Manual Parcial de Quimica Organica 11

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UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUÍMICA ORGÁNICA EXPERIMENTAL 1 MANUAL DE LABORATORIO. BARRANQUILLA 2000 1

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UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICOFACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

QUÍMICA ORGÁNICA EXPERIMENTAL 1MANUAL DE LABORATORIO.

BARRANQUILLA2000

1

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NORMAS GENERALES PARA EL DESARROLLO DELAS PRACTICAS DE LABORATORIO

Para lograr un excelente desarrollo de las prácticas en el laboratorio, deben de tenerse en cuenta las siguientes normas, y otras que el profesor le señale oportunamente:

1. Llegue a tiempo al laboratorio. Las prácticas están normalmente programadas para ocupar todo el tiempo asignado.

2. Leer cuidadosamente las guías antes de cada período de trabajo y nunca llegue al laboratorio sin estar enterado de lo que va a hacer. Consulte al instructor o profesor siempre que tenga dudas.

3. No se permitirá a ningún estudiante entrar al laboratorio sin su bata, gafas de seguridad, máscara de seguridad y manual o guía de práctica.

4. El material de trabajo es propiedad de la institución y debe ser devuelto en las mismas condiciones en las cuales le fue entregado. El estudiante debe reponer en un lapso máximo de dos semanas todo material que dañe o rompa.

5. Antes de iniciar su trabajo revise el material, puede estar deteriorado o inservible y se le puede cobrar a usted. Avise al monitor si encuentra algo fuera de lo normal.

6. Lave perfectamente todo el material que va a emplear. Igualmente entréguelo limpio y seco. Ningún estudiante puede retirarse del laboratorio sin el cumplimiento de lo anterior.

7. En todos los trabajos es indispensable la limpieza, exactitud, paciencia y el orden,

8. En el laboratorio está prohibido realizar cualquier actividad diferente a las contempladas en la guía, salvo que exista autorización expresa del profesor. Por lo tanto no fume, no camine innecesariamente, no juegue, etc.

9. Use los reactivos en las cantidades y concentraciones que se indican en la guía.

10. No se retire del laboratorio sin motivo justificado. El profesor puede dejarlo fuera del salón el resto de la experiencia.

11. Confíe en su trabajo e informe siempre los resultados obtenidos por usted. No copie resultados de sus compañeros u otros grupos, pues ellos pueden estar equivocados.

12. Utilice siempre la bata para realizar las prácticas. La bata lo protege a usted y a su ropa de muchos accidentes.

13. Presente su informe cuándo se le indique, nunca después sin justa causa.

14. Los desechos sólidos que no sean reactivos ni estén contaminados deben ser arrojados a los recipientes destinados para ello. Los solventes y reactivos son eliminados de acuerdo con las instrucciones del profesor. No los vierta a los sumideros sin autorización.

15. Al emplear pipetas o goteros no los intercambie de recipiente o frasco donde se suministre el reactivo pues se contaminan las sustancias, daña la experiencia y el resto del reactivo. Los reactivos usados nunca deben volverse a vaciar en los frascos.

16. En caso de accidente (quemadura, contacto del reactivo con la piel u ojos, heridas, etc.) avise inmediatamente al profesor o al monitor. En las guías se indica cuando debe aumentar sus precauciones; sin embargo, como norma general, trabaje siempre con

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extrema cautela.

17. Nunca destruya los rótulos de los frascos. Al concluir la práctica revise las llaves del agua y del gas.

18. Nunca pruebe una sustancia del laboratorio sin autorización del profesor. Para oler una sustancia, ventile sus vapores hacia su nariz. No debe llevarse las manos impregnadas de sustancias químicas a los ojos, boca o nariz. No utilice los implementos de laboratorio para beber en ellos.

19. La dedicación al trabajo, puntualidad, corrección en el comportamiento, limpieza en el sitio de trabajo y la adecuada metodología empleada serán aspectos muy importantes en la evaluación de cada práctica.

20. Nunca caliente solventes inflamables (éteres, cetonas, hidrocarburos...) aún en pequeñas cantidades con una llama cerca, amenos que el solvente esté en un recipiente unido a un condensador. No transfiera inflamables de un recipiente a otro cerca de una llama.

21. No caliente un sistema cerrado.

22. Jamás pipeteé ácidos, bases o sustancias tóxicas con la boca.

23. No hacer vacío en recipientes de vidrio delgado.

24. Al transferir o manejar materiales que desprendan vapores nocivos, trabaje en un a vitrina con succión. Algunos de estos materiales son: Tricloruro de fósforo, bromo, ácido clorosulfónico, cloruro de benceno sulfonilo, ácido nítrico fumante, cloruro de acetilo, ácido clorhídrico y sulfúrico concentrado.

25. Para diluir ácido sulfúrico, este debe agregarse muy lentamente al agua, pero nunca el agua al ácido.

EN CASO DE ACCIDENTES.

Los accidentes más comunes en el laboratorio son cortaduras leves y quemaduras. En caso de cortadura se aplica un antiséptico y un vendaje. Sin embargo si hay sangrado fuerte acudir al auxilio médico. Recordar que tanto el material de vidrio como metálico caliente tiene la misma apariencia del material frío.

En caso de fuego el estudiante ante todo debe retirarse del peligro y en ningún caso hacer esfuerzo precipitado para extinguir las llamas. Solamente después de que la seguridad personal esté ha salvo, debe considerarse la manera de apagar el fuego.

Si el vestido prende fuego, es imperativo que la persona no corra si no que se acueste y de vueltas. Con ello se sofocan las llamas y se apartan de la cabeza. El fuego debe ser sofocado por el vecino con una toalla o cualquier prenda húmeda.

Puesto que en unos pocos segundos de demora pueden resultar lesiones serias toda persona debe de evitar entrar en pánico y pensar con anticipación lo que haría en caso de que tal emergencia se le presentara a el o a su vecino.

Si le caen en los ojos reactivos corrosivos o calientes:

Lo más importante es lavar los ojos con abundante agua fresca. Tan pronto como se halla lavado la parte exterior, debe abrirse con los dedos (preferiblemente por un compañero) e

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irrigarlos con abundante agua. Consultar al médico tan pronto sea posible, cualquier demora puede ser peligrosa.Cada estudiante debe localizar la llave del agua más cercana al puesto de trabajo, la ducha lava ojos y la ducha para fuego.

Cuando los reactivos corrosivos caen sobre la piel, el tratamiento general consiste en restregar la parte afectada inmediatamente con agua y jabón (preferente con jabón de tierra).

En caso de quemaduras con reactivos químicos, no es recomendable usar ungüentos grasosos ya que estos ayudan a que el reactivo penetre en los tejidos.

COMPORTAMIENTO DE PERSONAS Y GRUPOS

La actitud que asumamos como personas integrantes de un grupo será el factor principal que determine el éxito y la eficacia de la actividad en el laboratorio. Debemos cultivar actitudes tales como:

a) Seriedad. Actitud que debemos guardar tanto dentro de nuestro grupo de trabajo como en la relación con otros grupos bien sea para consultar, corregir, ampliar o emitir opiniones.

b) Interés. Disposición de ánimo que debe conservarse en todo trabajo científico. El interés nos lleva a indagar, a ampliar conocimientos y, sobre todo, a salvar cualquier obstáculo que pueda presentarse.

c) Orden. El cual ha de tenerse tanto en el desarrollo de los procesos o pasos como en las diferentes actividades que ello implique: en el manejo de aparatos de uso común, en la exposición de opiniones y en las discusiones que deben efectuarse a media voz. El orden permite concentrarse exclusivamente en el tema de la clase.

d) Colaboración. Actitud indispensable, que debemos convertir en hábito, tanto para el trabajo en grupo como para cualquier otra actividad.

MANEJO DE APARATOS E INSTRUMENTOS

1. Para su utilización hay que ceñirse estrictamente tanto a las explicaciones del profesor como a las indicaciones de la guía. Si tiene dudas, no lo utilice, consulte al profesor.

2. Debe recordarse que todos son aparatos técnicos, sensibles, costosos y de difícil consecución pues, en su mayoría, no se producen en el país. Por lo tanto, todo cuidado que tengamos con ellos redundará en nuestro propio beneficio, en bien de la institución y de los futuros estudiantes.

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PRESENTACIÓN

a siguiente compilación de prácticas de laboratorio para Química Orgánica 1 ha sido

desarrollada recogiendo las guías experimentales que hemos venido ejecutando en los

cursos correspondientes a la asignatura durante los últimos 2 años. Se han ensayado las

modificaciones a las prácticas habituales y, por demás, tradicionales tratando de adaptarlas al

esquema de prácticas a mediana o pequeña escala con el propósito de: a) disminuir los

riesgos de contaminación y daños a los equipos, instalaciones y personas; b) economía de

tiempo, recursos y esfuerzos; c) adecuarnos a los tiempos modernos en docencia de la

química orgánica.

