bloque 3

Laboratorio de Química

Grado en Química 2º curso

Curso 2012-2013

Bloque 3:

Síntesis, purificación y caracterización de

compuestos orgánicos

Guiones de prácticas

INTRODUCCION.

1. DATOS NECESARIOS PARA CONOCER UNA REACCION DESDE EL PUNTO

DE VISTA EXPERIMENTAL

l. Conocer la reacción y su estequiometría: reactivos, productos de reacción, subproductos o

reacciones colaterales que puedan competir.

2. Conocer las propiedades físicas de reactivos y productos, así como de los posibles

subproductos.

3. Conocer las condiciones de reacción: en qué disolvente tiene lugar (si lo hay), a qué

temperatura tiene lugar el proceso, cuánto tiempo tarda en completarse.

4. Seguir el transcurso de la reacción: observar la desaparición de los productos de partida

y/o la aparición de los productos finales. Empleo de técnicas cromatográficas (cromatografía

en capa fina - CCF-, cromatografía de gases - CG -) o espectroscópicas (espectroscopia

infrarroja - IR -, resonancia magnética nuclear - RMN-).

5. Llevar a cabo el tratamiento de la reacción: una vez ésta ha terminado, es necesario

separar el producto buscado de la mezcla de reacción - subproductos, productos de partida sin

reaccionar, catalizadores, disolventes ...

6. Purificar el producto aislado: recristalización (sólidos), destilación (líquidos), técnicas

cromatográficas.

7. Calcular el rendimiento.

8. Identificar el producto: pruebas analíticas específicas, propiedades físicas (punto de

fusión, punto de ebullición), características espectroscópicas (IR, RMN), análisis

cromatográfico (CCF, CG).

RECOGIDO EN EL CUADERNO DE LABORATORIO

2. EJEMPLO DE UN CUADERNO DE LABORATORIO

PRÁCTICA 1

PURIFICACIÓN DE MUESTRAS SÓLIDAS POR RECRISTALIZACIÓN

TÉCNICAS EMPLEADAS

Recristalización, filtración a vacío, punto de fusión, cromatografía en capa fina.

El fundamento y desarrollo de las técnicas utilizadas en esta práctica que no se vieron

durante la asignatura “Introducción al Laboratorio Químico” se encuentran descritos en los

capítulos 2 (2.3.1), 7 (7.3, 7.3.1 y 7.3.2) y 9 (9.1, 9.1.1., 9.1.2., 9.1.3., 9.2., 9.2.1.) del libro "

Técnicas experimentales en síntesis orgánica" y en los correspondientes video-tutoriales

sobre técnicas instrumentales

INTRODUCCION

El objetivo de la práctica es la purificación de un compuesto desconocido presente, de

manera mayoritaria, en una mezcla sólida. El sistema empleado es una recristalización, que se

basa en la diferencia de solubilidad del compuesto en un disolvente adecuado en frío y en

caliente. Para recristalizar un compuesto es necesario obtener una disolución saturada del

mismo en un disolvente caliente. Las impurezas insolubles en caliente se eliminan por

filtración. El enfriamiento de esa disolución, con la consiguiente disminución de la

solubilidad del compuesto, produce la cristalización del mismo. Ello nos permitirá separarlo

por filtración. Las impurezas que sean más solubles que nuestro compuesto en el disolvente

frío, quedarán en la disolución que hemos descartado.

Una vez purificado se identificará el compuesto por su punto de fusión y por

cromatografía en capa fina. La cromatografía en capa fina permitirá, además, comprobar si el

producto está libre de cualquier otra sustancia que absorba en el ultravioleta. El compuesto

será uno de estos tres: ácido benzoico (sólido blanco, p.f.=122°C), acetanilida (sólido blanco,

p.f.=113°C) o ácido salicílico (sólido blanco, p.f.=158°C). En cualquier caso, la

determinación exacta del punto de fusión requiere que el producto esté completamente seco.

