Manual Quimica Organica

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Manual de laboratorio para química organica

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I

CONTENIDO

I PREFACIO viii

1 INTRODUCCION AL LABORATORIO D~ QUIMICA ORGANICA 1INTRODUCCION 1

ASPECTOS DE SEGURIDAD 1

LlBRETA DE LABORATORIO 11

APARATOS DE LABORATORIO 25

PARTE I: EXPERIMENTOS DE CONOCIMIENTOS

BAslCOS Y TECNICAS DE PURIFICACION

29~

VISUALIZANDO LA TRIDIMENSIONALIDAD

r DE LAS MOLECULAS 31

I A. SIMETRfA 31

B. METANO Y SUS DERIVADOS 34

C. ISOMEROS CONFORMACIONALES 40

D. ISOMEROS CONFIGURACIONALES 47

E. ALOUENOS 47

F. CICLOALCANOS 50

G. ENANTIOMERISMO 59

H. OTROS ENANTIOMEROS 61

I. SISTEMA CAHN-INGOLD-PRELOG 62

J. MOLECULAS CON MAs DE UN CENTRO ASIMETRICO 64

EJERCICIOS 68

IGUAL DISUELVE IGUAL 77

RECRISTALIZACION DE ACETANILIDA Y DETERMINACION

DE PUNTO DE FUSION 83

GA DONDE SE FUE? 95

GDONDE SE ABSORBEN LOS ANALGESICOS EN EL TRACTO

GASTROI NTESTI NAL?

EXTRACCION, RECRISTALIZACION Y PUNTO DE FUSION 99

DESTILACION 116

GCOMO SEPARAMOS LlOUIDOS? 124

CROMATOGRAFfA 130

v

Page 3: Manual Quimica Organica

PARTE III: EXPERIMENOS TRADICIONALES 221

SUSTITUCION ELECTROFILICA AROMATICA: ALQUILACION

FRIEDEL-CRAFTS DE p- DIMETOXIBENCENO 223

SfNTESIS DE ASPIRINA: ANALGESICOS 229

SAPONIFICACION: PREPARACION DE JABON 234

REDUCCION DE VANILINA 242

SfNTESIS DE DIBENZALACETONA:

CONDENSACION TIPO ALDOL (TRADICIONAL) 249

PARTE II: EXPERIMENTOS TIPO INVESTIGATIVO

GCUAL ES EL MECANISMO?

141

143

GCUAL ES EL EFECTO DEL CATION EN UN MECANISMO SN2? 146

GCUAL ES LA MEJOR RUTA SINTETICA? 157

ANALISIS CUALITATIVO ORGANICO 166

ENFOQUE DE QUfMICA VERDE PARA SINTETIZAR

ASPIRINA UTILIZANDO IRRADIACION POR MICROONDAS 187

GQUE EFECTO TIENEN LOS SUSTITUYENTES EN

BENCENO EN UNA REACCION DE CONDENSACION

TI PO ALDOL? 200

GES LA REDUCCION DE GRUPOS CARBONILO

ESTEREOSELECTIVA? 207

Page 4: Manual Quimica Organica

Libreta de laboratorio

Para poder entender la quimica, el investigador debe lIevar a cabo experimentos y

registrar 0 interpretar los resultados de estos experimentos. La libreta de laboratorio es

una de las herramientas de mas valor para un cientifico. Esta contiene el registro

escrito permanente de las actividades fisicas y mentales producto de la

experirnentacion y observacion de un cientifico. EI investigador observa y luego

registra estas observaciones en su libreta. Antes de escribir en la libreta el investigador

debe hacer un alto y pensar sobre 10 que esta haciendo en el laboratorio.

La libreta se usa para preservar datos y observaciones que forman parte de una

investiqacion cientifica. Las notas tomadas deben ser claras, concisas y completas.

No debe existir ambigUedad en estas, 0 sea, la persona que lea estas notas podra

interpretarlas de una sola manera. Estas deben informar tanto los exitos como los

fracasos y deben constituir una aseveracion clara de la verdad tal y como es observada

por el investigador. Es fundamental que otra persona pueda repetir el trabajo

informado por un investigador en una libreta basado en las descripciones escritas yhacer las mismas observaciones que se registraron original mente.

Llevar correctamente una libreta de laboratorio es una destreza adquirida que Ie podra

ser de gran beneficia en cualquier profesion. Si desarrolla bien esta destreza mientras

es estudiante, la toma de notas se convertira en un habito en lugar de una tarea.

Escribir notas con correccion requiere disciplina y practice.

Luego que los datos son registrados por el investigador, este puede estudiarlos. Por 10tanto la libreta provee un foro en el cual datos y observaciones se analizan, se

discuten, se evaluan y se interpretan. Una libreta de laboratorio bien lIevada constituye

para el estudiante su fuente principal de informacion requerida para escribir sus

informes, luego su tesis y publicaciones. Si trabaja correctamente en su libreta, Ie sera

mucho mas facil revisar y evaluar el progreso de su investiqacion, Ie ayudara a evitar

repetir errores y Ie sera tarnblen mas facil informar sus resultados.

En este curso la libreta de laboratorio es esencial para registrar directamente las

observaciones que hara durante cada experimento. Se recomienda lIevar la libreta de

laboratorio como se presenta a continuacion. Se recomienda una libreta del tipo cosida

(Composition) y las paqinas deben ser enumeradas de antemano en tinta. Las

primeras tres (3) paqinas se utilizaran para identificacion e indices. Las anotaciones

del laboratorio deben hacerse directamente en la libreta en tinta negra 0 azul y las

paqinas dariadas no pod ran ser arrancadas.

Se presentara el experimento utilizando el siguiente bosquejo:

I.

II.

III.

IV.

Titulo y fecha

Objetivos

Reacciones y tabla de Propiedades Fisicas

Calculos de rendimiento teorico

11

Page 5: Manual Quimica Organica

V. Procedimiento, observaciones y datosVI. Computes (si aplica)

VII. Discusion de resultados

VIII. Conclusion '

IX. Referencias

Se recomienda que haga las asignaciones (Pre-lab), lea la teoria y procedimiento

completo y que luego proceda a preparar el bosquejo hasta completar el procedimiento.

1;:1 estudiante debe presentarse al laboratorio con el bosquejo preparado hasta el

procedimiento. De no estar completo no podra hacer el experimento. Durante el

periodo de laboratorio procedera a registrar las observaciones y datos. Dependiendo

del tiempo disponible en el laboratorio se cornpletara el trabajo en la libreta, 0 sea,

computes, discusion y conclusion". Lo que les falte se cornpletara en sus casas (antes

de proceder con el proximo experimento).

I. Orqanizacion de la informacion

A. Fecha - Se refiere a la fecha en que se esta escribiendo enla libreta. Si el

laboratorio duro mas de una semana escriba la nueva fecha justa don de cornenzara a

escribir la informacion de ese dia.

B. Titulo - Escriba el titulo completo.

Ej.: Extraccion de cafeina del cafe, en vez de Extraccion. No abrevie.

C. Objetivos - ~Para que se hace el experimento? ~Que se espera que aprenda?

Escrlbalo en una 0 mas oraciones. No escriba en frases. Si son varios objetivos podra

enumerarlos si 10 prefiere.

D. Reacciones - Si el experimento que llevara a cabo es uno donde ocurnran

reacciones quimicas, escriba las ecuaciones quimicas para ellas. Si estara lIevando a

cabo un experimento de sintesis, escriba la reaccion principal que llevara a cabo y las

reacciones secundarias importantes. Conviene conocer el mecanismo de la reaccion

para de esa manera poder saber cuales son las reacciones secundarias. ~Para que

deseamos saber estas reacciones? Pues una vez preparemos nuestro producto

tenemos que purificarlo, 0 sea, separarlo del material de partida que quede sin

reaccionar y de otros productos que se hayan formado. Debemos saber cuales son los

contaminantes de nuestro producto para poder discriminar entre las posibles tecnicas

de purificacion.

E. Tabla de Propiedades Fisicas - Si esta Ilevando a cabo un experimento sobre

una tecnica de laboratorio (destilacion, recristalizacion, extraccion) prepare una lista de

los compuestos quimicos importantes que usara. Si el experimento es de sintesis, la

lista consistira unicamente de los reactivos y productos (principal y secundarios). Los

compuestos y soluciones que utilizara en los pasos de purificacion y los solventes no

fiquraran en esta tabla. Para cada compuesto buscara las propiedades flsicas que Ie

podran ser relevantes en el experimento: fQrmula molecular, peso molecular, punta de-12

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~n, punto de ebullicion, densidad, solubilidad en diferente$ solventes y cualquier

informacion adicional que Ie pueda ser util en el desempefio del experimento.

Recuerde, a usted Ie interesa saber con que sustancias estara trabajando; es muy

importante conocer sobre su peligrosidad. Por 10 tanto usted debe buscar esa

informacion antes de Ilevar a cabo el-experimento. Tambien es importante conocer si

son solidos, liquidos 0 volatiles y cualquier otra caracteristica que Ie permita trabajar

con conocimiento y seguridad. La lista de compuestos con sus propiedades fiquraran

en una tabla que preparara. Esta informacion la podra obtener de una de las

referencias indicadas mas adelante.

13

F. Calculos de Rendimiento Teorico - Si esta Ilevando a cabo un experimento de

sintesis, es muy importante que calcule el rendimiento tea rico de la reaccion. ~Por

que? Usted quiere saber que cantidad de producto se forrnara. Para hacer esto puede

utilizar la tabla de propiedades fisicas que prepare. Calcule los moles que utilizara de

cada reactivo y determine cual de ellos es el reactivo limitante. Con esta informacion

calcule el nurnero de moles de producto esperado y la masa de este. Esta masa de

producto es el rendimiento teorico expresado en gramos.

G. Procedimiento - Escriba un procedimiento completo de modo que pueda hacer

el experimento con su libreta, sin necesidad de utilizar el manual de laboratorio. Si 10cree necesario dibuje 0 describa con detalle cualquier equipo que utilizara. Haga

anotaciones sobre las precauciones que debe de tener con determinados compuestos

'0 pasos del experimento.

H. Observaciones y Datos - Escriba en la libreta 10 que usted hizo y observe. Esto

debe hacerse mientras esta haciendo e/ experimento. Escriba todas /as

observaciones que haga. Note los cambios en color, aumento en temperatura,forrnacion de un precipitado 0 cualquier cosa que ocurra. Cualquier rnodificacion al

experimento 0 errores cometidos deben ser indicados. Usted retetsre /0 que

hizo y observe usando e/ tiempo pasado. Las observaciones y datos seren

en forma narrativa segun /0 que hizo y observe. AI terminar se debe preguntar: ~si

esta libreta fuese de otra persona, podria yo reproducir los resultados obtenidos?

Recuerde que esta informacion la utilizara para analizar sus resultados experimentales.

I. Graficas - Debe usar papel de qrafica. Deben estar en tinta, tener titulo y ejes

identificados. Deben ocupar el maximo de papel que sea posible. Debe trazar la mejor

curva.

J. Discusion de resultados - Discutir y explicar, ~como comparan los resultados

obtenidos con los esperados? Si no hay informacion teorica para comparar, debe

especificarlo asl. Discutir la informacion que se Ie puede extraer alas qraficas, Discutir

todas las posibles fuentes de error. Si cornetio alqun error en el experimento, explicar

como afecto ese error sus resultados. Si sus resultados no concuerdan con 10esperado, presente ideas 0 explicaciones para dicha diferencia. Cualquier comentario

del rnetodo, sugerencias, etc., que quieran hacer pueden incluirlos en esta seccion

siempre y cuando sean de caracter cientifico.

Page 7: Manual Quimica Organica

K. Conclusion - Escriba un parrafo corto (una 0 dos oraciones) cerrando la

discusion del experimento. Puede usar como guia las siguientes preguntas: Gse

lograron los objetivos? GQue alcance tiene el rnetodo? GEs confiable?

L. Referencias - Escrlbalas en el orden en que aparecen en el manuscrito,

indicando el nurnero en el mismo, entre corchetes (eg[1]). EI formato a seguir es:

Autor, Titulo, Edicion, Editorial, Ciudad, publicacion y paqinas utilizadas.