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CONTENIDO

PRIMERA PARTE

Práctica 1. TEMPERATURA DE EBULLICIÓN

Práctica 2. SUBLIMACIÓN Y TEMPERATURA DE FUSIÓN

Práctica 3. SOLUBILIDAD Y RECRISTALIZACIÓN

Práctica 4. EXTRACCIÓN CON SOLVENTES

Práctica 5. DESTILACIÓN SENCILLA

Práctica 6. DESTILACIÓN FRACCIONADA

Práctica 7. CROMATOGRAFÍA EN CAPA DELGADA

Práctica 8. REACCIONES DE HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS

Práctica 9 OBTENCIÓN DE ACETILENO Y PROPIEDADES DE ALQUINOS

Práctica 10. REACCIONES DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS Y NITRACIÓN DE ACETANILIDA

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PRÁCTICA 1

TEMPERATURA DE EBULLICIÓN

INTRODUCCIÓN

Las moléculas de un compuesto líquido están en continuo movimiento y aquellas moléculas más energéticas que se hallan en la superficie pueden escapar a la fase gaseosa. Si se coloca un compuesto líquido en un recipiente cerrado se escaparán moléculas de la fase líquida a la fase gaseosa y el número de ellas en esta fase aumentará hasta que la velocidad con la cual las moléculas en la fase gaseosa reingresan al líquido sea igual a la velocidad con la cual se escapan. En este momento el sistema se encuentra en equilibrio y la presión en la fase gaseosa debida a las moléculas del compuesto es lo que se llama la presión de vapor del compuesto. Esta presión de vapor depende de la temperatura a la que se halle el compuesto líquido; como se puede observar en la figura 1 para cierto compuesto. A mayor temperatura, mayor energía cinética de las moléculas del compuesto líquido, por lo tanto mayor tendencia a escapar a la fase gaseosa y en consecuencia aumentará la presión de vapor.

Cuando un compuesto líquido en un recipiente abierto se empieza a calentar paulatinamente va aumentando su presión de vapor hasta que llega un momento en que ésta se hace igual a la presión atmosférica. Cuando esto sucede, el líquido ha alcanzado su punto de ebullición. En el punto de ebullición la presión de vapor contrarresta la presión atmosférica y en el seno del líquido, al no sentirse presión, se forman burbujas permitiendo así que la vaporización ocurra en muchos puntos dentro del líquido. En el punto de ebullición la velocidad de vaporización ha aumentado drásticamente puesto que ocurre en la superficie y en el seno mismo del líquido. El punto de ebullición de un líquido depende de la presión externa llamándose punto de ebullición normal cuando la presión externa es una atmósfera. La presión externa puede reducirse (por medio de una bomba de vacío, esto se conoce como punto de ebullición a presión reducida), dando lugar a que el líquido bulla a una temperatura más baja que la normal. Esto es especialmente útil en líquidos que posean altas temperaturas de ebullición.

Figura 1. Variación de la presión de vapor del agua con la temperatura.

Los puntos de ebullición se utilizan en la identificación de compuestos líquidos y aún de

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sólidos de bajos puntos de fusión. También, por su valor y por la precisión en su rango, se utilizan como criterio de pureza en muestras de compuestos.

OBJETIVOS

Desarrollar habilidad y destreza en la determinación de puntos de ebullición. Manipular adecuadamente los implementos necesarios para determinar puntos de

ebullición. Determinar el punto de ebullición del agua a presión atmosférica y reducida por el método

común. Determinar la presión de vapor del agua en el punto de ebullición. Determinar la temperatura de ebullición de muestras desconocidas por el método del

capilar.

MATERIALES (EQUIPOS E IMPLEMENTOS)

1 Banda de caucho o hilo. 1 Erlenmeyer de filtración al vacio de 250 mL1 Tubos de ensayo. 2 Capilares cerrados en un extremo.1 Malla metálica. - Piedritas de ebullición.1 Trípode o aro metálico con soporte. Agua.1 Mechero y manguera. 1 Termómetro (0º - 100º C). Glicerina o aceite mineral. Bomba de vacío.1 Beacker pequeño o tubo de Thiele

PARTE EXPERIMENTAL

1. Punto de ebullición del agua a presión atmosférica y a presión reducida por el método del micro-reflujo.

Arme el equipo mostrado en la figura 1. Colocar aproximadamente 100 mL de agua en un erlenmeyer. Adicionar uno o dos pedacitos de piedras de ebullición (material poroso) para asegurar que el líquido bulla uniformemente. Ajustar el termómetro de tal forma que el bulbo este por encima de la superficie del líquido. Calentar el sistema gradualmente hasta alcanzar la temperatura de ebullición. Anotar el valor cuando la temperatura permanece constante durante unos 15 a 20 segundos.Reemplazar el agua caliente por agua fría y conectar el desprendimiento lateral del erlenmeyer por medio de una manguera rígida a un sistema de vacío. Hacer succión y calentar suavemente el sistema hasta el punto de ebullición a presión reducida. Anotar el valor de temperatura. Comparar las dos temperaturas de ebullición y estimar la presión de vapor del agua para cada temperatura de ebullición extrapolando en la figura 2

2. Punto de ebullición por el método del capilar.

Se toma un capilar cerrado y se sumerge con la parte cerrada hacia arriba en un tubo de ensayo que contenga una pequeña cantidad de la muestra líquida, aproximadamente 2 mL. El tubo de ensayo se calienta en un baño de aceite. Inicialmente se observará el desprendimiento de burbujas de aire atrapado dentro del capilar. El calentamiento debe realizarse a una velocidad aproximada de uno a dos grados por minuto hasta cuando el burbujeo sea constante, en este momento se detiene el calentamiento y se registra la temperatura. Cuando dejan de salir las burbujas del tubo capilar y el líquido ascienda por este se lee nuevamente la temperatura, en este momento la presión de vapor dentro y fuera del capilar es igual a la presión atmosférica. La temperatura que se lea en el termómetro será el punto de ebullición aproximado.

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Figura 2. . Aparato para punto de ebullición a presión atmosférica.

Realizar este procedimiento a 2 mL de agua y a 2 mL de un líquido problema asignado por el profesor el cual puede ser cualquiera de las siguientes sustancias:

Sustancia Punto de ebullición normal (°C)

Acetona 56Ciclohexano 81.4Cloroformo 61Metanol 65Etanol 78

PREGUNTAS

1. Consulte sobre los principios fisicoquímicos de la ebullición y del punto de ebullición corregido.

2. ¿Cuál será el punto de ebullición a 200 mm Hg de un compuesto según la figura 2? Explique.

3. ¿Se pueden comparar directamente los puntos de ebullición medidos en Barranquilla con los puntos de ebullición normales reportados en la literatura?

4. A un hidrocarburo desconocido se le midió su punto de ebullición normal y dio 81º C. también se le midió su densidad dando 0,724. Consultando textos o manuales apropiados identifique el hidrocarburo explicando su procedimiento.

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PRÁCTICA 2

SUBLIMACIÓN Y TEMPERATURA DE FUSIÓN

INTRODUCCIÓN

SUBLIMACIÓNExisten sólidos cuya presión de vapor alcanza el valor de 1 atm antes de llegar a su punto de fusión, es decir, por debajo de la temperatura en la que la presión de vapor de la sustancia sólida es igual a la de su transformación al estado líquido. Para tales sólidos, en la curva presión de vapor-temperatura (A-X en la figura 1) la presión de 760 mm corresponde a una temperatura inferior a Tx, o dicho de otra manera, la presión de vapor Px, correspondiente al punto de fusión, Tx es superior a 760 mm.

Px

TxTs

Líquido

Sólido

Temperatura

Presión de vapor

X

A

760 S

Figura 1. Presión de vapor para una sustancia pura contra la temperatura.

Cuando un sólido de este tipo se calienta a la presión de una atmósfera, tan pronto como se alcanza la presión de vapor de 760 mm, el sólido pasa directamente desde el estado sólido a la fase de vapor a temperatura constante. Al enfriarse, pasará directamente a la fase sólida. Este proceso recibe el nombre de sublimación. La sublimación es usualmente muy fácil para aquellos materiales que no posean interacciones intermoleculares fuertes. La principal desventaja de la técnica de sublimación es que no es un proceso muy selectivo.

La sublimación se puede efectuar, tanto a presión atmosférica como a presión reducida. Para estos fines se han ideado varios montajes, uno del más sencillo es el utilizado en esta práctica. Se purificará por sublimación el alcanfor o naftaleno contaminado. El alcanfor y el naftaleno son sustancias orgánicas baratas que pueden obtenerse comercialmente. El alcanfor también es producto de oxidación de muchos recursos naturales.

TEMPERATURA DE FUSIÓNEl punto de fusión es una constante física muy utilizada en la identificación de compuestos orgánicos sólidos. El punto de fusión se define como la temperatura a la cual un sólido pasa al estado líquido. En las sustancias puras el paso del estado sólido a líquido se lleva a cabo a una temperatura constante, la cual no experimenta muchas variaciones con los cambios de presión pero si con la presencia de impurezas, esto hace que el punto de fusión sea utilizado muy a menudo para establecer el criterio de pureza en un compuesto sólido.

