzaldehído. El producto se filtra, se seca y se pesa.

a) Formule la reacción que tiene lugar, con su mecanismo de reacción.

b) Determine qué volumen de p-metoxibenzaldehído deberá emplear en la práctica. Dato: δp-metoxibenzaldehído=

1,12 g/cm3 y la masa de producto que se obtendrá.

c) ¿Cuál es el reactivo limitante? ¿Qué ventaja experimental tiene utilizar uno de los reactivos en exceso?

d) Si la solución de 2,4-DNP se disolviera en ácido clorhídrico concentrado (36,5 % m/m) el lugar de

sulfúrico ¿cómo influiría esto en el rendimiento de la reacción?

e) ¿Podría caracterizar al producto con bicarbonato de sodio?

f) Esquematice la placa cromatográfica que espera obtener si el producto obtenido se hace correr frente a la

2,4-difenilhidrazona de la acetofenona.


Trabajo Práctico N° 2: Aldehídos y Cetonas - Condensación Aldólica

Introducción:

La condensación aldólica es una de las llamadas “reacciones poderosas” de la química orgánica, pues permite

sintetizar compuestos con un nuevo enlace C-C. Los productos de esta reacción son compuestos alfa-beta

insaturados, que son muy empleados en síntesis orgánica, aunque también tienen otras aplicaciones comerciales.

La dibenzalacetona es el producto de la condensación aldólica entre la acetona y el benzaldehído. Esta se emplea

comercialmente como principio activo en protectores solares por presentar cadenas de dobles enlaces conjugados

que son capaces de absorber la radicación UV emitida por el Sol:


Las condensaciones corresponden a un conjunto de reacciones químicas en las cuales dos moléculas se unen

eliminando una molécula pequeña (en general una molécula de agua o algún alcohol pequeño); en las

condensaciones aldólicas, una molécula de aldehído o cetona que presenta hidrógenos alfa (hidrógeno en el

carbono contiguo al carbono carbonílico) se une a otro aldehído o cetona, formándose un intermediario conocido

como aldol, que posteriormente se deshidrata formando al producto de la condensación.

El grupo carbonilo es un atractor de electrones debido a la gran electronegatividad del átomo de oxígeno, esto

produce que, por efecto inductivo, los enlaces C-H de los carbonos sp3 en posición alfa al carbonilo se polaricen y

por ende estos hidrógenos presenten cierta acidez:

Los valores de las pKas de estos hidrógenos para los aldehídos y cetonas están comprendidos entre 16 y 20,

mucho más ácidos que los hidrógenos de los hidrocarburos alifáticos (cuyo valor de pKa es superior a 60 para

los alcanos).


1 Tabla 1,

valores de pKa de algunos compuestos carbonílicos

Estos hidrógenos pueden captarse con bases adecuadas, dando lugar a un carbanión que se estabiliza por

resonancia, formando un anión enolato (cuanto más estable sea la base conjugada formada, más ácidos serán los

hidrógenos del compuesto):

Este enolato es un excelente nucleófilo que es capaz de atacar a electrófilos, como un carbono carbonílico de un

aldehído o una cetona no enolizado, dando lugar a la condensación aldólica.

Los hidróxidos y los etóxidos son bases más débiles que los enolatos, y es por esto que con estas bases sólo una

pequeña cantidad del compuesto carbonílico se encuentra enolizado y disponible para atacar a algún electrófilo en

el sistema; sin embargo, los enolatos son muy buenos nucleófilos, y una vez formado atacan a cualquier

electrófilo del sistema, el equilibrio de enolización hacía la derecha, formando más enolato disponible para la

reacción. Esto explica que la reacción sea lenta, y se requiera un tiempo para que la misma evolucione y se

obtenga un rendimiento razonable.

En general, esta reacción da mejores resultados cuando se quieren condensar dos compuestos carbonílicos, uno

con hidrógenos alfa y otro sin hidrógenos alfa, ya que de esta forma sólo uno de éstos puede enolizarse. Así,

puede formarse un compuesto de condensación cruzada (el que se genera por la reacción entre el compuesto

carbonílico con hidrógenos alfa y el que no los presenta), y el producto de autocondensación (el que se genera

por la reacción entre dos moléculas compuesto carbonílico, una enolizada y otra sin enolizar).

La autocondensación puede desfavorecerse preparando una mezcla de la base y el compuesto carbonílico sin

hidrógenos alfa, y agregando a ésta el compuesto carbonílico enolizable. También es razonable usar como

reactivo limitante a éste último.


1 Apuntes de la Profesora Claudia M. Casali - 08/03/2016.

Estudiaremos el mecanismo de esta reacción para la condensación de la acetona con el benzaldehído, catalizada

por el hidróxido de sodio. Dado que el benzaldehído es un aldehído sin hidrógenos en el carbono alfa, éste no

puede enolizarse, y, por lo tanto, sólo lo hará la acetona:

Este enolato ataca al carbono carbonílico del benzaldehído, uniéndose, y formando al intermediario conocido

como aldol:

Finalmente, el aldol se deshidrata formando el compuesto de condensación aldólica.

Como la acetona aún tiene un hidrógeno enolizable, ésta puede reaccionar con otra molécula de acetona formando

finalmente la dibenzalacetona.

http://html.rincondelvago.com/acidos-carboxilicos-y-sus-derivados.html

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Al preparar la mezcla de reacción, deben tenerse en cuenta algunas consideraciones experimentales:

No mezclar inicialmente la acetona con el hidróxido de sodio ya ésta puede autocondesarse.

Usar un exceso de benzaldehído ya que el exceso de éste no se enolizará, para que se condensen con los dos

hidrógenos alfa disponibles de la acetona y para desplazar el equilibrio de la reacción hacía la derecha.

La reacción puede finalizarse agregando algún ácido que neutralice el hidróxido de sodio, de ésta forma no se

enolizará más compuesto carbonílico y no será factible la condensación aldólica.

El benzaldehído no es miscible con soluciones acuosas, por lo que es necesario agregar algún solvente

orgánico que favorezca su mezcla (cómo etanol).

Parte Experimental:

Materiales: Erlenmeyers, Pipetas Graduadas, Vasos de Precipitados, Equipos de Filtración al Vacío, Papel de

Filtro, Mechero, Latas para Baño María, Varilla de Vidrio, Encendedor o Fósforo, Hielo, Aparato de Fisher-

Jones o Tubos de Tiel, Termómetros.

Reactivos: Acetona, Benzaldehído, Solución de Hidróxido de Sodio 2 N, Ácido Acético Glacial, Etanol.

Procedimiento: En un erlenmeyer de 125 mL colocar 7 mmol de acetona y 20 mmol de benzaldehído1.

Agregar a esta mezcla 10 mL de etanol al 95 % y 7,5 mL de solución acuosa de hidróxido de sodio 2 N. Dejar

reaccionar, agitando periódicamente. Si no observa precipitación, raspe las paredes con una varilla para que la

mismas se inicie. Este procedimiento puede llevar entre 15 a 20 minutos calentando suavemente a baño maría.

Dejar enfriar, y llevar a un baño de hielo, luego se filtra al vacío y se lava con sucesivas porciones de etanol al

95 % frío, ácido acético al 4 % en etanol al 95 % frío y finalmente etanol al 95 % frío.

Recristalizar en etanol al 95 % (caliente en plancha calefactora) y calcular el rendimiento de la reacción.

Medir el punto de fusión del producto obtenido.