PARTE EXPERIMENTAL

Calentar sobre una placa calefactora en un erlenmeyer de 100 mL unos 90 mL de agua

destilada hasta casi ebullición. Sobre este erlenmeyer se puede colocar el embudo cónico

provisto de un filtro de pliegues para que se vaya calentando, o en su defecto meter el

embudo con el papel en la estufa. Colocar en otro erlenmeyer la mezcla problema (esta

operación debe utilizarse para pesar la muestra suministrada), añadirle 30 mL de agua

caliente y calentar, con agitación magnética, hasta ebullición. Si la muestra no se ha disuelto

añadir poco a poco más agua caliente, esperando después de cada adición a que llegue a

ebullición para asegurarse de que no se disuelve toda la mezcla. La adición debe continuar

hasta que no se aprecie reducción en la parte insoluble, ya que algunas impurezas pueden no

disolverse nunca. Es importante no excederse en la adición de disolvente (agua en nuestro

caso) para evitar problemas en la cristalización posterior.

La disolución caliente con impurezas insolubles se filtra a través del embudo

previamente calentado y sobre un erlenmeyer limpio también caliente (*antes de esta

filtración, podemos pasar una pequeña cantidad del disolvente caliente que nos queda sin

usar a través del papel de filtro y el embudo para asegurarnos de que ambos se encuentren

también calientes). La disolución que se recoge se deja enfriar a temperatura ambiente y si es

preciso en baño de hielo.

Los cristales que aparecen se filtran en un Buchner, provisto de un papel de filtro del

tamaño adecuado, y para arrastrar los cristales que queden pegados en las paredes del

erlenmeyer se utiliza una pequeña cantidad del disolvente frío (en nuestro caso agua

destilada). Finalmente los cristales se lavan con disolvente frío y se secan por succión.

Una vez eliminada toda el agua por succión, en este experimento, es necesario secar

el sólido introduciéndolo en la estufa a una temperatura adecuada.

Mientras se termina de secar el sólido en la estufa, se toma una pequeña muestra y se

realiza una cromatografía en capa fina del compuesto recristalizado en hexano/AcOEt (1/1)

pinchando en la misma placa cromatográfica los tres posibles compuestos como referencia.

Cuando el sólido está bien seco se pesan los cristales obtenidos, se determina su punto

de fusión y se identifica el compuesto.

DATOS DEL PRODUCTO PURIFICADO

Número de la muestra:

Peso inicial de la muestra: Peso del producto purificado:

Punto de fusión: Color:

Eluyente Rf:

Nombre del compuesto Fórmula desarrollada del producto:

PRÁCTICA 2

OBTENCIÓN DE CLORURO DE TERC-BUTILO

REACCIÓN

C H 3

C

C H 3

O H H 3 C + HCl

CH3

C

CH3

ClH3C + H 2 O

PRECAUCIONES

- HCl 12M es irritante y tóxico: hacer trasvases y medidas en vitrina.

- Tirar los residuos acuosos ácidos al bidón de residuos dispuesto para ello.

TÉCNICAS EMPLEADAS

Extracción, destilación.

MODO OPERATIVO

En un matraz de 100 mL se colocan 12,5 mL de terc-butanol. Se agregan lentamente y

en vitrina 50 mL de HCl 12M y se agita la mezcla durante 15 min a temperatura ambiente.

Se pasa la disolución a un embudo de decantación. Se desecha la capa acuosa. La fase

orgánica se lava con 10 mL de disolución de carbonato de potasio al 5%. Se desecha la fase

acuosa.

El líquido se pasa a un erlenmeyer y se seca con sulfato de magnesio anhidro, se filtra

por gravedad y el líquido se destila.

Se recoge la fracción que hierve entre 48 y 54°C. (Recoger el destilado en baño de

hielo). Se pesa y se calcula el rendimiento.

Realizar la prueba analítica.

PRUEBA ANALÍTICA

Reacción con AgNO3: Colocar varias gotas del producto obtenido en un tubo de ensayo,

añadir unas gotas de disolución acuosa de nitrato de plata y observar el resultado.

PRÁCTICA 3

OXIDACIÓN DE DIFENILMETANOL A BENZOFENONA

REACCIÓN

PRECAUCIONES

- El óxido de cromo es un oxidante fuerte. Evitar su contacto con la piel o la ropa. Utilizar

guantes para su manipulación.