En ocasiones debera consultar otras referencias en adicion al manual de

laboratorio. Por ejemplo, si desea buscar el mecanismo de una reaccion 0 si necesita

buscar propiedades flsicas de las sustancias con las cuales trabajara. Las referencias

que resultan mas utiles para buscar propiedades flsicas son las siguientes:

1. CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida.

2. Lange's Handbook of Chemistry, McGraw Book Company, New York, New York.

3. The Merk Index, Merck & Co., Inc., Rahway, New Jersey.

4. The Aldrich Catalog, Aldrich Chemical Co., Inc., Milwaukee, Wisconsin.

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II. Normas Generales

1. No borrar, no hacer "overwrite", tache sus errores con una sola linea (de

modo que se pueda leer' 10 tachado).

2. No dejar espacios 0 paqinas en blanco. AI finalizar un experimento, si

queda un espacio, trazar una linea diagonal a traves de el espacio disponible.

Escriba sus iniciales y fecha al finalizar cada experimento.

EI instructor de laboratorio revisara su libreta peri6dicamente durante el semestre.

Adernas firmara su libreta al finalizar cada periodo de laboratorio. Los puntos mas

importantes que observara el instructor al revisar su libreta seran los siguientes:

1. GUs6 tinta azul 0 negra?

2. GEs su escritura clara y legible?

3. GEsta el indice al dia?

4. GEsta el trabajo de cada dia firmado y fechado por el estudiante?

5. GTiene cada secci6n un encabezamiento que describa el trabajo informado?

6. GSe describe el trabajo completamente de modo que se pueda entender sin

explicaci6n adicional?

7. GEsta el estudiante "pensando" en la libreta? GFueron las ideas yobservaciones anotadas inmediatamente?

8. GComplet6 el estudiante la discusi6n y conclusi6n del experimento anterior?

A continuaci6n se muestran dos ejemplos del modo en que se debe trabajar en su

libreta de laboratorio. Se presentan dos experimentos hasta la secci6n de datos y

observaciones. La discusi6n, conclusi6n y referencias no estan incluidas en estos

ejemplos.

15

Page 9: Manual Quimica Organica

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Page 10: Manual Quimica Organica

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Page 11: Manual Quimica Organica

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Page 12: Manual Quimica Organica

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Page 13: Manual Quimica Organica

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Page 14: Manual Quimica Organica

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Page 15: Manual Quimica Organica

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q) ""Selqu.e. o::n ~ ~~ a.11 h. 'j -h l+cc: ~ c:ya vec:(ac{ .

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Page 16: Manual Quimica Organica

O~\la~ g cb~

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23

Page 17: Manual Quimica Organica

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3(12.103

//Hz

24

Page 18: Manual Quimica Organica

Aparatos Comunes:

embudo

Aparatos de laboratorio

embudo de Buchner embudo de polvo

matraz de Erlenmeyer matraz de filtraci6n gotero

bane Marfa plancha de calentamiento

agitador

~c::==t __ •

aro de hierro

25

J

probeta vaso

calentador

>

gato de laboratorio

grapa

Page 19: Manual Quimica Organica

Aparatos con uniones de vidrio esmerilado:

condensador

Liebig

embudo de

separaci6ncondensador

West

matraces de fondo redondo

adaptador

Claisen

cabezote de

destilaci6n

26

adaptadorde vacio

matraz de fondo redondo

de tres cuellos

,B Btapa adaptador

de term6metro

Page 20: Manual Quimica Organica

Aparatos para micro escala:

Durante los ultirnos arias se ha despertado la conciencia de todos can respecto a la

importancia de la seguridad personal en el laboratorio y sabre los peligros a los que

estamos expuestos si seguimos contaminando nuestro ambiente. Como consecuencia

de los excesos cometidos contra el ambiente se han establecido nuevas leyes para

reglamentar el usa de sustancias quimicas. Las instituciones educativas como

consecuencia de esto se han estado ocupando de reducir las cantidades de sustancias

quimicas a usarse en los experimentos de quimica. Para poder realizar estos

experimentos can cantidades pequerias se han diseriado aparatos can las dimensiones

apropiadas. Los profesores Dana Mayo de Borudoin College y Kenneth Williamson de

Mount Holyoke College han producido estos aparatos para trabajar en micro escala.

Algunos de los experimentos que ustedes realizaran seran can la tecnica de micro

escala la cual utiliza aproximadamente 0.19 de material. Se utilizara equipo diseriado

par Kenneth Williamson.

27

Page 21: Manual Quimica Organica

PARTE I: EXPERIMENTOSDE

CONOCIMIENTOS BAsICOS Y

TECNICAS DE PURIFICACION

29

Page 22: Manual Quimica Organica

Visualizando la tridimensionalidad de las rnoleculas

EI objetivo de este ejercicio es fam.iliarizar al estudiante con la tridimensionalidad de las

rnoleculas. Estudiaremos primeramente (Parte A) los elementos de simetria: eje de

rotacion (en) Y plano de simetria (0). Luego de conocer estos conceptos y aplicarlos a

rnoleculas sencillas, estudiaremos la simetria de metano y sus derivados (Parte B).

Tarnbien nos familiarizaremos con la idea de que los enlaces pueden (en la gran

mayoria de los casos) girar libremente produciendo isorneros conformacionales (Parte

e). Luego estudiaremos isorneros configuracionales (Parte D) e isomerismo

qeornetrico de alquenos (Parte E). La experiencia adquirida se aplicara a los

compuestos ciclicos (Parte F) y final mente exploraremos los conceptos de adividad

optica y la clasificacion de enantiomeros y diastereorneros (Partes G-J).

Inspeccione su caja de modelos moleculares. Familiaricese con los diferentes

componentes que se utilizaran para armar los modelos de molecules.

Ademas Ie estamos proveyendo una hoja que contiene un circulo mostrando diferentes

anqulos, Este Ie sera de gran ayuda cuando tenga que rotar los modelos.

A. SIMETRiA

Decimos que una rnolecula posee simetria cuando tiene dos 0 mas orientaciones en el

espacio que no se pueden distinguir una de la otra. La operacion por la cual una

orientacion se cambia a otra equivalente (indistinguible) se conoce como operacion de

simetria. Estas operaciones de simetria (rotacion, reflexion, inversion) se lIevan a cabo

a traves de un elemento de simetria (punto 0 centro, eje, plano).

Generalmente se usan los siguientes elementos de simetria para describir la simetria

de una rnolecula: eje de rotacion (en)' plano de simetria (0), centro de simetria (i) 0

inversion, eje de rotacion-reflexion e identidad (E). A continuacion se presenta el eje de

rotacion, el plano de simetria y la identidad.

1. Eje de rotaci6n (en)

Si al rotar una rnolecula a traves de un eje por un anqulo de 360o/n, donde n es

un nurnero natural, se produce una orientacion de sus atornos indistinguible de

31

Page 23: Manual Quimica Organica

la original, se dice que la rnolecula posee un eje de rotaci6n de orden .0.;un eje

Cn. La operaci6n de sirnetrla es rotaci6n. AI eje de orden mayor se Ie llama eje

principal. En este caso, el arden da el nurnero de operaciones consecutivas que

produce la orientaci6n original (identidad). Cuando el anqulo es 3600 el orden es

1; decimos que la rnolecula no posee este elemento de sirnetria porque como es

de suponer, toda rnolecula que se rota 3600 alrededor de un eje va a tener una

orientaci6n de sus atornos en el espacio indistinguible a la que tenia antes de la

rotaci6n.

Ejemplos:

a. H2 La linea entrecortada corresponde a un eje de orden ~,o sea, un

eje C2 debido a que debemos rotar a la molecule par 10 menos 1800 para obtener una

orientaci6n de los atomos indistinguible de la orientaci6n que tenlan antes de rotar.

GTendra otro eje de simetrla?

rotaciOn de 1800

------ ..

BCI3 tiene una geometrfa trigonal plana. AI rotar 1200 a traves de un eje que pasa por

el atorno de boro perpendicular al plano de la molecula obtenemos a la molecule con

una orientaci6n de sus atomos indistinguible de la original. Si repetimos la operaci6n

de rotaci6n obtenemos nuevamente una orientaci6n indistinguible de la original. Si

volvierarnos a rotar se obtendria a la rnolecula con la misma orientaci6n que tenia

originalmente. Vemos que al rotar 120 0 tres veces consecutivas obtenemos la

orientaci6n original. En resumen, la rnolecula tiene un eje C3.

32

Page 24: Manual Quimica Organica

Tendra ejes C2? _

GCuantos?

Ahora trabaje del, mismo modo algunas de las siguientes molecules:

BCIF(Br)

2. Plano de Simetria (0, Sigma)

Es un plano imaginario que pasa a traves de una rnolecula de tal forma que la

parte que queda en uno de los lados de dicho plano es la imagen especular (el

reflejo) de la parte que queda en el otro lado. La operaci6n de simetrfa es de

reflexi6n.

Ejemplos:

a) H2

Plano de simetrfa

GHay alqun otro en esta rnolecula? _

llustrelots) _

b) GTiene esta molecule otros pianos de simetrfa?

llustrelots)

B_C1, ~

----CI3/'

Busque los pianos que poseen las moleculas NF3 y H20. Debe hacer y/o dibujar el

modelo mostrando la geometrfa molecular.

3. Identidad (E)

Lo posee la molecule cuando se produce una orientaci6n identica a la original.

Toda rnolecula posee este elemento de simetrfa.

33

Page 25: Manual Quimica Organica

B. METANO (CH4) Y SUS DERIVADOS

Haga el modele molecular de metano. Para esto use un tetraedro negro, cuatro

enlaces y cuatro esferas blancas. Note que el carbono central tiene hibridaci6n sp3 y.el arreglo espacial de estos orbitales forma un tetraedro.

Coloque el modele al frente suyo de manera que este orientado igual que en la Figura.

Recuerde que las Ifneas rectas ( __ ) indican enlaces orientados en el plano del

papel, las lineas entrecortadas C·'''IIIII) indican enlaces hacia detras del papel y las

curias (~) indican enlaces hacia el frente del papel. Este sistema es lIamado

Sistema de Caballete 0 de cunas y Ifneas entrecortadas. Coloque su modelo de metano

sobre la hoja provista con el cfrculo. Coloque la hoja al nivel de sus ojos como se

ilustra a continuaci6n;

Gire su modele al frente suyo (girando alrededor del enlace C-H1 en la misma direcci6n

que el movimiento de las manecillas del reloj) de manera que quede orientado de las

siguientes formas:

34

Page 26: Manual Quimica Organica
Page 27: Manual Quimica Organica

a b

Dibuje usted en el espacio provisto las figuras b, c y d.H1

~ gire 30°H /C'"I/~ ------.-2 H3

. e 30°gp.: --~ . e 60°-~---.-

a b c d

Aprenda a visualizar la rnolecula en tres dirnensiones' al inspeccionar las figuras en dos

dimensiones a-d. Note que es la misma rnolecula vista de anqulos diferentes. Para

pasar de a-b-e-d no se tienen que romper ni formar enlaces, solo reorientar la rnolecula

en el espacio.

Para que pueda familiarizarse mejor con la tridimensionalidad de metano busque ahora

el (Ios) eje (s) de rotacion Cn que tiene la molecule. Como ya ha visto, el eje de

rotacion (Cn) es una linea imaginaria, a traves de la cual, giramos por un anqulo de

360° In grados, y observamos que la orientacion de los atornos en el espacio es

indistinguible de la orientacion original (n es lIamado el orden de rotacion). Le sigerimos

que coloque al modelo de metano sobre el circulo y comience lentamente a rotar

alrededor del enlace mismo C-H a traves del cual rota anteriormente. Comience a rotar

y vaya observando: ~cuando es que la orientacion espacial de la molecule es

indistinguible de la original: a los 10°, 30°, 60°,90° 0 120°? Note que la rnolecula de

metano tiene ejes C3' 0 sea, despues de rotar 360°/3 = 120° la orientacion de sus

atornos es indistinguible de la orientacion que tenlan antes de lIevar a cabo la rotacion.

Page 28: Manual Quimica Organica

-~--------~~--------------------------~~----~~-------

---~

Algil'ar lZOo

La molecula de metana tiene 4 ejes C3. Uno a traves del enlace C-H1 y los otros tres a

traves de los enlaces C-H2' C-H3 Y C-H4. La molecule de metana tambien tiene 3 ejes

C2. Estos son un poco mas diffciles de ver. Localice estos 3 ejes.

Busque ahara los planes de simetrla (0). Como ha vista, el plano de sirnetrla (0) es un

plano imaginario que pasa a traves de una rnolecula de tal forma que la parte que

queda en uno de los lados de dicho plano es la imagen especular (el reflejo) de la parte

que queda en el otro lado.

Note que la rnolecula de metana tiene 30 que contienen el eje C3 que pasan a traves

del enlace C-H 1.

C ..,

Hs/ \"111H2~

EI plano del papel es un plano (0) que pasa a traves el carbona central y los

hidr6genos H1 y H3· Encuentre los otros dos.

l.,A traves de que atornos pasan estos dos planes? _

38

Page 29: Manual Quimica Organica

La molecule de metano tiene otros pianos de simetrfa que no contienen el eje C3

seriaiado. GCuantos pianos de simetrfa tiene la rnolecula de metano?

GA traves de que atornos pasan estos otros pianos?

Haga ahora la molecule de elorometano (CH3CI). Para esto use un carbono central de

hibridacion sp3 (negro), 4 enlaces, tres esferas blancas y una esfera 0 pieza verde

como eloro. Coloque el modelo al frente suyo de las siguientes formas:

CI CI H H H

I I I I I"c C C'.'II/ C ,.,'

CI/C\"""H\\\\,." ~ " 1'" H/ \ II/CI

,,/ "II/JH~. '/11/

H H H"l HH \

HH

H CI H

Note que es la misma rnolecula vista de diferentes anqulos,

Busque los ejes y pianos de simetrfa de esta rnolecula: Cn yo. De el orden n, el

nurnero de ejes Cn y el nurnero de pianos a que posee.

n nurn. de Cn a

Establezca una comparaci6n entre estos nurneros y los de metano.

Haga el modelo de la molecule de dielorometano (CH2CI2) y dibuje abajo cuatro

orientaciones diferentes de esta.

Busque el (Ios) eje (s) y plano (s) de simetrfa.

Indique si posee un eje Cn a traves de alqun enlace

Sf No

Indique si posee un eje Cn entre enlaces

39

Page 30: Manual Quimica Organica

Si No

De poseerlo, ~cual es el orden n del eje? _

Indique si tiene un plano a y a traves "de que enlace (s) _

~C6mo comparan el nurnero de elementos de simetria y Cn de diclorometano con los

de metano y clorometano? _

Haga el modelo de la rnolecula de bromodiclorometano (CHBrCI2) y dibuje abajo cuatro

orientaciones diferentes para esta.

Busque el (Ios) eje (s) y plano (s) de simetria. De el orden n y el nurnero de pianos a

que posee.

n a

Establezca una comparaci6n entre estos numeros y los de metano, clorometano y

diclorometano?

C. ISOMEROS CONFORMACIONALES:

Los grupos unidos por enlaces carbono-carbono sencillos (en la gran mayoria de los

casos) pueden girar libremente alrededor de estes, por 10 tanto, pueden asumir

diferentes orientaciones en el espacio de modo que la forma de la molecula cambia.

Estos diferentes arreglos para una misma rnolecula son lIamados conf6rmeros 0

Is6meros conformacionales.

40

Page 31: Manual Quimica Organica

Haga el modelo de etano (H3C-CH3) usando 6 enlaces cortos (C-H) y uno largo (C-

C). Coloque el modelo frente a usted y gire el enlace C-C. Observara que cambia la

orientaci6n de los atornos en el espacio y cambia la forma de la molecule. Existe un

numero infinito de conf6rmeros para la rnolecula de etano. Coloque el modelo frente a

usted a la altura de sus ojos de modo que no pueda observar el enlace C-C. (Un

atorno de carbona estara frente al otro de modo que el segundo no se vera). Rote el

enlace C-C moviendo el grupo metilo que esta mas cerca de usted. Observara que en

un momento dado los tres enlaces C-H del metilo mas cerca de usted no permiten ver

(eclipsan) los tres enlaces C-H del metilo mas alejado. A esta conformaci6n Ie

lIamamos la conformaci6n eclipsada. Aquf el anqulo entre enlaces a los dos carbonos

vecinos (anqulo diedro) es 0°. Cuando el etano asume una conformaci6n eclipsada los

electrones de los enlaces C-H se repelen con mas fuerza.

Hay diferentes formas de representar los diferentes conf6rmeros en papel, los cuales

se muestran a continuaci6n en su conformaci6n eclipsada. Coloque el modelo de las

formas siguientes:H

H /

\ »>: ci

H'1 ~HH

H H

H H

~~H

H--+--H

H---+--H

H H

caballete Proyecci6nNewman

CaballeteVertical

Proyecci6nFischer

Eclipsado

Coloque frente a usted y a la altura de su vista al modelo de etano en su conformaci6n

eclipsada de modo que uno de los carbonos queda detras del otro como se ilustra:

H H

~~

\ /,.C c

I ~H

H\

H

Page 32: Manual Quimica Organica

Decimos que el anqulos entre los enlaces C-H es de 0°. Si comienza a girar el enlace

C-C, observara que los enlaces C-H comienzan a alejarse (aumenta el anqulo diedro)

.En un momento dado el anqulo entre cualquiera dos enlaces C-H sera de 60° y este es

el conforrnero alternado. Este es' el contorrnero mas estable porque al estar los

enlaces C-H mas alejados, las repulsiones electronicas son menores. A estas

repulsiones electronicas la lIamamos tension torsional. Coloque el conformero

alternado de las formas siguientes:

~;HH /-

\ ----~.C \"'j

H'Ar HHcaballete

HHyfyH

H~HH

ProyeccionNewman

Alternado

La proyeccion Fischer solo se utiliza para representar conformaciones eclipsadas.

Dibuje nuevamente todos los isorneros dados para etano en los espacios provistos:

Caballete Newman Caballete Vertical Fischer

Eclipsado

Caballete Newman

Alternado

42

Page 33: Manual Quimica Organica

A continuacion se presenta una qrafica que muestra la relacion entre la energia relativa

de la molecula vs. el anqulo de rotacion (perfil enerqetico):

1!>HHH

H

~H

HQ-H'id....•~.JBoe,I'd

'~

~r:r.l

~I--------~I--------~------~I~------~I--------~------~

00 600 1200 1800 2400 3000 3600

anqulo de rotacion, grados

La energia requerida para rotar la molecula de etano en torno al enlace carbono-

carbono se llama energia torsional. Esto implica que la inestabilidad relativa de la

conformacion eclipsada se debe a la tension 0 repulsion torsional.

1 234

Haga el modelo de butano (CH3-CH2-CH2-CH3)

Para esto use los carbonos C2-C3 como los centrales y gire el enlace entre estes para

obtener los siguientes conforrneros:

H:$H H

H~C~ )1}:H H H

HH H

CH:3

Alternada A Alternada B Eclipsada A Eclipsada B

(Anti) (Gauche) (Syn)

Page 34: Manual Quimica Organica

l,Cual debe ser la conformacion mas estable? l,Por que? . La

estabilidad de las conformaciones de n-butano se ve afectada por un factor adicional a

la tension torsional. Los grupos rnetilos al ser mas grandes que hidroqeno, se

aglomeran, se encuentran a una distancia menor que las sumas de sus radios de Van

der Waals; esto produce tension esterica conocida como tension 0 repulson de Van der

.Waals.

tension de Van der waals

)tension de Van der waals

Alternada gauche Ecli psada syn

Dibuje en el espacio provisto las mismas conformaciones de butano dadas en la paqina

anterior usando el sistema de caballete en lugar de la proyeccion Newman. (Curias y

Ifneas entrecortadas). Para esto, coloque el modelos frente a usted a la altura de su

vista.

Alternada A

(Anti)

Alternada B

(Gauche)

Eclipsada A Eclipsada B

(Syn)

I. I

44

Page 35: Manual Quimica Organica

Dibuje la curva que representa los cambios de energfa potencial relativa para diferentes

anqulos de rotacion del enlace C2 - C3 en la molecule de butano. Adernas, dibuje las

representaciones Newman de las conformaciones que faltan (de la nurn. 2 a la 7).

Observe que ha comenzado con la conformacion alternada anti.

120° 180° 240°

angulo de rotacion, grad os

1 2 3 4 5 6 7

Ejercicio:

Para la rnolecula de 2,3-dicloro-4-metilpentanoa) Dibuje las proyecciones de Newman asociadas a cada conformacion, utilizando la

rotacion alrededor del eje C2-C3. '

1 2 3 4 5 6 7

Page 36: Manual Quimica Organica

b) Haga un diagrama de energia potencial vs. anqulo de rotaci6n cuantitativo para

2,3-dicloro-4-metilpentano. Utilice el diagrama que se provee y tome los valores que

se indican a continuaci6n, ademas de los que usted ya ha aprendido para butano:

I00

I60°

I1200 1800 2400

angulo de rotacion, grados

3000 3600

11- L\Go (Kcallmol) para Interacciones

eclipsada alternada

H-H 1.0 H-H 0.0

H-CH3 1.4 H-CH3 0.0

H-CI 1.1 H-CI 0.2

CI-CI 1.7 CI-CI 0.5

CH3-CI 1.9 CH3-CI 0.7

CH3-CH3 2.5 CH3-CH3 0.9

CH3CH2-CI 1.8 CH3CH2-CI 1.0

CH3CH2-CH3 3.2 CH3CH2-CH3 1.3

CH3CH2-H 2.0 CH3CH2-H 0.7

CH(CH3)2-H 2.1 CH(CH3)2-H 0.9

CH(CH3)2-CH3 3.1 CH(CH3)2-CH3 1.7

CH(CH3)2-CI 2.2 CH(CH3)2-CI 1.3

46

Page 37: Manual Quimica Organica

Existen dos tipos de is6meros: los constitucionales y los estereois6meros. Los

is6meros constitucionales son moleculas que aunque tienen la misma f6rmula

molecular tienen los atornos conectados en secuencia diferente. Por ejemplo, haga el

modele de n-butano (C4H10) utilizando 4 carbonos (negros), 3 enlaces largos (C-C) y

10 enlaces cortos (C-H), y con los mismos atomos y enlaces haga a 2-metilpropano

(C4H10). Note que para hacer estos dos modelos con los mismos carbonos, hay que

romper y formar enlaces para poder convertir uno en otro. Esto es, son dos molecules

diferentes con propiedades quimicas y fisicas diferentes. Otro ejemplo de esto son los

compuestos etanol (CH3CH20H) y dimetil eter (CH30CH3).

Los estereois6meros tienen la misma forma estructural pero difieren en el arreglo

espacial de sus atornos. Esto es, todos sus atornos estan conectados en secuencia

identica, pero su arreglo en el espacio varia. A su vez, existen dos tipos de

estereois6meros: los conformacionales y los configuracionales. Los is6meros

conformacionales que ya hernos estudiado, comprenden los diferentes arreglos, para

una misma rnolecula, que se obtienen por rotaci6n de enlaces sencillos. Un ejemplo

de estes son las conformaciones alternadas antiy gauche de n-butano. Los is6meros

configuracionales son por su parte rnoleculas diferentes que tienen la misma

f6rmula estructural y diferente arreglo espacial de sus atornos.

D. ISOMEROS CONFIGURACIONALES

E. Alquenos

Los alquenos poseen un enlace doble carbono-carbono. Este enlace restringe la

rotaci6n entre estos atomos, La rnolecula (hibridaci6n sp2 en los dos carbonos) es

plana y rigida. Esto indica que pueden existir dos is6meros no estructurales donde la

secuencia de atomos es la misma y s610 varian en su arreglo espacial. Son

estereois6meros, son is6meros configuracionales.

Haga el modele cis-buteno (use dos enlaces curvos para hacer el C=C).

Busque el (Ios) eje (s) y plano (s)

de simetria. LCual es el orden n en Cn?

H:3, _ /CI-Is

r>:H H

cis-2-buteno a

47

Page 38: Manual Quimica Organica

Ahora haga el modelo de trans-2-buteno usando estos mismos atornos y enlaces.

H3~' H

'" -' //c-~H CHs

trans-2-buteno

Note que para hacer esto tiene que "romper" el enlace doble y hacerlo de nuevo, (0

romper un enlace C-CH3 y otro C-H y formarlos de nuevo con el arreglo espacial

deseado). Tuvo que lIevar a cabo una "reaccion quimica" para convertir uno en el otro;

no basta solo una rotacion simple como en el caso de los conformeros. Esto indica,

nuevamente, que cis-2-buteno y trans-2-buteno son dos compuestos diferentes y no

conformaciones diferentes de la misma molecule. Estos compuestos son lIamados

isorneros configuracionales cis-trans de 2-buteno, tarnbien se conocen como isorneros

qeometricos.