Los puntos de fusión de las moléculas reflejan hasta cierto grado el tipo de fuerzas intermoleculares que están presentes. Un aspecto muy importante en el análisis de la temperatura de fusión de compuestos orgánicos es la estructura, por ejemplo la simetría de la molécula es un factor importante, ya que entre más simétricas sea las moléculas, estas se acomodan mejor en la red cristalina haciendo la sustancia más compacta y por lo tanto un punto de fusión más alto.

OBJETIVOS

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Purificar alcanfor o naftaleno de una muestra impura mediante sublimación. Identificar algunos montajes empleados en la sublimación de compuestos orgánicos. Determinar el punto de fusión de sustancias puras. Desarrollar habilidad y destreza en el manejo de equipos para determinar puntos de

fusión. Manipular adecuadamente los implementos necesarios para determinar puntos de fusión.

MATERIALES

a) Sublimación:EQUIPOS E IMPLEMENTOS

1 Equipo de calentamiento.1 Beacker pequeño.1 Vidrio de reloj.1 Baño de arena, aceite o de agua.1 Erlenmeyer con desprendimiento lateral.1 Espátula.

1 Tubo de ensayo.1 Tapón horadado.1 Manguera1 Balanza.

REACTIVOSGlicerina o vaselina. Hielo.Alcanfor o naftaleno contaminado.

b) Puntos de fusión:1 Mortero con su mango.2 Tubos capilares.1 Beacker pequeño.1 Malla metálica.1 Trípode o aro metálico con soporte.

1 Mechero y manguera.1 Termómetro (hasta 300º C).2 Banda de caucho o hilo.1 Espátula.1 Vidrio de reloj.

REACTIVOSGlicerina o aceite mineral. Muestras problema (Ver tabla).

MONTAJES Y APARATOS

Figura 2. (Arriba). Aparatos de sublimación tipo dedo frío a) y b) enfriados por agua; c)

enfriado por hielo.

Figura 3. (Derecha). Aparato para sublimación de alcanfor

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PROCEDIMIENTOS

a) Sublimación:Primer método: A presión ambiente. 1. Se colocan 0.200 g de una mezcla de naftaleno contaminado en un beacker limpio y seco

previamente pesado y se cubre con un vidrio de reloj conteniendo agua sobre éste. Se coloca el beacker en un baño de arena o de agua calentando cuidadosamente.

2. Terminada la sublimación se pasa el naftaleno a un papel no absorbente previamente pesado y se calcula el porcentaje de recuperación. Para calcular el porcentaje de naftaleno en la mezcla se pesa el residuo no sublimado y por diferencia se determina la cantidad de naftaleno. Comparar el porcentaje de naftaleno por ambas pesadas.

Segundo método: A presión reducida.

1. Otro montaje se arma empleando un dedo frío, el cual consiste en un erlenmeyer donde se coloca la sustancia a sublimar. Un tubo de ensayo con agua y un poco de hielo se introduce por la boca del erlenmeyer, sujetándolo con un tapón horadado. Se conecta una manguera al desprendimiento lateral y se hace succión para establecer el vacío. Se calienta en baño de arena, agua o aceite.

2. Al terminar la separación, se retira el recipiente del baño calefactor y se desconecta cuidadosamente el vacío dejando entrar lentamente aire en el recipiente. Se saca el dedo frío (tubo de ensayo) que lleva el material purificado, se retira el material del tubo de ensayo con espátula y se recoge sobre un vidrio de reloj o papel un papel tarado y se pesa. Calcule el % de recuperación.

b) puntos de fusión:1. Preparación de la muestra:La técnica más sencilla para cargar un capilar consiste en tomar una pequeña cantidad de la sustancia previamente reducida a polvo fino, colocarla sobre una espátula y apretar suavemente el extremo abierto del capilar contra ella. Generalmente basta la fricción entre el vidrio y la muestra para coger con el extremo del tubo capilar en espesor de 1 mm de muestra. Luego se lleva la muestra hasta el fondo del capilar (extremo cerrado). Existen varios métodos que el instructor explicará.

2. Determinación del punto de fusión de un compuesto puro: Monte o arme el equipo para puntos de fusión señalado en la figura XXX. Atienda las

instrucciones del profesor. Tome un punto de fusión aproximado para una muestra problema calentando rápidamente el

equipo sin exceso, hasta lograr la fusión. Deje enfriar el equipo y luego coloque otro capilar con muestra para la determinación real del

punto de fusión. Caliente el aceite hasta unos 15º C por debajo del punto de fusión aproximado observado previamente. Desde este punto hasta la fusión completa debe calentarse lentamente, a un ritmo de 1 a 2º C por minuto. Anote todos los cambios observados en la muestra, (color, textura, etc.), y el intervalo o rango de temperatura de fusión.

Anotar la temperatura cuando aparecen trazas de líquido y la temperatura cuando todo el sólido esté fundido, reportar este rango y el promedio como el punto de fusión de la muestra.

Tabla 1. Valores teóricos de temperaturas de fusión de compuestos orgánicos

SustanciaPunto deFusión Sustancia

Punto defusión

Acetanilida 114 Ácido glutárico 98Urea 133 -naftol 95Naftaleno 80,3 Ácido bencílico 151Ácido benzoico 122 Ácido adipico 153Ácido salicílico 158,3

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Figura 4. Equipos sencillos para la determinación de puntos de fusión. a) Con Beacker; b) disposición del termómetro y tubo capilar; c) a la derecha, con tubo de Thiele.

PREGUNTAS

1. Consulte sobre los principios fisicoquímicos de la fusión; isomorfismo; los diferentes equipos y aparatos para la determinación de puntos de fusión (Tubo de Thiele, dispositivo de Thomas-Hoover; de Fisher-Johns, de Mel-Temp, etc.); el calibrado del termómetro y su importancia.

2. ¿Cómo se puede explicar el hecho de que la acetona y el alcohol etílico rebajen el punto de fusión del hielo como también el punto de ebullición del agua mientras que la sal y el azúcar elevan el punto de ebullición y rebajan el punto de fusión.

3. ¿Qué es temperatura eutéctica?

4. ¿Cómo se determina el punto de fusión de grasas y ceras?

5. Un químico cree que un nuevo compuesto por el sintetizado se descompone ya en el estado líquido ligeramente por encima de su punto de fusión. Sugiera un método sencillo para verificar la hipótesis del químico.

6. Consulta los principios fisicoquímicos en los cuales se basa la sublimación.

7. Completa un listado de 20 compuestos orgánicos, como mínimo, que puedan purificarse mediante sublimación y da las condiciones de temperatura, vacío o no, etc.) en las cuales se realice el proceso.

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PRÁCTICA 3

SOLUBILIDAD Y RECRISTALIZACIÓN

INTRODUCCIÓN

La solubilidad es un parámetro determinado experimentalmente y que se define como la cantidad de sustancia que se disuelve en 100 g de solvente a una temperatura determinada. Comúnmente se refiere a la interacción de dos sustancias para formar una mezcla homogénea. De igual manera se puede referir a soluciones insaturadas y sobresaturadas de manera relativa sin indicar la cantidad de sus componentes. Una solución es insaturada cuando contiene una cantidad menor de soluto de la que se puede disolver a una temperatura determinada. Las soluciones sobresaturadas contienen una cantidad mayor de soluto disuelto que la que se podría disolver a una temperatura determinada, estas soluciones implican un equilibrio inestable. Las soluciones saturadas implican un equilibrio estable entre el soluto disuelto y el soluto sin disolver a una temperatura determinada.

Desde el punto de vista estructural, entre mayor sea la similitud de las sustancias (soluto y solvente) para formar fuerzas intermoleculares, mayor será la probabilidad de una interacción efectiva para producir una mezcla homogénea. La solubilidad es un parámetro que depende de la temperatura y en general aumenta al incrementarse la temperatura. En esta propiedad se basa el procedimiento de recristalización para purificar sólidos.

En la selección de un solvente para recristalización se debe de tener en cuenta que la solubilidad sea alta en caliente y muy baja en frío para que haya abundante producción de cristales al enfriarse la solución, el solvente no debe de reaccionar con el soluto, debe de ser volátil (bajo punto de ebullición) para ser removido fácilmente y no interaccionar con las impurezas. Cuando hay impurezas coloreadas se puede utilizar un adsorbente selectivo como el carbón activado. Este material se utiliza en muy pequeña cantidad ya que el exceso puede adsorber material a purificar.

OBJETIVOS Observar la solubilidad de algunos compuestos orgánicos en varios solventes y correlacionar este

parámetro con la estructura de las sustancias utilizadas. Purificar un sólido por recristalización utilizando el criterio de buena solubilidad en caliente y poca

solubilidad en frío. Desarrollar habilidad y destreza en el empleo de la filtración a gravedad, filtración al vacío y la

selección del solvente adecuado para la cristalización. Estudiar las bases físicas conceptuales de la cristalización como método de purificación de

compuestos orgánicos.

MATERIALESEQUIPOS E IMPLEMENTOS

1 Embudo de caña corta o sin caña6 Tubos de ensayo y gradilla.1 Equipo para filtración al vacío, pequeña escala.1 Vidrio de reloj.1 Equipo para punto de fusión.- Papel de filtro1 Capilar cerrado en un extremo.1 Equipo de calentamiento.1 Baño de hielo. Balanza.