- El acido sulfúrico es un ácido fuerte. Evitar su contacto con la piel o la ropa. Además, la

adición sobre la disolución acuosa de CrO3 es exotérmica.

- La disolución de ácido crómico acuoso, preparada a partir de óxido de cromo y sulfúrico, es

altamente corrosiva. Utilizar guantes para su manipulación.

- No tirar a la basura los residuos de celita+especies de cromo. Depositarlos en un

recipiente especial.

- La acetona y el éter son inflamables.

- Durante la extracción (tratamiento) depositar la primera fase acuosa en un recipiente

destinado a ello.

TÉCNICAS EMPLEADAS

Reacción en baño de hielo, extracción, CCF, destilación a presión reducida (rotavapor)

El montaje experimental para poner una reacción a temperatura inferior a la ambiente se

encuentra descrito en el capítulo 5, apartados 5.1.4 y 5.2.1B del libro " Técnicas

experimentales en síntesis orgánica" y en el video-tutorial sobre “Cómo poner una

reacción”

MODO OPERATIVO

Se prepara una disolución de 1 g de difenilmetanol en 15 mL de acetona y se enfría la

disolución en baño de hielo. Sobre ella se añaden en dos porciones 1,8 mL de la disolución

OH O

+ 2 H2CrO43 3 + 2 Cr3+

de ácido crómico 2,7 M, agitando vigorosamente después de cada adición. Finalizada la

adición, se agita vigorosamente el matraz durante 10 min, manteniéndolo en baño de hielo.

Se añade después 1 mL de isopropanol y se agita de nuevo. La mezcla de reacción se

filtra a través de un lecho de celita en una placa filtrante y el precipitado verde oscuro se lava

bien con acetona fría. La disolución acetónica debe ser transparente e incolora, o con un

ligero tinte verdoso. Se evapora la acetona en el rotavapor, se añaden al residuo 35 mL de éter

y se lava la fase etérea con agua (2 ó 3 veces con un volumen de 20 ml cada vez) hasta pH

neutro. Secar con MgSO4, filtrar y evaporar el disolvente.

La presencia del producto final se puede comprobar por cromatografía en capa fina

PRÁCTICA 4

NITRACIÓN DE BROMOBENCENO

REACCIÓN

PRECAUCIONES

- Atención a los ácidos HNO3 y H2SO4: manipularlos en la vitrina con mucho cuidado.

- Llevar a cabo la reacción en la vitrina.

- Los productos de la reacción son muy irritantes. Utilizar guantes. Evitar todo contacto

con la piel y los ojos.

- No tirar el producto de reacción a la papelera, sino al envase dispuesto a tal efecto.

TÉCNICAS EMPLEADAS

Filtración a vacío, CCF, recristalización.

MODO OPERATIVO

Se prepara en la vitrina una mezcla de 11 mL de HNO3 concentrado (65%) y de 8 mL

H2SO4 concentrado (96%) en un matraz de 50 mL (hacer la mezcla sulfonítrica en baño de

hielo). Sobre ella se añaden en tres porciones y con agitación 4,2 mL de bromobenceno. La

mezcla de reacción se agita durante 30 minutos, manteniéndola en baño de agua. (Acoplar un

refrigerante al matraz por si se desprenden muchos vapores nitrosos). A continuación se vierte

con cuidado y con agitación sobre 40 mL de agua-hielo picado, observándose la aparición de

un sólido. El precipitado se aísla por filtración a presión reducida, se lava bien con agua y se

comprueba su pureza por cromatografía en capa fina, pudiéndose también comprobar si queda

algo de bromobenceno (eluyente: hexano-CH2Cl2 3:1). Una vez seco, se purifica por

recristalización de etanol.

Se seca, se pesa y se calcula el rendimiento. Se realiza otra cromatografía de capa fina

en hexano-CH2Cl2 3:1 para comprobar la pureza del isómero obtenido (pinchar en la misma

capa fina las aguas madres). Caracterizar el isómero por medida del punto de fusión.

Br

H2SO4

HNO3

Br

NO2

Br

NO2

+

PRÁCTICA 5

DESHIDRATACIÓN DE ALCOHOLES

REACCIÓN

OH H3PO4+

PRECAUCIONES:

- El material de vidrio debe estar limpio y seco.