Haga ambos modelos (cis y trans-2-buteno) y trate de sobreponerlos. Note que no hay

manera de girarlos en el espacio para hacer que coincidan todos los grupos.

Evidencia adicional de que son dos compuestos diferentes (estereoisorneros).

GQue requerimientos se necesitan para que un alqueno en particular pueda tener un

estereoisomero qeornetrico? Cad a carbono del enlace doble debe tener dos

sustituyentes diferentes.

Haga modelos de todos los compuestos presentados a continuacion e indique (en el

espacio provisto) si cada uno tiene 0 no estereoisomero qeornetrico y si posee pianos

(0) (en adicion al plano que coincide con el plano molecular) y ejes (Cn) de simetria.

De tener ejes de sirnetria, favor de indicar la cantidad y orden. Para hacer estos

modelos use tetraedros de distintos colores para representar los substituyentes que no

sean hidroqeno.

)

GExhibe

isomerismo

geometrico?

GTiene plano(s) 0

adicional(es) al

plano molecular?

GTiene eje( s)

Cn ?

48

Page 39: Manual Quimica Organica

GExhibe

isomerismo

geometrico?

GTiene plano( s) a

adicional( es) al

plano molecular?

GTiene eje( s)

en ?

H3C" H,,_/C-~

H3C~ H

H3~ H

"'-_/C-,H3C~ a

H3C" H,,_/C-,B-~ a

Page 40: Manual Quimica Organica

F. CICLOALCANOS

Los compuestos que tienen los atornos de carbono unidos entre sf formando cadenas

abiertas son lIamados alicfclicos 0 de cadena abierta. Existen tambien compuestos

similares cuyos atornos de carbono estan unidos formando anillos lIamados cfclicos ..Es interesante notar que la presencia de un anillo restringe la rotacion alrededor de los

enlaces sencillos (en forma analoqa a los enlaces dobles), dando lugar a que tarnbien

puedan existir estereoisorneros que tarnbien se les conoce como isorneros

qeometricos.

Haga el modelo molecular de 1,2-dimetilciclobutano. Para simplificar use solo dos

tetraedros negros para los metilos. (ver Figura).

Note ahora que debido a la rigidez que Ie da la presencia del anillo se pueden colocar

los metilos cis 0 trans. a sea, que existe isomerismo qeometrico en los cicloalcanos.

H H

cis-1,2-dimetilciclobutano trans-1,2-dimetilciclobutano

Busque para ambos isomeros eje(s) (Cn) Y plano(s) de simetrfa (0). Indique si contiene

estos elementos 0 no, a traves de que partes de la rnolecula (enlaces, atornos 0 centro)

pasan estes y el orden n. Utilice los espacios provistos. Notara que en el anillo de

cuatro carbonos el anqulos entre los enlaces es menor de 109.5° (el anqulo tretraedral I )

normal), por 10 tanto, este anillo tendra tension angular.

eje(s) (Cn) plano(s) 0

cis-1,2-dimetilciclobutano

trans-1,2-dimetilciclobutano

50

Page 41: Manual Quimica Organica

Haga ahora los modelos moleculares de cis- y trans-1,3-dimetilciclobutano (ver figura).

Busque, para ambos, ejes (Cn) y pianos de simetria (0) e indique a traves de que

partes de la molecule (enlaces, atornos 0 centro) pasan estos.

H H

eje (s) (Cn} plano (s) 0

cis-1,3-dimetilciclobutano

trans-1,3-dimetilbutano

Trabaje ahora algunas de las siguientes molecules:

trans-1-bromo-2-clorociclopentano cis-1-bromo-3-clorociclobutano

cis-1-bromo-2-clorociclopentano trans-1-bromo-3-clorociclobutano

Ciclohexanos

Haga el modelo molecular de ciclohexano usando los enlaces largos, colocando

enlaces cortos para todos los hidroqenos, Note que para mantener los anqulos

tetraedrales la rnolecula asume preferentemente una conforrnacion de silla. Esta

conformacion tiene un minimo de tension angular. Toda desviaclon de los anqulos de

enlaces normales va acornpariada de tension angular. Su modelo debe verse asi:H

H

H

H

HH

Inspeccione cuidadosamente su modelo y observe que hay hidroqenos que ocupan

posiciones de dos tipos distintos. Algunos (seis) se encuentran en el "plano" de la

51

Page 42: Manual Quimica Organica

rnolecula y son lIamados ecuatoriales (e) y los que quedan sobre 0 debajo son

lIamados axiales (a). Tres enlaces axiales tocan la mesa al colocar el modelo sobre

esta.

Para dibujar correctamente la silla siga los pasos mostrados a continuaci6n:

1

2

3

)

4

5

52

Page 43: Manual Quimica Organica

Observe que en el paso 4 se ariaden los enlaces axiales y se dibujan llneas verticales

hacia arriba en los vertices que miran hacia arriba y lineas verticales hacia abajo en los

vertices que miran hacia abajo. Los otros enlaces que no ocupan una posicion axial son

los ecuatoriales (paso 5) y aqui se dibujan llneas horizontales con una leve inclinacion

hacia abajo en los vertices que miran hacia arriba, y Ifneas horizontales con una leve

inclinacion hacia arriba en los vertices que miran hacia abajo.

Coloque la silla frente a usted con la orientacion de la silla I que se presenta a

continuacion. Ahora suba el carbon #1 y simultaneamente baje el carbona #4. EI

resultado sera la rotacion de: todos los enlaces C-Cy la silla resultante se vera como

silla II. Note que esta puede facllrnente convertirse en otra silla subiendo y bajando

sirnultaneamente los carbonos de los extremos (C1 y C4):

Silla I l;l~

2 4

He H- e

5 4

H~

Note 10 que Ie pasa alas posiciones que ocupan los hidroqenos al convertir una en la

otra. Esto es facil de ver si "marcamos" los hidroqenos con substituyentes y notamos la

orientacion de estos al cambiar de una silla a otra. Coloque seis (6) esferas en las

posiciones axiales de la silla I y convierta este modelo en la silla II. {.Que pasa?

Otra forma de representar esta conformacion silla de ciclohexano es usando la

proyeccion de Newman. Esta forma de representacion enfatiza las posiciones

alternadas que ocupan los hidroqenos en carbonos vecinos.

H~

H~

Proyeccion Newman de la conforrnacion silla de ciclohexano

Page 44: Manual Quimica Organica

Doble ahora el extremo izquierdo del modelo hacia arriba (haga esto con mucho

cuidado pues los enlaces plasticos son tan maleables como los enlaces y se rompen) y

note que la molecule asume conformaci6n de bote. Dibuiela de las dos formas

diferentes en que se represent6 la cohformaci6n silla.

H f!l

conformaci6n bote de ciclohexano

Estructura de Ifneas Proyecci6n Newman

Compare ambas conformaciones (silla y bote). ~Cual debe ser la mas estable? ~Por

que?

En realidad la rnolecula puede asumir un numero infinito de conformaciones; basta con

rotar los enlaces C-C y ver todas las formas que puede tener. Usual mente

identificamos por nombre a las que representan las mas estables (mfnimos en el

diagrama de enrgfa) y las menos estables (rnaxirnos en el diagrama).

A continuaci6n se presenta una qrafica que muestra las energfas libr~s relativas para

las conformaciones de ciclohexano. ~,

54

Page 45: Manual Quimica Organica

semi-silla

Conformaci6n Molecular

Haga el ejercicio con el modelo de ciclohexano de convertir la silla en semi-silla. l.Que

Ie ocurren alas tensiones angulares, torcionales y de Van der Waals? Ahora pase al

bote y analice como cambian estas tensiones. Ahora pase al bote torcido y analice.

Haga el modele de metilciclohexano y note las posiciones que ocupa el metilo al pasar

de la silla I a la II.

H

H

H

H

I II

Existen dos conformaciones silla que constantemente se estan interconvirtiendo una en

la otra. l.Cual de las dos es mas estable? Explique.

55

Page 46: Manual Quimica Organica

Dibuje en el espacio provisto ambas conformaciones (Silla I y Silla II) de

metilciclohexano.

Silla I Silla II

metilciclohexano

Coloque el modelo de metilciclohexano en forma de bote de modo que el grupo metilo

quede en uno de los extremos (proa 0 popa) tal y como se muestra a continuacion en la

siguiente estructura de lineas (bote I):

ICH3- 1

C

Bote I Bote II

Ahora rote el modelo de modo que los carbonos 1 y 4 queden hacia abajo como se

ilustra en el bote II.

GCual de los dos es mas estable? Explique.

Haga el modelo de trans-1,2-dimetilciclohexano. Para esto coloque ambos metilos en

posicion ecuatorial. Asi: ' ..

56

Page 47: Manual Quimica Organica

Ahora convierta esta silla a la otra y yea que posrciones ocupan los grupos metilo.

Debe notar que ahora ambos grupos metilo estan en posicion axial (a). Sigue siendo la

misma molecule (trans-1 ,2-dimetilciclohexano) solo que en diferente conformacion. As!

que, en trans-1 ,2-dimetilciclohexano 16smetilos pueden estar: a-a a e-e.Coloque su modele en la conformacion de bote y note las posiciones que ocupan los

sustituyentes.

Haga el modele de cis-1 ,3-dimetilciclohexano y yea que posiciones pueden ocupar los

metilos en las conformaciones de silla. Indique estas en el espacio provisto y repita

este ejercicio para las molecules presentadas a continuacion:

cis-1,3-dimetilciclohexano

trans-1 ,3-dimetilciclohexano

cis-1, 2-dimetilciclohexano

cis-1 ,4-dimetilciclohexano

trans-1,4-dimetilciclohexano

Page 48: Manual Quimica Organica

Ejercicios:

1) Considere el siguiente ciclohexano sustituido:

, H3C~CI

V'IIICI

a) Dibuje la conformaci6n silla correspondiente.

b) Haga la representaci6n Newman correspondiente.

II

c) Dibuje ambas sillas (interconversi6n de los conf6rmeros). Seriale la que considere

mas estable.

,

d) Utilizando los valores de la tabla de ~Go de sustituyentes, calcule el ~Go para el

proceso de interconversi6n. (3 puntos)

AGo Para Sustituyentes Axiales (Kcal/mol); a 25 OC, (R=1.986 cal/mol K)

CH3

Sr

1.70.6

CI

F

0.50.2

e) Calcule el por ciento de cada conf6rmero a 25 0C, (R=1.986 cal/mol K).

Page 49: Manual Quimica Organica

G. Enantiomerismo

Todas las rnoleculas tienen una imagen de espejo. Algunas rnoleculas son

sobreponibles sobre su imagen de espejo. Por ejemplo: construya un modelo de

clorometano y luego un modelo de su imagen de espejo. Ahora, trate de sobreponer

ambos modelos de modo que coincidan todos sus atornos. Observara que silo puede

hacer. Clorometano y su imagen de espejo son rnoleculas identicas.

Algunas molecules no se sobreponen sobre su imagen de espejo. Por 10 tanto,

rnolecula e imagen de espejo no son identicas, representan molecules diferentes.

Haga el modelo de la rnolecula de 1-bromo-1-cloroetano como se ilustra en la siguiente

figura.(blanco)

(verde) Cl\\\\\\\/ ~CH3(negro)

(rojo) Br

Ahora construya el modelo de la imagen de espejo de esta molecula como se ilustra a

continuacion

(blanco) ,

(negro) c~

Birojo)

Ahora trate de sobreponerlos de manera que coincidan todos los grupos. Seguramente

no puede. EI hecho de que 1-bromo-1-cloroetano y su imagen de espejo son no

sobreponibles nos muestra que no son molecules identicas. Estas dos molecules estan

unidas en secuencia identica pero difieren en la orientacion de sus atornos en el

espacio; son estereoisomeros. Molecules que son irnaqenes de espejo no

sobreponibles son lIamadas enantiorneros, 1-bromo-1-cloroetano y su imagen de

59

Page 50: Manual Quimica Organica

espejo son un par de enantiomeros. A una molecule que no se sobrepone sobre su

imagen de espejo se Ie llama molecula quiral, decimos que posee quiralidad. A una

molecula que no es quiral (como clorometano) Ie lIamamos aquiral.

Busque plano(s) y eje(s) de sirnetrla para 1-bromo-1-cloroetano. Las moleculas•

quirales no poseen plano de simetrfa. Observe el modelo de 1-bromo-1-cloroetano.

Podra ver que uno de sus atornos de carbono esta enlazado a cuatro grupos diferentes;

este es un carbona asirnetrico. Cuando una rnolecula posee un solo carbona

asirnetrico esta molecule es quiral. Algunas rnoleculas que poseen dos 0 mas

carbonos asirnetricos son quirales pero otras no 10 son. Una molecula es quiral solo si

no posee un plano de simetrfa.

A los enantiorneros tambien se les conocecomo lsorneros opticos pues poseen

identicas propiedades fisicas y solo difieren en la direccion en que giran el plano de la

luz polarizada. Luz polarizada es luz cuyo campo electrornaqnetico se encuentra

oscilando en un solo plano. Si pasamos luz polarizada a traves de un compuesto quiral

el plano de la luz que emerge ha rotado. Un compuesto que rota el plano de la luz

polarizada es lIamado opticarnente activo. Los compuestos aquirales no rotan el plano

de la luz polarizada y los lIamamos optirnarnente inactivos.

Haga el modelo de bromoclorometano. Ponqalo frente a usted y haga el modelo de su

imagen de espejo. Busque plano(s) 0 un eje(s) de simetrfa. i.Tienen?

(blanco) (blanco)

(blanco)

Birajo)(raja) Br

Trate de sobreponerlos. Ahora sf puede pues el carbono no es asirnetico (no posee

cuatro grupos diferentes pegados). Por 10 tanto clorobromometano no posee un

isornero optico y el modelo que hizo de su imagen espejo es exactamente la misma

rnolecula nuevamente. Observara que esta rnolecula tiene un plano de simetrfa.

60

Page 51: Manual Quimica Organica

Verifique si los siguientes compuestos si poseen plano(s) de simetria. Determine si

tienen enanti6meros.

a

Cloroetano

cis-1,2-dimetilciclobutano

trans-1,2-dimetilciclobutano

cis-1,3-dimetilciclobutano

trans-1,3-dimetilciclobutano

H. Otros Enanti6meros:

Hemos visto que un compuesto que posee un solo carbona asirnetrico nunca

puede ser sobrepuesto en su imagen de espejo y es 6pticamente activo. Sin embargo,

la presencia de un carbona asirnetrico no es condici6n necesaria ni suficiente para que

una rnolecula sea 6pticamente activa, ya que puede existir actividad 6ptica en

rnoleculas sin ninqun carbona aslmetrlco, asi como tarnbien pueden ser 6pticamente

inactivas rnoleculas con dos 0 mas carbonos asirnetricos.

Moleculas sin Plano de Simetria

Molecules que no tienen ninqun carbono asirnetrico, pero que no poseen un

plano de simetria son molecules quirales y exhiben actividad 6ptica. Un ejemplo de

este caso es un aleno disubstituido-1,3 (ver figura). En este caso ninqun carbono

puede ser aslmetrico pues ninguno posee hibridaci6n sp3 y por ende no puede tener

61

Page 52: Manual Quimica Organica

cuatro sustituyentes diferentes.' Sin embargo, n6tese que la rnolecula no posee ninqun

plano de simetrfa. Haga el modelo usando cuatro (4) enlaces curvos para hacer los

enlaces dobles y busque alqun plano de simetrfa. Note que los sustituyentes quedan

perpendiculares unos a otros:5

1 ? 3 4/CHsU-ClIIII' -'r,j ,;.: c=c=cH ""'H

Haga (sin deshacer este modelo) el modelo de su imagen de espejo (el de la derecha

en la figura que sigue) y trate de sobreponerlos. l.Que pasa?

I. Sistema Cahn-Ingold-Prelog

Este es un sistema para asignar la configuraci6n absoluta de un carbona asimetrico

utilizando los prefijos R y S. Anteriormente vimos que existen dos compuestos

diferentes lIamados 1-bromo-cloroetano. (ver figura). Para poder diferenciarlos, aunque

tienen el mismo nombre, a uno se Ie asigna el prefijo R y al otro el prefijo S. Uno se

llama (R)-1-bromo-cloroetano y el otro (R)-1-bromo-cloroetano. l.C6mo asignamos

estos prefijos?

Esto se refiere a 10s carbonos 2, 3 Y 4. Los carbonos 1 y

5 S1 tienen hibridaci6n sp3, pero no asimetrico.

62

Page 53: Manual Quimica Organica

Estos prefijos se asignan utilizando el rnetodo de Cahn-Ingold-Prelog que hace uso de

unas reglas secuenciales para asignar orden de prioridad a los grupos enlazados al

carbono quiral. En terrninos bien generales la asignaci6n del prefijo R 0 S a un carbono

asirnetrico se hace en tres (3) etapas. Practicaremos este procedimiento con la

configuraci6n de 1-bromo-1-cloroetano de la derecha en la figura anterior. Haga el

modelo molecular de esta configuraci6n de 1-bromo-1-cloroetano.

Primero se asigna un orden de preferencia a todos los atornos enlazados al carbona

asimetrico basandose en su nurnero at6mico. Esto es Br>CI>C>H. Bromo tiene un

nurnero at6mico mayor que cloro, cloro mayor que carbono y carbono mayor que

hidr6geno.

Segundo, se orienta la molecule en el espacio de manera que el grupo de menor

prioridad (menor nurnero at6mico) quede en la parte trasera de la molecule alejado de

usted. Se coloca frente a sl como se muestra en la figura. Ordene los tres grupos que

se observan de mayor a menor como se hizo en la primera etapa (ver figura G=grande,

M=mediano, P=pequeno)B- (G),

(P) H3C/" a (M)EI hidr6geno esta exactamente detras del carbono.

Tercero, ahora trace un semicirculo que vaya desde el grupo mayor hasta el menor,

pasando por el media no. Esto 10 representara en el papel con una flecha cuyo principio

sera en el grupo grande y cuya cabeza estara en el grupo pequerio, ver figura.

Ahora note la trayectoria que sigue la flecha, si es a favor de las manecillas del reloj se

Ie asiqnara el prefijo R (del latin rectus 0 derecho); si es en contra se Ie asiqnara el

prefijo S (del latin sinister 0 izquierdo). En nuestro caso en la figura anterior va a favor

de las manecillas del reloj y es (R)-1-Bromo-1-cloroetano.

63

Page 54: Manual Quimica Organica

Haga el modele de la izquierda en la figura y asignele su confiquracion absoluta

usando las reglas de Cahn-Ingold-Prelog.

Las reglas completas para asignar orden de prioridad de grupos se presentan a

continuacion:

1.

2.

Atomos con nurnero atornico mas alto tiene una prioridad mayor.

Un isotope de masa atornica mas alta tiene prioridad mayor. Por

ejemplo: deuterio (2H) tiene una prioridad mayor que 1H.

La prioridad mas alta se Ie asigna al grupo con el atomo de nurnero

atornico mas alto en el primer punta de diferencia. Por ejemplo: -

CH2CH2CH3 tiene una prioridad mas alta que -CH2CH3.

Si la diferencia entre dos grupos se debe al nurnero de atornos

identicos, la prioridad mas alta se Ie asigna al grupo con el mayor

nurnero de atornos identicos. Por ejemplo: -CH(CH3)2 tiene una

prioridad mas alta que -CH2CH2CH2CH3.

Para propositos de asiqnacion de prioridad los enlaces dobles y

triples deben duplicarse 0 triplicarse respectivamente. Por-CH-CH.,I I -

ejemplo: -CH=CH2 se visualiza como C C

1

3.

4.

5.

J. Moleculas con mas de un Centro Asirnetrico

.Cuando una molecule posee mas de un centro asirnetrico cada centro posee su propia

confiquracion. Cad a centro puede ser clasificado por las reglas de Cahn-Ingold-Prelog

como R 0 S. Si tiene n centros aslmetricos existe un total de 2n isorneros maximo

posibles. Tomemos por ejemplo las siguientes rnoleculas que tienen dos centros,asirnetricos.

CI CI CI CI

H3C--+--F

F--+--

I

A

F---+--C~ H3C--+--F F---+--C~

B---+--F F--+--B----+--F

I

B

I

C

I

D

64

Page 55: Manual Quimica Organica

Examine las rnoleculas haciendo uso de los modelos moleculares y conteste las

siguientes preguntas. Recuerde que para determinar los elementos de simetrfa de una

rnoleculatiene que explorar diferntes conformaciones y determinar si existe por 10

menos una conformaci6n que posea 131 elemento de simetrfa.

a) GTienen ejes 0 pianos de simetrfa?

b) GQue relaci6n existe entre A y B?

G) GQue relaci6n existe entre C y D?

d) GQue relaci6n existe entre A y C?

e) GTiene igual punta de ebullici6n A y B? GC Y D? _

f) GTiene igual punto de ebullici6n A y CoB Y D?

Cuando los tres grupos sustituyentes en uno de los carbonos quirales son iguales alas

del otro existen mas posibilidades. Haga el modele de 2,3-diclorobutano dado a

continuaci6n y el de su imagen de espejo. GTienen un plano de simetrfa? GSe pueden

sobreponer? GSon 6pticamente activas?a a

H--+--CH:3

H---t-- CH:3

a a

Figura 1

Haga 10 mismo con el modele de 2,3-difluorobutano dado en la figura que se presenta a'

continuaci6n y su imagen de espejo. GTiene un plano de simetrfa? GSe pueden

superponer? GSon 6pticamente activas?

F F

H---t-- CH:3 H:3C---t--H

H--+--CH:3

F F

Figura 2

GQue relaci6n existe entre la presencia de un plano de simetrfa y la actividad 6ptica?

En el segundo caso (2,3-difluoroetano) el compuesto tiene dos (2) carbonos

65

Page 56: Manual Quimica Organica

asirnetricos. Este tipo de compuesto en particular se Ie llama meso. ~Como se lIaman

los dos compuestos presentados como 2,3-diclorobutano?

Asignele confiquracion R 0 S a todos los carbonos asirnetricos de las figuras 1 y 2.

Figura 1 izquierda carbona superior .carbono inferior __

Figura 1 derecha carbono superior carbona inferior _

Figura 2 izquierda carbona superior carbona inferior __

Figura 2 derecha carbona superior carbono inferior__

\I

Hemos visto que pueden existir un maximo de 2n estereoisorneros con una misma

formula estructural con n centros de asimetria. Ahora vamos a demostrar esto para la

siguiente formula estructural:

CH39H-CH-CH3I I

I I

~Cuantos estereiosomeros existen con esta formula estructural y cual es la relacion

entre ellos?

Trabajando con una pareja construya un modelo para un posible estereisornero. Para

facilitar el analisis gire el enlace C2-C3 de modo que obtenga una conformacion

eclipsada; coloque el modelo frente a usted y dibujelo como caballete vertical 0

proyeccion Fischer en el espacio provisto.

Molecula 1

Ahora haga un modelo de la imagen espejo de la Molecula 1 y dibujelo en el espacio

provisto.

66

Page 57: Manual Quimica Organica

Molecula 2

Trate de sobreponer la molecule 1 sobre la 2 de modo que coincidan todos los atomos.

Para hacer esto puede rotar enlaces de las rnoleculas, GSe sobreponen?

Ahora busque un plano de simetrfa en estas rnoleculas. GLo poseen? . Para

buscar pianos de simetrfa puede rotar los enlaces en busca de una conforrnacion que

posea un plano de simetrfa. GQue relacion guardan las moleculas 1 y 2?

Indique si son opticamente activas.

Ahora observe el modele de la Molecule 2 y construya un tercer modele intercambiando

dos de los grupos enlazados a uno de los carbonos asirnetricos. Dibuje en el espacio

provisto.

Molecule 3

Trate de sobreponer esta tercera rnolecula sobre 1 y 2. GQue encontro?

Esta rnolecula 3; Ges

enantiomero de 1 0 2? GComo podemos determinarlo? _

La Molecula 3 es estereoisornero de 1 y 2 pero no es imagen espejo de ninguno

de estos. A los estereoisomeros que no son irnaqenes espejo se les llama

diaestereorneros. La molecula 3 es diaestereornero de 1 y 2.

Finalmente construya un modelo de la imagen espejo de la rnotecula 3 y dibujela en el

espacio provisto.

Page 58: Manual Quimica Organica

Molecule 4

Trate de sobreponer 4 sobre 3. ~Se sobrepone?

relacion entre 4 y 3. _

ha construido 3 molecules diferentes, 3 estereoisorneros,

absoluta a los carbon os asirnetricos.

Indique la

Como puede ver usted,

Asigne la confiquracion

Lleve a cabo el mismo analisis configuracional para la siguiente formula estructural:

CH39H-CH-CH3I I

I Cl

~Cuantos estereoisomeros resultaron? ~Por que? Como en el ejercicio anterior

asigne la confiquracion absoluta a los carbonos asirnetricos.

1) Explique brevemente, (utilizando el vocabulario quirnico adecuado 0 apoyado por un

ejemplo ) la diferencia entre los siguientes terrninos quimicos:

Ejercicios:

a) estereois6meros e is6mero estructural (constitucional)

b) mezcla racernlca y mezcla escalemlca

c) estereoespeclflco y estereoselectivo

d) d, I yO, L

e) conformaci6n y configuraci6n

68

Page 59: Manual Quimica Organica

Br

-,.:;2) Una muestra de (+)-(S)-gliceraldehido opticarnente puro exhibe un [~]D= +8.70. Se

tiene una solucion de gliceraldehido (1.0 9 en 2 mL de solucion) en un tubo de 10 cm la

cual roto la luz +30.

a) Determine la rotacion especifica de la muestra

b) Determine la pureza optics de la mezcla

c) Determine la razon en par ciento (%) de los enantiorneros R y S.

3) Para 3-amino-4-metiloctano:

a) dibuje todos los estereoisorneros posibles. Establezca la confiquracion

absoluta (R 0 S) para cada centro quiral (utilice estructuras de curia).

b) dibuje todos los estereoisorneros, esta vez, utilizando estructuras de Fisher.

Indique con flechas ( ~ - ) los pares de enantiorneros y diasteroisomeros.

c) dibuje de nuevo cada una utilizando proyecciones de Newman (utilice la

conformacion eclipsada para mayor facilidad).

4) Considere las siguientes rnoleculas y circule los enanti6meros de A.

OH

69

Page 60: Manual Quimica Organica

5) Identifique la relacion existente (diastereoisorneros, enantiomeros, isorneros

estructurales 0 rnoleculas identicas) entre cada uno de los siguientes pares de

compuestos.

a)HO

XCH3 H3C/ OH

XH 0 o H

b) ~r H "H H OH OH

H CI

~~c)H "/OH

'/

HO H

CH3 CH3

0 0

d)

H2C H2C

CH3 CH3

Page 61: Manual Quimica Organica

H NH +,'- 3.,'

6) A continuacion aparece la estructura tridimensional de Carbomycin tarnbien

conocido comercialmente como Magnamycin; que es un antibiotico muy efectivo

hacia las mismas bacterias que tarnbien es efectiva la penicilina. Magnamycin

tiene la ventaja de tarnbren ser efectivo hacia algunos parasltos que son

responsables de varias enfermedades tales como la tifoidea.o

o

CHO

I...,\\\\\

Carbomycin

(Magnamycin)

a) Indique el numero de estereois6meros posibles en esta rnolecula y seriate con

una flecha cada uno de los centros estereoqenicos,

b) Especifique la confiquracion absoluta para cada estereocentro.

7) Especifique la confiquracion absoluta para cada estereocentro en las siguientes

molecules.

H3C"" /CI

.·C-C.H\\\" ~"I/H

CI CH3

71

Page 62: Manual Quimica Organica

8) A continuaci6n se presenta una serie de compuestos que poseen estereoquimica.

Muchos de los cuales son los ingredientes activos en diferentes medicamentos.

Especifique la configuraci6n absoluta (R 0 S) para cada uno de ellos.o

0-5I/'Nlo ~N,

Viagra(Medl.camento ut1l:lzado para la

impotenc1a)Ht{"'CN IN

II 5 I I)<,N~N~ NH H

Norenthindrone

(UtllIzado en pildoras antlconceptlvas)

F3C-o- /NH

Tagamet(Medicamento ut1ltzado en eltratamtento de ulceras)

Prozac(antidepres tvo)

F

SHi;b°Cap top ril

( ut1l:lzadoen el tratamtento de

la lUpertensi6n)

I "'=: ;==(0,~ O~O

0",)

NH Paril(Ps1coterapeutlco)

72

Page 63: Manual Quimica Organica

Clavulanic Acid

[es uno de 10$

componentes en el

antfbtottco Augmentln)

Zantac

(Medicamento utll:1za.doen el

tratamiento de ulceras)

OH,

~

o (,."QH ° °....9

-;..:- HR - ,

.,...(J:Y

R=H Morfina

R=Me Codeina(calmantes)

R=H MeV8Gar

R=1Ve Zooor

(tra tami en to con tra los n ivel esaltos de colesterol)

HO

rI1y y

fro::::::-,...---NH

° ~N NH

OH

Viracept

(tratamiento de SIDA)

73

Page 64: Manual Quimica Organica

OH o

CN~

IIo

Tetraciclina

Lovastatin

, >

~N

HO »<: ~ J('~

H OH

~

OH

H "'-N - OH

H ~,._/OH

N~OH

o

Iohexol

OH

OH

OH

Epineftina Estradiol

Page 65: Manual Quimica Organica

Propranolol

HN .

F

FluoxetinFlurbiprofen

!::I, OH.»:a - H. ,(CH3

CH3

Metro pro 101

a

a

Miconazolenitrato

C~H

PenicUina

C~O

Nap roxen

75

Page 66: Manual Quimica Organica

Simvas tatin

1

0J

Nx l""~OH

Ja ~N (

[CI )

I

1I

Lorazepan

Terfenadina

~

II

I

\.

IjI,

H

Me nto 1

Mor:fina

t

76

Page 67: Manual Quimica Organica

Cf Iv /10

Igual Disuelve Igual

Asignaci6n: Pre-Laboratorio '

Repasar los siguientes conceptos:

Enlace Covalente

Momento Dipolar

Geometria Molecular

Fuerzas Intermoleculares

Solubilidad

Introducci6n:

En quimica orqanica existen diversos grupos funcionales que exhiben diferentes

propiedades fisicas y quimicas. Discuta en que se basan las propiedades fisicas y

quimicas de los diferentes grupos funcionales orqanicos,

Una de las propiedades flsicas mas importantes de los compuestos es la solubilidad, ya

que la mayoria de las tecnicas utilizadas para purificar estan basadas en esta

propiedad. Es por esto que es sumamente importante que entendamos bien este

concepto para poderlo aplicar cuando estudiemos las tecnicas de separacion 0 las

propiedades fisicas de los diferentes grupos funcionales.

Objetivos:

AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiante pueda:

• Comparar como una serie de alcoholes varian su solubilidad en agua, acetona y

hexano.

• Explicar los factores que determinan la solubilidad.

• Explicar el concepto de "Igual disuelve igual"

Materiales:

tubos de ensayo

gradilla

pipeta 0 gotero

bulbo

Reactivos:

CH3COCH3 (Acetona)

H20

CH30H (Metanol)

77

Page 68: Manual Quimica Organica

CH3CH20H (Etanol)

CH3CH2CH20H (1-Propanol)

~OH

~OH

CH3CH(OH)CH3 (2-propanol)

CH3CH2CH2CH20H (1-Butanol)

.•

~OH

(CH3)3COH (2-Metil-2-propanol)

CH3CH2CH2CH2CH20H (1-Pentanol) ~OH

iOH

(CH3)2CHCH2CH20H (3-Metil-1-butanol)

~H

CH3CH2C(CH3)20H (2-metil-2-butanol) ~OH

~OH

XOH

CH3CH2CH(OH)CH3 (2-Butanol)

CH3CH2CH(OH)CH2CH3 (3-Pentanol)

OH

~OHCH2(OH)CH20H (Glicol de etileno, Coolant)

HJ4~ HH°"'tk~OH H

~~OH

C~OH H

Sacarosa (azucar)

Procedimiento:

Consu/te /os "MSDS" antes de comenzar e/ experimento.

Se trabajara en pareja. A cada pareja se Ie distrlbulran tubos de ensayo y pequefias

botellas con gotero que contienen una serie de disolventes y compuestos que aparecen

en la Tabla I. Se estudiara el efecto que tiene el aumentar el nurnero de carbonos,

cambios en la estructura y cambios en la naturaleza del grupo funcional con respecto a

la solubilidad de los compuestos orqanlcos.

En este experimento, usted recibira una tabla de los compuestos a estudiarse vs. la

solubilidad observada en diferentes disolventes tales como agua, acetona 0 hexano.y

78

Page 69: Manual Quimica Organica

Para cada prueba (en un tubo de ensayo pequerio, limpio y seco) se ariadiran 20 gotas

del disolvente a investigar (agua, acetona y hexano) y luego anadira el compuesto a

estudiarse gota a gota hasta completar 10 gotas. Aqitara cuidadosamente despues de

cada adici6n. Anotara todas sus observaciones en la Tabla I. LQue implica el que

haya turbidez 0 se observen dos capas diferentes? Explique.

Trabaje ahora con los mismos disolventes, pero utilizando glicol de etileno Lque

observa? '

Repetira el procedimiento utilizando una pequena cantidad de azucar Lque observa?

Continue ariadiendo azucar y anote sus observaciones.

Precauciones:

Todos los reactivos que se utilizaran en esta experiencia de laboratorio son

inflamables, por 10 tanto el manejo de los mismos presenta un riesgo. Todos los

estudiantes deberan revisar los MSDS antes de comenzar el laboratorio.

Todos los desperdicios que s610 contengan compuestos orqanicos iran a un envase

rotulado como Disolventes Orqanicos No-Halogenados. Aquellos desperdicios que

sean mezclas de compuestos orqanicos y agua iran a un envase rotulado como mezcla

acuosa.

Nunca deje desconocidos en el area de desperdicios.

Preguntas para discusi6n:

Analice cada uno de los resultados y conteste las siguientes preguntas, utilizando el

vocabulario qufmico adecuado:

LQue relaci6n puede encontrar con respecto a la solubilidad al aurnentar el nurnero de

carbonos en los alcoholes estudiados?

a) En agua

b) En acetona

c) En hexane

LQue relaci6n puede encontrar con respecto a la solubilidad en agua cuando los

alcoholes estudiados contienen cadenas ramificadas?

Considerando diferencias en estructuras; discuta los resultados obtenidos con:

a) los is6meros de C4H100: CH3CH2CH2CH20H, CH3CH2CH(OH)CH3, (CH3)3COH.

b) glicol de etileno en agua, acetona 0 hexane

c) sacarosaiazucar) en agua, acetona 0 hexano

A la luz de los resultados obtenidos discuta el significado de Igual Disuelve Igual.

Referencia:

I. Montes, C. Lai and D. Sanabria, "Like Dissolves Like", J. Chern. Ed. 2003, 80,447-

449.

79

Page 70: Manual Quimica Organica

Alcoholes , Ag{LJjal He}{ano Acetona

(20 gotals) (20 gotas) (20 gotals)

CH30H ,

CH3CH20H

CH3CH2CH20H

CI-i3CH(OH)CH3

CH3CH2CH2CH20H

CH3CH2CH(OH)CH3

(CH3)3COH

CH3CH2CH2CH2CH20H

(CH3)2CI-iCH2CH20H

CH3CH2CH(OH)CH2CH3

CH3CH2C(CH3)20H

glicol de etileno

Sacarosa

81

Page 71: Manual Quimica Organica

81

T bl 1 S i bTd dIda a : o u I i a e compues os orqarucos en vanes so van as

Alcoholes Agua Hexane:> Acetona

(20 gotas) (20 gotas) (20 gotas)

CH30H S jV1~O~'k 5,

CH3CH20H5

1'vt5.0 t: t,c. 5

CH3CH2CH20H '5 5 5

CH3CH(OH)CH3 S 5 5

,\

SCH3CH2CH2CH20H i SCH3CH2CH(OH)CH3 S <s S

(CH3)3COH'. .s Sl

CH3CH2CH2CH2CH20H.

S S(

(CH3)2CHCH2CH20H,

S .sI

CH3CH2CH(OH)CH2CH3 :5 S..s

CH3CH2C(CH3)20H5 S S

MsoiAskpara« (WILv?4..

glicol de etileno S 0OL..J.G--

Sacarosa 5 (\1. S ok 100.,- (rLS0 (A). bL.-

Page 72: Manual Quimica Organica

83

Recristalizacion de Acetanilida y Determinacion del Punto de

Fusion

EI experimento durara dos period os de laboratorio. La primera semana haran la

recristalizacion de acetanilida impura y la segunda semana Ie tornaran el punta de

fusion a la acetanilida recristalizada.

Recrlstallzaclon

Asiqnacion Pre-Laboratorio:

Repase los siguientes conceptos:

Igual disuelve Igual

Polaridad de la molecula

Solubilidad

Dados los siguientes disolventes: agua, etanol al 95% y ligroina 0 hexano, ordene en

forma ascendente (de menor a mayor) de polaridad

Busque las estructuras de acetanilida y de acido salicilico:

Si comparamos acetanilida con acido salicilico cual es mas polar? Justifique su

respuesta.

Prediga cual sea mas soluble en el disolvente mas polar.

Estudie cuidadosamente el Apendice de Recristalizacion.

Objetivos

AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiante sea capaz de:

• Discutir los criterios que deben tomarse en cuenta al seleccionar un buen

disolvente para una recristalizacion

• Dominar las destrezas manuales necesarias para Ilevar a cabo el proceso de

recristalizacion.

lntroduccion

En muy pocas reacciones quimicas se obtiene un producto puro. En la mayoria de los

casos se encuentra contaminado con reactivos que no reaccionaron, productos

secundarios 0 cualquier otra impureza. Los solidos pueden ser purificados por un

proceso lIamado recristalizacion. Este proceso consiste en disolver el compuesto

impuro mediante calentamiento en un disolvente apropiado y dejarlo enfriar lentamente.

De esta manera los cristales del producto purificado precipitan lenta y selectivamente.

Page 73: Manual Quimica Organica

=

EI metoda funciona porque la impurezas pueden quedar en solucion a simplemente

pueden ser removidas par filtracion a utilizando carbon activado. Luego se procede a

recolectar los cristales mediante filtracion.

EI proceso de rescristalizacion conlleva varios pasos:

1. Seleccionar un disolvente apropiado.

2. Calentar el disolvente hasta su punta de ebullicion.

3. Disolver el solido en una cantidad minima de disolvente caliente.

4. Ariadir carbon activado si fuera necesario.

5. Filtrar la mezcla caliente, utilizando el metoda de filtracion par

gravedad, esto solo es necesario si se utiliza carbon activado a si se

encuentra presente alguna impureza insoluble en el disolvente caliente.

6. Dejar que la solucion lIegue a temperatura ambiente y luego, si esta

no contiene impurezas que se puedan precipitar a temperaturas mas bajas,

colocarla en un baric de agua-hielo para que enfrie rapidarnente.

7. Si no aparecen cristales, es necesario raspar las paredes del matraz can una

espatula a ariadir un cristal del compuesto puro (cristal semilla).

8. Recoger los cristales mediante filtracion par succion utilizando un embudo

BOchner a Hirsch.

9. Enjuagar los cristales can una pequena cantidad del disolvente frio.

10. Secar los cristales.

11. A partir del disolvente filtrado tratar de recristalizar el producto

presente si fuera necesario. Es decir, si observa turbidez a la presencia de

cristales.

Parte Experimental

En este experimento hara su trabajo individualmente. EI proposito del experimento es

la purificacion par recristalizacion de una muestra de acetanilida impura (rnezcla que

contiene un 85% de acetanilida, 15% acido salicilico y trazas de un tinte). Para poder

lIevar a cabo esto primero determinara cual es el mejor disolvente.

Materiales y Equipo:

1. Erlenmeyer de 500 mL

2 Erlenmeyer de 125 mL

3. Equipo de filtracion par succion

4. Embudo de vidrio

5. Policla de goma

6. Baric de Maria

7. Planchas de calentamiento

8. Tubas de ensayo (6)

9. Grapas rnetalicas

10. Hielo

11. Papel de filtro para filtracion par gravedad

12. Papel de filtro para filtracion a succion

84

Page 74: Manual Quimica Organica

Reactivos:

Consulte 105 MSDS antes de comenzar el experimento

Agua

Etanol al 95%

Ligroina 0 hexano

Acetanilida (mezcia 85% acetanilida, 15% de acido salicilico y trazas de rojo de metilo)

Carb6n Activado

Procedimiento

Parte A: Pruebas de solubilidad

Deterrninara la solubilidad de los compuestos acetanilida y acido salicilico en tres

disolventes diferentes: agua, etanol al 95% y ligroina 0 hexano. Con los resultados de

estas pruebas seleccionara el disolvente que utilizara para la recristalizaci6n.

Para determinar la solubilidad de un compuesto ariada aproximadamente 20 mg (lienar

la punta de una espatula pequeria) de este al tubo de ensayo de dimensiones de10 x

75 mm donde llevara a cabo la prueba. EI soluto debe estar pulverizado (nunca

de be afiadir grumos). Anada aproximadamente 0.5 mL del disolvente al tubo de

ensayo que contiene la muestra y agite la soluci6n con un agitador de vidrio (debe

limpiarlo y secarlo antes de introducirlo en cada uno de los tubos). Anote todas sus

observaciones a base de 10 siguiente:

soluble: la mayoria 0 todo el solute se disuelve

parcialmente soluble: una pequeria porci6n del soluto se disuelve

insoluble: no disuelve el soluto

Si el soluto es insoluble 0 parcial mente soluble en el disolvente, caliente el tubo de

ensayo en un barto de Maria y observe si hay alqun cambio en solubilidad. Anote sus

observaciones. Si al calentar observa que la muestra se disuelve, deje enfriar

lentamente el tubo de ensayo hasta Ilegar a temperatura de sal6n y compare la

cantidad de soluto inicial con la recristalizada. Compare tarnbien el tarnario y la forma

de los cristales obtenidos. Luego introduzca el tubo de ensayo en un baric de hielo.

Observe y compare la cantidad de cristales que se obtienen al enfriar. Usted llevara a

cabo seis pruebas de solubilidad en total.

Tal vez usted considere que si va a recristalizar a acetanilida, sola mente deberia hacer

las pruebas de solubildad a este compuesto. La raz6n por la cual se Ie ha pedido que

haga pruebas de solubilidad al acido salicilico tarnbien es que este es el contaminante

prlncipal de esta muestra impura y por tanto es necesario que conozcamos sus

propiedades de solubilidad.

85

Page 75: Manual Quimica Organica

Parte B: Recristalizacion de acetanilida impura:

Analice los resultados obtenidos y decida cual es el mejor disolvente para recristalizar a

acetanilida y las condiciones de temperatura para la recristalizacion. Si entiende que

ninguno es bueno, Gque alternativas hay? GQue problemas anticipa para la

recristalizacion una muestra de -acetanilida contaminada con acido salicilico?

En este experimento trabajara individualmente, pero forrnara parte de un equipo de

cuatro estudiantes donde cada uno recristalizara la muestra de acetanilida impura a

condiciones diferentes y luego cornpararan sus resultados para determinar cuales son

las mejores condiciones para esta muestra.

Pese 1.5 9 de acetanilida impura (mezcla que contiene un 85% de acetanilida, 15%

acido salicilico y trazas de un tinte) en un matraz Erlenmeyer de 125 0 250 mL. Ariada

el disolvente seleccionado en el experimento A como el mejor para recristalizar a

acetanilida, poco a poco. Recuerde que el disolvente debe estar caliente y que debe

agitar despues de cada adicion. Durante este proceso debe de continuar calentando el

sistema entre adiciones. Afiada solo la cantidad de disolvente necesaria. Si ariade

exceso, probablemente tendra problemas en el proceso de recristalizacion.

La acetanilida pura es incolora, por tanto, si observa color en la mezcla, debe ariadir

aproximadamente 0.2 9 de carbon activado. Este paso debe Ilevarse a cabo en el

extractor y antes de anadlr el carbon activado retire el matraz del bane Maria 0 plancha

de calentamiento. RECUERDE: COLOQUE PERLAS DE VIDRIO AL MATRAZ Y

NUNCA ANADA CARBON ACTIVADO A UN LiQUIDO HIRVIENDO. Luego de

ariadir el carbon activado caliente la solucion para disolver cualquier cristal que haya

aparecido. Debe hacerlo agitando constante.

I

Utilizando el equipo de filtracion por gravedad ilustrado en la figura 1 y 2 filtre la

solucion. Recuerde que es necesario mantener todo el equipo caliente mientras

lIeve a cabo la flltraclon. Coloque el Erlenmeyer con elliquido filtrado sobre un papel

blanco y observe si aun hay color en la solucion. Si aun permanece el color, repita todo

el proceso de ariadir carbon activado. Si la solucion es incolora, esta listo para que los

cristales aparezcan al enfriar la solucion.

[I.

It

l(

86

Page 76: Manual Quimica Organica

I

4 5 6 7

1 2 3

Figura 1. C-modoblar el papel de filtro

Figura 2. Filtraci6n por gravedad

En este punto, consulte sus resultados con los otros tres miembros de su equipo.

Tratara su soluci6n caliente mediante uno de los cuatro procedimientos descritos acontinuaci6n:

Procedimiento A: Cubra el matraz Erlenmeyer que contiene la soluci6n con un

cristal de reloj hasta que lIegue a temperatura ambiente. Es fundamental que

87

Page 77: Manual Quimica Organica

tambien permanezca en completo reposo. Notara que poco a poco se forman

105 cristales. Observe el tiempo que tardan en aparecer 105 cristales. NUNCA

AGITE a TOME EL FRASCO EN SUS MANOS DURANTE EL PROCESO.

Procedimiento B: Siga las instrucciones descrita en el Procedimiento A. Una

vez obtenga 105 cristales coloque el matraz en un bario de hielo-agua ..Procedimiento C: Cubra el matraz Erlenmeyer que contiene la solucion con un

cristal de reloj y coloquelo en un bano de agua a temperatura ambiente hasta

que alcance temperatura ambiente. Observe el tiempo que tardan en aparecer

105 cristales.

Procedimiento D: Tape el matraz Erlenmeyer que contiene la solucion con un

cristal de reloj y coloquelo en un bane de hielo-agua. Observe el tiempo que

tardan en aparecer 105 cristales.

[

·Una vez que obtenga 105 cristales utilizando el procedimiento asignado a usted filtre

utilizando el equipo de succion (vea la figura 3) .

grapa

Embudo

Buchner

Tubo de goma Bacia bomba

-.~ devaciol!

II

I"J,

Figura 3. Filtraci6n por succi6n.

Lave 105 cristales que se encuentran en el embudo con un poco de disolvente frio. Una

vez que tenga 105 cristales coloquelos sobre un crista I de reloj 0 en un vasa y quardelos

hasta el proximo periodo de laboratorio donde 105 pesara y les tornara el punta de

fusion. No tape 105 cristales para permitir que se sequen. Si en el liquido filtrado

observara turbidez 0 cristales, debe proceder a recuperar 105 cristales para aumentar el

rendimiento.

I(

tI

88

Page 78: Manual Quimica Organica

89

Desperdicios Peligrosos

Los desperdicios de cada una de las pruebas de solubilidad debe disponerlas en los

envases provistos para esto. EI papel de filtro con el carbon activado debe colocarlo en

el envase provisto para esto. EI papel de filtro del BOchner tarnbien debe ser dispuesto

en forma adecuada.

Recuerde limpiar bien todo el equipo sin desechar acetanilida por el desagOe .

.Punto de fusion

Aslqnaclon Pre-Laboratorio

Definir , explicar y/o familiarizarse con los siguientes:

punta de fusion

punta eutectico

temperatura eutectica

mezcla eutectica

instrumentos para determinar el punta de fusion

calibracion del terrnornetro

• Estudie cuidadosamente el Apendice de Punto de Fusion.

Objetivos

AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiantes sea capaz de:

• Determinar el punta de fusion a una muestra salida y discutir la relacion que existe

entre el punta de fusion de un compuesto y su pureza.

• Discutir la relacion entre la rapidez y temperatura de formacion de cristales y la

pureza del producto determinada a traves del punta de fusion

lntroducclcn

Las propiedades fisicas son importantes para los quimicos orqanicos debido a que

pueden ayudar a: determinar la identidad de un desconocido, el estado de pureza de

un producto, en la separacion de dos 0 varios compuestos y determinar cual tecnica se

pod ria utilizar para purificar 0 separar los productos obtenidos de una reaccion. Estas

Page 79: Manual Quimica Organica

Se define fusion como el proceso por el cual un solido se convierte en un liquido

mediante la aplicacion de calor. Conqelacion se define como el proceso contrario; es

decir cuando un liquido se convierte en un solido al remover calor. Calor de Fusion se

define como la cantidad de calor ariadido 0 removido durante este cambio de fase.