Nota: Buscar en tablas los datos de las correspondientes masas molares y densidades del benzaldehído y de la

acetona para realizar la conversión de moles a mL o g según sean sólidos o líquidos estos reactivos.

Cuestionario:

1 Si el docente lo indicara, pueden emplearse otros aldheìdos.


1) Describa con ecuaciones químicas balanceadas la síntesis llevada a cabo.

2) ¿Cuál es el reactivo limitante de la reacción? Explique por qué se elige.

3) Plantee el mecanismo para la reacción de un mol de acetona con dos moles de benzaldehído catalizada por

hidróxido de sodio.

4) ¿Qué ocurriría si un estudiante deja demasiado tiempo la mezcla acetona – hidróxido sin agregar el aldehído?

Formule la reacción que ocurriría.

5) ¿Qué ventaja tiene usar aldheídos aromáticos respecto a los alifáticos en la condensación aldólica?

6) ¿Por qué es necesario calentar suavemente un tiempo?

7) Explique el fin de los lavados al precipitado obtenido.

8) Calcular la masa de dibenzalacetona que se obtendría si se mezclaran 5 mL de acetona con 10 mL de

benzaldheído, con la cantidad de catalizador básico adecuado.

9) ¿Qué volumen de acetona y benzaldehído son necesarios para obtener 10 g de dibenzalacetona con un 67 % de

rendimiento?

10) Compare el rendimiento de la siguiente reacción con el de la realizada en la práctica:

Bibliografía:

- Guía de Trabajos Prácticos de Química Orgánica II 2do Cuatrimestre 2014 – FCEN, UBA.

- Apuntes de la Profesora Claudia M. Casali.

- Ilustraciones realizadas por Facundo Daniel Agostini.


Trabajo Práctico N° 2: Ácidos Carboxílicos – Obtención de Ácido Benzoico

Introducción:

Los ácidos carboxílicos pertenecen uno de los grupos de los compuestos carbonílicos más importantes; no sólo

son importantes por ellos mismos, sino también sirven en la síntesis de los llamados derivados de ácidos (haluros

de acilo, anhídridos de ácido, ésteres y amidas), y además el grupo funcional que los caracteriza, el grupo

carboxilo (–COOH o –CO2H), está presente en muchas moléculas con gran importancia bioquímica y biológica

(como los aminoácidos, los ácidos grasos, etc…).

Numerosos ácidos carboxílicos se encuentran en la naturaleza; el ácido acético es el componente principal del

vinagre; el ácido butanoico le da el olor desagradable a la manteca rancia mientras que el ácido hexanoico es

responsable del olor a cabras y a los calcetines de gimnasia que no han sido lavados. Otros ácidos son, por

ejemplo, el ácido cólico, un componente importante de la bilis humana, y los ácidos carboxílicos de cadena larga

como el palmítico, un precursor biológico de grasas y otros lípidos.

Todo eso motiva a desarrollar métodos de obtención de ácidos; entre las diversas formas la oxidación de

aldehídos, ya que éstos se oxidan fácilmente a ácidos.


El grupo carboxílico está formado por un grupo carbonilo unido a un grupo hidroxilo:

El átomo de carbono presenta una hibridación sp2, por lo que presenta una geometría triangular plana. Este es un

centro electrofílico debido a que los átomos de oxígeno polarizan los enlaces dejando una densidad positiva sobre

éste átomo.

Los ácidos carboxílicos pueden considerarse como derivados del ácido carbónico, que se obtienen al sustituir uno

de sus grupos hidroxilos con una cadena carbonada. Si bien comparten varias características con el ácido

carbónico, éstos son mucho más estables que éste último.

Los ácidos carboxílicos pueden establecer uniones puente hidrógeno, lo que hace que presenten puntos de fusión

y ebullición superiores a los hidrocarburos de igual número de átomos de carbono (los que presentan pocos

átomos de carbono suelen ser líquidos volátiles, mientras que al aumentar la cantidad de carbono se vuelven

sólidos grasosos); también, los que presentan pocos átomos de carbono son muy solubles en agua.

Este grupo carboxilo presenta carácter ácido (por esto el nombre de los compuestos que lo presentan es ácidos

carboxílicos), debido a que el hidrógeno del grupo hidroxilo puede disociarse dejando un grupo carboxilato

estabilizado por resonancia:


La pKa de los ácidos suele ser cercana a 5, pero el valor de ésta puede variar en función de los demás grupos

funcionales presentes en la molécula.

Reaccionan con bases formando sales (los carboxilatos) por lo que su pureza puede determinarse mediante

valoraciones ácido-base.

R-CO2H (ac) + HO- (ac) R-CO2- (ac) + H2O (l)

Existen diversos métodos para la obtención de ácidos carboxílicos, entre los cuales se tratarán los mediante una

oxidación de alguna forma reducida de los mismos (alcoholes primarios o aldheído).

En química orgánica suele entenderse por oxidación al proceso por el cual una molécula aumenta la cantidad de

átomos de oxígeno que presenta o bien cuando reduce su número de hidrógenos; se entiende por reducción al

proceso inverso (aumentar el número de átomos de hidrógenos o reducir el número de oxígeno en la molécula).

Si encaramos una reacción de oxido-reducción orgánica desde el punto de vista de la química general, tendríamos

que poder establecer los estados de oxidación del átomo de carbono en los distintos grupos funcionales. Esto se

hace considerando las uniones entre el carbono y los demás átomos; si el átomo es más electronegativo que el

carbono, contribuye con un +1 al estado de oxidación por cada enlace, y si es menos electronegativo contribuye

con un -1 al estado de oxidación por cada enlace. Los enlaces C-C no contribuyen al estado de oxidación, pues la

diferencia de electronegatividad en este caso es 0. Así, por ejemplo, para los grupos funcionales alcohol primario,

aldheído y carboxilo:

Como se ve, determinando los estados de oxidación de los átomos de carbono podemos llegar a la misma

conclusión que con la definición orgánica de reacción de oxido-reducción.

Los oxidantes más comunes empleados para alcoholes primarios y aldehídos son permanganato de potasio en

medio básico seguido de una hidrólisis ácida, o bien dicromato de potasio en medio ácido. Los aldehídos se

oxidan más fácilmente que los alcoholes primarios.


Donde [O]= 1) KMnO4 en ½ HO- 2) H2O en ½ HCl o K2Cr2O7 en ½ H+.

La oxidación en medio básico con permanganato produce la sal del ácido carboxílico que en una segunda etapa se

hidroliza con ácido clorhídrico para regenerar el ácido. Si éste ácido es poco soluble en agua fría (como lo suelen

ser los ácidos carboxílicos aromáticos), éste precipitará, y podrá separarse fácilmente por filtración.

Entre las consideraciones experimentales que deben tenerse es importante usar un exceso de agente oxidante para

asegurar la completa oxidación del compuesto orgánico, y considerar algún reactivo que pueda destruir el exceso

de éste sin modificar al producto deseado. Por ejemplo, para destruir el exceso de permanganato puede emplearse

etanol o solución de peróxido de hidrógeno en medio neutro que reduce el permanganato a dióxido de manganeso,

el cual puede separarse por filtración.

2MnO4- (ac) + 3H2O2 (ac) 2MnO2 (s) + 3O2 (g) + 2HO- (ac) + 2H2O (l)

4MnO4- (ac) + 3C2H5OH (ac) 4MnO2 (s) + 3CH3CO2

- (ac) + 4H2O (l) + HO- (ac)

La oxidación del benzaldehído permite la obtención de ácido benzoico, precursor de un gran número de productos

comerciales. La síntesis llevada a cabo por la oxidación del permanganato de potasio en medio básico; de ésta

forma se obtiene el benzoato de potasio que queda solubilizado.