- Las destilaciones se realizan con un baño de agua que inicialmente debe estar a temperatura

ambiente y que se calentará progresivamente.

TÉCNICAS EMPLEADAS

Destilación.

MODO OPERATIVO

Se colocan 12,5 g de 2-metilbutan-2-ol y 5 mL de ácido ortofosfórico del 85% en un

matraz de 100 mL y se agita la mezcla a fondo. Se adapta al matraz un sistema de destilación,

utilizando para recoger el destilado un erlenmeyer sumergido en un baño de agua-hielo. Se

calienta la mezcla de reacción en un baño de agua y se recoge el producto que destila por

encima de 31°C (la temperatura del baño de agua debe de ser de ~70ºC, para que la reacción

tenga lugar en un tiempo razonable; puede subir hasta 80ºC). Se seca el destilado con sulfato

de magnesio anhidro sin retirarlo en ningún momento del baño de agua-hielo.

Se limpia y seca el equipo de destilación. Se decanta entonces el destilado (sin filtrar)

en un matraz de 100 mL y se vuelve a destilar calentando en un baño de agua que

inicialmente debe estar a temperatura ambiente y que se calentará progresivamente. Se recoge

la fracción que hierve a 31-38°C, se pesa y se calcula el rendimiento.

Realizar las pruebas analíticas características de alquenos

PRUEBAS ANALÍTICAS.

- Con permanganato de potasio: colocar 10 gotas de disolución acuosa de KMnO4 en un tubo

de ensayo, añadir 3 gotas del alqueno, agitar y observar el cambio de color.

- Con bromo: Colocar 10 gotas de bromo en diclorometano en un tubo de ensayo, añadir 3

gotas de alqueno y observar el cambio de color.

PRÁCTICA 6

SÍNTESIS DE FENACETINA

REACCIÓN

HN

O

CH3

HO

EtI, K2CO3

acetona

HN

O

CH3

O

PRECAUCIONES

- El yoduro de etilo es tóxico por inhalación (reacción y tratamiento en vitrina).

TÉCNICAS EMPLEADAS

Reflujo, extracción, rotavapor, CCF, recristalización.

El montaje experimental para poner una reacción a temperatura superior a la ambiente se

encuentra descrito en el capítulo 5, apartados 5.1.3 y 5.2.1C del libro " Técnicas

experimentales en síntesis orgánica y en el video-tutorial sobre “Cómo poner una reacción”

MODO OPERATIVO

IMPORTANTE: adaptar las cantidades del guión para 1,7 g de p-acetamidofenol

En un matraz se depositan 10 mmol de p-acetamidofenol, 2,90 g de carbonato de

potasio anhidro en polvo, 17 mL de acetona seca y 1,6 mL de yoduro de etilo, y la mezcla se

calienta a reflujo durante 1h 30 min. Tras comprobar por CCF la evolución de la reacción, la

mezcla de reacción se enfría en un baño de agua, se añaden 30 mL de AcOEt, se filtra y la

disolución se vierte directamente al embudo de decantación. La fase orgánica se lava con

disolución acuosa al 5% de NaOH (3×25 mL) y con disolución saturada de NaCl (25 mL), se

seca y se evapora el disolvente. Verificar por CCF la composición del sólido obtenido. Este se

purifica por recristalización y se mide su punto de fusión.

NOMBRE: FECHA: REACCIÓN

REACTIVOS

Nombre PM g mL mmol d p. f. p. eb.

CONDICIONES DE REACCIÓN

Temperatura Tiempo Disolvente

TRATAMIENTO DE LA REACCIÓN

PURIFICACIÓN

PRODUCTO

Nombre PM g mmol Rdto.

IDENTIFICACIÓN

Propiedades físicas

p. f. (medido) p. f. (teórico) p. eb. (medido) p. eb. (teórico)

Características espectroscópicas

RMN

IR

Pruebas analíticas

Solubilidad

Resultados de CCF (ver detrás)

DATOS DE PRÁCTICAS ANTERIORES

RESULTADOS DE CCF: