Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

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EDICIÓN 2015 1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA http://www.ehu.eus/es/web/quimicaorganica2/home Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber. “ Albert Einstein EDICIÓN 2015 MANUAL DE LABORATORIO CURSO TEÓRICO PRÁCTICO DE QUÍMICA ORGÁNICA I QUÍMICO FARMACÉUTICO INDUSTRIAL

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quimica

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EDICIÓN 2015

1

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA

http://www.ehu.eus/es/web/quimicaorganica2/home

“Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber. “

Albert Einstein

EDICIÓN 2015

MANUAL DE LABORATORIO

CURSO TEÓRICO PRÁCTICO DE QUÍMICA ORGÁNICA I

QUÍMICO FARMACÉUTICO INDUSTRIAL

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EDICIÓN 2015

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PROGRAMA DE PRÁCTICAS DE QUÍMICA ORGÁNICA I

NOMBRE DE LA PRÁCTICA

Introducción al laboratorio de química orgánica

1. Separación de una mezcla ternaria por destilación 2. Recristalización 3. Extracción líquido – líquido

4. Cromatografía 5. Síntesis a microescala de ácido fumárico

6. Síntesis de dibenzalacetona (Reacción de Claisen-Schmidt)

7. Poder reductor, formación de osazonas y síntesis de pentaacetato de -D-glucosa

8. Hidrólisis de una proteína y ensayos para aminoácidos

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DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA. QUÍMICO FARMACÉUTICO INDUSTRIAL

TEMARIO DE QUÍMICA ORGÁNICA I 1. Características estructurales de los compuestos orgánicos. (6 horas) 1.1 Características del átomo de carbono y su importancia en la formación de

compuestos orgánicos. 1.2 Naturaleza del enlace en compuestos orgánicos. 1.2.1 Electronegatividad, polarizabilidad, momento dipolar, efecto inductivo: concepto

y factores que los afectan. Ejemplos comparativos. 1.2.2 Longitud, ángulo y energía de enlace: concepto y factores que los afectan.

Ejemplos comparativos. 2. Grupos funcionales y nomenclatura de los compuestos orgánicos. (14

horas) 2.1 Isomería estructural (isomería de posición, de esqueleto y de grupo funcional). 2.2 Grupos funcionales: concepto e importancia en compuestos de interés

farmacológico. 2.3 Nomenclatura trivial y sistemática. 3. Propiedades fisicoquímicas de los compuestos orgánicos. (10 horas) 3.1 Interacciones moleculares: tipos y su importancia en las propiedades

fisicoquímicas de los compuestos orgánicos. 3.1.1 Interacciones de van der Waals. 3.1.2 Interacciones dipolo-dipolo. 3.1.3 Interacciones por puente de hidrógeno. 3.2 Relación entre las interacciones moleculares y las propiedades físicas de los

compuestos orgánicos. 3.3 Aplicación de los conceptos anteriores a los métodos de separación y

purificación de compuestos orgánicos. 4. Propiedades ácido-base de los compuestos orgánicos. (14 horas) 4.1 Principales teorías ácido-base. 4.2 Efectos estructurales y efectos electrónicos positivos y negativos. 4.3 Efectos mesoméricos positivos y negativos. 4.4 Efectos estéricos y por puente de hidrógeno. 4.5 Constantes de acidez y basicidad de compuestos orgánicos. Ejemplos

comparativos. 4.6 Ejemplos de reacciones ácido-base en compuestos orgánicos. 4.7 Electrofilia y nucleofilia concepto y factores que los modifican 5. Estereoquímica. (14 horas) 5.1 Representación espacial y modelos de proyección de los compuestos

orgánicos. 5.2 Análisis conformacional de compuestos orgánicos lineales y cíclicos. 5.3 Análisis configuracional (estereroisomería óptica). 5.3.1 Simetría molecular. Elementos de simetría molecular. 5.3.2 Isómeros configuracionales (enantiómeros, diasterómeros y epímeros).

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5.3.3 Configuración absoluta y relativa. 5.3.4 Actividad óptica. Definición y aplicaciones. 5.3.5 Análisis conformacional de isómeros configuracionales. 5.4 Isomería geométrica. 5.4.1 En compuestos con enlaces múltiples. 5.4.2 En compuestos con enlaces sencillos (mono y biciclos). 6. Cinética, termodinámica y mecanismos de reacción. (7 horas) 6.1 Concepto de mecanismo de reacción. 6.2 Intermediarios de las reacciones químicas. 6.2.1 Carbocationes. 6.2.2 Carbaniones. 6.2.3 Radicales libres. 6.2.4 Carbenos. 6.2.5 Nitrenos. 6.2.6 Arinos. 6.3 Aspectos termodinámicos de las reacciones químicas. Energía libre de Gibbs,

entalpía y entropía. Equilibrio químico. 6.4 Aspectos cinéticos de las reacciones químicas. Velocidad de reacción. 6.4.1 Cinéticas de 1º y 2º orden. 6.4.2 Efectos del cambio de fuerza iónica. 6.4.3 Efectos del cambio de polaridad del disolvente. 6.4.4 Teoría del estado de transición. Curvas de energía potencial. La coordenada de

reacción. 6.4.5 Control cinético y termodinámico. 7. Compuestos carbonílicos. (11 horas) 7.1 Tautomería ceto-enólica. Enolatos. 7.2 Adición 1-2 reversible a carbonilos 7.2.1 Bisulfito. 7.2.2 Cianuro. 7.2.3 De alcoholes 7.3 Adición 1,2 irreversible. 7.3.1 Hidruros. 7.3.2 Organometálicos. 7.4 Adición-sustitución. 7.4.1 De alcoholes (cetales y acetales). 7.4.2 De tioles. 7.5 Adición-eliminación. 7.5.1 Reacciones con compuestos de fórmula general H2N-Y. 7.6 Reacciones irreversibles. 7.6.1 Wittig. 7.6.2 Claisen-Schmidt y procesos relacionados. 7.6.3 Reformatzki. 7.7 Adición 1,4 en sistemas carbonílicos alfa- beta-insaturados. 7.7.1 Adición de carbono (organocupratos). 7.7.2 Adición de nitrógeno. 7.7.3 Adición 1,2 vs 1,4

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7.8 Reacciones de Adición-Eliminación (Sustitución) sobre derivados de ácidos carboxílicos.

7.8.1 Nucleófilos heteroatómicos. 7.8.2 Interconversión de derivados de ácidos carboxílicos. 7.8.2.1 Catálisis básica. 7.8.2.2 Catálisis ácida. 7.8.3 Nucleófilos del carbono. 7.8.4 Otros nucleófilos hidruros, etc. 8. Carbohidratos. (12 horas) 8.1 Monosacáridos 8.1.1 Clasificación y estereoquímica. Aldosas y cetosas. 8.1.2 Formas cíclicas de los carbohidratos: Furanosas y piranosas. 8.1.3 Mutarrotación, anómeros 8.2 Reacciones de los monosacáridos. 8.2.1 Glicósidos. 8.2.2 Osazonas, oximas y cianohidrinas, extensión de la cadena carbonada. 8.2.3 Reacciones de oxidación. 8.2.4 Reacciones de reducción. 8.2.5 Acilación y alquilación de grupos hidroxilo. 8.3 Disacáridos. 8.4 Polisacáridos. 9. Aminas y aminoácidos. (14 horas) 9.1 Reacciones de aminas. 9.1.1 Formación de sales. 9.1.2 Alquilación. 9.1.3 Acilación. 9.1.4 Sulfonación. 9.1.5 Oxidación. 9.1.6 Nitrosación. 9.2 Preparación de aminas. 9.2.1 Por reducción. 9.2.2 La síntesis de Gabriel. 9.3 Aminoácidos. 9.3.1 Clasificación y estereoquímica. 9.3.2 Comportamiento ácido-base. 9.3.3 Síntesis de aminoácidos. 9.3.3.1 Síntesis de Strecker. 9.3.3.2 Con acetamidomalonato de dietilo. 9.3.4 Reacciones de aminoácidos. 9.3.4.1 Acilación. 9.3.4.2 Esterificación. 9.3.4.3 Con ninhidrina. 9.4 Péptidos. 9.4.1 Definición, enlace peptídico términos relacionados. 9.4.2 Determinación de la estructura de aminoácidos 9.4.2.1 Análisis de grupos terminales, el extremo N y el extremo C. 9.4.2.2 Hidrólisis de péptidos.

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9.4.3 Síntesis de péptidos 9.4.3.1 Concepto de grupo protector. 9.4.3.2 Protección y desprotección del grupo amino. 9.4.3.3 Protección y desprotección del grupo carboxilo. 9.4.3.4 Formación del enlace peptídico. 9.4.3.5 Síntesis en fase sólida.

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REGLAMENTO INTERNO PARA LOS LABORATORIOS DEL DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA

I. GENERALIDADES. 1. Las disposiciones de este reglamento regirán todas las actividades de los laboratorios del

Departamento de Química Orgánica y serán obligatorias para los alumnos que cursen la

asignatura.

2. Los alumnos que deseen cursar el laboratorio, deberán reunir los requisitos que marca la

E.N.C.B. así como los estipulados en el presente reglamento:

a) Presentar orden de inscripción debidamente autorizada al profesor responsable, tan pronto

como sea expedida por la dirección de la escuela.

b) No será permitida la estancia a los alumnos que no porten bata.

c) Los alumnos que no mantengan el comportamiento adecuado en el laboratorio no podrán

permanecer en él.

d) Para abandonar temporalmente el laboratorio durante el desarrollo de la práctica, se deberá

solicitar el permiso correspondiente al profesor.

e) Al concluir la práctica, los alumnos deberán dejar completamente limpio su lugar de trabajo

y las áreas comunes como las campanas de extracción.

3. No se aceptarán alumnos condicionales.

4. Los alumnos a los que se les hayan autorizado baja en el curso, deberán presentar la

constancia correspondiente; de no hacerlo, el curso se considerará reprobado.

II. ORGANIZACIÓN.

1. La hora de entrada será la indicada en el horario de cada grupo, dándose una tolerancia

máxima de 15 minutos, después de los cuales se pasará lista y no se permitirá la entrada al

laboratorio. No habrá retardos.

2. El trabajo de laboratorio se realizará en el sitio indicado por el profesor.

3. Se formarán equipos de trabajo en el laboratorio, los cuales serán de dos o tres alumnos

según las características del grupo, siendo permanentes durante todo el curso.

4. El total de equipos formados por grupo, serán divididos en dos o tres secciones.

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5. La sesión de laboratorio iniciará con un seminario, en el cual se discutirá los resultados de la

práctica anterior, así como la práctica por realizar; posteriormente se desarrollará la parte

experimental de la misma.

6. Cada equipo contará con la cantidad necesaria de reactivos para la realización de la práctica.

No habrá reposición de los mismos, en caso de pérdida o accidente.

7. Cada equipo hará un vale al almacén, por el material que se requiera en la práctica, debiendo

hacer una revisión exhaustiva del mismo en el momento de recibirlo y reportando cualquier

anomalía al almacenista antes de entregar el vale.

8. En caso de ruptura o pérdida del material, se dará un plazo máximo de 15 días para

reponerlo; de no hacerlo oportunamente, no se permitirá la realización de prácticas, las

cuales serán calificadas con CERO. Si al final del semestre hay adeudo de material, la

calificación del curso será reprobatoria.

9. Todo asunto relacionado con el material, se deberá tratar directamente con el

almacenista.

10. Cada equipo deberá traer el siguiente material:

Cerillos, detergente, escobillones, franela, jerga, vaselina sólida, papel absorbente, aceite,

perilla de seguridad o jeringa, papel pH, espátula, 10 frascos ámbar 25 mL, perlas de

ebullición.

11. Al final de la práctica se entregará el material limpio; de no ser así, no será recibido por el

almacenista.

12. El material roto o restos de material quedará en poder del almacenista y será destruido en

presencia del alumno en el momento en que éste lo reponga en el almacén.

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III. EVALUACIÓN.

1. Para acreditar el curso teórico, el alumno deberá aprobar el curso práctico, para lo cual

requerirá:

a) Un mínimo de 80% de asistencias.

b) Calificación final mínima de seis.

c) No adeudar material

2. La evaluación del curso práctico se hará en la forma siguiente:

a) Se realizarán tres exámenes parciales. No habrá examen final ni reposición.

b) La calificación promedio de los seminarios, contará como un 4º examen parcial y el

promedio de calificaciones del trabajo de laboratorio, como un 5º examen parcial.

La calificación final del curso de laboratorio, será el promedio de estas 5 evaluaciones:

CF5

PTL PS E E E 321

CF. Calificación final

E. Examen Parcial

PS. Promedio de calificaciones de seminarios

PTL. Promedio de calificaciones del trabajo de laboratorio

Con la finalidad de apoyar el correcto desarrollo de los elementos de valuación que serán

considerados, se incluyen los documentos siguientes:

1) Ejemplo de un Diagrama de flujo

2) Rúbrica de evaluación del Diagrama de flujo.

3) Rúbrica de evaluación del Reporte de Laboratorio.

4) Rúbrica de evaluación de la exposición Oral.

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PRÁCTICA NO. 3

OBTENCIÓN DE ALCOHOL BENCÍLICO Y ÁCIDO BENZOICO

REACCIÓN DE CANNIZARO

1) Disolver 2) Enfriar a T. amb

Agitar 1 hr.

T= 65°C

Disolver

Pasar a embudo de separación

Agregar a embudo de separación

Fase acuosa Fase orgánica

F. acuosa F. org

Si

No

F. org. F. acuosa

Decantar

Lavar con agua

F. org. F. acuosa

Residuo Destilado

F. org. F. acuosa

KOH 13.5 g H2O 12.5 mL

Agregar Benzaldehido 14.5 mL

Agregar 60 mL de H2O

Disolución de Benzoato de

potasio

Extracto 1

extractos

Lavar matraz de reacción

con 15 ml de éter

2 lavados c/10 mL de éter

¿Huele a

benzaldehído??

Lavar con 7 mL de

solución sat. de

NaHSO3

Lavar con 5

mL de NaOH

dil.

Desechar

Lavar con 5

mL de H2O

Desechar

Secar con Na2SO4

anhidro

Desechar

Destilación simple

Alcohol Bencílico Éter etílico

Agregar

40 mL de HCl

40 mL de H2O

50 g de hielo

Unión de extractos

Filtrar

Recristalizar de

agua

Secar

Ácido benzoico

Identificación Punto de fusión

Solubilidad en CCl4

Sol

Identificación: Punto de ebullición

Solubilidad en metanol

3 0 1

1 0 2

4 1 1

0 1 3

Éter

Ácido clorhídrico

Ácido benzoico

Metanol

2 0 2

Benzaldehído

2 0 2

KOH

0 1 3

NaOH

0 1 3

Sulfato de sodio

2 0 2

Alcohol bencílico

Desechar

Residuos no clorados

tarja

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RÚBRICA PARA EVALUAR UN DIAGRAMA DE FLUJO

CRITERIO

NIVEL DE DESEMPEÑO

BUENO

(9 - 10)

REGULAR

(7 - 8)

INSUFICIENTE

(5 - 6)

CONSTRUCCIÓN

Hay inicio, entrada de

información, preguntas,

actividades,

condiciones, flechas

y final

Falta uno de los

elementos

antes mencionados

Faltan 2 o más de los

elementos antes

mencionados

PROFUNDIZACIÓN

La información es

suficiente,

adecuada y pertinente a

cualquier situación

La información es

insuficiente, es menos

de la

mitad de la requerida

La información no es

suficiente y es

inadecuada

JERARQUIZACIÓN

La información está

bien

jerarquizada de tal

manera que

disipa toda duda del

proceso

La información falla en

dos o

tres jerarquizaciones,

causa

confusión

La información está mal

jerarquizada causa

dudas

ANÁLISIS

La toma de decisiones,

las

actividades, las

condiciones y las

flechas se relacionan

perfectamente

La toma de decisiones,

las

actividades, las

condiciones y

las flechas llegan a fallar

en

tres cinco ocasiones

La toma de decisiones,

las

actividades, las

condiciones

y las flechas no están

bien

relacionadas

SOLUCIÓN DEL

PROBLEMA

El planteamiento es

adecuado y

ofrece muchas

expectativas de

trabajo académico

El planteamiento tiene

pocos

errores, ofreciendo

pocas

expectativas de trabajo

académico

El planteamiento es

inadecuado

No ofrece expectativas

CREATIVIDAD Tiene colorido y la

información

está distribuida

adecuadamente

Falta color y espacios Es simple y todo

encimado

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SIMBOLOGÍA

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RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DEL REPORTE DE LABORATORIO

Objetivo

Proponen de forma clara los alcances que se pretende lograr con la realización de la práctica

Sin valor

Proponen de forma poco clara los alcances que se pretende lograr con la realización de la práctica.

Sin valor

Las intenciones propuestas en el objetivo no tienen relación con la temática de la práctica.

Sin valor

Resultados y observaciones

Hace uso de tablas, dibujos, cuadros o gráficas para indicar los datos u observaciones realizados durante la práctica

2 puntos

No representa de forma organizada los datos obtenidos ó los presenta solo de forma parcial.

1 puntos

Presenta solo una descripción de los hechos observados sin hacer resaltar los datos importantes obtenidos.

0.5 punto

Análisis de Resultados

El equipo justifica adecuadamente los resultados obtenidos comparándolos con los esperados encontrados en investigaciones bibliográficas, así como apoyado en la información proporcionada por el profesor 4 puntos

El equipo justifica los resultados obtenidos pero sin comparándolos con los datos esperados encontrados en la bibliografía o empleando la información proporcionada por el profesor 2 puntos

El equipo solo repite los resultados obtenidos sin hacer comparaciones con resultados esperados o cotejando la información proporcionada por las fuentes bibliográficas o su profesor

1 puntos

Conclusiones

Se establecen en función a los objetivos planteados y el aprendizaje logrado basado en el análisis de resultados. Describe los alcances reales logrados sean o no compatibles con lo esperado.

2 puntos

Se establecen en función a los objetivos planteados y el aprendizaje logrado basado en el análisis de resultados, pero no se apega a los alcances reales sino que solo se hace referencia a lo esperado.

. 1 puntos

No establecen en función a los objetivos planteados, no se basa en el análisis de resultados. Solo se limita a repetir los resultados o análisis o simplemente es una opinión sobre lo que se obtuvo o se esperaba.

0.5 puntos

Cuestionario Experimental

El equipo responde acertadamente todos los cuestionamientos experimentales incluidos en el formato de la práctica apoyado en sus resultados y observaciones así como, en una investigación bibliográfica.

1.0 puntos

El equipo responde los cuestionamientos experimentales incluidos en el formato de la práctica apoyado solo en sus resultados y observaciones.

0.75 punto

El equipo responde a algunos de los cuestionamientos experimentales incluidos en su manual sin apoyarse en sus resultados y observaciones ni en la bibliografía y de forma errónea

0.5 puntos

Bibliografía Debe incluir referencias virtuales y dos libros de texto

1 puntos

Incluye solo referencias virtuales

0.5 puntos

Incluye solo un libro de texto

0.5 punto

Nota: La ponderación de cada rubro así como los puntos específicos a incluir en el reporte de laboratorio queda sujeta a modificación

por parte de los profesores de laboratorio.

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RUBRICA DE EVALUACIÓN DE LAS EXPOSICIONES ORALES

Aspecto a evaluar

Insuficiente (0-4)

Deficiente (5)

Satisfactorio (6)

Bueno (8)

Excelente (10)

Calif. Observaciones

EXPRESIÓN ORAL

EXPRES I ON

ORAL

Intensidad de voz

Apenas perceptible, pausado y hace largos silencios.

Apenas perceptible y pausado

Volumen medio y pausado sin modulación

Volumen apropiado pero sin modulación ni pausas

Volumen apropiado, modulado haciendo énfasis en ciertos puntos y sin silencios

Uso de muletillas

Utiliza más de tres y con mucha frecuencia

Utiliza al menos dos muletillas con frecuencia

Utiliza una con insistencia. Utiliza una sola pero no es demasiado frecuente

No emplea muletillas

No leer

Durante la exposición completa leyó el material contenido en las diapositivas

Lee los textos de las diapositivas pero explica algunos puntos importantes

Lee algunos párrafos importantes y complementa con explicaciones

Lee entre líneas y complementa la información con explicaciones adicionales

Nunca lee el texto de la diapositiva y solo hace alusión a su contenido como apoyo para la audiencia

Uso de lenguaje técnico apropiado

Los términos que emplea son coloquiales y no reflejan manejo de términos apropiados

Se expresa sin formalidad y esporádicamente emplea términos adecuados

Su lenguaje es medianamente apropiado

Se expresa con formalidad pero no emplea términos técnicos con la frecuencia requerida

Se expresa con propiedad, usando un lenguaje técnico apropiado y pulcro

Respeto al tiempo asignado de exposición

(40- 60 min)

Rebasa el tiempo asignado por más de 15 minutos

Rebasa el tiempo asignado por más de 10 minutos

Rebasa el tiempo asignado por más de 7 minutos

Rebasa el tiempo asignado por más de 5 minutos

Cumple con exactitud el tiempo asignado

EN

LA

P R E S ENTAC I ÓN

P OWE R

P O I NT

Título de la exposición No la tiene Es inapropiado Es inadecuado sin embargo da idea

apropiada de lo que se pretende exponer

Es adecuado sin embargo es susceptible de mejora para hacerlo más preciso

Es correcto

Nombre de los alumnos, en orden alfabético por

apellido

No lo tiene Contiene solo los nombres propios de los estudiantes

Contiene los nombres y un solo apellido y sin orden

alfabético

Contiene los nombres y un solo apellido y en orden

alfabético

Contiene los nombres completos y en orden

alfabético

Número de equipo No lo tiene Lo tiene Materia No lo tiene Lo tiene Grupo No lo tiene Lo tiene

Semestre No lo tiene Lo tiene Citar fuentes en casos de

cuadro y gráficas No contiene citas Cita incorrectamente en

algunas ocasiones Cita incorrectamente en

algunos casos Cita correctamente pero no

en todos los casos Cita correctamente en

todos los casos

Las letras no se pierdan con el fondo de la

presentación

No cumple Cumple

Ortografía general y escritura correcta de las sustancias empleadas

Más de 5 errores 5 de errores 4 errores 2 errores Sin errores

Estructuras y propiedades fisicoquímicas de los productos y reactivos

No los presenta Los presenta incompletos Solo las estructuras y no las propiedades o

viceversa

Le faltan 1 o dos Presenta todos

Mecanismo de reacción No se incluye o se hace de forma incorrecta

Se incluye en más de una diapositiva y está incompleto

No se incluyen todos los pasos importantes

Se incluye en más de una diapositiva y contiene todos los pasos importantes

Se incluye en una sola diapositiva y contiene todos los pasos importantes

Diagrama de Flujo de la

parte experimental

No lo incluye y solo menciona el procedimiento a seguir

No lo incluye pero utiliza otro recurso poco claro

Lo incluye pero su construcción es poco clara el incompleta

Lo incluye pero no es lo suficientemente organizado y claro

El diagrama es perfectamente claro, organizado y bien presentado

Justificación de cada uno de los pasos de la técnica

aplicada

No se incluye o se menciona de forma incorrecta

Se incluye la técnica pero no se justifica el por qué de los pasos

Se incluye la técnica aplicada pero existen muchos errores en la justificación de los mismos

Se incluye una breve explicación de los pasos aplicados en la síntesis

Se explica las razones de cada uno de los pasos incluidos en la técnica de síntesis

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EDICIÓN 2015 2

INTRODUCCIÓN AL LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA

TRABAJO EN EL LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA

OBJETIVO.

Conocer las normas y la metodología requeridas para el desempeño de las

actividades que se realizan en el laboratorio.

Desarrollar un criterio que le permita usar y comprender las operaciones y

procesos comunes de la Química Orgánica y conocer las limitaciones y riesgos

que conlleva dicho trabajo.

Conocer el material de laboratorio, el equipo de vidrio, el manejo de los reactivos

y el montaje de aparatos a utilizar durante la realización de las prácticas.

Aprender a buscar información y a registrar las observaciones de manera

metódica, precisa, completa y reproducible.

INTRODUCCIÓN.

La Química Orgánica es una materia experimental, por lo que se requiere de disciplina y

metodología para la obtención de resultados confiables, así como de la aplicación de

las normas de seguridad apropiadas para evitar accidentes. La realización de este

trabajo implica el diseño experimental, la interpretación de resultados y el registro de

éstos.

NORMAS DE TRABAJO.

Procedimientos de operación en el Laboratorio de Química Orgánica.

El laboratorio de Química Orgánica es una área de alto riesgo, por lo cual

cualquier estudiante que sea sorprendido comportándose de manera inapropiada

y no observe las normas indicadas será dado de baja de la materia.

Actitud y Preparación.

El trabajo de laboratorio demanda del estudiante una actitud crítica, inquisitiva y una

cooperación ilimitada. Para lograr lo anterior es necesaria una participación activa en la

observación de las normas de trabajo que se han establecido para evitar accidentes y

así lograr un alto rendimiento en el trabajo de experimental.

Antes de realizar cualquier experimento, se deberán revisar los antecedentes teóricos

de la reacción a efectuar, el mecanismo de reacción, los fundamentos fisicoquímicos así

como los problemas de seguridad involucrados en el manejo de los reactivos.

La lectura previa y la comprensión de las indicaciones del experimento, permitirán que

el curso y el desarrollo de la práctica sean claros en todos sus detalles. Al ingresar al

laboratorio se deberá estar preparado físicamente; no hacer el trabajo de laboratorio

con el estómago vacío o sin dormir. Se deberá llegar puntualmente ya que sólo se

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EDICIÓN 2015 3

permiten 15 minutos de tolerancia, y se deberá estar preparado mentalmente para

estudiar el experimento y planear las actividades.

Seguridad y Normas de Trabajo para el Laboratorio de Química Orgánica.

1) Los reactivos usados en el laboratorio se convierten en un peligro cuando no se

manejan con cuidado, pero son inocuos cuando se manipulan precavidamente.

2) Se deberá usar bata para el trabajo de laboratorio la cual deberá estar siempre

protegiendo todo el cuerpo y deberá mantenerse limpia.

3) Se deberá usar ropa cómoda, incluyendo zapatos que sean confortables y

que permitan desplazarse rápidamente en caso de emergencia.

4) El cabello deberá estar recogido de manera que no obstruya la visión o que

cuelgue sobre los materiales empleados.

5) No se permite usar calzado o ropa que dejen al descubierto el pie y las

piernas.

6) El uso de lentes de seguridad es obligatorio siempre que se permanezca en el

laboratorio, independientemente de manejar los reactivos o no. Los lentes

protegen de proyecciones e impactos en caso de accidente y es necesario

mantenerlos limpios y desempañados. En caso de usar lentes de contacto se

deberá usar lentes de seguridad sellados con protecciones laterales.

7) No está permitido introducir alimentos ni comer, beber o fumar dentro del

laboratorio

8) Los compuestos orgánicos pueden absorberse por la piel, por lo que se deben

evitar derramamientos sobre ésta y se evitará el contacto de los reactivos

directamente con las manos. No se deben succionar los líquidos con la boca, se

deberá emplear una perilla de seguridad de acuerdo al procedimiento indicado

en la figura 1.

9) Para protegerse de la absorción de productos químicos por la piel se deberán

usar guantes desechables de látex ó de polipropileno, manteniéndolos siempre

limpios.

10) En caso de requerir oler algún reactivo, se debe atraer un poco de sus vapores

pasando rápidamente la mano por la boca del frasco de acuerdo a la Figura 2.

Para evitar la inhalación de vapores se deberá calentar o evaporar la mezcla de

reacción dentro de la campana de extracción. No se debe oler el reactivo

directamente del frasco.

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EDICIÓN 2015 4

FIGURA 1.

FIGURA 2.

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EDICIÓN 2015 5

El Ambiente de trabajo.

1) Mantener la mesa de trabajo ordenada y limpia, sin productos o con agua

derramados sobre ésta. En caso de derrames se deberá limpiar rápidamente el

lugar utilizando papel absorbente, si el material es volátil se deberá colocar en la

campana de extracción.

2) Si se derrama un ácido concentrado sobre la mesa se deberá utilizar una

solución de bicarbonato de sodio para neutralizarlo, si es una base la que se ha

derramado se deberá utilizar ácido acético diluido.

3) Se deberán mantener limpias y ordenadas las áreas comunes, las áreas de

pesado de reactivos y las balanzas.

4) No contaminar los reactivos con espátulas o pipetas que tengan restos de otros

reactivos.

Material de vidrio.

1) No usar material de vidrio roto o en mal estado, revisar el material antes de

utilizarlo.

2) Utilizar material de vidrio limpio y seco. No utilizar el termómetro como agitador.

Identificar cada uno de los materiales de vidrio por su nombre (Figura 3).

3) Muchos compuestos son inflamables y pueden producir fuego a altas

temperaturas por lo cual el trabajo, con mecheros u otra flama abierta, se

realizará dentro del periodo de laboratorio y bajo la supervisión del profesor.

NO SE DEBE DEJAR EL MECHERO ENCENDIDO SIN USO ALGUNO, EL

MECHERO SE PRENDE CUANDO SE INICIA EL CALENTAMIENTO Y SE

APAGA CUANDO ÉSTE TERMINA, NO SE DEBE DEJAR EL MECHERO

ENCENDIDO SIN VIGILANCIA.

4) NO SE PERMITE NINGÚN EXPERIMENTO NO AUTORIZADO POR EL

MAESTRO.

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EDICIÓN 2015 6

MATERIAL BÁSICO DE LABORATORIO

Page 20: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 7

FIGURA 3.

PRECAUCIONES

1) Está estrictamente prohibido calentar un sistema cerrado, ya que éste puede ser

causa de una proyección que puede convertirse en explosión.

2) En caso de producirse fuego, tener identificadas las ubicaciones de los

extinguidores, los botes de arena, y el material de auxilio, así como la salida más

próxima.

Page 21: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 8

3) Al calentar con baño de aceite, revisar que el recipiente donde se encuentra el

aceite esté totalmente seco ya que la presencia de agua provoca proyecciones

de aceite caliente.

4) El fuego de un tubo de ensaye o matraz puede sofocarse con un vidrio de reloj,

con el extintor o con arena.

5) En caso de fuego en la ropa en una persona, cubrirlo con una manta y evitar

correr.

6) LOS DESECHOS SE COLOCARÁN EN LOS LUGARES DESTINADOS A ESTE

FIN. COLOCAR EL PAPEL Y LA BASURA EN LOS RECIPIENTES

APROPIADOS, NO TIRAR NINGÚN REACTIVO O DESECHO QUÍMICO EN EL

LAVABO.

7) En casos de tener alguna condición física que pueda afectar tu rendimiento o tu

salud, como alergias, embarazo, epilepsia, etc. informar al profesor; dicha

información será totalmente confidencial. En caso de accidente

informar inmediatamente al profesor.

Desarrollo de la Práctica.

El trabajo de laboratorio no empieza en el momento que se entra al laboratorio, por el

contrario, previamente se ha de realizar una investigación bibliográfica que cubra los

siguientes aspectos:

Datos físicos de cada uno de los reactivos que se usen, punto de fusión, punto

de ebullición, solubilidad, etc.

Datos toxicológicos, precauciones relacionadas con el manejo de cada uno de

los reactivos.

Datos complementarios. Fundamentos fisicoquímicos, reacciones y mecanismos

de reacción involucrados en el desarrollo de la práctica, ecuación química

balanceada, e identificación del reactivo limitante. Productos y subproductos

esperados y precauciones que hay que considerar para el desarrollo exitoso de

la práctica.

Seminario.

El propósito del seminario es aclarar cualquier aspecto de la práctica que no este

comprendido, por lo que se requiere de la participación de todos los estudiantes.

Informe de resultados.

El profesor indicará las características que deberá contener cada informe.

Page 22: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 9

PROPIEDADES FÍSICAS Y TOXICOLÓGICAS

1. Los alumnos deberán consultar y completar las fórmulas, las propiedades físicas, las propiedades químicas y la toxicidad de las sustancias a emplear en las prácticas.

1. Acetanilida.

2. Acetato de etilo.

3. Acetato cúprico.

4. Acetona.

5. Agua.

6. Ácido acético glacial.

7. Ácido benzoico.

8. Ácido clorhídrico.

9. Ácido fosfórico.

10. Ácido fumárico.

11. Ácido maleico.

12. Ácido nítrico.

13. Ácido oxálico.

14. Ácido pícrico.

15. Ácido salicílico.

16. Ácido sulfúrico.

17. Alcohol isoamílico.

18. Alcohol terbutílico.

19. Anilina.

20. Azul de metileno.

21. Benceno.

22. Bencilo.

23. Benzaldehído.

24. Benzoína.

25. Bicarbonato de sodio.

26. Bromo.

27. Carbón activado.

28. Carbonato de sodio.

29. Ciclohexanol.

30. Ciclohexeno.

31. Cloroformo.

32. Cloruro de calcio.

33. Cloruro de metileno.

34. Cloruro de sodio.

35. Cloruro de terbutilo.

36. Dibenzalacetona.

37. Etanol.

38. Eter etílico.

39. Fenol.

40. Fenolftaleína.

41. Glicerol.

42. Hexano.

43. Hidróxido de potasio.

44. Hidróxido de sodio.

45. Metanol.

46. Nitrato de amonio.

47. o-Nitrofenol.

48. p-Nitroacetanilida.

49. p-Nitrofenol.

50. Sacarosa.

51. Sulfato de sodio anhidro.

52. Tetracloruro de carbono.

53. Tolueno.

54. Yodo.

Page 23: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 10

2. Con la lista anterior, completa la tabla siguiente:

Disolventes Agentes Desecantes Reactivos Orgánicos Reactivos

Inorgánicos

Page 24: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 11

3. El profesor definirá junto con los alumnos los siguientes términos:

Reactivos. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Productos. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Qué indica el subíndice en una reacción química. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Qué indica el coeficiente en una reacción química. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Peso molecular. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Peso atómico. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Reactivo en exceso. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Reactivo limitante. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________ 5. Cálculos estequiométricos: El profesor explicará cómo se calcula la eficiencia, el

rendimiento teórico y práctico de reacción para diferentes tipos de reacciones, así como

la eficiencia y el rendimiento de extracción para diferentes métodos de extracción.

Page 25: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

Etiquetado de seguridad de productos químicos. La etiqueta es, en general, la primera información que recibe el usuario y es la que permite identificar el producto en el momento de su utilización. Todo recipiente que contenga un producto químico deberá llevar una etiqueta visible en su envase que, contenga:

Nombre de la sustancia o del preparado.

Fecha de preparación u obtención.

Nombre de la persona o equipo que lo preparó, grupo y sección.

Símbolos e indicaciones de peligro para destacar los riesgos principales. Para manejar con seguridad las sustancias químicas se han ideado diversos códigos y pictogramas dependiendo de la casa fabricante. A continuación se muestra uno de los más usados. (Azul) (Rojo)

(Blanco) (Amarillo)

FIGURA 4.

Algunos de los pictogramas de peligro más utilizados se muestran a continuación en la siguiente Tabla

TABLA 1. Pictogramas de peligrosidad.

Page 26: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

1

E Explosivo

Clasificación: Sustancias y preparaciones que reaccionan exotérmicamente también sin oxígeno y que detonan según condiciones de ensayo fijadas, pueden explotar al calentar bajo inclusión parcial. Ejemplo: Dicromato de amonio. Precaución: Evitar el choque, Percusión, Fricción, formación de chispas, fuego y acción del calor.

F Fácilmente inflamable

Clasificación: Líquidos con un punto de inflamación inferior a 21ºC, pero que NO son altamente inflamables. Sustancias sólidas y preparaciones que por acción breve de una fuente de inflamación pueden inflamarse fácilmente y luego pueden continuar quemándose o permanecer incandescentes. Precaución: Mantener lejos de llamas abiertas, chispas y fuentes de calor. A. Sustancias autoinflamables. Ejemplo: Alquiluros de aluminio, fósforo. Precaución. Evitar contacto con el aire B. Gases fácilmente inflamables. Ejemplo: Butano, propano. Precaución. Evitar la formación de mezclas inflamables gas-aire y aislar de fuentes de ignición. C. Sustancias sensibles a la humedad. Productos químicos que desarrollan emanaciones de gas inflamable al contacto con el agua. Ejemplo: Litio, borohidruro de sodio. Precauciones: evitar contacto con agua o con humedad.

F+ Extremadamente

inflamable

Clasificación: Líquidos con un punto de inflamación inferior a 0ºC y un punto de ebullición de máximo de 35ºC. Gases y mezclas de gases, que a presión normal y a temperatura usual son inflamables en el aire. Precaución: Mantener lejos de llamas abiertas, chispas y fuentes de calor.

C Corrosivo

Clasificación: Destrucción del tejido cutáneo en todo su espesor en el caso de piel sana, intacta. Ejemplo: bromo, ácido sulfúrico. Precaución: Mediante medidas protectoras especiales evitar el contacto con los ojos, piel e indumentaria. NO inhalar los vapores. En caso de accidente o malestar consultar inmediatamente al médico.

T Tóxico

Clasificación: La inhalación y la ingestión o absorción cutánea en pequeña cantidad, pueden conducir a daños para la salud de magnitud considerable, eventualmente con consecuencias mortales. Ejemplo: Trióxido de arsénico, cloruro de mercurio (II). Precaución: Evitar cualquier contacto con el cuerpo humano. En caso de malestar consultar inmediatamente al médico. En caso de manipulación de estas sustancias deben establecerse procedimientos específicos.

Page 27: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

2

T+ Muy Tóxico

Clasificación: La inhalación y la ingestión o absorción cutánea en MUY pequeña cantidad, pueden conducir a daños de considerable magnitud para la salud, posiblemente con consecuencias mortales. Precaución: Evitar cualquier contacto con el cuerpo humano, en caso de malestar consultar inmediatamente al médico.

O Comburente

Clasificación: (Peróxidos orgánicos). Sustancias y preparados que, en contacto con otras sustancias, en especial con sustancias inflamables, producen reacción fuertemente exotérmica. Peligro de inflamación: Pueden favorecer los incendios comenzados y dificultar su extinción. Ejemplo: Permanganato de potasio, peróxido de sodio. Precaución: Evitar todo contacto con sustancias combustibles.

Xn Nocivo

Clasificación: La inhalación, la ingestión o la absorción cutánea pueden provocar daños para la salud agudos o crónicos. Peligros para la reproducción, peligro de sensibilización por inhalación. Ejemplo: Tricloroetileno. Precaución: Evitar el contacto con el cuerpo humano.

Xi Irritante

Clasificación: Sin ser corrosivas, pueden producir inflamaciones en caso de contacto breve, prolongado o repetido con la piel o en mucosas. Peligro de sensibilización en caso de contacto con la piel. Ejemplo: Amoniaco, cloruro de bencilo. Precaución: Evitar el contacto con ojos y piel; no inhalar vapores.

N Peligro para el

medio ambiente

Clasificación: En el caso de ser liberado en el medio acuático y no acuático puede producirse un daño del ecosistema por cambio del equilibrio natural, inmediatamente o con posterioridad. Ciertas sustancias o sus productos de transformación pueden alterar simultáneamente diversos compartimentos. Precaución: Según sea el potencial de peligro, no dejar que alcancen la canalización, en el suelo o el medio ambiente. Observar las prescripciones de eliminación de residuos especiales.

Page 28: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

3

PRÁCTICA 1

SEPARACIÓN DE UNA MEZCLA TERNARIA POR DESTILACIÓN

OBJETIVOS

1. Utilizar los diferentes tipos de destilación para separar los componentes de una

mezcla.

2. Aplicar las propiedades físicas y químicas de algunos compuestos, para su

purificación.

INTRODUCCIÓN

La separación de mezclas es una tarea frecuente en Química Orgánica. Los métodos

utilizados en la práctica se basan principalmente en la naturaleza química de los

componentes de la mezcla a separar, considerando las

diferencias en peso molecular, polaridad, constantes físicas, acidez y basicidad.

En esta práctica la mezcla a separar está formada por anilina, alcohol isoamílico y

glicerol en volúmenes iguales. El primer paso para conseguir la separación es una

destilación por arrastre de vapor, aprovechando la baja volatilidad del glicerol y su alta

solubilidad en agua, así como la comparativamente baja solubilidad en agua de la

anilina y el alcohol isoamílico. En esta forma se separa el glicerol de la mezcla; la

purificación total de éste se consigue por medio de una destilación a presión reducida,

debido a que una destilación a presión normal trae consigo su descomposición (p. eb.

290o C con descomposición).

Se tiene ahora una mezcla de alcohol isoamílico y anilina; para su separación se

aprovecha el carácter básico de la anilina, transformándola en su sal. La baja volatilidad

de la sal permite la separación por destilación del alcohol isoamílico. La purificación de

la anilina implica el tratamiento de la sal formada, con un álcali, a fin de regenerarla.

Tanto la anilina como el alcohol isoamílico se purifican totalmente por medio de una

destilación fraccionada o a presión reducida.

Page 29: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 4

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS COMPONENTES DE LA MEZCLA

GLICEROL

HO

OH

OH

ANILINA

NH2

ALCOHOL ISOAMÍLICO

OH

P.M. 92.1 93.2 88.2

p.f. 18oC -6.2oC -117°C

p.eb. 290oC (760 mmHg) 184.3oC 131oC

Densidad 1.26 g/ml 1.022 g/ml 0.809 g/ml

Solubilidad agua y etanol Benceno, alcohol, éter y

cloroformo

alcohol, éter, benceno y

cloroformo

Insoluble en cloroformo y tetracloruro de

carbono

Agua agua

MATERIAL Y REACTIVOS POR EQUIPO

REACTIVOS MATERIAL

Alcohol isoamílico 5ml Soporte 3 vaso de precipitados 3

Glicerol 5 ml Anillo 1 columna de

fraccionamiento

1

Anilina 5 ml Rejilla 1 embudo de separación 1

Ácido sulfúrico 2.5 ml pinzas nuez 3 matraz balón 1

Sulfato de sodio

anhidro

Lo que se

requiera

baño María 1 unión triple 1

Hidróxido de sodio al

40%

mechero o parrilla 1 probeta 1

Agua refrigerante 1 termómetro 1

otros, por cualquier eventualidad

matraz Erlenmeyer 2

portatermómetro

1

MATERIAL POR SECCIÓN

Bomba de vacío

Papel indicador de pH

Page 30: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 5

PARTE EXPERIMENTAL

En un matraz Erlenmeyer de 250 mL colocar 5 mL de alcohol isoamílico, 5 mL de

anilina* (vea la nota sobre la toxicidad de este compuesto al final del procedimiento) y 5

mL de glicerol; adicionar 33 mL de agua y adaptar un aparato de destilación por

arrastre de vapor (el montaje se hará como el de una destilación simple). Destilar

hasta que el matráz de destilación contenga aproximadamente 12 mL, el destilado

contiene anilina, alcohol isoamílico y agua; el residuo contiene glicerol impuro.

Transferir éste a un matraz y destilarlo a presión reducida, al punto de ebullición

correspondiente a la presión del sistema (condicionado a que se cuente con manómetro

y bomba de vacío)

Agregar al destilado anterior (el que contiene anilina y alcohol isoamílico), lentamente y

con agitación, H2SO4 hasta pH entre 3 y 5; adicionar 15 mL de agua y efectuar una

destilación por arrastre de vapor (montaje de destilación simple).

Reacción

NH2

H2SO4

NH3 HSO4

Bisulfato de anilonio

El destilado contiene alcohol isoamílico y agua; transferirlo a un embudo de

separación, separar el alcohol, presente en la fase orgánica y que por diferencia de

densidades debe ser la fase de arriba, y secar con Na2SO4 anhidro. (agregando la

cantidad requerida, cuando ya no se formen grumos en el líquido se encontrará éste

razonablemente seco).

Al residuo, que contiene la sal bisulfato de anilonio, agregarle una solución de NaOH al

40 % hasta alcalinidad (pH 9); agregar 10 ml de H2O y efectuar una destilación por

arrastre de vapor (montaje de D. simple). Separar la anilina destilada, transfiriéndola a

un embudo de separación y secándola después con Na2SO4 anhidro, como se hizo con

el alcohol isoamílico.

* Produce anemia, irritabilidad y pérdida de peso en intoxicaciones graves.

Page 31: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 6

Reacción

NH3 HSO4

NaOH

NH2

H2O NaHSO4

Como se menciona en la Introducción, tanto el alcohol isoamílico como la anilina se

purifican totalmente por medio de una destilación fraccionada o a presión reducida.

(Mismas que no se llevarán a cabo).

Page 32: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 7

DIAGRAMA DE FLUJO

Page 33: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 8

CUESTIONARIO

1. ¿A qué se atribuye la baja volatilidad del glicerol?

2. ¿Por qué las sales de los componentes orgánicos tienen puntos de ebullición

elevados

3. ¿Qué características debe tener una sustancia para purificarse por medio de

arrastre con vapor de agua?

4. ¿Cómo se sabe cuándo ha terminado una destilación por arrastre de vapor?

5. ¿En qué casos debe utilizarse la destilación a presión reducida?

Page 34: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 9

6. Proponer un procedimiento para separar cada una de las siguientes mezclas:

a) Ácido acético-acetona-octano

b) Anilina-cloruro de sodio-acetato de sodio

7. Sugerir un procedimiento diferente al empleado en el laboratorio para separar la

misma mezcla

8. ¿Qué tipo de fuerzas intermoleculares actúan entre cada uno de los

componentes de la mezcla ternaria?

9. ¿Qué tipo de fuerzas intermoleculares actúan en cada uno de los componentes

ya separados? (Suponga una separación ideal).

BIBLIOGRAFÍA:

Page 35: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 10

Observaciones

Resultados

Análisis de Resultados

Conclusiones

Page 36: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 11

PRÁCTICA 2

RECRISTALIZACIÓN.

OBJETIVOS.

Conocer y aplicar la técnica de recristalización para la purificación de

compuestos orgánicos.

Aplicar los conceptos relacionados con la estructura y la polaridad de los

compuestos.

Realizar la selección del disolvente en una recristalización.

ANTECEDENTES.

1.- Interacciones intermoleculares.

2.- Polaridad de las moléculas.

INTRODUCCIÓN

Los compuestos orgánicos sólidos que se obtienen en una reacción o se aíslan de

alguna fuente natural suelen estar acompañados de impurezas que hay que eliminar

para poder disponer del producto deseado en el mayor grado de pureza posible. El

método más adecuado para la eliminación de las impurezas que contaminan un sólido

es mediante cristalizaciones sucesivas, bien en un disolvente puro, o bien en una

mezcla de disolventes. Al procedimiento se le da el nombre genérico de recristalización.

La técnica de recristalización consiste en la formación de partículas sólidas en el seno

de una fase homogénea, basándose en las diferencias de solubilidad del sólido y sus

impurezas en diferentes disolventes. Se considera como impureza a toda sustancia

extraña cuya concentración no exceda del 5%.

En la recristalización, el sólido impuro se disuelve en un volumen mínimo de disolvente

a ebullición; la mezcla caliente se filtra para eliminar todas las impurezas insolubles y la

solución se deja enfriar; al descender la temperatura, decrece la solubilidad del soluto y

cristaliza de la solución. En el caso ideal, la concentración de cualquier impureza no

sobrepasa su punto de saturación en la solución fría y por ello permanecerá disuelta en

las aguas madres. Finalmente los cristales se separan por filtración y se dejan secar. En

la práctica, parte de las impurezas pueden cristalizarse con la sustancia deseada, por lo

que debe recristalizarse para obtener una purificación satisfactoria.

Cuando están presentes impurezas coloridas, éstas se eliminan agregando a la

solución una mínima cantidad de carbón activado que adsorbe las impurezas.

Page 37: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 12

Los pasos para efectuar una recristalización, de acuerdo a lo anterior, son:

1. Elección del disolvente 2. Disolución de la sustancia en caliente 3. Si la solución tiene color, adicionar carbón activado y llevar a ebullición 4. Filtración de la solución en caliente 5. Enfriamiento para recristalizar 6. Separación de los cristales 7. Secado de los cristales

1. Elección del Disolvente.

Una estimación de la solubilidad de un sólido en un disolvente puede realizarse

considerando la estructura del sólido, la estructura del disolvente y la acción de las

fuerzas intermoleculares involucradas.

Así, los hidrocarburos son insolubles en agua, sin embargo, los alcoholes, los ácidos

carboxílicos y las amidas que tienen menos de 5 átomos de carbono pueden formar

puentes de hidrógeno con el agua y son solubles en ésta. En la Tabla 1 se indican

algunos de los disolventes más empleados en la recristalización.

DISOLVENTE FÓRMULA PUNTO DE

EBULLICIÓN (ºC)

PUNTO DE

CONGELACIÓN (ºC)

INFLAMABI-

LIDAD

Agua H2O 100 0 0

Metanol* CH3OH 65 -198 ++++

Etanol* C2H5OH 78 -117 ++++

Acetona* CH3COCH3 56 - 95 ++++

Acetato de Etilo* CH3COOCH2CH3 77.2 - 84 ++++

Cloruro de Metileno CH2Cl2 40 - 97 0

Eter etílico* (C2H5)2O 35 -116 ++++

Cloroformo** CHCl3 61 - 64 0

Benceno*** C6H6 80 6 ++++

Tetracloruro de carbono** CCl4 76 - 23 0

Ligroína* Mezcla de Hidrocarburos C7 y C8 90-115 ++++

Hexano* Mezcla de Hidrocarburos C6H14 68 - 195 ++++

Eter de Petróleo* Mezcla de Hidrocarburos C5 y C6 35-60 ++++

Pentano* Mezcla de Hidrocarburos C5H12 36 -130 ++++

Tabla 1. La polaridad de los disolventes está indicada en orden descendente.

NOTAS:

Todos los disolventes son tóxicos a excepción del agua, por lo cual deberán

usarse con precaución y con buena ventilación. Los disolventes clorocarbonados

producen daños hepáticos por contacto con la piel o por inhalación. Se ha

reportado que el CCl4 y El CH2Cl2 producen cáncer en animales de laboratorio y

han sido prohibidas por la FDA para emplearlos en cosméticos y drogas.

Se debe evitar el contacto de los disolventes con la piel así como su inhalación ya

que producen irritación de las mucosas.

Page 38: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 13

La elección del disolvente para la purificación de un sólido se basa en las

características siguientes:

1. El material que se desea purificar deberá ser considerablemente más soluble en el

disolvente caliente que en frío.

2. Las impurezas deben ser o muy solubles o insolubles en el disolvente, o bien

deben poder eliminarse fácilmente con carbón activado.

3. El disolvente debe tener un punto de ebullición lo más bajo posible, para facilitar la

evaporación del mismo y el secado de los cristales.

4. El disolvente no debe reaccionar con el soluto.

5. Es también conveniente considerar el costo, toxicidad e inflamabilidad en la

elección de disolventes.

En ocasiones el disolvente más eficaz para la recristalización de un compuesto es una

mezcla de dos líquidos. Tales mezclas se usan cuando un sólido es soluble en un

disolvente e insoluble en el otro; en estas condiciones puede lograrse una cristalización

eficiente. El material a recristalizar se disuelve en el disolvente caliente en el cual es

más soluble, luego se agrega el otro disolvente lentamente, hasta que el soluto tienda a

separarse (la solución se volverá turbia). La mezcla se calienta de nuevo para disolver

todo el material (si es necesario, se añaden pequeñas cantidades del primer disolvente

para ayudar al proceso). Con la ayuda de un enfriamiento lento, se separará el producto

cristalino.

Entre los pares de disolventes más comunes se encuentran:

Metanol- Agua Éter etílico-Metanol

Etanol - Agua Éter etílico-Acetona

Acetona-Agua Éter etílico- Éter de petróleo

3. Disolución de la sustancia en caliente.

La recristalización se basa en el principio de que la mayoría de los sólidos son más

solubles en un disolvente en caliente que en frío. De igual manera la solubilidad de un

sólido en un disolvente, está en función de su estructura química y de la temperatura.

Cuando un compuesto sólido se recristaliza en un disolvente apropiado, se forma una

solución saturada a temperatura elevada, de la cual al enfriarse se separa en forma

cristalina.

Una solución saturada se obtiene de la forma siguiente:

El soluto finamente pulverizado, se disuelve en una mínima cantidad de disolvente en

ebullición, calentando en un baño de vapor; a esta solución hirviente se le agrega más

disolvente en pequeñas porciones con agitación. Cuando el sólido se disuelve

totalmente, no debe agregarse más disolvente.

Page 39: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 14

En la Tabla 2 se aprecia el cambio de solubilidad en función de la temperatura.

SOLUTO DISOLVENTE TEMPERATURA

(ºC)

SOLUBILIDAD

(g/100 ml )

Ácido succínico Agua 20

100

7

121

Colesterol Etanol 17

78

11

130

Tabla 2.

En la Figura 1 se relaciona la solubilidad de una sustancia en función de la

temperatura.

FIGURA 1.

Se aprecia que en una recta con baja pendiente (B) no es apropiada la relación

solubilidad temperatura, por lo cual el disolvente no es adecuado para efectuar una

recristalización. En la línea (C) se observa que se trata de un disolvente en el cual la

sustancia es demasiado soluble a cualquier temperatura y no es apropiado para

efectuar esta técnica, mientras que un disolvente que exhibe un comportamiento como

el indicado en (A) es ideal para efectuar una recristalización, ya que el sólido es muy

soluble a elevadas temperaturas y poco soluble a temperatura ambiente.

3.- Filtración de la solución en caliente.

En esta etapa, se pretenden eliminar las impurezas insolubles; esta filtración deberá

hacerse rápidamente empleando un embudo de tallo corto, pasando a través del papel

filtro, una pequeña cantidad de disolvente caliente para evitar que cristalice el

compuesto en el embudo. Para lograr una mayor rapidez en el filtrado, éste deberá

llevarse cabo doblando el papel filtro en la forma que se indica en la Figura 2.

Temperatura

A) Buen Disolvente

B) Mal Disolvente

C) Mal Disolvente

Solubilidad

Page 40: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 15

Figura 2.

Precipitación o cristalización.

En esta etapa se busca obtener un sistema cristalino ordenado y de mayor pureza. Por

lo que las condiciones durante la formación de los nuevos cristales son fundamentales

ya que generarán un cristal (sólido puro con un ordenamiento geométrico importante), o

bien un amorfo (sólido desordenado). Es importante resaltar que con base en éstas

características se pueden variar sus propiedades físicas, como la solubilidad,

resistencia, volumen, etc.

El proceso se inicia con la nucleación, que es básicamente la precipitación del primer

microcristal sobre el cual posteriormente se apilaran las demás moléculas afines

permitiendo el crecimiento del cristal

Al enfriar la solución caliente, se pretende que se obtenga una máxima cristalización

con un mínimo de impurezas. Es preferible realizar este enfriamiento en un matraz

Erlenmeyer para evitar una gran evaporación.

Es conveniente que los cristales obtenidos sean de tamaño medio, ya que cristales muy

grandes o muy pequeños, pueden incluir o absorber cantidades apreciables de

impurezas.

El tamaño de los cristales se controla mediante la velocidad de cristalización; así una

cristalización rápida, favorece la formación de cristales pequeños y una cristalización

muy lenta origina cristales grandes. Se puede inducir la cristalización de las siguientes

formas:

a) Formando pequeños fragmentos de vidrio que actúan como núcleos de

cristalización, raspado las paredes del matraz donde se encuentre la solución a

cristalizar. Una variante de esto es el frotamiento de las paredes de vidrio del

recipiente donde se encuentra la solución con un agitador de vidrio.

b) Añadiendo un pequeño cristal del producto, para sembrar la solución y provocar

la cristalización.

Page 41: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 16

c) La solución se introduce en una mezcla frigorífica. En la Tabla 3 se indican

algunas de las más empleadas.

MEZCLA TEMPERATURA OBTENIDA (ºC)

Hielo - agua (v/v) 0

CaCl2 (250 g x 100 H2O) -8

NH4Cl (25 g x 100g hielo) -15

NaCl (33 g x 100 g hielo) -20

CO2 Sólido/CCl4 -50

CO2/Acetona -70

5. Separación de los cristales.

En esta etapa se pretende separar los cristales formados eliminando al máximo el

disolvente; esta separación se puede llevar a cabo por filtración al vacío empleando un

embudo Büchner unido a un matraz Kitazato (filtración al vacío), o bien empleando un

embudo de vidrio de tallo corto (filtración por gravedad). Los cristales así separados,

deben lavarse con una pequeña cantidad de disolvente

Figura 3.

Page 42: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 17

PARTE EXPERIMENTAL.

Esta práctica se divide en dos partes, en la primera se realizarán las pruebas de

solubilidad para elegir el disolvente adecuado para recristalizar cuatro diferentes

compuestos y en la segunda se sintetizará acetanilida y se purificará por

recristalización.

Propiedades de los reactivos.

PM Solubilidad Densidad Toxicidad

Acetanilida 135.17

g/mol

Soluble en éter

etílico. 0.56 g/ml en

agua a 25°C.

1.2 g/ml

Irritante por

inhalación. Tóxica por

ingestión.

Ácido Salicílico 138.12

g/mol

Soluble en etanol,

éter y acetona.

Insoluble en agua

fría.

1.4 g/ml Irritante a los ojos por

dispersión de polvos.

Dibenzalacetona 234 g/mol

Soluble en acetona

y cloroformo.

Insoluble en éter y

etanol.

---- Tóxica por ingestión.

Anilina 93.13

g/mol Insoluble en agua 1.02 g/ml

Toxica por contacto e

inhalación.

Cancerígena

Anhídrido

acético

102.09

g/mol

Reacciona con el

agua, Hidrólisis

violenta

1.08 g/ml

Nocivo por inhalación

y por ingestión.

Provoca quemaduras

Azul de Metileno ---- Soluble en agua ---- Nocivo por ingestión

Carbón Activado ---- Insoluble en agua 0.3-0.7

g/ml

Irritante por

dispersión de polvos.

Material por equipo.

1 Soporte universal 1 Baño María

1 Anillo de fierro 1 Mechero Bunsen

1 Rejilla de asbesto 15 Tubos de ensayo

1 Pinza de tres dedos con nuez 1 Agitador de vidrio

1 Embudo de vidrio 1 Probeta graduada 100 mL

1 Refrigerante de agua 14/23 3 Vaso de precipitados 100 mL

1 Gradilla para tubos de ensayo 1 Matraz balón 14/23 de 250 mL

1 Espátula

Page 43: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 18

Material y equipo por sección.

1

Aparato para determinar punto de

fusión 10 Pipetas graduadas de 10 mL

EXPERIENCIA A): Pruebas de solubilidad.

Reactivos y soluciones. Cantidad Calidad

Acetanilida 0.1 g Q.P.

Ácido salicílico 0.1 g Q.P.

Dibenzalacetona 0.1 g Q.P.

Acetato de etilo 10 gotas Q.P.

Reactivos y soluciones. Cantidad Calidad

Acetona 10 gotas Q.P.

Éter etílico 10 gotas Q.P.

Etanol 10 gotas Q.P.

Agua 10 gotas Potable

Nota. Si no es posible medir apropiadamente los 0.1 g de los compuestos sólidos, se

puede realizar el experimento de manera cualitativa agregando una mínima cantidad de

dichos compuestos a cada tubo, procurando que la cantidad de sólido adicionada a

cada tubo sea similar.

Procedimiento para la experiencia A:

Colocar en 5 tubos de ensayo, 0.1 g de acetanilida (compuesto A). Etiquetar cada tubo

como A1, A2, A3, A4 y A5, agregar 10 gotas de los siguientes disolventes, con agitación

y de la forma siguiente: Tubo A1, agua; tubo A2, acetona; tubo A3, etanol; tubo A4,

acetato de etilo; tubo A5, éter etílico.

Observar en qué tubos se obtiene solubilidad parcial o total. A los tubos en los que la

disolución no sea total, calentar en un baño de agua hirviendo, previamente preparado,

y agregar, si es necesario, más disolvente para determinar si el compuesto A es

insoluble en alguno de estos disolventes (cuidar que no existan mecheros prendidos).

Si la acetanilida se disolvió en caliente en algún disolvente, coloque éste en un vaso de

precipitados con hielo y observe si el compuesto cristaliza una vez enfriado el

disolvente.

Con base en sus resultados, concluya cuál es el disolvente adecuado para la

recristalización del compuesto A.

Proceder de la misma forma con el ácido salicílico (compuestos B) y dibenzalacetona

(compuesto C).

Page 44: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 19

Complete la siguiente tabla con los resultados obtenidos en las pruebas de solubilidad.

Utilice las siguientes claves: IF = Insoluble en frío, SF = Soluble en frío, SC = Soluble en

caliente y P = Precipita al enfriar la solución.

agua acetona etanol acetato de

etilo éter etílico

Acetanilida

ác. Salicílico

dibenzalacetona

EXPERIENCIA

B): Purificación de un compuesto orgánico sólido obtenido por síntesis.

SÍNTESIS DE ACETANILIDA.

La síntesis de acetanilida es la reacción que servirá de ejemplo para la obtención y

posterior purificación de un producto de síntesis, la cual consiste en la acetilación de

anilina con anhídrido acético. Esta es una reacción de adición nucleofílica, en la que el

grupo básico (-NH2), efectúa un ataque nucleofílico sobre el átomo de carbono

carbonílico del anhídrido, que es un centro electrofílico. De manera general, la reacción

transcurre muy rápidamente con cloruros de ácido, más lentamente con anhídridos de

ácido y muy lentamente con los ácidos carboxílicos, que en este último caso, para que

se produzca la reacción se requiere una temperatura elevada. Por ejemplo, la

fabricación industrial de la acetanilida se realiza calentando una mezcla de anilina y

ácido acético durante unas seis u ocho horas; en tanto que mediante el uso de

anhídrido acético, reacciona con las aminas a una velocidad tal, que es adecuada para

su realización en el laboratorio.

Reacción.

NH2

O

O O N

O

H

O

OH+

+H+

Procedimiento para la experiencia B:

En un matraz balón de fondo plano colocar 2.5 mL de anilina, 0.5 ml de ácido acético

glacial y después de una ligera agitación adicionar 4 ml de anhídrido acético (al agregar

el anhídrido acético puede observarse desprendimiento de calor). El anhídrido acético

es un irritante fuerte, por lo que esta operación debe llevarse a cabo en la campana.

Adaptar al matraz un refrigerante de agua en posición de reflujo y calentar la solución a

ebullición durante 10 min (Opcional: Llevar a cabo el calentamiento en baño de aceite).

Enfriar un poco el matraz y verter el contenido en un vaso que contenga 15 mL de agua

y aproximadamente 15 g de hielo. Agitar bien la mezcla, filtrar la acetanilida y lavar los

Page 45: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 20

cristales con pequeñas porciones de agua fría. Tomar una pequeña muestra para

determinar punto de fusión de la acetanilida sin recristalizar.

Purificación de la acetanilida por recristalización.

En este punto se hará adicionalmente una demostración del uso del carbón activado

para eliminar impurezas coloridas. En un vaso de precipitados colocar toda la

acetanilida sintetizada en el experimento anterior. Agregar una gota de azul de metileno

como contaminante colorido y disolver en la mínima cantidad de agua calentando a

ebullición. Es importante recordar que se debe preparar una solución saturada, por lo

que todo el sólido se debe disolver en la mínima cantidad de agua a ebullición. Cuando

se haya disuelto totalmente la acetanilida, retirar brevemente el mechero y adicionar

una pequeña cantidad de carbón activado; reanudar el calentamiento hasta ebullición y

filtrar en caliente. Posteriormente dejar enfriar el filtrado hasta 40ºC aproximadamente

(temperatura a la cual se puede tomar el vaso de precipitados con las manos), y

sumergir en baño de hielo hasta la precipitación total de la acetanilida. Pesar el papel

filtro en donde se recuperará la acetanilida para facilitar su cuantificación. Separar por

filtración y secar. Determinar el rendimiento del producto obtenido y el punto de fusión

de la acetanilida recristalizada. Es importante recordar que este producto deberá ser

entregado en un frasco debidamente rotulado al profesor, ya que será empleado como

materia prima en prácticas subsecuentes.

Punto de fusión de:

Acetanilida cruda _________ Acetanilida recristalizada: _________

Cálculo de rendimiento de producto obtenido:

Rendimiento Teórico: _________ Rendimiento Experimental: _______

Tratamiento de residuos.

Las aguas madres resultantes de la recristalización pueden ser vertidas en la tarja con

agua corriente, puesto que el exceso de anhídrido se hidroliza a ácido acético y este se

encuentra diluido en agua.

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EDICIÓN 2015 21

DIAGRAMA DE FLUJO

Page 47: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 22

CUESTIONARIO EXPERIMENTAL

1. Hacer un esquema general de la técnica de recristalización.

2. ¿En qué casos y con qué finalidad se lleva a cabo una recristalización?

3. Explicar para qué sirve el carbón activado

4. ¿Por qué es importante reducir al mínimo la evaporación durante la filtración de una solución

caliente?

5. En la purificación de un sólido por recristalización en un disolvente, explicar si es aconsejable

enfriar la solución rápida o lentamente.

6. Si los puntos de fusión determinados a los compuestos purificados, no coinciden con los

reportados. Indica qué interpretación se daría a este hecho y proponga qué procedimiento

seguiría con base en su interpretación.

7. ¿Por qué aumenta la solubilidad de un compuesto en un disolvente al aumentar la

temperatura?

Page 48: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 23

8. ¿Qué condiciona que una sustancia (soluto) se solubiliza en otra (disolvente).

9. En una recristalización qué ventajas tendrá el agua sobre el éter y el benceno.

10. ¿Qué ventajas tendrá el tetracloruro de carbono sobre el éter y el benceno en una

recristalización?

11. ¿Por qué en condiciones de saturación ya no es posible disolver más cantidad de soluto?

12. ¿Para qué se calienta a reflujo durante 10 minutos la mezcla de anilina, anhídrido acético y

agua?

13. En la síntesis de acetanilida, explicar con qué fin se enfría la mezcla de reacción.

Page 49: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 24

Observaciones

Resultados

Análisis de Resultados

Conclusiones

Page 50: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 25

PRÁCTICA 3

EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO

Objetivos:

General:

Conocer la técnica como método de separación y purificación de

sustancias integrantes de una mezcla

Particulares:

Aplicar la técnica en la purificación de compuestos orgánicos, tanto

neutros como ionizables.

Elegir los disolventes adecuados para un proceso de extracción.

Realizar diferentes tipos de extracción: múltiple y selectiva.

Introducción.

Extracción con disolventes orgánicos.

La extracción es una técnica de transferencia de un soluto de un disolvente a otro. El

soluto se extrae por un proceso de distribución.

Cuando una disolución (soluto A en un disolvente 1) se agita con un segundo disolvente

(Disolvente 2) con el cual es inmiscible, el soluto se distribuye entre las dos fases hasta

lograr una situación de equilibrio.

Donde [A]o es la concentración del analito en la fase orgánica y [A]aq es la

concentración del analito en la fase acuosa.

Al separarse las dos capas de los disolventes inmiscibles se determina la concentración

del soluto en cada capa, la relación de las concentraciones en cada fase es una

constante. Esta constante, es llamada coeficiente de distribución (o partición), K, la cual

es definida por:

Donde C1 y C2 son las concentraciones en equilibrio, en g/L, del soluto en el disolvente

1 y en el disolvente 2 a una temperatura determinada.

Esta relación es independiente de la concentración total y de los volúmenes de los

disolventes. El coeficiente de distribución tiene un valor constante para cada soluto y es

dependiente de la naturaleza del disolvente utilizado en cada caso.

Con base en el coeficiente de distribución, no todo el soluto se transfiere al disolvente 2

en una sola extracción a menos que el valor de K sea muy alto. Generalmente se

requieren varias extracciones para eliminar el soluto del disolvente 1. Los disolventes

orgánicos utilizados en extracción deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad

de solvatación hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullición para

facilitar su eliminación posterior. La extracción tiene amplia aplicación en Química

Orgánica. Se utiliza para extraer productos y eliminar impurezas de las mezclas de

Page 51: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 26

reacción, se emplea también para extraer productos de tejidos animales o de plantas.

Para extraer un soluto de una disolución es más efectivo realizar varias extracciones

empleando volúmenes pequeños (extracción múltiple), que realizar una sola extracción

(extracción simple) mediante el empleo de un volumen grande de disolvente.

Matemáticamente esto se comprueba con la siguiente expresión: n

nVKV

VWW

12

10

Donde:

Wn = g de soluto remanentes en la fase acuosa después de n extracciones.

Wo = g de soluto en fase acuosa.

K = coeficiente de partición

V1 = volumen total de la solución de la solución a extraer

V2 = volumen del disolvente de c/u extracción

n = No. De extracciones

Extracción selectiva

La extracción selectiva se emplea para separar mezclas de compuestos orgánicos, en

función de la acidez, de la basicidad o de la neutralidad de éstos. Para realizar estas

separaciones, es necesario utilizar sustancias activas, éstas pueden ser ácidos o

básicos. Las sustancias activas ácidas que más se utilizan son el HCl y el H2SO4 en

disolución acuosa del 5 al 10 %.

Las sustancias activas básicas pueden ser fuertes como NaOH, KOH o moderados

como NaHCO3 y Na2CO3 en disolución acuosa al 5 ó 10 %.

La extracción selectiva se basa en una reacción ácido-base entre el producto a separar

y el disolvente activo adecuado. Los compuestos iónicos son más solubles en agua que

los compuestos covalentes y éstos son más solubles en disolventes orgánicos que

aquéllos.

Los compuestos básicos como aminas, se extraen con disolventes activos ácidos (HCl

al 5 ó 10%); la reacción que ocurre es la siguiente:

R―NH2 + HCl R―NH3+ - Cl

Unión covalente Unión iónica

Menos polar Más polar

Soluble en disolventes orgánicos Soluble en agua

Los ácidos carboxílicos reaccionan con bases como NaOH, Na2CO3 o NaHCO3 al 5 ó

10%.

Las reacciones ácido-base que se efectúan son las siguientes:

R―COOH + NaOH R―COO-+Na + H2O Unión covalente Unión iónica

Menos polar Más polar

Soluble en disolventes orgánicos Soluble en agua

Page 52: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 27

Los fenoles son compuestos menos ácidos que los ácidos carboxílicos. Por esta

característica, reaccionan únicamente con bases fuertes como NaOH a las mismas

concentraciones ya mencionadas, lo anterior constituye la base para separar ácidos de

fenoles.

Ar―OH + NaOH Ar―O-+Na + H2O Fenol Fenóxido de sodio sal soluble en agua

La extracción selectiva también se utiliza para eliminar impurezas ácidas o básicas a un

producto aislado de una mezcla de reacción. Los compuestos que no tienen

características ácidas o básicas los consideramos neutros. Los compuestos extraídos

pueden recuperarse por neutralización de la sustancia activa para extraer.

Si un compuesto está disuelto en fase acuosa básica éste puede recuperarse

acidificando la disolución. Por el contrario, si el compuesto está disuelto en fase acuosa

ácida, puede recuperarse al agregar una base y modificar el pH hasta lo básico. Los

compuestos neutros disueltos en un disolvente orgánico, se recuperan al eliminar el

disolvente por destilación.

El embudo de separación

El embudo de separación es la pieza que se utiliza en la extracción. El tapón y la llave,

que deben estar bien ajustados, se lubrican con una “grasa” adecuada antes de usarlos.

El embudo debe agitarse moderadamente y purgarlo (aliviar la presión) con frecuencia,

para evitar la presión en su interior. La forma correcta de agitar el embudo se muestra

en la Figura 1.

Figura 1.

Método sugerido para la realización de la extracción líquido-líquido.

Después de agitar el embudo se deja reposar para la formación de una interfase que da

la pauta para la separación de las fases, Figura 2. En la identificación de fases es

importante conocer las densidades de los disolventes orgánicos para ubicar su posición

en el embudo con respecto a la fase acuosa. El número de extracciones en cada caso

depende del coeficiente de distribución del disolvente.

Page 53: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 28

Figura 2.

Separación de fases.

Emulsiones

Con frecuencia se forman emulsiones durante el proceso de extracción. Éstas pueden

romperse mediante:

Un movimiento de giro suave al líquido del embudo.

Agitación vigorosa de la capa emulsionada.

Agitar la fase acuosa con una disolución saturada de cloruro de sodio.

Centrifugación.

Agentes desecantes químicos.

Un desecante debe reunir ciertas condiciones:

No reaccionar con la sustancia que se va a secar.

Ser eficaz, o sea, tener alto poder desecante; esto es, eliminar el agua

completamente o casi completamente cuando se alcanza el equilibrio.

Tener gran capacidad de desecación, es decir, eliminar una gran cantidad de

agua por unidad de peso de desecante.

Secar rápidamente (alcanzar rápido el equilibrio).

Separarse fácilmente de la sustancia una vez seca.

Los desecantes químicos pueden dividirse en dos grupos:

a) Aquellos que reaccionan químicamente con el agua en un proceso no reversible,

lo cual da lugar a un nuevo compuesto libre de agua.

b) Los que se combinan reversiblemente con el agua para formar un hidrato.

Parte Experimental

Propiedades Físicas de los Reactivos S a c a r o s a Á c i d o B e n z ó i c o

Peso Molecular 342.3 g/mol 122.1 g/mol

Punto de fusión 160-186 ºC 122.4 ºC

Punto de ebullición ------------------------- 249.0 ºC

pKa ------------------------- 4.20

Solubilidad s. en agua y etanol

l. s. en éter

s. en etanol, éter y benceno

l. s. en agua, tetracloruro de carbono

Page 54: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 29

Reactivos Material

Sacarosa R.A. 1.0 g 1 Vaso de precipitados de 50 mL

Ácido benzoico R.A. 1.0 g 1 Vaso de precipitados de 100 mL

Éter etílico R.A. 30 mL 1 Embudo de separación con tapón esmerilado.

HCl al 10% 10 mL 1 Probeta de 50 mL

NaOH al 10% 10 mL 1 Pipeta graduada de 10 mL

Etanol 10 mL 1 1 Matraz balón de 250 mL 14/23

Hexano 10 mL 1 Refrigerante recto

Benceno 10 mL Papel indicador de pH 0-14

Metanol 10 mL 3 Mangueras de látex

Cloruro de metileno 10 mL 1 Mechero de Bunsen

Disoln. de NaCl saturada 1 Tapón adaptador

Sulfato de sodio anhidro 1 Baño María

1 Soporte universal y pinzas de tres dedos con nuez

1 Anillo y rejilla de asbesto

Desarrollo Experimental

EXPERIENCIA A: Extracción

1. En un vaso de precipitados colocar 0.5 g de sacarosa y 0.5 g de ácido benzoico.

y solubilizarlos con 35 mL de agua.

2. Verter la disolución en un embudo de separación y agregar 10 mL de éter etílico.

3. Mezclar cuidadosamente, de acuerdo al procedimiento descrito en la figura,

dejando aliviar la presión interna del embudo de separación.

4. Dejar reposar el embudo con la disolución y observar cómo se separan las dos

capas. Drenar la fase acuosa en un matraz Erlenmeyer y la fase etérea en un

vaso de precipitados. Cubra el vaso con un trozo de papel aluminio.

5. Secar la fase orgánica con sulfato de sodio anhidro.

6. Decantar y evaporar el éter en un baño de agua caliente sin llegar a sequedad.

(PRECAUCIÓN: Los vapores de éter son inflmables, es recomendable recuperar

el éter mediante una destilación simple). Pesar el residuo sólido y comparar con

la mezcla original.

7. Calcule el rendimiento.

EXPERIENCIA B: Variación del pH

1. En un vaso de precipitados disolver una mezcla de 0.5 g de sacarosa y 0.5 g de

ácido benzoico y solubilizarlos con 25 mL de solución de NaOH al 10% a pH = 12.

2. Verter la disolución en un embudo de separación y agregar 10 mL de éter etílico.

3. Mezclar cuidadosamente, dejando aliviar la presión interna del embudo.

4. Dejar reposar el embudo con la disolución y observar cómo se separan las dos

capas.

5. Drenar la fase acuosa en un matraz erlenmeyer y la fase etérea en un vaso de

precipitados, posteriormente evaporar la fase etérea.

6. Observar y concluir.

7. Escribir la reacción entre el ácido benzoico y el NaOH.

Page 55: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 30

EXPERIENCIA C:

Extracción de Licopenos.

1. En un matraz balón 14/23 de 250mL colocar 20 g de jitomate previamente

macerado en un mortero y agregar 10 mL de etanol al 95%.

2. Adaptar un refrigerante 14/23 en posición de reflujo y calentar en un baño de agua

a ebullición durante 5 minutos.

3. Filtrar la mezcla en caliente y presionar el sólido suavemente, recogiendo el

filtrado amarillo en un matraz erlenmeyer.

4. Transferir el residuo sólido de la filtración al matraz balón 14/23 de 250 mL y

agregarle 10 mL de cloruro de metileno.

5. Calentar la mezcla a reflujo en baño maría durante 3-4 min. (CH2Cl2 p.eb. 41° C,

es un líquido altamente tóxico; EVITAR INHALAR LOS VAPORES).

6. Filtar el extracto y adicionar al residuo sólido en el papel 2 ó 3 porciones de 10 mL

de CH2Cl2.

7. Reunir los extractos de CH2Cl2 con el primer extracto etanólico.

8. Pasar la solución a un embudo de separación, agitar y agregar 20 mL de una

disolución saturada de NaCl.

9. Separar la capa inferior colorida en un vaso de precipitados y secar la con Na2SO4

anhidro.

10. El licopeno obtenido es inestable a la luz y al aire, guardar el extracto para la

práctica de cromatografía en un frasco ámbar con tapa.

EXPERIENCIA D: Extracción de Carotenos.

Los carotenos son tetraterpenos. Están presentes en la mayoría de las plantas

verdes. Los carotenos sirven como precursores de la vitamina A, ya que pueden ser

convertidores a ésta por enzimas del hígado.

1. Hacer un extracto de hojas de espinacas, macerándolas con 30 mL de una mezcla

benceno-hexano-metanol en partes iguales.

2. Verter la mezcla en un embudo de separación y lavar 2 veces la capa orgánica,

utilizando porciones de 30 mL de agua.

3. Separar la capa orgánica y secarla con sulfato de sodio anhidro.

4. Decantar y destilar hasta obtener un residuo de 5 mL.

5. Guardar el extracto para la siguiente práctica en un frasco ámbar tapado.

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EDICIÓN 2015 31

DIAGRAMA DE FLUJO

Page 57: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 32

CUESTIONARIO EXPERIMENTAL

1. Escriba las ecuaciones involucradas en el proceso de extracción selectiva.

2. En un proceso de extracción, investigue que es más eficiente, hacer cuatro

extracciones con 50 mL de éter ó dos extracciones con 100 mL del mismo.

3. Investigue como se determina el coeficiente de partición K de manera práctica.

4. Cuales serían los factores que pudieran intervenir en la eficiencia de la extracción

que usted realizó en el laboratorio.

5. Investigue la estructura de los carotenos y de los licopenos extraidos en la práctica,

así como su coeficiente de extinción molar.

Page 58: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 33

Observaciones

Resultados

Análisis de Resultados

Conclusiones

Page 59: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 34

PRÁCTICA 4

CROMATOGRAFÍA

OBJETIVOS

1. Conocer la técnica de cromatografía y los factores experimentales que la afectan.

2. Aplicar y comparar los métodos cromatográficos de capa fina y columna, para

separar, identificar y purificar compuestos orgánicos.

3. Observar el efecto de diferentes fases móviles y estacionarias en la separación.

4. Determinar los valores de Rf, como un parámetro en la identificación de los

compuestos separados.

ANTECEDENTES

Según la definición dada por Keulemans, la cromatografía es un método en el que los

componentes a separar se distribuyen entre dos fases, una de las cuales constituye un

lecho estacionario de amplio desarrollo superficial y la otra es un fluido que pasa a

través o a lo largo del lecho estacionario.

INTRODUCCIÓN

La cromatografía consiste en una serie de métodos que sirven para la separación de

una mezcla de solutos. Se basa en la diferente velocidad con que se mueve cada uno

de los solutos a través de un medio poroso, arrastrados por un disolvente en

movimiento.

El fundamento de la cromatografía consiste en el reparto o distribución diferencial de

dos o más compuestos (llamados solutos) entre dos fases, una de las cuales

permanece fija, por lo que se le denomina fase fija o estacionaria y otra que fluye a

través de ella, por lo que se le denomina fase móvil o eluyente. Como la fase

estacionaria debe permanecer fija, su estado físico se limita a sólidos y líquidos, en

tanto que la fase móvil requiere ser un líquido o un gas para poder fluir. Tomando en

consideración el estado físico de las fases, la cromatografía se clasifica en dos grandes

categorías y dos subcategorías cada una:

1) CROMATOGRAFÍA DE GASES.

En ésta, la fase móvil es un gas y la estacionaria puede ser un líquido o un

sólido, por lo que existen dos variantes:

a) Cromatografía sólido-gas (CSG)

b) Cromatografía líquido-gas (CLG)

Page 60: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 35

2) CROMATOGRAFÍA DE LÍQUIDOS.

En ésta, la fase móvil es un líquido y la estacionaria puede ser un sólido o un

líquido, por lo que existen dos variantes:

a) Cromatografía sólido-líquido (CSL)

b) Cromatografía líquido-líquido (CLL)

Cuando la fase estacionaria es sólida, la cromatografía puede ser en columna y en

placa (también llamada cromatografía de capa fina).

Las separaciones por cromatografía de reparto, son particularmente interesantes para

los compuestos solubles en agua. Asimismo, de acuerdo con el mecanismo

predominante en el reparto diferencial de solutos, las técnicas cromatográficas se

clasifican de la siguiente forma:

a) Adsorción Fenómeno de adhesión superficial cuyo mecanismo consiste

en interacciones bipolares.

b) Partición Fenómeno de reparto entre las dos fases debido a su

solubilidad. La solubilidad es una medida de la polaridad y

de otro tipo de interacciones moleculares.

c) Intercambio iónico Fenómeno superficial debido a interacciones entre iones de

diferente carga.

d) Ultra filtración Como su nombre lo indica, se debe a un fenómeno de

tamizado molecular.

Debido a su distribución diferencial entre las fases móvil y estacionaria, dos solutos

aplicados en un extremo del sistema cromatográfico recorrerán el mismo camino a

diferentes velocidades, arrastrados por la fase móvil, con su consecuente elución en

diferentes tiempos o volúmenes, lo cual permite diferenciar a cada analito por sus

propiedades cromatográficas

Los sistemas cromatográficos pueden ser:

a) Cromatografía en columna.

El sistema cromatográfico en columna más sencillo consta de un reservorio para

el eluyente (fase móvil); una columna que debe empacarse homogéneamente, la fase

estacionaria en cuyo extremo superior se aplica la muestra por separar (solutos); un

sistema de control de flujo (llave de paso o pinzas) y los recipientes para recibir los

volúmenes eluidos, como se observa en la siguiente figura.

Page 61: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 36

1. Adición de eluyente

2. Mezcla de A y B

3. Posición de A después de una elución parcial

4. Posición de B después de una elución parcial

5. Eluato

b) Cromatografía en placa fina.

Este sistema consta de un recipiente o cámara del tamaño adecuado para contener una

placa de vidrio o aluminio adsorbida con sílica gel. En la cámara se coloca una muestra

del o los disolventes que servirán de fase móvil.

En la placa cromatográfica, que puede ser de tamaño variable, se coloca una muestra

de la mezcla de solutos, aproximadamente a 0.5 cm del extremo inferior de la placa.

Una vez que el eluyente (fase móvil) ha ascendido, por capilaridad hasta 0.5 cm antes

del extremo superior de la placa, se saca de la cámara, se le evapora el disolvente y se

revela con luz ultravioleta (UV) si se han usado placas de sílica gel adsorbidas con

fluoresceína, en éste caso, el revelador será una lámpara de luz ultravioleta que opera

a una longitud de onda de 254 nm. También se puede revelar la placa cromatográfica

en una cámara de yodo o por aspersión de un reactivo revelador como KMnO4 o H2SO4

y calor:

Page 62: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 37

Esquema gráfico que muestra la preparación de capilares para la aplicación de

las muestras en la placa cromatográfica.

Representación esquemática sobre la aplicación, elución y determinación de los

Rf de los componentes de una muestra.

Parámetros cromatográficos.

a) En el caso de la cromatografía en columna automatizada (HPLC), éstos son:

i. Tiempo muerto (to). Tiempo que tarda un soluto idealmente no retenido, en

salir del sistema cromatográfico.

ii. Tiempo de retención (tr). Tiempo que tarda el 50 % de un soluto en eluir y

corresponde a la posición de máxima concentración en un cromatograma.

iii. Velocidad de flujo del disolvente (F).

iv. Volumen de retención (Vr): Volumen en el que eluye el 50 % de un soluto.

Se calcula con la ecuación:

Vr = tr F

Page 63: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 38

Para procesos sistematizados (como son la Cromatografía de gases y la Cromatografía

de Líquidos a Alta Presión) encontramos que además de los incisos i a iv, dos

parámetros de gran importancia son:

v. Factor de selectividad (α): Medida relativa del grado de separación de dos

solutos. Se calcula mediante la ecuación:

oar

obr

tt

tt

)(

)(

vi. Resolución (Rs): Medida absoluta de separación. Se calcula mediante la

ecuación: 2)(

)(2 )()(

ba

brar

sWW

ttR

vii. Donde Wa y Wb corresponden a los tiempos del ancho de un pico en su base.

b) En el caso de la cromatografía en capa fina, los parámetros más usuales son:

i. Frente del disolvente (fd).

ii. Centro del soluto (fs).

iii. Relación de frentes (Rf): Cociente de la división fs/fd. Se utiliza con fines de

identificación de compuestos cuando se tienen patrones de referencia.

iv. Diferencia de Rfs. Medida cuantitativa del grado de separación.

REACTIVOS

Sílica-gel para columna 4 g

Hexano: Acetato de Etilo 1:1 30 mL

Acetato de Etilo: metanol 1:1 30 mL

Acetato de Etilo: metanol 7:3 10 mL

Acetato de Etilo: metanol 1:1 10 mL

Mezcla de colorantes anaranjado de metilo-azul de metileno 1:1 10 mL

MATERIAL

1 Soporte universal

1 Columna para cromatografía

1 Pinzas para bureta

2 Pipeta graduada de 5 Ml

1 Pinzas universales

1 Vaso de precipitados de 100 mL

1 Matráz Erlenmeyer de 200 mL

10 Tubos de ensayo

1 Cámara cromatografíca

1 Capilares sin heparina

1 Cromato placa de sílica gel F254 de 5x2 cm

1 Agitador de vidrio

1 Probeta graduada de 100 mL

1 Gradilla para tubos de ensaye

Page 64: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 39

PARTE EXPERIMENTAL

EXPERIENCIA 1. SEPARACIÓN DE CAROTENOS

HACER EL SIGUIENTE PROCEDIMIENTO CON LA AYUDA DEL PROFESOR DE LA

SECCIÓN:

Colocar la columna para cromatografía con una pinza universal o con una pinza para

bureta e introducirle por medio de un agitador, un trozo de algodón hasta la base de la

misma.

Empacar la columna con sílica-gel adicionando por la parte superior una suspensión de

4 g de sílica-gel en una mezcla de Hexano: Acetato de etilo (1:1) manteniendo un goteo

uniforme en la llave de salida del disolvente durante todo el procedimiento.

Introducir un círculo de papel filtro de diámetro ligeramente inferior al del interior de la

columna y asentarlo en la superficie de la sílice y llenar en su totalidad la columna

cromatográfica con el disolvente.

Dejar gotear el disolvente y esperar hasta que el disolvente quede ligeramente arriba de

la fase estacionaria, depositar sobre el papel filtro 10 gotas del concentrado de

espinacas con ayuda de una pipeta graduada, cuidando de no derramarlo por las

paredes de la columna, nunca permitir que el nivel del disolvente baje más allá de

la superficie de la sílice, ya que ésta se agrietaría y no permitiría un desarrollo

homogéneo).

Mantener el goteo hasta que los pigmentos penetren en la sílice y llenar lentamente la

columna con la mezcla de Hexano-Acetato de Etilo (1:1). Volver a abrir la llave para

permitir el desarrollo del cromatograma, manteniendo constante el volumen del

eluyente.

Recoger la primera fracción colorida en tubos de ensayo numerados y cubiertos con

papel aluminio. Cuando termine de eluir esta primera fracción, cambiar el eluyente a

Acetato de Etilo: Metanol (1:1) y recoger la siguiente fracción en tubos de ensayo

numerados y cubiertos con papel aluminio.

EXPERIENCIA 2. SEPARACIÓN DE LICOPENOS.

Hacer la cromatografía en columna del extracto de jitomate para la separación de

licopenos, en la misma forma en que se efectuó para el extracto de espinaca.

EXPERIENCIA 3. SEPARACIÓN POR CROMATOGRAFÍA EN PLACA FINA DE UNA

MEZCLA DE COLORANTES.

En una cromatoplaca de 5 2 cm dibujar con un lápiz de punta suave una línea a 0.5

cm de distancia del borde inferior; aplicar sobre ésta en dos puntos equidistantes, por

Page 65: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 40

medio de una micropipeta previamente elaborada con un capilar, una mezcla de

colorantes. Dejar secar y desarrollar el cromatograma en una mezcla Acetato de Etilo:

Etanol (7:3), teniendo cuidado de que éste no rebase los puntos de aplicación y de que

eluya hasta 0.5 cm antes del borde superior de la placa. Secar, observar y calcular los

valores de Rf. para cada componente.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES.

El alumno deberá analizar y concluir cada una de las experiencias realizadas.

Page 66: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 41

DIAGRAMA DE FLUJO

Page 67: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 42

CUESTIONARIO EXPERIMENTAL

1. ¿Qué precauciones se deben tener al empacar una columna de cromatografía.

2. ¿Qué fracciones se separaron por cromatografía en columna, de los extractos de

espinaca, jitomate y cómo se identificaron.

3. Escriba ¿qué conclusiones se obtienen de la cromatografía en capa fina y de la

cromatografía en columna?

4. Definir los siguientes términos: Adsorción, partición, eluyente, eluato, disolvente,

fase móvil, fase estacionaria, Rf.

Page 68: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 43

5. Especificar en qué parte de la práctica tienen aplicación los términos anteriores.

6. Hacer una comparación entre la cristalización, extracción, destilaciones y

cromatografía, en cuanto a la eficiencia como métodos de separación y purificación.

7. Establecer una distinción clara entre cromatografía en columna y capa fina e indicar

en qué casos es preferible alguno de los dos métodos.

Page 69: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 44

Observaciones

Resultados

Análisis de Resultados

Conclusiones

Page 70: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2010 45

PRÁCTICA 5

SÍNTESIS A MICROESCALA DE

ÁCIDO FUMÁRICO

OBJETIVOS.

1.- Convertir un isómero cis en un isómero trans.

2.- Diferenciar los isómeros geométricos del ácido 2-butenodioico.

INTRODUCCIÓN.

El término estereoisómeros se utiliza para designar los compuestos que poseen igual

fórmula molecular e igual conectividad, pero que se distinguen entre sí por la relación

espacial de los átomos o grupos dentro de la molécula.

Esto origina dos tipos de estereoisómeros:

a) Los que guardan entre sí una relación objeto-imagen especular.

b) Aquellos en los que esta relación no existe.

Los primeros se denominan enantiómeros y los segundos diastereómeros. Un tipo de

diastereómeros es el de los isómeros geométricos, que deben su existencia a la

imposibilidad de rotación a través de un doble enlace o de un anillo. Al bisectar un doble

enlace con un plano que pase por el núcleo de los dos átomos de éste, dos grupos

diferentes entre si pueden ubicarse de dos maneras con relación al doble enlace.

1. Ambos del mismo lado del plano.

2. Uno a cada lado del plano.

El primer arreglo da lugar a la isomería cis- (del latín: a este lado) o también (Z), en

tanto que el segundo origina la isomería trans- (del latín: al otro lado) o (E).

De acuerdo con esto, existen 2 ácidos 2-butenodioicos: el cis-2-butenodioico y el trans-

2-butenodioico

OH

OH

O

O

H

H H

OH

O

H

O

HO

Ac. cis-2-butenodioico Ac. trans-2-butenodioico

Page 71: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2010 46

REACCIÓN.

Los ácidos butenodioicos se pueden interconvertir, siempre y cuando desaparezca el

doble enlace, ya que se requiere de un giro a través del eje de éste.

MECANISMO.

El mecanismo se inicia con una reacción ácido-base entre un carbonilo del ácido

maleico y el HCl para dar (B). Esto facilita la deslocalización de los electrones que

conduce a la desaparición del doble enlace entre C2 y C3 originándose un carbocatión

(C) con hibridación sp3 y el enlace simple, que permite el giro entre estos 2 carbonos

para dar (D). A continuación, por otra deslocalización electrónica, se regenera el doble

enlace (E) y finalmente por una reacción de desprotonación, se obtiene el ácido

fumárico (F).

OH

OH

O

O

H

H H

OH

O

H

O

HO

H

OH

OH

O+

O

H

H

H

B

OH

OH

OH

O

H

H

C

H

OH

OH

H

O

HO

D

H

OH

O

H

O

HO

H

E

H

OH

O

H

O

HO

H +

+

Ac. trans-2-butenodioico

ácido Fumárico

F

OH

OH

O

O

H

H

H +

Ac. cis-2-butenodioico

ácido Maleico

A

Page 72: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2010 47

PROPIEDADES FÍSICAS

PROPIEDAD ÁCIDO

MALEICO

ÁCIDO.

FUMÁRICO

P.M. g/ mol 116 116

pf ( C ) 131-139 (desc.) 286

Solubilidad en agua a 25C(g/100

ml)

79 0.7

pka1 1.9 3.0

pka2 6.5 4.0

MATERIAL REACTIVOS

Juego de destilación a microescala Acido Maleico 2.5 g

1 Soporte Acido Clorhídrico 5 mL

1 Anillo

1 Mechero ó parrilla

1 Matráz Erlenmeyer de 125 mL

1 Matráz Erlenmeyer de 250 mL

Embudo de vidrio

3 Vasos de precipitados de 150 mL

1 Probeta de 100 mL

PARTE EXPERIMENTAL

Preparar por sección una solución al 40% de ácido maleico en agua, se puede calentar

para favorecer la solución. El volumen será determinado de acuerdo al número de

equipos por sección. El volumen que ocupará cada equipo será de 1ml.

1.- En el matraz de reacción vertir 1 mL de la solución al 40% de ácido maléico, medido

con pipeta graduada.

2.- Adicionar lentamente 2 mL de ácido clorhídrico concentrado por las paredes del

matraz de reacción (líquido irritante, evitar inhalación y el contacto con la piel).

3.- Adaptar el refrigerante en posición de reflujo

4.- Calentar la mezcla durante 30 minutos a reflujo moderado.

5.- Enfriar a temperatura ambiente y separar por filtración los cristales de ácido

fumárico.

6.- Recristalizar de agua y secar.

7.- Identificar el producto por su punto de fusión.

Page 73: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2010 48

DIAGRAMA DE FLUJO

Page 74: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2010 49

CUESTIONARIO EXPERIMENTAL.

1. Escribe tus observaciones del proceso de interconversión de isómeros.

2. Anota las características del producto crudo y el producto recristalizado incluyendo

el punto de fusión de éste último.

3.En la síntesis de ácido fumárico, indicar qué papel desempeña el ácido clorhídrico.

4. Explicar cómo se pueden justificar:

La diferencia en los puntos de fusión de los isómeros estudiados.

a) La diferencia de solubilidad en agua.

b) La diferencia en la primera y segunda constantes de acidez.

Page 75: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2010 50

c) Explicar a qué se debe que en el reflujo se observe formación y separación de

cristales.

5. ¿Por qué, de los isómeros cis y trans de esta práctica es la forma trans la que

predomina.

6. ¿Qué pruebas químicas se pueden llevar a cabo para evidenciar la presencia del

grupo funcional carboxilo y la insaturación en el ácido fumárico.

Page 76: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 51

Observaciones

Resultados

Análisis de Resultados

Conclusiones

Page 77: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 52

PRÁCTICA 6

SÍNTESIS DE DIBENZALACETONA

(Condensación de Claisen-Schmidt)

OBJETIVOS.

Aplicar la condensación de Claisen-Schmidt para obtener cetona alfa-beta-

insaturada (di-benzalacetona), por condensación de un aldehído aromático con una

cetona alifática.

Purificar e identificar la dibenzalacetona por medio de una reacción química y por la

determinación de su punto de fusión.

INTRODUCCIÓN.

Las reacciones de condensación entre aniones enolato y compuestos carbonílicos, se

pueden considerar entre las más útiles en química orgánica. La condensación implica el

ataque nucleofílico del enolato sobre el centro electrofílico del carbonilo. De manera

general, cuando ésta reacción ocurre entre un enolato derivado de un aldehído ó cetona

y otra molécula de aldehído o cetona, se le denomina condensación aldólica. El

primer producto obtenido en una condensación aldólica es un aldol (beta-hidroxicetona

beta-hidroxialdehído), el cual puede deshidratarse bajo condiciones apropiadas para dar

como producto final un aldehído o cetona alfa-beta-insaturada. En muchas ocasiones es

posible aislar el aldol si así se desea, aunque en otros casos el producto deseado es el

compuesto alfa-beta-insaturado. A continuación se muestra una reacción típica de

condensación aldólica seguida de deshidratación.

O

H

OO

H

O

O OH

H

O

-OH

-

enolatoaldol

cetona

insaturada

--H2O

Un problema que se presenta en la condensación aldólica entre dos moléculas

diferentes, es la posibilidad de obtener varios productos de reacción. Esto se debe a

que generalmente las dos moléculas participantes, tienen hidrógenos enolizables y por

lo tanto se pueden formar enolatos de ambas. También se debe tomar en cuenta, que

las dos moléculas pueden actuar como electrófilo en un momento dado. El problema se

minimiza, si es posible utilizar como electrófilo, un aldehído que no contenga hidrógenos

enolizables, como un aldehído aromático. Cuando el enolato de una cetona se

Page 78: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 53

O

O

B-

-2H2O

H

O

2+

Acetona DibenzalacetonaBenzaldehido

condensa con un aldehído aromático, la reacción de deshidratación para dar la cetona

alfa-beta-insaturada, ocurre de manera espontánea. Este tipo particular de

condensación aldólica, es conocida como Condensación de Claisen-Schmidt.. La

deshidratación espontánea ocurre porque el producto final contiene un sistema

insaturado altamente conjugado (carbonilo-doble enlace-anillo aromático), que

proporciona estabilidad a la molécula.

REACCIÓN.

En esta práctica se llevará a cabo la síntesis de dibenzalacetona (también conocida

como estirilcetona, dibencilidenacetona ó 1,5-difenil-1,4-pentadien-3-ona), la cual se

obtiene a través de una doble Condensación de Claisen-Schmidt, entre benzaldehído y

acetona, como se muestra en el esquema siguiente:

Las propiedades físicas de las materias primas y del producto, se resumen en la

siguiente tabla.

BENZALDEHIDO ACETONA DIBENZALACETONA

P.M.(g/mol) 106.1 58.1 234.3

p.eb.(ºC) 179 56 ------

p.f.(ºC) -26 -94.9 110-111

Densidad (g/mL) 1.04 0.79 ------

Solubilidad

soluble en alcohol y

éter

poco soluble en agua

soluble en agua,

etanol y éter

soluble en acetona y

cloroformo

poco soluble en alcohol y

éter

insoluble en agua.

Page 79: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 54

H

O

CH2

O

H

O OO

OOH

H

OOHO

O

H

O OO

OHO

H

OHO

O

H

EtO

OH

OH

EtO

EtO

EtO

EtOH

EtOH

(1)(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

MECANISMO.

El esquema general del mecanismo de reacción, se muestra a continuación. A primera

vista puede parecer muy largo y complicado, sin embargo la síntesis de la

dibenzalacetona involucra dos reacciones consecutivas de condensación de Claisen-

Schmidt catalizadas por base. El mecanismo se divide en diez etapas, cada una de las

cuales se analizan a continuación.

El primer paso (1) es la generación del enolato de la acetona, el cual ataca al carbonilo

del benzaldehído (2) para generar el alcóxido correspondiente, que captura un protón

del disolvente, produciendo un aldol (3). En la etapa (4) muestra la formación de un

nuevo enolato que conduce a la deshidratación del aldol (5), para producir la cetona

alfa-beta-insaturada. En la etapa (6) se forma nuevamente un enolato, ahora en el otro

extremo de lo que era la acetona. El enolato ataca a otra molécula de benzaldehído (7)

para formar un nuevo alcóxido, el cual captura otro protón del disolvente para dar un

segundo aldol (8). Las etapas (9) y (10) muestran nuevamente la formación de otro

enolato, que conduce a la deshidratación del aldol y consecuentemente a la formación

del producto final.

Page 80: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 55

REACTIVOS MATERIAL

Acetona 0.5 mL 2 Vasos de precipitados de 100 mL

Benzaldehído 1.3 mL 2 Matráz Erlenmeyer de 125 mL

Etanol 20 mL 1 Embudo de vidrio

Hidróxido de sodio 1.25 g 2 Tubos de ensayo

Soln. de NaOH al 10% 12.5 mL 1 Termómetro

Soln. de Br2 / CCl4 gotas 1 Mechero Bunsen

Carbón activado 1 Rejilla

1 Soporte

1 Anillo metálico

1 Tapón de hule

1 Probeta de 50 Ml

1 Baño maría

1 Varilla de vidrio

1 Papel filtro

PARTE EXPERIMENTAL

En un matraz Erlenmeyer de 125 mL disolver 1.25 g de NaOH en 12.5 mL de agua,

controlando que la temperatura de la solución resultante sea menor de 25ºC (enfriar con

agua de la llave si es necesario). El paso anterior no se requiere si la solución al 10%

de hidróxido de sodio ya se tiene preparada. En otro matraz de 125 mL mezclar 1.3 mL

de benzaldehído, 0.5 mL de acetona y 6 mL de etanol, agregar poco a poco y con

agitación, la solución de NaOH al 10% preparada anteriormente. Tapar el matraz con el

tapón de hule y continuar con agitación suave por un período de 15 minutos. Observar y

tomar nota de todos los cambios observados, a continuación filtrar la mezcla que se

obtuvo. Lavar el residuo que queda en el papel (la dibenzalacetona cruda) con dos

porciones de 4 mL de agua.

Purificar la dibenzalacetona por recristalización con etanol. Para esto transferir el sólido

(crudo de reacción) a un vaso de precipitados y adicionar 8 ml de etanol. Calentar el

vaso suavemente (casi hasta ebullición), adicionar otra porción de 2 ml de etanol si el

sólido no se disuelve completamente y volver a calentar. Repetir este proceso hasta

que todo el sólido se disuelva, filtrar en caliente, dejar reposar para que el etanol se

enfríe y el sólido recristalice. Filtrar el sólido nuevamente y dejarlo secar al aire por unos

minutos.

IDENTIFICACIÓN.

1. Para la identificación del producto colocar una mínima cantidad del producto en

un tubo de ensayo y disolverlo en 1 mL de acetona.

2. Simultáneamente tomar otro tubo de ensaye y rotularlo como testigo con 1 mL de

etanol.

Page 81: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 56

3. A continuación adicionar unas gotas de solución de bromo en tetracloruro de

carbono y observar si hay algún cambio en el color de la solución de bromo.

4. Determinar el punto de fusión del producto seco (de preferencia dejarlo secar hasta

la siguiente sesión) y compararlo con el punto de fusión de la dibenzalacetona pura

110-111º C.

PRECAUCIONES E INDICACIONES.

Tener mucho cuidado al utilizar el mechero. Tanto la acetona como el

benzaldehído y el etanol son sustancias altamente inflamables.

El benzaldehído y el tretracloruro de carbono son tóxicos por inhalación y por

contacto. Trabajar en un área ventilada y tratar de exponerse a los vapores lo

menos posible. Evitar tener contacto directo de estas sustancias con la piel.

Se puede acelerar la cristalización frotando suavemente las paredes internas del

vaso con una varilla de vidrio o bien, si se coloca el vaso de precipitados en el

baño de agua fría, aunque los cristales que se obtienen de esta manera no son tan

buenos como los que se obtienen por precipitación espontánea.

Page 82: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 57

DIAGRAMA DE FLUJO

SÍNTESIS DE DIBENZALACETONA

Page 83: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 58

CUESTIONARIO EXPERIMENTAL

1. ¿Cuál es la función del etanol en la síntesis de la dibenzalacetona?

2. ¿Por qué es necesario mantener la temperatura de la reacción entre 20 y 25ºC.

3. Poco tiempo después del inicio de la reacción aparece un precipitado. ¿De qué

compuesto se trata?

4. En el transcurso de la reacción para obtener dibenzalacetona se forman dos

carbaniones:

(a) Escribir la estructura de cada uno de ellos.

(b) ¿Cuál de los dos sería el más estable.

5. Escribir las reacciones que se llevan a cabo en la parte de la identificación.

Page 84: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 59

6. Razonando el proceso como una condensación de Claisen-Schmidt, escribir:

(a) Las reacciones necesarias para la obtención de benzalacetofenona (chalcona)

(b) la estructura del carbanión principal que se formaría en el transcurso de la reacción.

7. Explicar por qué en la condensación de Claisen-Schmidt ocurre una deshidratación

espontánea, mientras que en la condensación aldólica se tiene que inducir.

8. ¿A qué se debe que la dibenzalacetona presente color, siendo las materias primas

incoloras?

Page 85: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 60

Observaciones:

Resultados:

Análisis de resultados:

Conclusiones:

Page 86: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 61

PRÁCTICA 7

PODER REDUCTOR, FORMACIÓN DE OSAZONAS Y SÍNTESIS DE

PENTAACETATO DE β-D-GLUCOSA

OBJETIVOS.

1. Evidenciar el poder reductor de algunos carbohidratos.

2. Destacar la importancia de la formación de osazonas, para la identificación de

azúcares.

3. Aplicar la reacción de acetilación sobre los grupos hidroxilo de un monosacárido

INTRODUCCIÓN.

a) PODER REDUCTOR Y FORMACIÓN DE OSAZONAS.

Los azúcares reductores son aquellos que presentan un grupo carbonilo libre o

potencialmente libre, susceptible de oxidarse en presencia de complejos cúprico-

alcalinos, lo cual se pone de manifiesto efectuando las pruebas de Benedict o de

Fehling. En la prueba de Fehling, se utiliza un complejo oxidante de tartrato de cobre

divalente, que reacciona con el azúcar, oxidándose éste y dando una mezcla de

productos complejos; el oxidante se reduce a óxido de cobre (I) que es un sólido de

color rojo. En tales oxidaciones se basan varios métodos de análisis cuantitativos de

azúcares.

Los azúcares reductores reaccionan con fenilhidrazina para formar derivados cristalinos

llamados osazonas. Los azúcares que difieren en la configuración del carbono 2

(epímeros) dan la misma osazona, igual que las dos formas anoméricas cíclicas de un

carbohidrato (que difieren en la configuración del carbono 1). Esta reacción es

importante porque permite comparar las configuraciones relativas de los centros

asimétricos que siguen al carbono C2, en aldosas y cetosas. Es importante observar

que la velocidad de formación de las osazonas, varía dependiendo del azúcar que la

origina, aunque la osazona sea la misma; por ejemplo, la osazona de la fructosa se

forma más rápidamente que la osazona de la glucosa. En esta práctica se pone de

manifiesto la velocidad de formación de osazonas de diferentes azúcares; la formación

de osazonas de mono y disacáridos reductores, así como la formación de osazonas de

los productos de hidrólisis de disacáridos no reductores y de un polisacárido.

Page 87: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 62

REACCIONES.

PODER REDUCTOR AZÚCARES

CHO

OHH

OHH

OHH

OH

ribosa

complejo de tartrato de cobre

CO2

OHH

OHH

OHH

CH2OH

(el cobre está en un estado deoxidación Cu 2+, considerar queel Cu(II) puede tener dos enlaces covalentes y más de coordinación)

producto de oxidaciónde la ribosa

++ Cu2O

O

Cu

O

O

O

O

O

CO2

O2C

H

H

OH

O H

2Na

Una posible representación del

H2O

NaOH

Na

FORMACIÓN DE OSAZONAS

C

C OHH

C OH)n(H

H2C OH

H O

PhNHNH2C

C N

C OH)n(H

H2C OH

H N

NPhH

N Ph

H

NH3 PhNH2 H2O+ +NaHSO3 acuoso

Osazona, observe queel segundo carbono sufreoxidación y que hay epímerosque dan el mismo producto.

+

(genera el medio ácido)

b) SÍNTESIS DE PENTAACETATO DE β-D-GLUCOSA.

La síntesis de pentaacetato de α- y β-D-glucosa, es sólo un ejemplo de una reacción

general para aldosas y cetosas. Los azúcares son compuestos polihidroxilados y es

posible acetilarlos por reacción con anhídrido acético, obteniéndose los acetatos

correspondientes. Si la acetilación es de un monosacárido tipo aldopentosa, se obtiene

un tetraacetato y si se acetila un disacárido con anillos piranósidos, se obtiene un

octaacetato. Los acetatos producidos, se derivan por lo general de la forma cíclica

piranosa; en consecuencia los acetatos existen como pares de anómeros, por ejemplo:

la β-D-glucopiranosa, da el β-D-pentaacetato y la α-D-glucopiranosa, da el α-D-

pentaacetato. Los acetatos son derivados importantes de los azúcares porque:

1. Por lo general son cristalinos y resultan útiles en la purificación y caracterización

de los azúcares.

Page 88: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 63

2. Se convierten con facilidad en los azúcares libres, mediante una hidrólisis

alcalina suave.

3. Constituyen importantes compuestos de partida para transformaciones sintéticas

de azúcares.

REACCIÓN.

O

HOHO

OH

OH

OH

O

AcOAcO

OAc

OAc

OAc+H3C O CH3

O O

5CH3CO2Na

D-glucosa pentaacetato de

D-glucosa

anhídrido acético

PROPIEDADES FÍSICAS Y FISICOQUÍMICAS

β-D-glucosa

Anhídrido acético

Pentaacetato de β-D-glucosa

P.M.: 180.16 P.M.:102.1 P.M.: 390.34

p.f.: 150.0°C p.eb.: 139°C p.f. 130-132°C

Tipo de sólido y apariencia:

Sólido blanco amorfo

Densidad: 1.08

g/mL

Tipo de sólido y apariencia:

Sólido blanco, cristales finos.

Solubilidad: Agua, alcohol

etílico

Solubilidad: Disolv. No

polares, reacciona con

el agua

Solubilidad: Muy poco soluble

en agua.

MATERIAL.

1 Agitador 1 Matráz Erlenmeyer de 125 mL

16 Tubos de ensayo 1 Matráz Erlenmeyer de 500 mL

3 Vasos de precipitados 1 Refrigerante

1 Gradilla 1 Probeta

4 Portaobjetos 2 Vasos de precipitados de 150 mL

Papel filtro 2 Vasos de precipitados de 200 mL

1 Mortero con pistilo 12 Pipetas de 5 mL por sección.

1 Embudo de filtración

REACTIVOS.

Almidón (solución al 2% y 10%) Acetato de sodio anhidro

Fructosa (solución al 10% y 2%) Anhídrido acético

Glucosa (solución al 10% y 2%) Glucosa anhidra

Lactosa (solución al 10% y 2%) Carbón activado

Sacarosa (solución al 10% y 2%) Hielo

*Reactivo de Fenilhidrazina

Solución saturada de bisulfito de sodio

Ácido clorhídrico concentrado

*Solución “A” de Fehling

Page 89: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 64

*Solución “B” de Fehling

*Recién preparada

PARTE EXPERIMENTAL.

PODER REDUCTOR.

Colocar 6 tubos de ensayo en una gradilla; a cada tubo agregar 2 mL de solución de

Fehling recientemente preparada (1 mL de solución “A” y 1 mL de solución “B”) y 5 mL

de solución al 10% de cada uno de los azúcares a ensayar. Agitar cada tubo y

colocarlos en un baño maría con agua hirviendo durante dos minutos. Observar y

anotar los resultados. (Tabla 8.1)

FORMACION DE OSAZONAS.

1. Osazonas de monosacáridos (glucosa y fructosa).

Colocar en un tubo de ensayo 5 mL de solución al 2% del azúcar a ensayar, agregar

3 mL del reactivo de fenilhidrazina recientemente preparada* y 0.2 mL de solución

saturada de bisulfito de sodio; mezclar, calentar en un baño maría y anotar el tiempo

en que se forman las osazonas. Continuar el calentamiento por 15 minutos más y

enfriar lentamente; filtrar y lavar el precipitado con agua fría, tomar con un agitador

una pequeña muestra y colocarla sobre un portaobjetos; observar al microscopio y

dibujar los cristales de las osazonas.

*Disolver 50g de clorhidrato de fenilhidrazina y 75g de acetato de sodio trihidratado

en 500 ml de agua.

2. Formación de osazonas de disacáridos (sacarosa, maltosa y lactosa).

Preparar las osazonas de los disacáridos, siguiendo la técnica empleada para

monosacáridos; anotar el tiempo en que se colocan los tubos en el baño maría y

tomar muestras de las mezclas de reacción a los 15, 20 y 30 minutos. Enfriar las

muestras así como la mezcla de reacción, filtrar, lavar con agua fría y observar al

microscopio las osazonas formadas.

3. Formación de osazonas de polisacáridos.

Colocar en un tubo de ensayo 5 mL de solución de almidón al 2% y proceder como

en la técnica para monosacáridos.

1. Formación de osazonas de disacáridos y polisacáridos hidrolizados (sacarosa,

maltosa y almidón).

a) Preparación de hidrolizados. Para el hidrolizado de disacáridos, colocar en un

matraz Erlenmeyer de 125 mL, 2 g del disacárido, agregar 60 mL de agua y 5 mL

de ácido clorhídrico concentrado; calentar a baño maría durante 1 hora y enfriar.

Para el hidrolizado de polisacáridos, colocar 1 mL de ácido clorhídrico y 10 mL

de solución de almidón; calentar a baño maría durante 1 hora y enfriar.

Page 90: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 65

b) Formación de osazonas de los productos de hidrólisis. Colocar 5 mL de los

hidrolizados en tubos de ensayo y proceder como en la técnica para

monosacáridos.

(Pentaacetato de β-D-glucosa) En un mortero mezclar 2.0 g (0.01 moles) de glucosa

anhidra y 1g (0.01 moles) de acetato de sodio anhidro; pasar la mezcla a un matraz

bola de 50 mL; agregar por el refrigerante 10 mL (0.1 moles) de anhídrido acético

*(líquido altamente irritante), adaptar un refrigerante en posición de reflujo y calentar en

baño de aceite hasta disolución. Continuar el calentamiento por una hora más.

SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN

Enfriar un poco la mezcla de reacción y verterla sobre 200 mL de una mezcla agua-

hielo agitando vigorosamente. Continuar la agitación hasta que el sólido formado

quede finamente dividido y dejar reposar durante 30 minutos agitando ocasionalmente.

Filtrar el sólido, lavar con agua fría y recristalizar de agua caliente, utilizando carbón

activado para decolorar.

IDENTIFICACIÓN. Determinar el punto de fusión del pentaacetato de β-D-glucosa.

Page 91: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 66

DIAGRAMA DE FLUJO

PODER REDUCTOR

Page 92: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 67

DIAGRAMA DE FLUJO

Síntesis de Pentaacetato de β-D-glucosa

Page 93: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 68

TABLA DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

AZÚCAR PRUEBA DE FEHLING FORMACIÓN DE OSAZONAS

SI NO TIEMPO

Fructosa

Glucosa

Manosa

Maltosa

Lactosa

Sacarosa

Almidón

CUESTIONARIO EXPERIMENTAL

1. ¿Cuál es la razón de utilizar clorhidrato de fenilhidrazina como reactivo, en lugar de

fenilhidrazina base, en esta reacción?

2. Si se utilizara clorhidrato de fenilhidrazina en la reacción de obtención de osazonas

¿cómo se obtendría la fenilhidrazina base?

3. ¿Por qué se emplea la solución de bisulfito de sodio, en la formación de osazonas?

Page 94: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 69

4. Explicar las diferencias en la formación de osazonas entre monosacáridos y

disacáridos.

5. Indicar, por medio de reacciones, cuáles azúcares dan positiva la prueba de Fehling;

dar el nombre de los productos.

6. Explicar por qué se utiliza el cobre como tartrato y no como sulfato.

7. Dar tres ejemplos de carbohidratos que den positiva la prueba de Fehling y tres que

no la den.

8. Indicar qué tipo de grupos funcionales reacciona con la fenilhidrazina.

9. ¿Cuántos moles de fenilhidrazina base se necesitan en la formación de osazonas.?

Explicar.

Page 95: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 70

10. ¿Por qué las osazonas se forman únicamente en los carbonos 1 y 2 de los

carbohidratos?

11. En la síntesis de pentaacetato de β-D-glucosa:

a) ¿Cuál es el papel del acetato de sodio anhidro?

b) ¿Por qué se vierte la mezcla de reacción en agua helada después del

calentamiento a reflujo?

c) ¿Por qué es importante que el sólido formado se agite hasta que quede

finamente dividido?

12. Escribir las estructuras de Haworth de los pentaacetatos de α y β-D-glucosa.

13. Dibujar las fórmulas de Haworth para los acetatos de maltosa, sacarosa y lactosa.

14. Indicar por medio de reacciones, que conclusión se desprende acerca del tamaño

del anillo de un azúcar cuyo glicósido es metilado y el producto resultante tratado

con ácido clorhídrico diluido, formando 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-glucosa; cuando ésta

es sometida a una oxidación con ácido nítrico concentrado, produce un ácido

trimetoxiglutárico y un ácido dimetoxisuccínico.

15. La hidrólisis de sacarosa produce lo que se conoce como azúcar invertido; investigar

qué significa dicho término.

Page 96: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 71

Observaciones:

Resultados:

Análisis de resultados:

Conclusiones:

Page 97: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 72

Bibliografía

PRÁCTICA 8

HIDRÓLISIS DE UNA PROTEÍNA Y ENSAYOS PARA PROTEÍNAS Y

AMINOÁCIDOS.

OBJETIVOS:

1. Efectuar la hidrólisis total de una proteína.

2. Identificar algunos aminoácidos presentes en un hidrolizado e proteína, por

medio de sus propiedades físico-químicas.

3. Identificar por cromatografía en placa fina algunos de los aminoácidos presentes

en un hidrolizado de proteína.

INTRODUCCIÓN:

Las proteínas son polímeros biológicos, componentes principales de células vegetales y

animales; químicamente son poliamidas, cuyos monómeros son -aminoácidos.

Las proteínas se pueden clasificar según el tipo de función que desempeñan:

Los -aminoácidos que forman las proteínas, pertenecen a la serie L y su fórmula

general es la siguiente:

Estos aminoácidos se unen entre sí formando enlaces peptídicos; la unión de dos

aminoácidos origina un dipéptido; de tres un tripéptido, etc., hasta la formación de

polipéptidos; cuando el número de aminoácidos es mayor de 80, se considera proteína.

La estructura de cualquier proteína, presenta varios niveles de complejidad:

1. La estructura primaria es la secuencia específica de los aminoácidos en la cadena

polipeptídica y están está determinada por los (implicados) enlaces peptídicos.

2. La estructura secundaria es la forma en que se acomoda la cadena por

interacciones por puente de hidrógeno, dando una determinada conformación a las

proteínas. Frecuentemente es en forma de hélice o bien hoja plegada-.

3. La estructura terciaria es la forma en que las cadenas enrolladas se doblan por

diversas interacciones por puentes de hidrógeno, puentes de disulfuro, fuerzas

electrostáticas, etc. dando también determinadas conformaciones a las proteínas.

4. La estructura cuaternaria es el resultado de la agrupación de dos o más unidades

plegadas.

H

Page 98: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 73

Las proteínas se pueden clasificar según el tipo de función que desempeñan:

1) Proteínas fibrosas o estructurales.- Se caracterizan por ser insolubles en agua,

de gran resistencia y en forma de fibras. Constituyen la piel, músculos, cabellos,

etc.

2) Proteínas globulares.- Se caracterizan por ser proteínas pequeñas que se asocian

formando unidades compactas y son solubles en agua.

Desempeñan diferentes funciones en el organismo, como transportadores de

oxígeno (hemoglobina); catalizadores biológicos (enzimas); mediadores químicos

(hormonas); en el sistema inmunológico (anticuerpos, gama globulina), etc.

3) Proteínas conjugadas.- Están asociadas a una parte no proteica, como las

nucleoproteínas, glicoproteínas, lipoproteínas, etc.

La determinación de la estructura de una proteína, es un proceso complejo que

comprende el empleo de métodos instrumentales y químicos.

Las proteínas se pueden hidrolizar con soluciones diluidas de ácidos minerales a

ebullición suave. Dependiendo de las condiciones (de hidrólisis) se pueden realizar

hidrólisis parciales, en las cuales se obtienen fragmentos peptídicos, así como

aminoácidos aislados; o hidrólisis totales, donde se obtienen mezclas de aminoácidos.

El tipo de aminoácidos que contenga una proteína determina la clase de análisis que se

pueden realizar (dependiendo del tipo de aminoácidos que contenga una proteína, se

pueden realizar diferentes análisis) como por ejemplo una técnica cromatográfica, o

reacciones químicas, que pongan de manifiesto la presencia de determinados

aminoácidos. Algunas de estas reacciones son coloridas, como la reacción

xantoprotéica y la reacción con ninhidrina.

La presencia del grupo amino de aminoácidos o grupos amino libres en una proteína,

se pone de manifiesto cuando se efectúa una reacción con ácido nitroso,

desprendiéndose 1 mol de nitrógeno molecular, por cada grupo amino primario.

Los aminoácidos son anfolitos que en solución acuosa existen en forma de ión bipolar o

zwitterion, por lo cual pueden reaccionar con ácidos y con bases.

La presencia de enlaces disulfuro en algunas proteínas, se pone de manifiesto por una

reacción de precipitación en medio básico y la presencia de enlaces peptídicos, se

detecta por la reacción de Biuret.

En esta práctica se realizarán los ensayos anteriormente indicados y las reacciones que

se llevan a cabo se describen en la parte experimental.

Page 99: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 74

O

N

R

N

H

H ONH2

COOH

HRn

PROTEINA

+ HCl

-AMINOACIDO

MATERIAL REACTIVOS

1 Refrigerante. Acetato de plomo al 10% 3 mL.

1 Matraz Balón de 200 mL Ácido clorhídrico conc. 19 mL.

1 Vaso de precipitados de 600 mL Ácido clorhídrico 0.1N 1 mL.

4 Vasos de precipitados de 150mL Ácido nítrico conc. 10 mL.

1 Embudo de vidrio. Hidróxido de sodio al 20% 22 mL.

10 Tubos de ensayo. Hidróxido de sodio 0.1 N 2 mL.

1 Agitador de vidrio. Fenolftaleína al 10%. 1 mL.

2 Pinzas de 3 dedos. Ninhidrina al 3% 2.5 mL.

1 Pinzas para tubo de ensayo. Nitrito de sodio al 5%

1 Rejilla. Rojo Congo al 0.1% 1 mL.

1 Baño María. Sulfato de cobre al 2% 12 mL.

1 Mechero. Grenetina 1.5 g.

1 Soporte universal. Valina

1 Trozo de Manta de cielo. Glicina

Papel pH. Alanina

Papel filtro Fenilalanina

Carbón Activado

Alcohol terbutílico Clara de huevo

Hidróxido de sodio al 10% 20 mL

PARTE EXPERIMENTAL:

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES: I. Hidrólisis de Grenetina (Solución “A”). REACCIÓN DE HIDRÓLISIS DE UNA PROTEÍNA DENOMINADA GRENETINA: REACTIVOS:

Cantidad: Reactivo:

1 g Grenetina.

10 mL Ácido Clorhídrico concentrado.

10 mL Agua Destilada.

0.5 g Carbón Activado.

Page 100: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 75

PROCEDIMIENTO:

1. Colocar en un matraz Balón de fondo plano de 200 mL, 1 g de grenetina, 10 mL de

ácido clorhídrico concentrado (líquido altamente corrosivo) y 10 mL de agua

destilada.

2. Adaptar un refrigerante en posición de reflujo y calentar suavemente por 35 minutos.

3. Después de este tiempo agregar 0.5 g de carbón activado, continuar calentando por

2 minutos y filtrar.

NOTA: Es importante que esto se haga previo al seminario para agilizar el desarrollo de

la parte experimental

II. Solución neutralizada de hidrolizado de grenetina (Solución “B”).

REACTIVOS:

Cantidad: Reactivo:

5.0 mL. Solución “A”.

La necesaria Hidróxido de Sodio al 20%.

El necesario Papel pH.

Tomar 5 mL de solución. “A” y neutralizarla con hidróxido de sodio al 20% determinar el

punto de neutralización empleando papel pH. (se debe ponerse atención a la

neutralización ya que el pH cambia drásticamente cuando se acerca el punto deseado);

filtrar

NOTA: Utilizar ésta solución de grenetina hidrolizada a pH neutro (solución “B”), para

efectuar la cromatografía, la prueba de ninhidrina y la acción reguladora de

aminoácidos.

III. Solución de Grenetina sin hidrolizar (Solución “C”).

REACTIVOS:

Cantidad: Reactivo:

0.5 g. Grenetina.

20 mL. Agua destilada.

Colocar en un vaso de 100 mL 0.5 g de grenetina, agregar 20 mL de agua destilada

y agitar.

IV. Solución de Albúmina (Solución “D”).

REACTIVOS: Cantidad: Reactivo:

1 huevo La clara.

100 mL. Agua destilada.

Page 101: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 76

R OHR OH

NO2

+ HNO3

R-SH(CH3-COO)2Pb

R-S-S-R + NaOH PbS

Un trozo. Manta de cielo.

1. Preparar una solución de albúmina, agitando clara de huevo por 10 segundos.

2. Agregar 100 mL de agua, agitar y filtrar a través de un trozo de manta de cielo.

3. Utilizar el filtrado (solución “D”) para efectuar las siguientes pruebas:

REACCIONES DE IDENTIFICACIÓN:

1) Reacción Xantoprotéica:

REACTIVOS:

Cantidad: Reactivo:

2.0 mL. Solución “A”.

2.0 mL Solución “D”.

10 mL. Ácido Nítrico concentrado (líquido altamente corrosivo).

El necesario. Hidróxido de sodio al 20%.

PROCEDIMIENTO:

a) Colocar en un tubo de ensayo 2 mL de solución de grenetina hidrolizada (solución

“A”) y en otro, 2 mL de solución de albúmina (solución “D”).

b) Agregar a cada tubo 5 mL de ácido nítrico concentrado (líquido altamente corrosivo).

c) Calentar suavemente a baño María y observar la coloración.

d) Enfriar cada tubo de ensayo y agregar a cada uno, gota a gota, una solución de

hidróxido de sodio al 20% hasta pH básico.

e) Observar el cambio de color.

Realice las anotaciones correspondientes:

Sustrato: OBSERVACIONES:

Solución “A”.

Solución “D”.

2) Reacción de Precipitación:

Page 102: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 77

O

N

R

N

H

H O

+

n

NaOH

PROTEINA

CuSO4 +COMPLEJO

DE COBRE

REACTIVOS:

Cantidad Reactivo:

2.0 mL. Solución “A”.

2.0 mL. Solución “D”.

2.0 mL. Agua destilada.

15 mL. Hidróxido de sodio al 10%.

1.0 mL. Acetato de Plomo al 10%.

PROCEDIMIENTO:

a) Colocar en un tubo de ensayo 2 mL de grenetina hidrolizada (Solución “A”), en otro

2 mL de solución de albúmina (Solución “D”); y en un tercer tubo de ensayo, colocar

2 mL de agua destilada.

b) Agregar a cada uno 5 mL de solución de hidróxido de sodio al 10% y 1.0 mL de

solución de acetato de plomo al 10%.

c) Calentar a ebullición con agitación, por cinco minutos.

d) Observar los resultados.

Realice las anotaciones correspondientes:

Sustrato: OBSERVACIONES:

Solución “A”.

Solución “D”.

3) Reacción de Biuret:

REACTIVOS:

Cantidad Reactivo:

0.5 mL. Agua destilada.

1.0 mL. Solución “A”.

0.5 mL. Solución “C”.

1.0 mL. Solución “D”.

2.0 mL. Hidróxido de sodio al 10%.

PROCEDIMIENTO:

En seis tubos de ensayo, colocar las siguientes soluciones:

TUBO No:

1. 0.5 mL de agua destilada + 0.5 mL de sol. de hidróxido de sodio al 10% (tubo

testigo).

2. 0.5 mL de solución de grenetina sin hidrolizar (Solución “C”) + 0.5 mL de

hidróxido de sodio al 10%

Page 103: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 78

O

OHR

NH2

O

O

OH

OH

O

O

N

O

O

+ + R-CHO CO2NaOH

+

3. 0.5 mL de solución de albúmina (solución “D”).

4. 0.5 mL de solución de grenetina hidrolizada sin neutralizar (solución “A”) +

0.5 mL de solución de hidróxido de sodio al 10%.

5. 0.5 mL de solución de albúmina + 0.5 mL de solución de hidróxido de sodio al

10%.

6. 0.5 mL de grenetina hidrolizada sin neutralizar (solución “A”)

A cada tubo, agregar 2 mL. de solución de sulfato de cobre al 2 %.

Agitar, observar y concluir.

Realice las anotaciones correspondientes:

Sustrato: OBSERVACIONES:

Agua destilada.

Solución “A”.

Solución “C”.

Solución “D”.

4) Reacción con Ninhidrina:

REACTIVOS:

Cantidad: Reactivo:

0.5 mL. Agua destilada.

0.5 mL. Solución “B”.

0.5 mL. Solución “C”.

0.5 mL. Solución “D”.

0.5 mL. Aminoácido patrón al 1%.

2.5 mL. Ninhidrina al 3%.

PROCEDIMIENTO:

En cinco tubos de ensayo, colocar las siguientes soluciones:

TUBO No:

1. 0.5 mL de agua destilada.

2. 0.5 mL de solución de grenetina hidrolizada a pH neutro (solución “B”)

3. 0.5 mL de solución de grenetina sin hidrolizar (solución “C”)

4. 0.5 mL de solución de albúmina (solución “D”)

5. 0.5 mL de solución al 1% de un aminoácido patrón.

Page 104: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 79

O

OHR

NH2

HNO20-5 ºC

+ N2 + MEZCLA DE PRODUCTOS

Agregar a cada tubo 0.5 mL de solución de ninhidrina al 3% y calentar a baño María

por cinco minutos

Observar y concluir.

Realice las anotaciones correspondientes:

Sustrato: OBSERVACIONES:

Agua destilada.

Solución “B”.

Solución “C”.

Solución “D”.

Sol.Aminoácido

Patrón.

5) Reacción con Ácido Nitroso:

REACTIVOS:

Cantidad: Reactivo:

3.0 mL. Ácido Clorhídrico concentrado (líquido altamente corrosivo).

2.0 mL. Solución “A”.

2.0 mL. Solución “C”.

2.0 mL. Solución “D”.

2.0 mL. Agua destilada.

4.0 mL. Nitrito de sodio al 5%.

PROCEDIMIENTO:

En cuatro tubos de ensayo, colocar 3 mL de HCl concentrado (líquido altamente

corrosivo) y enseguida agregar:

TUBO No:

1. 2 mL de hidrolizado de grenetina (solución “A”)

2. 2 mL de grenetina sin hidrolizar (solución. “C”)

3. 2 mL de solución de albúmina (solución. “D”)

4. Tubo testigo sin proteína.

Enfriar y agregar a los cuatro tubos de ensayo, 1 mL de solución acuosa de nitrito de

sodio al 5%.

Observar y concluir

Page 105: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 80

Realice las anotaciones correspondientes:

Sustrato: OBSERVACIONES:

Agua destilada.

Solución “A”.

Solución “C”.

Solución “D”.

5) Acción reguladora de aminoácidos:

REACTIVOS:

Cantidad: Reactivo:

4.0 mL Agua destilada.

4.0 mL Solución “B”.

0.6 mL Solución indicadora – Rojo Congo.

0.6 mL Fenolftaleína al 0.1%.

El necesario. HCl al 0.1N.

El necesario. NaOH al 0.1N.

PROCEDIMIENTO:

a) En tubo de ensayo colocar 2 mL de hidrolizado de grenetina a pH neutro (solución

“B”) y en otro 2 mL de agua destilada.

b) Agregar a cada tubo 0.3 mL (6 gotas) de solución indicadora de rojo congo; y

c) Agregar a cada tubo, gota a gota HCl 0.1N, hasta un cambio de coloración.

d) Observar y concluir.

e) Efectuar el mismo ensayo empleando fenolftaleína al 0.1% como indicador, y

agregando solución de hidróxido de sodio 0.1N de igual forma, hasta cambio de

coloración.

f) Observar y concluir.

Realice las anotaciones correspondientes:

Solución: Indicador: Color inicial. mL. HCl 0.1N Color final.

Agua destilada. Rojo Congo

Solución “B”. Rojo Congo

mL .NaOH 0.1N

Agua destilada. Fenolftaleina 0.1%

Solución “B”. Fenolftaleina 0.1%

OBSERVACIONES:

Page 106: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 81

6) Cromatografía en placa fina:

REACTIVOS:

Cantidad: Reactivo:

0.1 mL. Solucion “B”.

0.1 mL. Solución Patrón de Aminoácido 1, al 1%.

0.1 mL. Solución Patrón de Aminoácido 2, al 1%.

3.0 mL. Solución Alcohol Terbutílico-Agua 3:1.

La necesaria. Solución de ninhidrina para revelar.

PROCEDIMIENTO:

a) En una cromatoplaca, aplicar una pequeña muestra del hidrolizado de grenetina

neutra (solución “B”).

b) Enseguida hacer aplicaciones de aminoácidos patrón.

c) Dejar secar el cromatograma e introducirlo en una cámara de cromatografía que

contenga una mezcla de alcohol terbutilico-agua 3:1.(Una o dos gotas de NH4OH

facilitan el revelado de la placa).

d) Eluir el cromatograma.

e) Secar en la estufa y revelar con un atomizador que contenga una solución de

ninhidrina.

f) Identificar los aminoácidos presentes en el hidrolizado de grenetina, determinando

valores de Rf.

Realice las anotaciones correspondientes.

Solución “B”. Frente del

Disolvente.

Frente de la

mancha.

Relación de

frentes – Rf.

Mancha No.1

Mancha No.2

Mancha No.3

Mancha No.4

Aminoácido patrón

1. Nombre:

Aminoácido patrón

2.Nombre:

Page 107: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 82

DIAGRAMAS DE FLUJO

(plantear cada una de las secciones de la parte experimental)

Page 108: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 83

DIAGRAMAS DE FLUJO

(plantear cada una de las secciones de la parte experimental)

Page 109: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 84

CUESTIONARIO EXPERIMENTAL

En la hidrólisis de grenetina, indicar:

1. ¿Cómo sabría si la hidrólisis fue parcial o total?

2. Investiga y descibe tres tipos de hidrólisis de proteínas.

3. ¿Qué tipo de aminoácidos ó proteínas dan positiva la reacción xantoprotéica?

4. Escribe el mecanismo que se lleva a cabo en la reacción xantoproteica.

5. ¿Cuál es la razón de agregar hidróxido de sodio en la reacción xantoprotéica?

6. ¿Qué tipo de aminoácidos debe contener una proteína, para dar positiva la

reacción de precipitación con acetato de plomo?

Page 110: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 85

7. Resumir las conclusiones obtenidas en la reacción con acetato de plomo.

8. Indicar por medio de reacciones, el efecto regulador de aminoácidos.

9. Explicar los resultados obtenidos en la prueba del efecto regulador de los

aminoácidos.

10. ¿En qué consiste la prueba de Van Slyke?

11. Escribe la fórmula de los aminoácidos que identificó por cromatografía.

12. Explicar el fundamento de la cromatografía en capa fina y mencionar cuál es la

fase móvil y cuál la estacionaria en el sistema utilizado en esta práctica.

Page 111: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 86

13. ¿A qué tipo de proteínas pertenecen las que se emplearon en la práctica?

14. Investigar algunos de los aminoácidos que se encuentran presentes en grenetina y

albúmina.

15. Investigar de qué proteína se obtiene la grenetina.

Page 112: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 87

Observaciones

Resultados

Análisis de Resultados

Conclusiones

Page 113: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 88

BIBLIOGRAFÍA.

- McMurry, John. “Química Orgánica”. 6ª Edición, 2005. Editorial Thomson.

- Fessenden, Ralph. Fessenden, Johan S. “Química Orgánica”. 1ª Edición. 1983.

Grupo Editorial Iberoamérica.

- Rendina G. “Técnicas de Bioquímica aplicada”. Edición, 1974. Editorial

Interamericana.

- Litwack G. “Bioquímica Experimental”. Edición, 1967. Barcelona.Editorial Omega,

S.A.

Page 114: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 89

FICHA DE EVALUACIÓN FINAL DE LABORATORIO

DE QUÍMICA ORGÁNICA I

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA

ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

NOMBRE DEL ALUMNO_____________________________________

GRUPO___________________________________________________

TURNO___________________________________________________

SEMESTRE MARZO-JULIO ( ) AGOSTO-DICIEMBRE ( )

AÑO______________________

CALIFICACIÓN FINAL DE LABORATORIO*

_________________________________

LETRA NÚMERO

FIRMA DE ENTERADO DEL ALUMNO____________________________

NOMBRE Y FIRMA DEL PROFESOR______________________________

* Si la calificación es reprobatoria, anotar si es por inasistencias o por examen.

Page 115: Manual Quimica Organica 1 Qfi (4)

EDICIÓN 2015 90

CALENDARIO DE PRÁCTICAS DE QUÍMICA ORGÁNICA I

QUÍMICO FARMECÉUTICO INDUSTRIAL

MARZO – JULIO 2015

NO. NOMBRE DE LA PRÁCTICA FECHA

Introducción 27-31 de Marzo

1 Separación de una mezcla ternaria por destilación 20-24 Abril

2 Recristalización 11 – 15 Mayo

3 Extracción líquido - líquido 18 – 22 de Mayo

Examen 1 – 5 de Mayo

4 Cromatografía 1 -5 de Junio

5 Síntesis a microescala de ácido fumárico 15 – 19 de junio

6 Síntesis de dibenzalacetona 15 – 19 de junio

Examen 22 – 26 de junio

7 Poder reductor, formación de osazonas y síntesis de

pentaacetado de -D-glucosa

22 – 26 de junio

8 Hidrólisis de una proteínas y ensayos para

aminoácidos

29 junio – 3 de

julio

Examen 6 – 10 de julio

Entrega y captura de calificaciones 16 – 20 de julio