Bomba para filtración al vacío

REACTIVOS Acetanilida o ácido benzoico impuros Agua destilada Carbón activo Acetanilida Ácido benzoico Urea Glucosa Aceite cristal o glicerina 1-butanol Etanol Hexano.

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PROCEDIMIENTOS

1. En cada uno de 6 tubos de ensayo colocar 1 mL de agua fría. Al primer tubo agregar una pizca (lo que tome en la punta de una espátula) de acetanilida, al segundo una pizca de urea, al tercero una pizca de glucosa, al cuarto una pizca de ácido benzoico, al quinto 5 gotas de aceite cristal y al sexto 5 gotas de 1-butanol. observar los resultados y anotar en cada caso si hubo solubilidad completa o no. Las muestras donde no hubo solubilidad completa se colocan en un baño de agua caliente. Observar y anotar los resultados cualitativos. Repetir todo este procedimiento con otro u otros solventes que el instructor indique.

2. Purificación de un sólido impuro. Pesar un gramo de acetanilida o ácido benzoico impuro y colocarla en un erlenmeyer de 125 mL, adicionar 30 mL de agua y llevar la mezcla a ebullición. Si no se disuelve completamente la sustancia, adicionar porciones de 2 o 3 mL de agua dejando hervir lentamente la mezcla hasta cuando todo el sólido se haya disuelto. La ebullición no debe de hacerse en forma brusca para evitar la pérdida de solvente por evaporación. Cuando todo el sólido esté disuelto agregar una pizca de carbón activado y dejar hervir lentamente durante 3 minutos. Filtrar en caliente por gravedad a través de un embudo de tallo corto. Esto se hace con el fin de impedir que haya recristalización en el papel de filtro o en el embudo. Si aparecen cristales en el papel o en el embudo se adicionan pequeñas porciones de agua caliente. El filtrado se deja enfriar en un baño de agua y luego en un baño de hielo y agua por 5 minutos hasta que precipite todo el sólido. Para separar el solvente se filtra al vacío en un embudo Buchner, cuando todo el líquido se haya filtrado mantener el vacío por 3 minutos para hacer un drenaje completo. Secar los cristales en estufa a 70 °C durante 20 minutos, pesar los cristales para calcular el porcentaje de recuperación y determinar la temperatura de fusión. Comparar con el valor reportado en la literatura.

PREGUNTAS

1. En qué se basa, estructuralmente, el proceso de recristalización como método de purificación?

2. ¿Por qué es necesario utilizar un embudo de caña corta y filtrar la solución en caliente en la primera filtración que se hace para remover impurezas insolubles?

3. ¿Cuáles son las condiciones a tener en cuenta para elegir una mezcla de solventes determinada?

4. Relacione los pares de disolventes de uso más frecuente para la recristalización en química orgánica.

5. Explique el procedimiento (experimental) usual para elegir el solvente, o mezcla de solventes, de recristalización más adecuado.

6. ¿Cuál es el uso del carbón activado en el proceso de recristalización? ¿De la celita?7. Explique ¿En qué consiste la siembra de cristales y cuáles son las técnicas de sembrado

más empleadas?8. Basándose en los puntos de fusión obtenidos ¿qué puede decirse de la recristalización

como proceso de purificación?9. Basándose en lo porcentajes de recuperación obtenidos ¿qué puede usted decir de la

cristalización como método cuantitativo de purificación? ¿Por qué se pierde compuesto a purificarse?

10. ¿Cuáles solventes utilizaría para purificar por recristalización los siguientes compuestos: naftaleno, p-nitroacetofenona, p-nitrobenzaldehído, o-fenilendiamina y benzalacetona?

11. Un ácido carboxílico superior sólido está contaminado con impurezas orgánicas. Explique ¿cómo purificaría usted el ácido por cristalización utilizando agua y acetona como una mezcla de solventes?

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PRÁCTICA 4

EXTRACCIÓN CON SOLVENTES

INTRODUCCIÓN

La extracción se define como el procedimiento mediante el cual se separa un componente de una mezcla o de una solución por medio de un disolvente. Para ello se agita la solución o suspensión que contiene la sustancia que se va a extraer con un solvente apropiado que es inmiscible con el primero que contiene la sustancia y en el cual la sustancia deseada es más soluble. El sistema se deja en reposo y los solventes forman dos capas de acuerdo a sus densidades que pueden ser separas. La extracción puede repetirse varias veces para obtener una mejor separación. Esta técnica es muy utilizada en el aislamiento y purificación de muchos productos naturales como alcaloides, hormonas, colorantes, grasas, entre otros.

Cuando el soluto es parcialmente soluble en las capas de disolventes la sustancia se distribuye entre los solventes dados. Esta distribución obedece a una constante (Kd, coeficiente de reparto) que es proporcional a la relación de las concentraciones (Co y Ca) del soluto en las capas orgánicas y acuosa respectivamente, o a la relación de las solubilidades So

y Sa respectivas.

Kd = =

En la extracción con solventes, hacer varias extracciones sucesivas con pequeños volúmenes es más eficiente que hacer una sola extracción con un volumen grande de solvente.

Algunos de los solventes orgánicos más utilizados en extracción son: éter, benceno, éter de petróleo, diclorometano, cloroformo y tetracloruro de carbono. El uso de un solvente depende de la solubilidad del material a extraer en el solvente y de la facilidad con que el solvente se puede remover del soluto. El solvente de extracción más usado por su poderosa acción disolvente sobre la mayoría de los compuestos orgánicos y su bajo punto de ebullición es el éter etílico, pero su gran inflamabilidad y su extrema volatilidad constituyen un serio problema por el peligro de incendio al evaporarlo.

OBJETIVOS Estudiar la técnica de extracción con solventes. Diferenciar entre extracción simple y extracción múltiple. y comparar su eficiencia. Aplicar la extracción para separar pigmentos vegetales.

MATERIALES

EQUIPOS E IMPLEMENTOS. 2 Beaker de 100 mL 1 Embudo de separación de 125 mL y su tapa1 Aro y su nuez 4 Erlenmeyer de 50 o 100 mL y sus corchos o

tapones1 Probeta de 50 mL 2 Erlenmeyer de 125 mL1 Beaker de 250 mL 1 EmbudoPapel de filtro

REACTIVOS. Cristal violeta CloroformoÉter de petróleo MetanolÁcido clorhídrico concentrado Nitrito de sodio

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Ácido sulfúrico (1:4).

Figura 1. (Arriba). Modo correcto de agitar un embudo de separación.

Figura 2. (Derecha). Embudo de separación en posición de vaciado.

PROCEDIMIENTOS

Parte A. Extracción sencilla:La solución de cristal violeta o violeta de genciana puede ser preparada antes disolviendo 2 mg de del colorante en 1 litro de solución. Tomar 30 mL de la solución de violeta de genciana y dividirla en dos porciones de 15 mL, guardar una porción para la parte B. Coloque una de estas partes en un embudo de separación de 125 mL y añada 15 mL de cloroformo. Tape bien el embudo y agite suavemente aliviando la presión, como lo indicó el profesor. Coloque el embudo sobre el aro permitiendo que la mezcla se separe en dos capas bien definidas. Destape el embudo y abra la llave para retirar la fase inferior en un pequeño Erlenmeyer. En otro Erlenmeyer saque la fase superior. Distinga cuál es la fase orgánica y cuál la fase acuosa. Rotule la fase orgánica como ESC (extracción sencilla cloroformo) y a la fase acuosa ESA (extracción sencilla agua). Conserve estos dos contenidos para comparación posterior.

Parte B. Extracción múltiples.La segunda fracción de la solución de Cristal violeta se extracta con tres porciones independientes de cloroformo de 5 mL cada una. Combine los extractos de cloroformo en un Erlenmeyer pequeño rotulado EMC (extracción múltiple cloroformo). La fase acuosa póngala en otro Erlenmeyer rotulado EMA (extracción múltiple agua). Compare la intensidad del color en las dos fases de cloroformo y en las dos fases acuosas.

Parte C. Extracción con una solución de hidróxido de sodio.Disolver 0.7 gramos de ácido salicílico y 0.7 gramos de 1,4-dicloro benceno en 35 mL de éter etílico y coloque la solución en un embudo de separación. Extracte la solución con una sola porción de 15 mL de hidróxido de sodio al 10 %. Saque la capa acuosa inferior en un erlenmeyer y guárdela. La fase etérea colóquela en otro erlenmeyer previamente pesado y luego evapore en una estufa el éter. Deje enfriar el recipiente y péselo. Calcule la cantidad del sólido que se ha recuperado y luego identifíquelo tomando el punto de fusión. Punto de fusión ácido salicílico=158 °C, 1,4-diclorobenceno=53 °C.

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PREGUNTAS.

1. ¿Qué diferencia hay entre coeficiente de reparto y coeficiente de distribución?2. Explique por qué la extracción múltiple es más eficiente que la extracción sencilla.3. Explique en qué consiste la extracción ácido base.4. Explique el efecto de la miscibilidad parcial de dos disolventes sobre la eficacia de la

extracción.5. ¿Por qué se debe destapar siempre un embudo de separación cuando se está sacando, a

través de la llave, el líquido que contiene?6. ¿Qué ventajas presenta para una extracción el empleo de un disolvente más pesado que el

agua o de un disolvente más ligero que el agua?7. Un agua está contaminada con cantidades muy pequeñas de aceite. ¿Cómo podría

determinar el porcentaje en peso de aceite en esa agua?8. ¿Podría utilizar la misma técnica propuesta en el problema anterior para dosificar gasolina

en el agua? Explique.9. Un compuesto X tiene un coeficiente de distribución de 10 entre benceno y agua. Si una

solución contiene 12 gramos de X en 100 mL de agua: a) ¿Cuántos gramos de X se extraen con 100 mL de benceno? b) ¿Cuántos gramos de X se extraen con 100 mL de benceno pero en dos extracciones de 50 mL? c) ¿Cuántos gramos de X se extraen con 100 mL de benceno per en 4 extracciones de 25 mL?

10. Al extraer una solución que contiene 4 gramos de ácido butírico en 100 mL de agua con 50 mL de benceno a 15ªC, pasan a la fase bencénica 2,4 gramos de ácido. ¿Cuál es el coeficiente de distribución del ácido butírico en benceno - agua a 15ªC?

11. En la preparación de anilina por reducción de nitrobenceno siempre se obtiene en el producto final un poco de nitrobenceno que no reaccionó contaminando la anilina. ¿Cómo haría para purificar la anilina por extracción?

12. Dar las reacciones químicas que sufre el ácido benzóico durante el proceso de extracción y recuperación explicando el objetivo y propósito de cada una de ellas.

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PRÁCTICA 5

DESTILACIÓN SENCILLA

INTRODUCCIÓNLa destilación es el método más frecuente e importante para la purificación de líquidos estables en su punto de ebullición. La técnica puede adaptarse también para materiales inestables en las cercanías de sus puntos de ebullición y esta modificación (destilación al vacío) se trabajará más adelante. Se utiliza siempre para separar un líquido de sus impurezas no volátiles. Para estos fines se utiliza el aparato de destilación representado en la figura.

Cuando se calienta una sustancia líquida y se dejan condensar sus vapores en un recipiente distinto del que se emplea para el calentamiento, se está llevando a cabo una destilación (debe distinguirse del proceso de sublimación). Cuando se destila una sustancia pura, se efectúa una destilación simple. Lo que realmente ocurre en este proceso es que se calienta el líquido en un recipiente (balón o matraz de destilación) hasta que se vaporiza; el vapor pasa a un refrigerante donde se convierte de nuevo en líquido y se recoge luego en un recipiente colector.

Con frecuencia se considera la destilación simple como aquélla que no requiere una columna de fraccionamiento o aquella en la que se separa un material esencialmente puro, ya sea de un componente no volátil o de otro muy minoritario. Ninguna de estas definiciones es exactamente cierta. Si el proceso de destilación implica la separación de una sustancia de otra, independientemente de la diferencia entre sus puntos de ebullición o de sus presiones de vapor, corresponde a una destilación fraccionada. Tanto para una destilación fraccionada como para una destilación simple puede emplearse un aparato de destilación simple, es decir, un aparato sin columna de fraccionamiento. Independientemente del aparato, una destilación simple sólo puede llevarse a cabo cuando se destila una sustancia pura.

OBJETIVOS Capacitar al estudiante en el manejo de la técnica de destilación simple. Establecer los principios teóricos en los cuales se basan estas técnicas con el fin de que el

estudiante pueda aplicar las variables específicas en la resolución de problemas. Separar el componente principal de una bebida alcohólica o de otro tipo de sustancia que el

instructor disponga.

MATERIALESIMPLEMENTOS Y EQUIPOS

1 Termómetro (0-300 ºC)1 Balón de fondo redondo con

desprendimiento lateral (125 mL)1 Condensador1 Alargadera- Tapones de corcho y caucho.1 Mechero

Piedritas de ebullición.1 Agitador de vidrio1 Erlenmeyer de 125 mL.1 Gradilla

REACTIVOS: Bebida alcohólica o otra sustancia indicada por el profesor.

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Figura 1. Montaje de equipo de destilación sencilla

PROCEDIMIENTOS

Arme el equipo como se muestra en la figura 1, teniendo en cuenta que la dirección del flujo de agua en el condensador debe ser de abajo hacia arriba. Explique brevemente la razón por la cual se debe tener la precaución anterior. Coloque de 50 a 100 mL de muestra alcohólica a destilar y 2 o 3 piedras de ebullición en un balón de destilación. Antes de iniciar el calentamiento verifique con el instructor el sistema montado por usted. Ajuste el calor de tal manera que el destilado caiga a una gota por segundo. Reciba el destilado en la probeta y registre la temperatura a la cual se destila la primera gota y anote el tiempo que se necesito para que esto ocurriera. Mida los tiempos necesarios para recoger volúmenes de destilado como usted desee (ejemplo 5, 10, 15, 20, etc). Cuando termine desmonte el equipo. Con los datos obtenidos haga un gráfico de volumen de destilado contra tiempo de destilación

PRECAUCIONES Y RECOMENDACIONES Durante la destilación, el extremo superior del bulbo termométrico debe quedar justamente

a la altura de la horizontal que pasa por la parte inferior del tubo de desprendimiento lateral (ver figura 1), de tal forma que el bulbo sea bañado por el vapor que asciende.

La destilación debe hacerse siempre con lentitud, pero sin interrupciones, manteniéndose continuamente una gota de condensado en el bulbo del termómetro.

Cuando se destila agua pueden emplearse tapones de caucho; pero cuando se destilan muchos líquidos orgánicos que atacan o hinchan la goma es preferible el uso de tapones de corcho debidamente ajustados o implementos con boca esmeriladas.

No permita que se forme espuma o que haya salpicaduras que lleguen hasta la boca del balón.

Si el líquido en ebullición se llegase a pasar al condensador, deberá suspenderse el calentamiento, lavar todos los implementos y volver a empezar el procedimiento.

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PREGUNTAS

1. Consulte los fundamentos fisicoquímicos de la destilación simple.

2. Consulte los siguientes conceptos y relaciónelos con el experimento soluciones, fracción, mezcla homogénea. Cambio físico, cambio químico, líquido homogéneo.

3. ¿Por qué no se evapora de repente todo el líquido del matraz de destilación cuando se alcanza el punto de ebullición?

4. ¿Por qué no se debe llenar un balón de destilación mucho más de la mitad de su capacidad?

5. ¿Cual es la desventaja de utilizar un matraz de destilación cuya capacidad es cuatro, cinco o más veces el volumen del líquido que se va a destilar?

6. Un líquido orgánico comienza a descomponerse a 80 ºC. Su tensión de vapor es entonces de 36 mm. ¿Cómo podría estilar este líquido?

7. Si el bulbo termométrico no se mantiene húmedo con condensado durante la destilación, la lectura del punto de ebullición ¿será más alta o más baja? Dese una explicación.

8. Cítense dos razones que justifiquen el que el agua fría en un refrigerante se haga circular en sentido ascendente desde la tubuladura inferior a la superior y no en sentido contrario.

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PRÁCTICA 6

DESTILACIÓN FRACCIONADA

INTRODUCCIÓN

El más común de los procedimientos de destilación es la destilación fraccionada. En el caso más favorable para la destilación, el contaminante hierve a una temperatura muy distinta del punto de ebullición del componente principal. Se debe grabar en la mente que incluso la sustancia de punto de ebullición más elevado contribuirá a la fase vapor en proporción a su propia presión de vapor y a la fracción molar de componente presente. La única forma de que la fase vapor que cubre el líquido sea un componente puro es cuando el líquido sea una muestra pura.

En general, si los puntos de ebullición de dos líquidos difieren en menos de unos 70ºC, resultará insuficiente un aparato de destilación simple para separarlos. Por lo general, el empleo de una columna de destilación facilitará la destilación. No obstante, si los puntos de ebullición de los dos componentes difieren en menos de unos 10ºC, sólo se podrán separar mediante el empleo de un equipo especial.

Una columna de destilación permite alargar el camino entre el matraz de destilación y el refrigerante que conduce al colector. A través de la prolongación que ofrece la columna ocurre el proceso de vaporización y condensación (equivalente a varias pequeñas destilaciones). Cada ciclo de vaporización-condensación es equivalente a una destilación simple. Cuantos más de estos ciclos se suceden, más se enriquecerá el vapor en el componente más volátil, mientras el condensado lo hará en el menos volátil, lo que conduce a una separación más eficaz.

OBJETIVOS Determinar el porcentaje de un componente líquido en una muestra comercial. Establecer comparaciones entre la destilación sencilla y la destilación fraccionada.

MATERIALESEQUIPOS E IMPLEMENTOS

1 Equipo de calentamiento.2 Pinzas2 Nueces dobles1 Balón de fondo redondo de 250 mL1 Termómetro de -10ºC a 150ºC3 Tapones de caucho o corchos1 Probeta graduada de 25 mL

1 Probeta graduada de 5 o 10 mL1 Pipeta volumétrica de 2 mL1 Columna de fraccionamiento2 Soportes metálicos4 Tubos de ensayo grandes1 Gradilla2 Mangueras

REACTIVOS Y SUSTANCIASRon blanco, 150 mL.