HO- (ac) + C6H5-CHO (l) + 2MnO4- (ac) 2H2O (l) + 3C6H5-CO2

- (ac) + 2MnO2 (s)

La hidrólisis ácida del benzoato por acción del ácido clorhídrico se forma el precipitado de ácido benzoico que

puede separarse por filtración, recristalizarse en agua y comprobar su pureza mediante una cromatografía en capa

delgada o bien, mediante su titulación con hidróxido de sodio.

C6H5-CO2- (ac) + H+ (ac) C6H5-CO2H (s)

Dado que el ácido benzoico es muy soluble en agua caliente, es importante poder calcular la cantidad del mismo

que queda disuelta luego de la recristalización. Esto puede hacerse de manera sencilla midiendo la temperatura

ambiente y determinando la solubilidad a la temperatura de trabajo; luego con el volumen de las aguas madres

puede calcularse la fracción que queda disuelta:

T (°C) 0 25 50 75

s (g/L) 1,7 2,9 9,5 22,0

Parte Experimental:

Materiales: Erlenmeyers, Vasos de Precipitados, Pipetas, Espátula, Equipos de Filtración al Vacio, Papel de

Filtro, Mechero, Telas Metálicas, Latas para Baño María, Probetas, Varilla de Vidrio, Termómetros,

Encendedores o Fósforos, Vidrio de Reloj o Cristalizador, buretas, agarraderas, placas de CCD, Lámpara UV.


Reactivos: Benzaldehído, Permanganato de Potasio, Solución al 5 % de Hidróxido de Sodio, Etanol, Ácido

Clorhídrico Concentrado, Acetato de Etilo, Hexano, Solución de Hidróxido de Sodio o Potasio 0,1 M,

Fenolftaleína.

Procedimientos:

- Síntesis del Ácido Benzoico: En un erlenmeyer colocar 25 mL de hidróxido de sodio al 5 % junto con 2,5 mL

de benzaldehído y agregar de a porciones 4 g de permanganato de potasio lentamente, calentando en baño

maría sin que hierva el agua. El permanganato es un oxidante fuerte, y puede reaccionar violentamente, por lo

que debe tenerse cuidado en el agregado de éste. Agitar esporádicamente para homogeneizar el sistema. Se

observará que el color violeta intenso del permanganato cambia en primera instancia a verde y termina en un

color pardo, dado por el dióxido de manganeso formado. Una vez que todo el violeta ha pasado a pardo,

agregar una nueva porción de permanganato (ten en cuenta que éste se agrega en exceso respecto al

benzaldehído). El agregado de los 4 g de permanganato de potasio no debe durar menos de media hora. Si el

permanganato quedara adherido a las paredes del erlenmeyer, éste puede arrastrarse con un poco de agua (sin

que el volumen final supere los 75 mL).

Una vez que se ha añadido la última porción de permanganato, dejar en el baño maría por 10 minutos más

agitando esporádicamente. Una vez que transcurrió este tiempo, es posible que el color violeta del

permanganato persista, para eliminarlo se añaden 5 a 20 mL de etanol y se calienta 15 minutos más a baño

maría. Se filtra la solución en caliente al vacío por embudo Buchner y se lava el dióxido de manganeso

retenido en el filtro con agua caliente.

Trasvasar el líquido filtrado a un vaso de precipitados y agregar ácido clorhídrico hasta precipitación

completa. Separar por filtración al vacío por embudo Buchner en frío. Al sólido retenido en el filtro, pasarlo a

un vaso de precipitados y recristalizarlo con agua caliente (medir el volumen de agua que queda luego de

filtrar los cristales y tomar nota de la temperatura). Secar los cristales, pesarlos y calcular el rendimiento de la

síntesis (y el rendimiento de la cristalización, según indique el docente).

- Análisis por Cromatografía en Capa Delgada (C.C.D.): Preparar la placa marcando la línea de sembrado con

lápiz, y realizar el sembrado del ácido disolviendo una pequeña cantidad del ácido benzoico disuelto en acetato

de etilo con ayuda de un capilar. Sembrar además un patrón de ácido benzoico puro y de benzaldehído.

Marcar a un centímetro del otro extremo de la placa una línea con lápiz (la línea de referencia). No tocar la

placa con las manos, emplear una pinza metálica.

En un vaso de precipitados, que se empleará como cuba de cromatografía y colocarle menos de un centímetro

de altura de una mezcla (el solvente de corrida) de acetato de etilo-hexano 1:1, tapar con un vidrio de reloj

dejar 10 a 15 minutos para que la misma se sature con el vapor.

Colocar la placa en la cuba de cromatografía lo más vertical posible, y dejar que el solvente suba hasta la línea

de referencia; en ese momento retirar y dejar secar. Observar la placa en una lámpara UV y marcar con un

lápiz las manchas observadas. Calcular la relación de frentes y sacar conclusiones.

- Análisis del ácido benzoico sintetizado por valoración ácido-base: En un erlenmeyer pesar 0,1500 g del ácido

benzoico sintetizado, disolver en 100 mL de una mezcla de agua-etanol 1:1 y agregar dos gotas de

fenolftaleína.

Cargar la bureta con solución de hidróxido de sodio 0,1 M y titular la solución del erlenmeyer hasta que la

fenolftaleína vire a color rosado claro que persista por 30 segundos.

Realizar por duplicado y calcular la pureza del producto obtenido con los datos del análisis.


Cuestionario:

1) Describe con ecuaciones químicas balanceadas las reacciones llevadas a cabo en la síntesis del ácido benzoico

a partir benzaldehído. Equilibrar por el método del ion-electrón las reacciones que sean de oxidoreducción.

Indicar el estado de oxidación de los carbonos carbonílicos.

2) ¿De qué aldehído debería partirse para obtener el ácido p-nitrobenzoico? Escribe la ecuación química

simplificada.

3) ¿Qué observación te permite reconocer que debe agregarse una nueva porción de permanganato?

4) ¿Por qué debe acidificarse una vez que la solución se separa del dióxido de manganeso? Escribe la ecuación

química que representa la reacción que ocurre.

5) ¿Qué ventaja tiene emplear al permanganato de potasio en medio básico como agente oxidante?

6) ¿Cuál es el reactivo en exceso en la síntesis? Propón tres sustancias que puedan usarse para destruir el exceso

del mismo y escribe las ecuaciones químicas que representan las reacciones que ocurren equilibradas por el

método del ion-electrón.

7) En una placa cromatográfica se siembra el ácido benzoico sintetizado (siembra 1) frente a un patrón de ácido

benzoico (siembra 2) y otro de benzaldheído (siembra 3) y se obtuvo la siguiente placa, revelada con luz UV:

a) Indique a cuál compuesto corresponde cada mancha. Justifica tu respuesta.

b) ¿Fue completa la reacción?

8) Se hacen reaccionar 10 g de permanganato de potasio con 6 cm3 de benzaldheído (δ= 1,04 g.cm-3).

Posteriormente se acidifica para recuperar el ácido, y este se filtra y se recristaliza en agua obteniéndose 5,65

g.

a) Calcular el rendimiento de la síntesis, sabiendo que la curva que describe la solubilidad en función de la

temperatura está dada por S (g/L)= 0,0043.t2 – 0,0546.t + 1,8768 y que el volumen de las aguas madres es

150 mL. La temperatura de las mismas en las condiciones de la síntesis era 10 °C.

b) Calcular el rendimiento de cristalización.

c) Se pesan 1,1556 g del ácido sintetizado y se disuelven en 100 mL de mezcla alcohol agua 1:1. Se titula

con hidróxido de sodio 0,1000 M gastándose 9,85 mL. Un duplicado en el que se pesaron 1,1658 g se

disolvió en la misma mezcla y se gastó, titulando con el mismo hidróxido, 10,10 mL de hidróxido.

Determina la pureza del ácido sintetizado y calcula el rendimiento real de la síntesis.

9) ¿Qué volumen de benzaldehído debe emplearse para obtener 5 g de ácido benzoico?


10) Si al registrar la temperatura de las aguas madres, se usa un termómetro que registre una temperatura 5 °C

menos que la temperatura real, ¿qué tipo de error se comete en el rendimiento de cristalización? ¿y en el de

síntesis? Justifique sus respuestas.

Bibliografía:

- Guía de trabajos prácticos del profesor Diego Amato.

- BRUICE P. – Química Orgánica, 5ta edición – Editorial: Pearson.

- Galagovsky L. – Química Orgánica, Fundamentos Teórico-Prácticos para el Laboratorio – Editorial: Eudeba.


Trabajo Práctico N°3: Derivados de Ácidos Carboxílicos – Síntesis de Ácido Acetilsalicílico

Introducción: Los ésteres son compuestos orgánicos derivados de la condensación de un ácido carboxílico y un

alcohol o un fenol, que se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza; una de sus características es que

presentan olores agradables a frutas (en las cuales están presentes). Los ésteres también son los principales

constituyentes de las grasas, aceites y ceras. Presentan gran importancia desde el punto de vista biológico, ya que

los lípidos son biomoléculas formados por triglicéridos (ésteres de la glicerina con un ácido graso).

Las principales aplicaciones de los ésteres son en la fabricación de aromatizantes y saborizantes (como se

mencionó antes, éstos presentan olores agradables a frutas y no suelen ser tóxicos), en la fabricación de algunos

medicamentos (como la aspirina), como intermediarios de reacción, etc…

El ácido acetilsalicílico es el principio activo del fármaco conocido como aspirina. Éste es un éster proveniente de

la condensación del hidroxilo del ácido salicílico (el ácido o-hidroxibenzoico) y el ácido acético. Éste fármaco es

el más empleado en la actualidad debido a que actúa como antiinflamatorio y como analgésico. La acción de la

aspirina se basa en inhibir la biosíntesis de prostaglandinas, compuestos que inducen el dolor, la inflamación y la

fiebre. Asimismo, la aspirina posee un moderado efecto anticoagulante derivado de la inhibición que ejerce en la

biosíntesis del tromboxano, un agregador plaquetario, y que ha llevado a su uso masivo.

El mismo ácido salicílico es un analgésico. En realidad este producto puede extraerse de diferentes plantas, sin

embargo su uso como tal no es viable, pues por sus propiedades ácidas genera irritación de las mucosas de la boca,

el estómago y el esófago. Posteriormente se intentó emplear la sal sódica, pero con ésta también se encontraron

problemas (sobre todo para las personas con presión arterial alta). Finalmente se observó que al tratar el ácido

salicílico con anhídrido acético en medio ácido se obtiene ácido acetilsalicílico, que mantiene sus propiedades

deseadas, pero sin efectos secundarios molestos. Este mismo método se empleó más tarde para la modificar la

estructura de otro potente analgésico, la morfina. En este caso el problema consistía en la su capacidad de crear

adicción y, con la idea de solventarlo, se acetiló la morfina, obteniéndose la diacetilmorfina o heroína. La

estrategia no tuvo el mismo éxito que con el ácido salicílico.

Fundamentos Teóricos – Síntesis de Ácido Acetilsalicílico: La obtención del ácido acetilsalicílico se lleva a cabo

mediante la acetilación del ácido salicílico con anhídrido acético, catalizada por la acción de un ácido fuerte y de

acción deshidratante, como ácido fosfórico o ácido sulfúrico concentrado. La reacción puede describirse con la

siguiente ecuación:

La reacción emplea como reactivo limitante al ácido salicílico y como reactivo en exceso al anhídrido acético. Un

exceso de este último favorece el rendimiento de la reacción, ya que:

Se asegura la completa acetilación del ácido salicílico (reactivo que forma al producto)

El anhídrido acético es líquido en las condiciones de la reacción, por lo que no sólo actúa como reactivo, sino

también como solvente de la reacción, favoreciendo la velocidad de la misma.


El uso de un exceso de reactivo desplaza el equilibrio de la reacción hacía productos (la reacción es

reversible mientras el catalizador esté activo).

El ácido acetilsalicílico es poco soluble en la mezcla anhídrido acético-ácido acético fría, de esta forma el

producto principal puede separarse fácilmente por filtración del reactivo en exceso y el subproducto de la

reacción.

La reacción sigue un mecanismo de sustitución nucleofílica al acilo, y la misma requiere un catalizador ácido o

básico para que la reacción tenga lugar a velocidad apreciable. La catálisis ácida funciona activando al anhídrido

acético protonando un oxígeno de un grupo carbonilo, de ésta forma el carbono carbonílico es o suficientemente

positivo como para ser atacado por el grupo hidroxilo del ácido salicílico (como se observará en el mecanismo de

la reacción presentado más adelante); la catálisis básica capta el protón del hidroxilo fenólico del ácido salicílico

quedando con una carga negativa y por lo tanto siendo lo suficientemente nucleofílico para atacar al carbono

carbonílico del anhídrido acético.

El mecanismo de la reacción muestra la importancia del catalizador (Anh es la abreviatura de anhídrido acético, el

cual es el solvente de la reacción):

Se usan ácido sulfúrico o fosfórico porque estos ácidos concentrados prácticamente no contienen agua, lo que

ayuda a mantener las condiciones anhidras de la reacción y aportan la cantidad de cationes hidrógeno suficiente

para catalizar la reacción. Además, los oxoaniones que resultan de la disociación son no nucleofílicos, y no

presentan propiedades redox relevantes una vez diluidos en la mezcla de reacción.

Si bien el ácido acetilsalicílico se obtiene sólido precipitándolo al enfriar el sistema en baño de hielo y luego

filtrándolo.

La síntesis debe llevarse a cabo en las condiciones más anhidras posibles, pues el ácido acetilsalicílico hidroliza

espontáneamente:


También debe tenerse en cuenta que un ligero calentamiento acelera la velocidad de la reacción, pero si se eleva

demasiado, el ácido acetilsalicílico puede descomponerse y regenerar a los reactivos de partida.

Es por esto que el ácido salicílico es la principal impureza que acompaña. La presencia de éste puede determinarse

fácilmente por la reacción entre éste ácido y una solución de cloruro férrico ya que el catión férrico se compleja

fácilmente por la presencia de los oxígenos de los grupos fenoles. En presencia de ácido salicílico, el hierro se

coordina por los hidroxilos del grupo fenol y del carboxilo, formando un compuesto complejo de color violeta

intenso:

Dado que el ácido salicílico es un ligando bidentado (coordina al catión central mediante dos grupos), y dado que

el número de coordinación del hierro es seis, éste forma un ion complejo de fórmula [Fe(Sal)3]3+, donde Sal

representa al ácido salicílico.

El ácido acetilsalicílico no presenta esta coloración debido a que al incorporar un grupo acilo, aumenta el

impedimento estérico y por lo tanto no se posible coordinar al hierro y formar un complejo.

De esta manera es necesario que las condiciones de la síntesis y de las operaciones posteriores sean anhidras. Los

ácidos empleados tienen la gran ventaja de que presentan un pequeño porcentaje de agua que no afecta a la

reacción de síntesis (98 % en el caso del ácido sulfúrico y 85 % en el caso del ácido fosfórico).

Estas condiciones también deben mantenerse en las operaciones de purificación y análisis. Es por esto que la

recristalización del ácido acetilsalicílico se lleva a cabo en acetato de etilo, un solvente no polar en el que, si bien

el ácido acetilsalicílico es bastante soluble en frío, se evita por completo la hidrólisis.

La presencia del ácido salicílico también puede comprobarse por cromatografía.

Entre los métodos empleados para determinar la pureza del ácido acetilsalicílico están la valoración con hidróxido

de sodio o potasio.

En este análisis el ácido acetilsalicílico debe disolverse en etanol, un solvente en el cual éste compuesto no sufre

hidrólisis, pero que a la vez es miscible con la solución de hidróxido de sodio o potasio.

Parte Experimental:

Materiales: Erlenmeyers, Vasos de Precipitados, Pipetas, Espátula, Equipos de Filtración al Vacio, Papel de

Filtro, Mechero, Telas Metálicas, Latas para Baño María, Probetas, Varilla de Vidrio, Termómetros,

Encendedores o Fósforos, Vidrio de Reloj o Cristalizador, Buretas, Agarraderas, Placas de CCD, Lámpara

UV, Aparato de Fisher-Jons para la determinación del punto de fusión, Portaobjetos, Hielo, Mortero.

Reactivos: Ácido salicílico, Anhídrido acético, Acetato de etilo, Cloruro férrico al 1 %, Etanol, Hidróxido de

sodio 0,1 M, Fenolftaleína, Diclorometano, Ácido acético glacial.

Procedimientos:

- Síntesis de Ácido Acetilsalicílico: En un erlenmeyer de 125 mL pesar 4 g de ácido salicílico y agregarle 10

mL de anhídrido acético bajo campana y agitar hasta disolver todo el sólido. Manteniendo el erlenmeyer bajo


campana, colocarlo en un baño de agua a temperatura ambiente y agregarle gota a gota y con agitación

constante 10 gotas de ácido sulfúrico concentrado. Calentar la mezcla de reacción 10 minutos a Baño María

manteniendo el recipiente tapado con un vidrio de reloj, cuidando que la temperatura del baño sea de

aproximadamente 50 °C, agitando esporádicamente. Una vez transcurrido el calentamiento, retirar del baño y

dejar enfriar (puede acelerarse el proceso mojando el exterior del matraz con agua de la cañería), y llevar a

un baño de hielo en el cual deberá observarse la formación de un precipitado blanco. Si la cristalización no se

produce, raspar las paredes del erlenmeyer con una varilla de vidrio para inducir la cristalización. También

puede agregarse una pequeña porción del hielo para enfriar bruscamente al sistema.

Una vez que ya precipitó el ácido, agregar (sin retirar del baño del baño de hielo) 50 mL de agua manténgalo

así unos minutos y filtre al vacío, lavando al producto cristalizado con dos o tres porciones de agua fría.

Retire los cristales y déjelos secar unos minutos. Tome una punta de espátula y transfiéralos a un tubo de ensayos. En otro tubo colocar aproximadamente 1

mL del filtrado recogido en el kitasato. Agregar a estos tubos algunas gotas de cloruro férrico al 1 % y

registrar lo observado. En caso de que, de positivo, recristalice el resto del producto en acetato de etilo.

Para ello, trasvasar a un erlenmeyer al producto y agregarle 4 mL del solvente. Calentarlo en plancha

calefactora suavemente manteniendo tapado al recipiente con un vidrio de reloj. Una vez que todo el

sólido se disolvió, filtrarlo en caliente. Recoger el filtrado y enfriarlo en baño de hielo, raspando las

paredes del recipiente con una varilla de vidrio para inducir la cristalización. Filtrarlo y lavar al

producto con dos o tres porciones de acetato de etilo frío. Pesarlo y calcular el rendimiento del

proceso. Determinar el punto de fusión.

- Análisis por Cromatografía en Capa Delgada (C.C.D.): En una placa de silicagel, sembrar el

producto obtenido y disuelto en un pequeño volumen de acetato de etilo o etanol. Sembrar también

aspirina comercial y un patrón de ácido salicílico.

En un vaso de precipitados que funcionará como cuba cromatográfica, preparar un volumen

adecuado de una mezcla (el docente te indicará como prepararla). Agregar una PEQUEÑA gota de

ácido acético glacial, tapar con un vidrio de reloj y dejar saturar la cuba aproximadamente 15

minutos. Colocar la placa lo más vertical posible y dejar que el solvente corra hasta que llegue al

frente del solvente, retirar, dejar que el solvente se evapore y revelar las manchas con luz UV.

Calcular la relación de frentes de cada uno.

- Test del cloruro férrico: Rotule seis tubos de ensayo, cargue una punta de espátula de las sustancias

sólidas indicadas, disolviéndolas en 1 o 2 mL del solvente indicado:

Tubo Sustancias sólidas Solvente

1 Ácido Salicílico Agua

2 Ácido Salicílico Etanol

3 Producto de la síntesis Agua

4 Producto de la síntesis Etanol

5 Aspirina comercial Agua

6 Aspirina comercial Etanol

Agregar a todos los tubos algunas gotas de solución de cloruro férrico. Registrar los cambios

observados, interpretarlos y formular las reacciones que tienen lugar.

- Análisis del ácido acetilsalicílico obtenido por valoración ácido-base: En sendos erlenmeyers pesar

0,2000 g del producto obtenido y disolver en 25 mL de etanol. Agregar 2 gotas de fenolftaleína y

agitar.

Cargar la bureta con solución de hidróxido de sodio 0,10 M y titular la mezcla hasta que la

fenolftaleína vire de incolora a rosada manteniendo esta coloración por 30 segundos. Repita este


procedimiento para el segundo erlenmeyer.

Calcule con los datos obtenidos la pureza del ácido acetilsalicílico obtenido.

Cuestionario:

1) ¿Por qué debe agregarse ácido sulfúrico concentrado al inicio de la reacción? ¿qué otro ácido podría emplear?

Si no contara con un ácido ¿cómo podría solucionar la falta de los mismos?

2) Escriba la ecuación química que representa la reacción de obtención del ácido acetilsalicílico a partir de ácido

salicílico y anhídrido acético, y desarrolle el mecanismo de reacción en medio ácido y en medio básico.

3) ¿Por qué la reacción de acetilación se realiza con anhídrido acético y no con ácido acétigo glacial?

4) En un erlenmeyer se mezclan 2 g de ácido salicílico y 5 mL de anhídrido acético (δanhídrido acético= 1,08 g.mL-1),

con cinco gotas de ácido sulfúrico y se realiza la síntesis como se indica en las técnicas de trabajo práctico

realizado.

a) Determine cuál es el reactivo limitante y cuál es el reactivo en exceso. Justifique por qué se eligen de la

manera que determinó.

b) Calcule la masa de ácido acetilsalicílico que espera obtener.

c) Calcule el rendimiento de la reacción si se obtuvieron 2,15 g.

5) Calcula el volumen de anhídrido acético y la masa de ácido salicílico (con 99,5 % de pureza) de las que

debería partirse para obtener 500 mg de ácido acetilsalcílico (la cantidad que contiene normalmente una

pastilla de bayaspirina) si el rendimiento de la reacción fue del 78 %.

6) En sendos erlenmeyers se pesó ácido acetilsalicílico sintetizado y se disolvió en etanol para posteriormente

titularlo. Los datos obtenidos se muestran en la siguiente tabla:

Titulación Masa de Ácido Acetilsalicílico Volumen de Solución de Hidróxido de Sodio 0,1 M gastado

1 0,1996 g 9,36 mL

2 0,2056 g 10,12 mL

a) Escribe la ecuación química que representa la reacción que tiene lugar en la titulación.

b) Determina la pureza del ácido acetilsalicílico obtenido.

7) El producto de la reacción presenta una baja solubilidad en una mezcla adecuada de etanol-agua a temperatura

ambiente, pero se solubiliza completamente cuando se calienta, sin embargo, en la práctica, se recristaliza el

ácido obtenido en acetato de etilo, en el cual es bastante soluble incluso a temperatura ambiente. Justifique sta

elección del solvente de recristalización. Escriba la ecuación química que representa la reacción que tiene

lugar.


8) Explique al menos dos ensayos que podría realizar para identificar la presencia de ácido salicílico como

impureza presente en el ácido acetilsalicílico obtenido.

9) La siguiente placa muestra la cromatografía de una muestra de aspirina comercial frente a un patrón de ácido

salicílico y otro de ácido acetilsalicílico:

Determine la identidad de cada mancha revelada (ya que el analista descuidado olvidó rotularlos) e indique si

la muestra de aspirina está libre de ácido salicílico ¿es la única sustancia que puede acompañar al ácido

acetilsalicílico?

10) Se quiere corroborar la pureza del ácido acetilsalicílico midiendo su punto de fusión con un aparato de Fisher-

Jons. Al no contar con una tabla de puntos de fusión, ni de internet para buscarla, consultas con un compañero

de trabajo que te dice que tomes el punto de fusión de un comprimidode aspirina ¿le harías caso a tu

compañero de trabajo? Justifica la respuesta que deberías darle a tu jefe.

Bibliografía

- Guía de trabajos prácticos de Química Orgánica 2 de la Universidad de Puerto Rico.

- Guía de trabajos prácticos de Química Orgánica 2 del profesor Diego Amato.


Trabajo Práctico N°4: Derivados de Ácidos Carboxílicos – Esteres

Introducción: Los ésteres, como ya se ha estudiado en trabajos prácticos previos, son compuestos orgánicos que

derivan de la sustitución de un grupo hidroxilo de un ácido carboxílico (u otro ácido) por un grupo alcoxido,

dando lugar al grupo éster –COOR o –CO2R. Este cambio altera en gran medida las propiedades físicas y químicas

de los compuestos, ya que al perder su grupo hidroxilo, pierden la capacidad de establecer puentes de hidrógeno y

de esta forma resultan mucho más volátiles y menos solubles en agua que los ácidos carboxílicos de igual número

de átomos de carbono. También pierden sus propiedades ácidas en solución acuosa, y sólo pueden captarse los

hidrógenos alfa de estos por acción de bases fuertes formando enolatos de ésteres.

Los ésteres son muy sensibles a la hidrólisis, regenerando al ácido y al alcohol de los que provienen.

Los ésteres de la glicerina son conocidos como glicéridos (que pueden ser monoglicéridos, diglicéridos o

triglicéridos en función del número de hidroxilos esterificados del glierol) que forman parte de los lípidos

(típicamente son triglicéridos), biomoléculas que cumplen la función de reserva de energía en el organismo.

Una de las características más importantes de los ésteres es que presentan aromas y sabores característicos a frutas:

Éster Aroma

Butanoato de Metilo Piña

Octanoato de Heptilo Frambuesa

Butirato de Butilo Manzana

Etanoato de Octilo Naranja

Esto hace que la obtención de estos compuestos sea muy empleada en la industria y se busque sintetizarlos.

Fundamentos Teóricos: Los ésteres pueden obtenerse mediante reacción directa del alcohol y el ácido carboxílico

correspondientes catalizada por ácidos o bases, reacción conocida como esterificación de Fisher:

𝑅 − 𝐶𝑂2𝐻 + 𝑅´ − 𝑂𝐻 𝑅 − 𝐶𝑂2𝑅

´ + 𝐻2𝑂

El mecanismo que sigue esta reacción es una sustitución nucleofílica a un grupo acilo.

En general, los alcoholes de pocos átomos de carbono que no presentan un gran impedimento estérico y su

nucleofilia es algo mayor que la del agua, aunque esta última presenta un menor impedimento estérico y es un peor

grupo saliente, lo que hace que la reacción sea una reacción reversible, y haya que controlar varios factores

experimentales para lograr un buen rendimiento en la síntesis de éstos.

La reacción suele catalizarse por ácidos, ya que el grupo hidroxilo es peor grupo saliente que el agua, y por esto la

hidrólisis alcalina de los ésteres suele ser irreversible (esta reacción es conocida como saponificación).

El uso de ácidos deshidratantes, cómo el ácido fosfórico o el ácido sulfúrico, desplaza el equilibrio favoreciendo la

formación del éster ya que se genera agua como subproducto. El uso de uno de los reactivos como solvente de la

reacción (típicamente el alcohol) también aumenta tanto la velocidad como el rendimiento de la reacción, ya que

éste puede funcionar como disolvente y también ayuda a desplazar el equilibrio de la reacción hacía productos.

En la síntesis del benzoato de metilo pueden observarse las condiciones experimentales anteriormente

mencionadas. Este se obtiene por reacción entre el ácido benzoico y el metanol, catalizada por la acción del ácido

sulfúrico. La reacción y el mecanismo se describen a continuación:


El metanol es líquido en condiciones ambientales mientras que el ácido benzoico es un sólido, por lo que el

alcohol se emplea en exceso y resulta ser el disolvente de la reacción. Dada la volatilidad de esta sustancia se

emplea el calentamiento a reflujo para permitir que la reacción se lleve a cabo sin pérdida de éste o del producto

que también es relativamente volátil.

El ácido sulfúrico es el catalizador por excelencia para estos casos ya que es un ácido fuerte y con acción

deshidratante (uno de los productos de reacción es agua).

Una vez obtenido el benzoato de metilo, éste debe purificarse, pues se encuentra acompañado de un exceso de

metanol, agua y ácido sulfúrico. El éster puede ser separado en su mayoría realizando una extracción (separación

de una sustancia contenida en una mezcla con un disolvente no miscible con ésta) en cloroformo; dado que la

mezcla obtenida tiene un carácter netamente polar y el benzoato de metilo se encuentra emulsionado y sus

interacciones son, en principio, de baja polaridad, éste éster resultará mucho más soluble en la fase orgánica de

cloroformo que en la fase acuosa-alcohólica. Así se establece el siguiente equilibrio físico:

𝐶6𝐻5 − 𝐶𝑂2𝐶𝐻3 (𝑎𝑐‐ 𝑜𝑙) ⇄ 𝐶6𝐻5 − 𝐶𝑂2𝐶𝐻3 (𝑜𝑟𝑔)


En el cual el benzoato de metilo se disuelve tanto en la fase orgánica (de cloroformo) como en la fase acuosa-

alcohólica hasta que se logra un equilibrio estable y dinámico en el cual las concentraciones en ambas fases del

éster son constantes (las moléculas pasan de una fase a la otra en simultáneo). De esta forma, se establece una

constante de equilibrio, llamada constante de partición, reparto o distribución (Kd), que sólo depende de la

temperatura, dada por la relación de la concentración (C) del benzoato de metilo en ambas fases, la cual puede

estimarse como la relación de las solubilidades (s) del compuesto en ambos disolventes:

𝐾𝑑𝑎𝑐𝑜𝑟𝑔

= 𝐶𝑜𝑟𝑔

𝐶𝑎𝑐≈𝑠𝑜𝑟𝑔

𝑠𝑎𝑐

Esta constante indica cuantas veces más soluble es un dado compuesto en un solvente respecto a otro. Así, si por

ejemplo, la relación de las concentraciones orgánico/acuoso de una sustancia X diera como resultado 5, esto

indicaría que X es cinco veces más soluble en el disolvente orgánico que en agua.

La 𝐾𝑑𝐻2𝑂𝐶𝐻𝐶𝑙3 para el benzoato de metilo indica que el benzoato de metilo es mucho más soluble en cloroformo que

en agua por lo que, con una sola extracción, casi todo el éste pasa a la fase orgánica.

En el proceso de extracción pueden quedar restos de metanol, agua y ácido sulfúrico en la fase orgánica, por lo que

en una primera etapa se lava (el proceso de lavado es distinto al de extracción, pues en este se eliminan

impurezas) con agua y luego con solución de carbonato ácido de sodio, en este último caso para neutralizar al

ácido remanente:

2 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 (𝑎𝑐) + 𝐻2𝑆𝑂4 (𝑎𝑐) → 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 (𝑎𝑐) + 2 𝐶𝑂2 (𝑔) + 2 𝐻2𝑂 (𝑙)

Una vez terminados los lavados, la fase orgánica debe secarse. Esto se debe a que los restos de agua que pueden

quedar en la fase orgánica debido a las interacciones puente hidrógeno establecidos entre los oxígenos de los

grupos ésteres y los hidrógenos del agua. De esta forma se emplean sustancias secantes como el sulfato de sodio

anhidro que forma su decahidrato:

𝑁𝑎2𝑆𝑂4 (𝑠) + 10 𝐻2𝑂 (𝑙) → 𝑁𝑎2𝑆𝑂4. 10𝐻2𝑂 (𝑠)

El sulfato de sodio también puede captar moléculas de metanol, incluso de éster, por lo que no debe usarse un gran

exceso, y lavar al sólido hidratado con cloroformo.

Una vez que se ha obtenido la fase orgánica libre de restos acuosos, la mezcla cloroformo-benzoato de metilo

puede separarse por destilación ya que el solvente orgánico presenta un punto de ebullición mucho menor que el

éster, quedando este último en el balón de destilación.

La mayoría de los ésteres son líquidos y es por esto que resulta dificultoso caracterizarlos por su punto de fusión,

pero si por su punto de ebullición. El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión del vapor del

líquido es igual a la presión atmosférica, y las consideraciones experimentales son similares a las de la

determinación del punto de fusión.

Un ensayo que puede realizarse para diferenciar haluros de ácido, anhídridos, ésteres y amidas de los ácidos de los

cuales derivan es mediante el test de los ácidos hidroxámicos. En éste, los derivados se transforman en un ácido

hidroxámico que, por agregado de una sal férrica, origina una solución de color violeta. El ácido hidroxámico se

obtiene por tratamiento del derivado de ácido con hidroxilamina. Las reacciones involucradas pueden

representarse con las siguientes ecuaciones:

𝑁𝐻3𝑂𝐻+𝐶𝑙− + 𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑁𝐻2𝑂𝐻 + 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂


𝑅 − 𝐶𝑂𝑂𝑅′ + 𝑁𝐻2𝑂𝐻 𝑁𝑎𝑂𝐻→ 𝑅 − 𝐶𝑂(𝑁𝐻𝑂𝐻) + 𝑅′𝑂𝐻

3 𝑅 − 𝐶𝑂(𝑁𝐻𝑂𝐻) + 𝐹𝑒3+ → [𝑅 − 𝐶𝑂(𝑁𝐻𝑂𝐻)]3𝐹𝑒 + 3 𝐻+

Parte Experimental:

Materiales: Vasos de Precipitados, Pipetas, Espátulas, Embudos, Telas Metálicas, Trípodes, Probetas,

Termómetros (con una escala mínima de 250°C), Encendedores o Fósforos, Vidrios de Reloj o

Cristalizadores, Agarraderas, Mecheros, Papel de Filtro, Microequipos de Calentamiento a Reflujo,

Microequipos de Destilación Simple, Tubos de Ensayo, Capilares, Ampollas de Decantación de 125 mL.

Reactivos: Ácido Benzoico, Metanol, Ácido Sulfúrico Concentrado, Cloroformo, Solución de Carbonato

Ácido de Sodio al 10 %, Sulfato de Sodio Anhidro, Ácido Acético Glacial, Ácido Salicílico, Alcohol

Amílico, Alcohol Butílico, Alcohol Isoamílico, n-Octanol, Solución Alcohólica de Clorohidrato de

Hidroxilamina 0,5 M, Solución de Ácido Clorhídrico 1 M, Solución de Hidróxido de Sodio 6 M, Solución de

Cloruro Férrico 5 %.

Procedimientos:

- Síntesis de Benzoato de Metilo: En un vaso de precipitados pesar 3 g de ácido benzoico y agregarle bajo

campana y sumergiendo el vaso en un baño de agua fría, 7 mL de metanol. Sin retirar el recipiente del baño

de agua, agregar gota a gota 1 mL de ácido sulfúrico concentrado con agitación constante y manteniendo el

sistema bajo campana.

Trasvasar la mezcla de reacción a un balón y agregue perlas de ebullición o material poroso, y adaptar a un

refrigerante sosteniendo el mismo con una agarradera de la parte media y. El balón debe estar sumergido en

un cristalizador con agua y éste debe estar sostenido por un trípode y una tela metálica.

Una vez finalizado el armado del aparato, calentar a reflujo por una hora. Pasado este tiempo, enfríe la

solución, agregue 10 mL de agua y transferir esta mezcla a una ampolla de decantación. Extraer dos veces con

10 mL de cloroformo y posteriormente descartar la fase acuosa (recuerde que los solventes clorados

presentan mayor densidad que el agua). Lavar la fase acuosa con 5 mL de agua y posteriormente con 5 mL

de solución de carbonato ácido de sodio al 10 %. Durante todo el proceso no olvide purgar el sistema la

ampolla de decantación. Descartar en ambos casos la fase acuosa y trasvasar la fase orgánica a un vaso de

precipitados, agregarle porciones de sulfato de sodio anhidro para secar la solución (esto se logra cuando se

observa que la misma ya no está turbia). Filtrar el sistema para eliminar al sulfato de sodio y lavarlo con otros

5 mL de cloroformo que reunirá con el resto de la fase orgánica.

Destile el solvente a baño maría (el punto de ebullición del cloroformo es 61,2 °C) en un microequipo de

destilación, deje que el sistema se enfríe y finalmente mida el volumen de éster obtenido para calcular el

rendimiento de la reacción.

- Determinación del punto de ebullición por el método de Siwoloboff: En un tubo de ensayos colocar 2 o 3 mL

del producto obtenido e introducir el líquido dentro de tubo capilar con uno de sus extremos cerrado hacía

arriba adosado a un termómetro con ayuda de una goma. Calentar el tubo sosteniendo el mismo con un broche

de madera moviéndolo suavemente. A medida que el sistema es gradualmente calentado, habrá un lento

escape de burbujas de aire del capilar. Cuando se alcanza el punto de ebullición del líquido, se observa una

rápida y continua corriente de burbujas de aire que salen del tubo capilar. En ese momento se suspende el

calentamiento; la velocidad a la cual salen las burbujas disminuye y finalmente, cuando aparece la última


burbuja, y esta presenta una tendencia a ser aspirada hacía adentro del capilar, se lee la temperatura que marca

el termómetro. Este es el punto de ebullición del líquido porque en ese momento la presión de vapor del

líquido es igual a la presión atmosférica. Comparar con el punto de ebullición de tablas.