PROCEDIMIENTOS

Primera destilación:1. Monte el aparato correspondiente a la destilación fraccionada (ver figura 1).2. Coloque 100 mL de la mezcla (bebida alcohólica) en el balón de destilación. Añada 2 o 3

trocitos de reguladores de ebullición.3. Ajuste el flujo de agua que entra al condensador de tal manera que haya una corriente

lenta hasta la parte superior del mismo.4. Caliente la mezcla cuidadosamente con una llama pequeña de mechero para que el líquido

destile lentamente.5. Recoja de 30 a 40 mL de destilado en una probeta graduada, previamente pesada. Pésela

de nuevo con el destilado.

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Figura 1. Aparato de destilación fraccionada

Pruebas al primer destilado.a) Coloque 1 mL de destilado sobre el vidrio de reloj y acerque un fósforo o la llama del

mechero varias veces. Observe cuidadosamente y anote sus observaciones. Mida el tiempo de la llama producida, si la hay.

b) Determine la densidad del destilado.c) Haga la prueba de oxidación con cromo para alcoholes y compare con etanol puro. Anote

sus observaciones. Consulte el método.d) Mida el pH de la solución y compare con etanol puro y con agua.

Segunda destilación (Redestilación)1. Coloque el destilado (alrededor de 30 o 40 mL) en un erlenmeyer pequeño. Añada

aproximadamente 1 gramo de óxido de calcio para absorber algo de agua. Someta el destila-do a una redestilación.

2. Recoja un volumen exacto (2 mL) del redestilado en una probeta previamente pesada. Pésela de nuevo con el destilado.

3. Realice las pruebas anteriores al redestilado (llama, densidad, etc.).

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DATOS EXPERIMENTALES

En la tabla siguiente, reporte comparativamente sus datos experimentales.

Pruebas

Fracción

Volumen obtenido

(mL)

Peso de la fracción

(g)

Densidad(g/mL)

Porcentaje de alcohol

Oxidación con cromo

pH

DestiladoRedestilado

PREGUNTAS

1. Consulte las bases fisicoquímicas de la destilación fraccionada (puntos de ebullición de las soluciones, ley de Raoult, diagramas temperatura-composición, aseótropos, punto de ebullición mínimo y máximo, empaquetamiento de columnas, tipos de columnas y de empacamiento, plato teórico, eficiencia de una columna, etc.).

2. Haga una comparación de las dos destilaciones (simple y fraccionada) según sus datos experimentales.

3. ¿Por qué la columna de destilación empacada con algún material adecuado como vidrio o viruta de acero es más eficiente que la columna sin empacar?

4. Explique por qué la columna en un aparato de destilación fraccionada debe estar en una posición vertical.

5. Un líquido orgánico se descompone al tratar de destilarlo a presión atmosférica. ¿Cómo haría para destilar este líquido sin que se descomponga?

6. ¿Cómo se separa una mezcla aseotrópica?7. ¿Por qué refluye condensado continuamente al balón de destilación desde una columna de

fraccionamiento que no está provista de refrigerante de reflujo? ¿Ejerce esto alguna influencia en la destilación? Explíquese.

8. Si la destilación a través de una columna de relleno se hace muy rápida, entonces se inunda la columna (el líquido condensado asciende y se mantiene en la columna) ¿Qué influencia puede tener este fenómeno sobre la eficacia del fraccionamiento?

9. Explíquese por qué el trabajo con una relación de reflujo elevada mejora la eficacia de una destilación a través de una columna.

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PRÁCTICA 7

CROMATOGRAFÍA EN CAPA DELGADA

INTRODUCCIÓN

La cromatografía de capa delgada (CCD) es uno de los métodos más ampliamente utilizados para separar, identificar y, en algunos casos hacer el seguimiento de una reacción química. En principio del CCD es sencilla. se produce una capa uniforme de absorbente sólido adecuado (fase estacionaria) sostenida sobre una placa de aluminio o vidrio. Se coloca con un capilar en el origen de la placa una mancha de solución de compuesto orgánico o mezcla en estudio, se deja que un solvente adecuado (eluyente o fase móvil) ascienda por la capa del absorbente por capilaridad. El compuesto o compuestos separados se localizan en la placa directamente en el caso de compuestos coloreados, con la ayuda de un indicador, o con luz ultravioleta cuando la fase estacionaria tiene el indicador ultravioleta (químicamente inerte) el cual produce fluorescencia al irradiarse con luz UV de onda corta (254 nm) u onda larga (366 nm) dependiendo el tipo de indicador utilizado.

Los compuestos ascienden por la capa de absorbente a diferentes velocidades con relación al eluyente, realizándose de esta forma la separación de los compuestos de la mezcla. A veces es posible identificar los componentes midiendo la velocidad relativa de cada uno con relación a aquella del frente del solvente. Esta movilidad relativa se conoce como el valor del Rf del compuesto y se define por:

El valor de Rf es una constante de cada compuesto bajo un conjunto de condiciones definidas (eluyente, fase estacionaria, temperatura, espesor del absorbente y humedad). Los valores de Rf se encuentran en el rango de 0 a 0.999%. La distancia se mide al centro de la mancha.

La cromatografía de columna (CC) es otro de los métodos más efectivos utilizados para la separación de compuestos, especialmente cuando otros métodos de separación más comunes han resultado poco efectivos. En esta técnica cromatográfica las mezclas se resuelven pasando una fase líquida móvil (eluyente) a través de la fase estacionaria sólida empacada en una columna de vidrio. En la CC clásica el sistema más empleado es el de adsorción; como las fuerzas de atracción son diferentes para los distintos compuestos, estos fluyen de arriba hacia abajo con velocidades diferentes, los menos atraídos fluyen primero.

OBJETIVOS Aplicar la CCD y la CC como técnicas de separación de una mezcla de componentes. Comparar la eficiencia y aplicación de la CCD y CC como ejemplos de los métodos

cromatográficos.

MATERIALESEQUIPOS E IMPLEMENTOS REACTIVOS Y SUSTANCIAS

1 Gotero fenacetina pura1 Lápiz o pedazo de manguera cafeína pura2 Vidrios de reloj ácido acetil salicílico2 placas par CCD Alúmina2 Beacker de 20 mL Etanol1 Gradilla Indicador de fluorescencia HF254

4 tubos de ensayo pequeños solución sulfocrómicaIodo

Disolver 2.5 g de K2Cr2O7 En 50 mL de ácido sulfúrico al 40 %

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Figura 1. Diferentes tipos de cromatografía: a) de capa delgada o fina; b) de columna; c) esquema de cromatografía líquida.

PROCEDIMIENTOS

Se prepara una placa de vidrio de 10 por 20 cm con Sìlica gel HF254. Se pesan las mismas cantidades, se dejan al aire 2 horas y se activan a 120°C durante 60 minutos. La placa se debe marcar. Se toman dos tabletas o un equivalente de 1.0 g del medicamento por examinar y se pulverizan en un mortero. El polvo se transfiere a un tubo de ensayo y se adicionan 5 mL de metanol. Se agita fuertemente y se deja reposar hasta que el excipiente se sedimente. Se preparan soluciones patrón de cafeína, fenacetina, y ácido acetil salicílico en metanol a una concentración de 10 mg/mL. Se aplican sobre la placa (ya sea en forma de punto concentrado o en forma de línea) las soluciones patrón en una placa en las columnas 2, 3, 4 y solución problema en las columnas 1 y 5 de la misma placa. Se dejan secar las manchas. Se sumerge en una cubeta con el eluente y se deja desarrollar hasta la línea límite de recorrido (10 cm), se saca la placa y se deja secar al aire.

Se ilumina la placa con luz ultravioleta (Precaución: no se debe observar la luz ultravioleta directamente, puede dañar los ojos), se marcan las manchas y se determina el Rf de cada una por comparación. Se deben identificar los componentes del problema. Después se revela con vapores de yodo ( hay que colocar la placa en una cámara que contenga algunos cristales de yodo en el fondo. A continuación, se saca la placa y se pulveriza sobre ella la solución

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sulfocrómica. Se calienta hasta que se observen las manchas. Comparar los Rf obtenidos con los teóricos:

Rf cafeína 0.16Rf fenacetina 0.45Rf ácido acetil salicílico 0.76

PREGUNTAS

1. ¡Cuáles son algunos criterios que deben tenerse en cuenta en la elección de absorbente en una separación cromatográfica determinada?

2. ¿En qué consiste la cromatografía de CCD preparativa?3. Usted tiene un compuesto impuro y quisiera saber cuántas sustancias están contaminando

su compuesto. Explique cómo lo haría utilizando cromatografía de capa delgada o de papel.

4. Entregue un dibujo que presente los resultados obtenidos, los Rf experimentales, los compuestos encontrados en el medicamento y un breve comentario sobre los reveladores utilizados.