- Test de los Ácidos Hidroxámicos: En un tubo de ensayos térmico colocar unas gotas del producto obtenido,

agregarle 1 mL de solución alcohólica de clorhidrato de hidroxilamina 0,5 M y 4 gotas de hidróxido de sodio

6 M. Calentar suavemente a ebullición, dejar que se enfríe ligeramente (puedes ayudarte mojando el tubo con

agua de la canilla si el mismo no está demasiado caliente) y añadir 2 mL de ácido clorhídrico 1 M. Si la

solución es turbia, añada 2 mL de etanol. Por último añada gotas de cloruro férrico hasta observar cambios.

Repetir este ensayo colocado una punta de espátula de ácido benzoico.

Observar, interpretar y escribir las ecuaciones químicas balanceadas que representan las reacciones que

ocurren.

- Síntesis de Ésteres con aromas: En diferentes tubos de ensayos colocar las cantidades de ácido y alcohol

indicadas en el siguiente cuadro (REALIZAR ESTA MEZCLA BAJO CAMAPANA), junto con una gota de

ácido sulfúrico concentrado manteniendo los tubos en un baño de agua:

Tubo Ácido Alcohol

1 1 mL Ácido Acético Glacial 1,5-2 mL de Alcohol Amílico

2 1 mL Ácido Acético Glacial 1,5-2 mL de Alcohol Isoamílico

3 1 mL Ácido Acético Glacial 1,5-2 mL de Alcohol Butílico

4 1 mL Ácido Acético Glacial 1,5-2 mL de n-Octanol

5 1 punta de espátula de Ácido Benzoico 1,5-2 mL de Alcohol Etílico

6 1 punta de espátula de Ácido Benzoico 1,5-2 mL de Alcohol Metílico

7 1 punta de espátula de Ácido Salicílico 1,5-2 mL de Alcohol Metílico

Una vez adicionado el ácido sulfúrico a las mezclas de alcohol-ácido, calentar unos minutos a baño maría y

luego sentir el aroma del producto obtenido. Formular las reacciones que tienen lugar.

Cuestionario:

1) Describe, mediante ecuaciones químicas balanceadas, las reacciones de esterificación de Fisher que permiten

obtener a los siguientes productos (describa el mecanismo de reacción para al menos una de las reacciones):

a) Acetato de n-Propilo

b) Butanoato de n-Butilo

c) Salicilato de Etilo

d) Pentanoato de n-Pentilo

e) Fenilacetato de Isopropilo

2) ¿Por qué es necesario agregar ácido sulfúrico? ¿Qué ácido podría emplearse para reemplazar al mismo?

3) ¿Por qué deben mantenerse las condiciones de la reacción lo más anhidras posibles? Ilustrar con ecuaciones

químicas balaceadas.

4) Explicar el objetivo de las siguientes operaciones realizadas en la síntesis del benzoato de metilo:


a) Calentamiento a reflujo. Realizar un esquema del equipo empleado.

b) Extracción con cloroformo.

c) Lavado con agua.

d) Lavado con solución de carbonato ácido de sodio.

e) Tratamiento con sulfato de sodio anhidro.

f) Destilación. Realizar un esquema del equipo empleado.

5) La mayoría de los ésteres fabricados para ser usados como aromatizantes no se purifican por recristianización

¿a qué se debe este hecho?

6) En el laboratorio de química orgánica se adapató un aparato de reflujo que contenía 87,5 mmol de ácido

acético glacial (δ= 1,05 g.cm-3) con 100 mmol de etanol 96 % V/V (δ Etanol Absoluto= 0,789 g.cm-3), y se agregó 1

mL de ácido sulfúrico concentrado. Luego de una hora de reflujo, se purificó adecuadamente el éster obtenido,

registrándose 7,8 mL de producto (δ= 0,9 g.cm-3). Se pide:

a) Formular la reacción de esterificación de Fisher que permite obtener al acetato de etilo.

b) Plantear el mecanismo de la reacción.

c) Calcular el volumen de cada uno de los reactivos que son necesarios emplear.

d) Justificar cuál es el reactivo en exceso.

e) Determinar el rendimiento de la reacción.

7) Se tienen 100 mL de solución que contiene 1 g de aspirina. Para extraer la misma se colocan en una ampolla

de decantación y se agregan 60 mL de éter etílico.

a) ¿Qué masa de aspirina se separó de la fase acuosa?

b) Repetir el cálculo si se realizan dos extracciones con 30 mL de éter.

Datos: Solubilidad en éter etílico= 4,27 g/100 mL – Solubilidad en agua= 1,22 g/100 mL

c) Si se cambiara el éter etílico por acetato de etilo ¿se realizará una mejor extracción de la solución acuosa

respecto al éter etílico? Justifica tu respuesta. Solubilidad en acetato de etilo= 0,453 M.

8) En un equipo de reflujo se colocan 3,4 g de ácido salicílico con 7 mL de metanol (δ= 0,792 g.cm-3) con 1 mL

de ácido sulfúrico concentrado, y se calentó 45 minutos a reflujo. Una vez finalizado este calentamiento se le

agrega agua hasta completar 20 mL (la fase se mantiene homogénea) y se extrae dos veces con 5 mL de n-

octanol reuniéndose estas fases (inmiscibles con la fase acuosa). Sabiendo que el coeficiente de reparto

octanol-agua del salicilato de metilo es 355, determina el volumen de éster obtenido si la densidad del mismo

es 1,18 g.cm-3.

9) Describe brevemente el fundamento del ensayo de la determinación del punto de ebullición de Siwoloboff

¿qué ocurriría con el valor registrado si el éster no se encontrará seco? ¿qué ensayo podría realizar para

verificar la formación de un éster? Descríbalo.

10) El 2-aminobenzoato de metilo es un éster que se emplea para fabricar aromatizantes con olor a uva. El mismo

puede fabricarse a partir de la esterificación de Fisher del ácido 2-aminobenzoico con metanol catalizada por

la acción del ácido fosfórico.

En un experimento se partió de los reactivos antes enunciados para obtener 5 g de 2-aminobenzoato de metilo.


a) Formular la reacción que tiene lugar y desarrollar el mecanismo de reacción.

b) Teniendo en cuenta que el punto de fusión del éster obtenido es 42 °C ¿qué técnica (o técnicas) emplearía

para purificar al mismo una vez separado? Justifique su respuesta.

c) ¿Será necesario realizar un calentamiento a reflujo para obtener este éster?

d) Calcular qué masa de ácido 2-aminobenzoico y qué volumen de metanol (δ= 0,792 g.cm-3) son necesarios

para obtener los 5 g requeridos si la reacción tiene un 67 % de rendimiento.

Bibliografía:

Guía de trabajos prácticos de química orgánica II del profesor Diego Amato – Obtención de un éster:

Benzoato de Metilo.

Shriner. Identificación Sistemática de Compuestos Orgánicos. Editorial Limusa.

Ilustraciones realizadas por Facundo Daniel Agostini.

trabajos practicos de quÍmica orgÁnica ii · 1 profesor luca terraciano material del laboratorio...

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