5. Investigue el nombre que reciben los reveladores de yodo y ácido sulfocrómico. ¿Por qué?

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PRÁCTICA 8

REACCIONES DE HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS

INTRODUCCIÓN

Los hidrocarburos son aquellos compuestos orgánicos que en su estructura solo contienen carbono e hidrógeno. De acuerdo a las características estructurales los hidrocarburos se pueden clasificar en alifáticos y aromáticos (Estos últimos se estudiaran en una práctica posterior). Los hidrocarburos alifáticos de acuerdo a la naturaleza de sus enlaces se dividen en saturados e insaturados. Los hidrocarburos saturados solo poseen enlaces fuertes sigma ()y se denominan alcanos, mientras que los hidrocarburos insaturados poseen enlaces sigma y pi () y se denominan alquenos si tienen un enlace y alquinos dos enlaces . Los hidrocarburos insaturados por presentar enlaces dobles y triples pueden presentar reacciones de adición ya sea por radicales libres o por grupos o átomos polares. Los compuestos saturados presentan reacciones generales de sustitución por radicales libres.

Algunas de las reacciones que se utilizarán para la caracterización e identificación de los hidrocarburos saturados e insaturados son:

En la caracterización de un compuesto alifático es importante observar los cambios de coloración de los reactivos iniciales y de los respectivos productos para definir si se ha dado un cambio químico. Es importante tener presente estos cambios cuando se realizan pruebas de caracterización. En general una sola prueba de caracterización nunca puede garantizar que un compuesto desconocido sea una sola clase de compuesto. Una prueba puede limitar el número de posibilidades de tal forma que con otras pruebas adicionales se pueda caracterizar un tipo de compuesto.

Otras pruebas de mucho valor en la caracterización de compuestos orgánicos son las pruebas de solubilidad. De las pruebas de solubilidad se puede deducir información útil con respecto ala estructura de un compuesto. Por ejemplo si un compuesto es soluble en agua no puede ser un hidrocarburo ya que todos ellos tienen carácter no polar y son insolubles en solventes polares. Si un hidrocarburo es insoluble en agua pero soluble en ácido sulfúrico concentrado

C C H Br2+ Luz o calor Br + HBrCC

CC + Br2 en solución de CCl 4 CC

Br Br

C C + KMnO4 Diluido en agua

OHOH

C C + MnO 2

CC + H2SO4 CCH O-SO3H

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Page 29: Manual Parcial de Quimica Organica 11

puede tratarse de un alqueno. Estos son solubles en ácido sulfúrico concentrado ya que por adición electrofílica de H2SO4 se forma un sulfato de alquilo el cual puede asociarse con el exceso de ácido sulfúrico disolviéndose en el.

OBJETIVOS.

Estudiar y distinguir algunas reacciones características de hidrocarburos alifáticos. Observar los cambios físicos y químicos como cambios de color, apariencia, evolución de

calor y solubilidad en hidrocarburos alifáticos.

MATERIALES

EQUIPOS E IMPLEMENTOS REACTIVOS10 tubos de ensayo para pruebas cualitativas Ácido sulfúrico concentrado (solvente)5 goteros Tetracloruro de carbono (solvente)Lámpara de luz ultravioleta o bombilla eléctrica

Solución de bromo al 5 % en CCl4

Solución al 2 % de KmnO4

Ciclo hexanoCiclo hexeno1-propanolAgua (solvente)

PARTE EXPERIMENTAL.

1. Prueba de solubilidad:En tres tubos de ensayo limpio y seco coloque un mililitro de agua, y agregue 2-3 gotas de ciclohexano al primero, igual cantidad de Ciclohexeno al segundo e igual cantidad de alcohol al tercero. Agite y observe si hay solubilidad. Repetir este procedimiento con tetracloruro de carbono. Para el ácido sulfúrico remítase al numeral 4 de la parte experimental. Nota si un compuesto es soluble en agua no debe de ensayarse la solubilidad en el ácido sulfúrico. Anotar los datos y observaciones en la tabla de datos.

2. Prueba con bromo:A cada uno de tres tubos de ensayo agregue 5 gotas de hidrocarburo y del alcohol. A cada una de estas sustancias agregue 2 gotas de solución de Br2 /CCl4, agite bien y observe. En los tubos donde no haya decoloración. Proceda a colocar el tubo cerca de una bombilla eléctrica o una lámpara de luz ultravioleta. Compare y anote los cambios que puedan haber ocurrido.

3. Prueba con KMnO4 (prueba de Baeyer):A cada uno de tres tubos de ensayo coloque 5 gotas del hidrocarburo y del alcohol. Agregar a cada tubo 2 gotas de solución de KMnO4 diluido en agua, agitar y observar los resultados.

4. Prueba del H2SO4:A cada uno de tres tubos de ensayo coloque 5 gotas del hidrocarburo y del alcohol. Cuidadosamente y con agitación suave agregar 5 gotas de H2SO4 concentrado. Observe si se desprende calor y si el compuesto reacciona.

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Tabla 1. Hoja de datos para las distintas pruebas.

REACTIVO AGUA H2SO4 CCl4 Br2/CCl4 KMnO4/diluidoHidrocarburo saturado

Hidrocarburo insaturado

Compuesto No hidrocarburo

Otro compuesto

PREGUNTAS:

1. Escriba todas las reacciones para los hidrocarburos utilizados en la práctica con el bromo, permanganato de potasio y ácido sulfúrico

2. De la estructura y nombre del producto principal que se espera de la adición del bromo en tetracloruro al 2-buteno

3. En base a los resultados en las pruebas de solubilidad y clasificación explique como se puede diferenciar sin lugar a dudas entre el 1-propanol, ciclohexano y ciclohexeno. Consulte otras pruebas que permitan diferenciarlos.

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PRÁCTICA 9

OBTENCIÓN DE ACETILENO Y PROPIEDADES DE ALQUINOS

INTRODUCCIÓN

Los compuestos que contienen triples enlaces carbono-carbono se denominan alquinos. Estos responden a la formula general CnH2n-2 cuando sólo tienen un triple enlace. Estos compuestos también se llaman acetilenos siguiendo el nombre del primer miembro de la serie, HCCH (Etino en la nomenclatura IUPAC). Al igual que el doble enlace, el triple enlace puede dar lugar a reacciones de adición. El enlace -CC- puede adicionar dos moles de un reactivo; eligiendo convenientemente las condiciones de reacción suele ser posible que la adición se detenga en la fase de doble enlace.

Una propiedad muy interesante de los alquinos terminales es su capacidad para ceder en forma de protón el átomo de hidrógeno unido al átomo de carbono del triple enlace. Los acetilenos mono sustituidos son por ello ácidos débiles. En lo que se refiere a su carácter ácido, el acetileno está situado entre el amoníaco y el agua.

Los acetilenos con átomos de H ácidos reaccionan con el sodio metálico, con los reactivos de Grignard y con soluciones de sales de algunos metales pesados.

La síntesis de alquinos puede implicar uno de dos procesos: la generación de un triple enlace entre dos átomos de carbono por reacciones de eliminación, o bien el aumento del tamaño de una moléculas que ya lo contiene.

El acetileno (etino) es sin duda el alquino más importante. Es un gas incoloro, que en estado puro no tiene olor desagradable (temperatura de sublimación –83,6ºC; el mal olor característico del acetileno ordinario se debe a la presencia de fosfamina) y que, por calentamiento, se descompone en sus elementos, con gran desprendimiento de calor:

C2H2 2 C + H2 H= -226, 9 kJ.

Su combustión libera gran cantidad de energía:

2 C2H2 + 5 O2 4 CO2 + H2O H= -2612 kJ.

El acetileno se prepara en una forma muy económica y fácil en la industria y también en el laboratorio a partir de la hidrólisis del carburo de calcio:

CaC2 + 2 H2O H-CC-H + Ca (OH)2

OBJETIVOS Preparar acetileno a partir del carburo de calcio y agua.

Emplear el acetileno obtenido para realizar ensayos químicos de éste, como representante de la función alquino.

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MATERIALES

EQUIPOS E IMPLEMENTOS REACTIVOS1-Embudo de adición Carburo de calcio1 balón con desprendimiento Agua destilada1 soporte Solución basificada de KMnO4 2 pinzas metálicas con sus nueces Solución amoniacal de hidróxido de cobre1 manguera Ácido clorhídrico diluido5 tubos de ensayo con tapa Solución de bromo al 1 % en CCl4 1 gradilla

PRECAUCIONES Adicione el agua de bromo en la campana de extracción. Tenga cuidado con el manejo de las bases y los ácidos.

RIESGOS

La prueba de combustión debe hacerse con extrema cautela si se hace directamente en el extremo de la manguera. Mientras se realiza la recolección del gas no debe de haber llamas ni cigarrillos prendidos cerca.

Los acetiluro metálicos (cobre y plata en este caso) son explosivos, explotan por golpe o calentamiento. Para evitar accidentes es necesario después de cada experimento destruir estas sustancias con HCl diluido.

PROCEDIMIENTOS1. Se arma el montaje de la figura 1. En el balón se coloca una pequeña cantidad de carburo de calcio 5 gramos y se tapa con un tapón que lleva un embudo de adición, lleno con agua. Al tubo lateral del matraz se conecta una manguera la cual a su vez va a un vaso de 400 mL con agua y equipado con un tubo de ensayo invertido y lleno de agua dispuesto para la recolección del gas por desplazamiento del agua.

2. Deje caer agua gota a gota al carburo de calcio y empiece la recolección del acetileno en el tubo invertido. Después de haber llenado el primer tubo con acetileno cierre la llave del embudo y tape el tubo rápidamente. En forma rápida prepare otro tubo de ensayo para recolectar más acetileno. Recolecte de esta forma cinco tubos llenos con acetileno para realizar las siguientes

pruebas.

3. Inflamabilidad:Tome uno de los tubos de ensayo lleno con acetileno destápelo e inmediatamente acerque un fósforo prendido a la boca del tubo. Agregue agua lentamente al tubo para mantener el acetileno combustiendo en la boca por desplazamiento del gas hacia arriba. Observe el color carácter de la llama. Nota, realice cada una de las pruebas en la campana o al aire libre fuera del laboratorio ya que el acetileno es venenoso y explosivo con el aire en presencia de llamas o chispas.

4. Reacción con bromo:Tome otro frasco con acetileno, destápelo y agregue rápidamente unos 2 mL de solución al 1% de bromo en CCl4. Tápelo de nuevo y agite el frasco. Observe los posibles cambios.

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5. Reacción con KMnO4:En otro de los tubos llenos de acetileno agregue rápidamente un mililitro de solución al 1 % de KMnO4. tape el frasco y agite. Observe posibles cambios.

6. Reacción con cloruro cuproso amoniacal:Tome el cuarto tubo con acetileno y agregue rápidamente unos dos mililitros de solución de cloruro cuproso amoniacal. Tape el frasco, agite y observe.

PREGUNTAS

1. Escriba las ecuaciones para cada una de las reacciones efectuadas en esta práctica.2. ¿Cómo se obtiene etileno en el laboratorio? Si el etileno se sometiera a los experimentos

realizados en esta práctica. ¿cuál sería su comportamiento? Explique con ecuaciones.3. La síntesis industrial moderna del acetileno se realiza por craqueo térmico del metano.

explique este proceso.4. Los resultados estereoquímicos sugieren que la halogenación de los alquinos tiene lugar a

través de un ión halonio similar al ión halonio intermedio en la halogenación de alquenos. este mecanismo explica la observación que los triples enlaces sean mucho menos reactivos frente al cloro y al bromo que los dobles. Dibuje los intermediarios y explique este comportamiento.

5. Con base en la pregunta anterior completa la siguiente ecuación (-20ºC, en CCl4):HCCCH2CH=CH2 + Br2

6. Proponga un mecanismo para la adición de agua al propino catalizando con ácido sulfúrico y sulfato mercúrico.

7. Indíquese mediante ecuaciones ajustadas, cómo el acetileno y el etileno se comportan de distinta forma que el metano frente a: a) el ácido sulfúrico concentrado; b) el bromo y c) el permanganato acuoso. ¿Qué característica estructural es responsable en el etileno y acetileno de su reactividad?

8. Descríbase mediante ecuaciones ajustadas el distinto comportamiento del acetileno respecto del metano y etileno frente a: a) sodio metálico; b) cloruro cuproso amoniacal, y c) nitrato de plata amoniacal. ¿Qué característica estructural del acetileno es responsable de su reactividad frente a estos reactivos?

9. ¿Cuál es más ácido, el acetileno o el benceno? ¿Cuál es más básico, el etano o el etileno? ¿El etano o el acetileno? Cítense algunos hechos experimentales que confirmen las respuestas.

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PRÁCTICA 10

REACCIONES DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS Y NITRACIÓN DE ACETANILIDA

INTRODUCCIÓN

Los compuestos aromáticos son aquellos derivados del benceno a que además de poseer enlaces no presentan fácilmente reacciones de adición ya que sus tres enlaces dobles se encuentran en resonancia, confiriéndole al sistema mucha estabilidad. Los compuestos aromáticos reaccionan mediante mecanismos de sustitución electrofílica.

La sustitución electrofílica sobre el núcleo aromático da origen a varios tipos de compuestos dependiendo del tipo de electrófilo y que son de importancia en la síntesis de derivados aromáticos.

+

H2SO4/SO3

HNO3/H2SO4

Cl2/FeCl3

R-X/AlCl3

R-C-Cl/AlCl3

O

SO3H

NO2

Cl

R

C-R

O

sulfonación

nitración

halogenación

alquilación de Friedel.Crafts

acilación de Friedel-Crafts

Cuando se ha llevado a cabo una primera sustitución en el anillo aromático, este sustituyente actúa como orientador de una nueva sustitución sobre el anillo aromático. Existen tres posibles isómeros para un anillo bencénico di sustituido:

E

E

E

E

EE

Orto Meta Para

Dentro de ciertos límites es posible obtener el isómero deseado con buen rendimiento. Cuando el anillo aromático se encuentra sustituido, la velocidad de reacción y el producto correspondiente a la segunda sustitución electrofílica va a depender de la naturaleza estructural del primer sustituyente.

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Los grupos que presentan un efecto global de electrón dadores activan el anillo y lo hacen mas reactivo con respecto a la sustitución electrofílica, y orientan a posiciones orto y para. Los grupos desactivadores orientan a posiciones meta a excepción de los halógenos.

Ejemplo de algunos grupos activadores y desactivadores:

Grupos activadores Grupos desactivadores R- -NO2

-OH -COOH-NH2 C=O-OCH3 -CN-NHCOCH3 -SO3H

OBJETIVOS

Estudiar y distinguir algunas reacciones características de hidrocarburos aromáticos. Comparar la velocidad de reacción hacia una sustitución electrofílica de compuestos

aromáticos con base en el grupo sustituyente. Ilustrar los efectos orientadores en la sustitución electrofílica en carbono aromático

mediante una reacción de nitración.

MATERIALES

EQUIPOS E IMPLEMENTOS REACTIVOS1 erlenmeyer de 125 mL Acetanilida3 tubos de ensayo pequeños iguales. Ácido acético glacialLana de hierro (esponjilla de hierro) Ácido sulfúrico concentrado1 termómetro Ácido nítrico concentrado1 embudo de separación pequeño Br2 / CCl4 al 20 % por volumen1embudo de filtración al vacio BencenoPapel filtro para embudo Buchner Ácido benzoicoBeacker pequeño Tolueno

CCl4 o CH2Cl2Agua – hielo picado

PROCEDIMIENTOS

1. Seleccione tres tubos de ensayo pequeños secos y de igual diámetro. Adicione en el primero 0.1 gramos de ácido benzoico y 10 gotas de CCl4, agitar hasta alcanzar máxima solubilidad; en el segundo 10 gotas de benceno y en el tercero 10 gotas de tolueno. Luego al mismo tiempo adicionar en cada tubo 4 gotas de solución de Br2/CCl4 al 20 %v/v y una pequeña porción de lana de hierro al tubo que al cabo de un minuto no presente decoloración. Agite los tubos ocasionalmente mientras transcurre la reacción. Comparar la velocidad de reacción teniendo en cuenta la decoloración de la solución de bromo. Si al cabo de 5-10 minutos no se observa una clara decoloración en alguno de los tubos, sumerja los tubos en un baño de agua tibia que no exceda los 50 °C.

2. Nitración de un compuesto aromático:Disolver con calentamiento suave en un erlenmeyer de 125 mL 4.5 gramos de acetanilida en 5 mL de ácido acético glacial. Enfríe ligeramente hasta que reaparezcan cristales. En seguida añada lentamente y con agitación 6.5 mL de ácido sulfúrico concentrado bien frio (baño de hielo).Preparar la mezcla nitrante añadiendo 2.5 mL de ácido nítrico concentrado a 3.5 mL de ácido sulfúrico concentrado frío. Lleve la mezcla a temperatura ambiente y transfiérala a un

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embudo de separación pequeño.

Enfríe la acetanilida a 5°C. Retírela del baño de hielo y añada gota a gota la mezcla nitrante, agitar y homogenizar la mezcla. Mantener la temperatura por debajo de 20°C. Luego deje en reposo a temperatura ambiente durante 40 minutos para completar la reacción.

Vierta la solución lentamente y con agitación en una mezcla de 70 mL de agua y 13-18 gramos de hielo picado. Recoger el producto por filtración al vacío. Transferir el sólido a un vaso de precipitados y mezclar bien con 50 mL de agua, filtrar de nuevo y lave con más agua para eliminar el exceso de ácido, secar tanto como sea posible.

PREGUNTAS

1 Escriba las reacciones para los respectivos compuestos aromáticos con Br2 /CCl4

2 Compare la velocidad de reacción hacia una sustitución electrofílica del nitrobenceno y del fenol con relación al benceno.

3 Escriba en detalle el mecanismo de sustitución electrofílica para obtener nitroacetanilida

4 Explique por medio de estructuras el efecto activante y orientador orto /para del grupo –NHCOCH3

5 Los fenoles son generalmente mucho menos ácidos (pKa 8-10) que los ácidos carboxílicos (pKa 5), pero el ácido pícrico (2,4,6-trinitro fenol) ) (pKa 0.25) es tan ácido como el ácido trifluoracético. Explique esta característica.

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