Usualmente esta en el intervalo de 10 a 80 catorlas por gramo. Esta cantidad no se

puede anadir 0 quitar instantanearnente, sino que ocurre gradualmente durante un

periodo de tiempo. Para algunas sustancias (Ej. agua) esto ocurre a una temperatura

precisa, mientras que para otras puede ser un intervalo. Cuando ariadirnos otra

substancia que es soluble siempre el punta de fusion 0 conqelacion disminuye. (Esta

es la razon por la cual se Ie anade sal a la nieve 0 al hielo cuando se prepara

mantecado casero).

son propiedades que determinan aspectos de la materia sin cambio en la cornposicion

de ella. Algunos ejemplos son: punta de fusion, punta de ebulliclon, indice de refraccion

y densidad; entre otras. Durante este periodo de laboratorio se estara estudiando la

importancia del punta de fusion:

EI punto de fusion es una propiedad fisica muy importante para el quirnico orqanico

debido a que puede ayudar a determinar la identidad de un compuesto. Nunca puede

utilizarse como unico criterio de identificacion ya que muchas substancias pueden

presentar el mismo punta de fusion. ...,

EI punta de fusion tarnbien puede ser utilizado como criterio de pureza. Los

compuestos orqanicos puros presentan rangos 0 intervalos pequerios de temperaturas

de fusion como por ejemplo. Compuesto A: tiene un punta de fusion de145-146°C. Si

ese solido tuviese alguna impureza soluble, no solo bajaria la temperatura sino que

tambien el range 0 intervalo seria mucho mayor. Por ejemplo el Compuesto A

contaminado con impurezas pod ria tener un punta de fusion de136-141 °C.

It

Ii,

La impureza pod ria tener un punta de fusion mayor 0 men or que el compuesto, pero

siempre disrninuira el punta de fusion.

II

~I,

I

(I,~,

Un solido puro posee una red cristalina compacta y definida debido alas fuerzas

intermoleculares que predominan; ver figura 1. En cambio, cuando la red cristalina del

solido posee una impureza soluble, esta debilita la cohesion existente en el arreglo

estructural, 10 cual produce que la energia necesaria sea menor.

rI

...

t,

I

90

Page 80: Manual Quimica Organica

r,!,,·

~ ...•. •...r •...

Figura1: Red cristalina de un solido puro y un solido con una impureza soluble

Es por esta raz6n que cuando un s61ido posee una impureza soluble: Siempre el punta

de fusion del compuesto disminulre, aunque la impureza pose a un punto de fusion

mayor que el compuesto.

Refierase al Apendice 2 para la teorfa.

Materiales y Equipo:

1. Equipo para medir punto de fusi6n (Mel-Temp)

2. Tubos capilares para determinaci6n de punta de fusi6n

Reactivos:

Consu/te /os MSDS antes de comenzar e/ experimento

1. acetanilida recristalizada por el estudiante durante la primera semana

2. acetanilida pura

3. acido salicilico puro

4. mezcla 95% acetanilida-5% acido salicflico

5. mezcla 85% acetanilida-15% acido salicflico

Procedimiento:

Para este experimento utilizara el instrumento MEL-TEMP. Determine el punto de

fusi6n de las siguientes muestras:

- acetanilida pura provista por su instructor

- acido salicflico puro. provisto por su instructor

-mezcla que contiene 95% acetanilida y 5% acido salicllico provista por su

instructor .

-mezcla que contiene 85% acetanilida y 15% acido salicflico provista por

su instructor

-Ia acetanilida que usted recristaliz6

Page 81: Manual Quimica Organica

'f

•I

,

\

!

l

I

~I

Figura 2: Aparato para medir el punto de Fusion

EI intervalo de punta de fusi6n para los dos compuestos puros no debera ser mayor de

2 DC para cada uno. La determinaci6n del punta de fusi6n de compuestos orqanicos

impuros resulta diffcil debido a que se observa que la muestra se encoge y ablanda

significativamente antes de que comience a fundirse. Se hace mas facil determinar

d6nde es que este proceso de encogerse y ablandarse termina y d6nde comienza la

verdadera fusi6n si se determinan simuttaneamente los puntos de fusi6n de muestras

impuras con puras. Recuerde que el MEL-TEMP acepta tres tubos capilares. Por tal

raz6n recomendamos que primero tome sirnultaneamente los puntos de fusi6n alas

muestras puras de acetanilida y acido salicflico provistas por el instructor. Luego

determine simultaneamente los puntos de fusi6n de las dos muestras impuras provistas

por el instructor y la de acetanilida pura nuevamente. En estas determinaciones

trabajara individual mente.

\I

I

r

92

t

l

Page 82: Manual Quimica Organica

Nombre

Numero de su secclon de laboratorio

Nombre del compuesto

Procedimiento seguido (A, B, CoD)

% de recuperaclon

Punto de fusion

Luego Ie recomendamos que se una alas otros miembros de su equipo y como grupo

determinen los puntas de fusion de las cuatro muestras recristalizadas par ustedes de

dos en dos. La razon para hacer estas ultimas cuatro determinaciones como grupo es

minimizar diferencias en los resultados en los puntas de fusion de las muestras

recristalizadas, debido a que estarian utilizando el mismo terrnornetro. De este modo

obtendra la practica en esta tecnica determinando usted individual mente el punta de

fusion de las muestras provistas par el instructor' y minirnizara los errores al determinar

como grupo el punta de fusion de su muestras recristalizadas.

Despues pese la muestra de acetanilida que usted recristalizo en el experimento B y

determine el % de recuperacion de la recnstalizacion. Ahara, trabajando can los otros

tres miembros de su equipo, coloque sus resultados en la siguiente tabla que escribira

en su libreta:

Sustancia Punto de fusion(OC)

1. acetanilida pura

2. acido salicilico puro

3. 95% acetanilida-5% acido salicilico

4. 85% acetanilida-15% acido salicilico

5. cristales de Procedimiento A

6. cristales de Procedimiento B

7. cristales de Procedimiento C

8. cristales de Procedimiento D

%Recuperacion

Discuta los resultados obtenidos can los miembros de su equipo. ~Cual de las cuatro

recristalizaciones resulto en unos cristales mas puros? Explique. ~En cual de las

cuatro recristalizaciones se obtuvo un porciento de recuperacion mayor? ~Que

relacion existe entre la pureza de los cristales y el porciento de recuperacion?

Observe la apariencia de los cristales. ~Hay diferencias entre las muestras

recristalizadas? ~Que relacion existe entre la pureza y el tarnario de los cristales? Si

el acido salicilico fuera menos soluble en el disolvente.gcorno cambiarian los

resultados?

Coloque la acetanilida recristalizada en un tuba de ensayo, tape can tapon de corcho y

coloque sabre ella una etiqueta can la siguiente informacion:

Entregue la muestra a su instructor.

AI finalizar el periodo habra una discusion en la que partlciparan todos 105

grupos.

93

Page 83: Manual Quimica Organica

Nota al estudiante

EI exito de este experimento depende del esmero y el cuidado que usted Ie dedique.

Cada miembro del equipo debe tener en mente que los resultados del grupo dependen

de su trabajo. Si uno de los miembros del equipo es descuidado en su trabajo el

equipo fracasara en su intento de lIegar a conclusiones confiables.

Los solid os deben disponerse en el envase provisto para los mismos. Los tubos

capilares tam bien se dispondran en un envase provisto para esto.

Disposicion de desperdicios

,

No eche ninqun tubo capilar en el zafacon.

Precauciones

Recuerde que el instrumento estara caliente mientras este funcionando.

Si el terrnornetro no sale mientras el aparato esta caliente, deje que se enfrie. No 10

fuerce pues puede romperlo.

Los compuestos utilizados son sustancias quimicas que pueden ser peligrosas. Por

tanto, debe manejarlos con precaucion.

Referencia: Moseley, C. G.,"An Integrated Crystallization-melting Point Experiment for

the Organic Chemistry laboratory", J. Chern. Educ. 1989, 66, 1063.

,,

yI

I

Page 84: Manual Quimica Organica

j,A d6nde se fue?

En este experimento usted separara los componentes de una mezcla de acetanilida y

de acido salicilico por medio de la tecnica de extracci6n. Las propiedades de

solubilidad de estos dos compuestos son parecidas, por 10 tanto, utilizara las

diferencias en sus propiedades acido-base para lograr esta separaci6n.

Aslqnaclon: Pre Laboratorio

• Repase los siguientes conceptos:

Igual disuelve igual

pH

pKadensidad

• Busque la densidad para dietil eter y para agua.

• Busque la estructura de acido salicilico y de acetanilida

• Senale los grupos funcionales que estan presentes en ambos compuestos.

• Busque los valores para el pka de:

acido salicilico

acetanilida

• Indique la ecuaci6n quirmca correspondiente a la reacci6n de los siguientes

compuestos con una base diluida (NaHC03 al 2.5%) :

acido salicilico

acetanilida

• Busque para que se utiliza y escriba la ecuaci6n quimica completa para la prueba

de FeCI3.

• Estudie cuidadosamente el Apendice de Extracci6n.

lntroducclon:

Durante esta experiencia de laboratorio usted se farniliarizara con la tecnica de

extracci6n y su utilidad para separar una mezcla de compuestos orqanicos, Tarnbien

se farniliarizara con algunas reacciones quimicas.

95

Objetivos:

AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiante sea capaz de:

• Separar una mezcla de compuestos orqanicos, utilizando la tecnica de extracci6n.

• Conocer y aplicar los diferentes tipos de filtraci6n.

Page 85: Manual Quimica Organica

Materiales

Tubos de ensayo

Gradilla para tubos de ensayo '

erlenmeyer

beakers

embudo de separacion

plancha de calentamiento

matraz para filtracion al vaclo

embudo Buchner

papel de filtro

bomba de vacio

horno

balanza

Reactivos:

acido salicilico

acetanilida

dietil eter

sulfato de magnesio (Anhidro)

bicarbonato de sodio

Reactivo para la prueba de cloruro de hierro

acido clorhidrico 6M

..I

Procedimiento:

Consulte los MSDS antes de comenzar el experimento.

En este experimento usted trabajara en pareja. Pese 1.0 gramo de una muestra que

contiene una mezcla de acido salicllico y acetanilida, la cual encontrara en la mesa de

reactivos. Esta sera la muestra con que usted trabajara. Reservela.

,

Para determinar la solubilidad de acetanilida y acido salicilico en agua y dietil eter,

afiada 0.5 mL de agua a cuatro tubos de ensayo; disuelva una pequefia cantidad de

acetanilida pura que se encontrara en la mesa de reactivos en uno de los tubos de

ensayo, repita el mismo procedimiento con acido salicilico puro en un segundo tubo de

ensayo. En el tercer tubo de ensayo, coloque una pequefia cantidad de la mezcla que

peso y el cuarto tubo 10 utilizara como control. A cada uno de los tubos afiada una gota

de una solucion de 1% de cloruro de hierro. Anote todas sus observaciones.

i

I

Ahora, disuelva la muestra que peso en 25 mL de dietil eter. Debido a la gran

volatilidad del eter debera manejarlo siempre en el aspirador de vapores.

Transfiera su muestra a un embudo de separacion y proceda a afiadir 15 mL de una

solucion de NaHC03 (5%). Observe cuidadosamente si hay alqun cambio l,Es una

solucion hornoqenea?

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2
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3
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Page 86: Manual Quimica Organica

I

97

De no ser una solucion homoqenea, agite con mucho cuidado, al principio suavemente,

liberando la presion y gradualmente mas vigorosamente. Luego deje reposar. Usted

debera de mezclar los componentes de esas dos fases para permitir que ocurra la

reaccion correspondiente en este caso y para permitir que los componentes tengan la

oportunidad de disolverse en la fase por la cual sienta mayor afinidad; luego separara

las fases. Repase cuidadosamente la teorfa sobre la tecnlca de extracclon,

especialmente las partes fa la i y lIeve a cabo esta extraccion. Tenga mucho cuidado

al hacer esto, recuerde que pod ria aumentar considerablemente la presion en el

embudo. ~Por que?

Prediga la composlcion de cada una de las fases. i.Cual corresponde a la fase

orqanica, la fase superior 0 la inferior? ~Cual corresponde a la fase acuosa? ~Como

pod ria probarlo?

Separe las fases.

Ahora, repita la extraccion de la fase orqanica con otra porcion de 15 mL de la solucion

de NaHC03 (5%). Mezcle las fases acuosas.

En un tubo de ensayo limpio repita la prueba de cloruro de hierro descrita

anteriormente, utilizando una pequeria cantidad (aproximadamente 0.5 mL) de la fase

orqanica. Observe cuidadosamente. ~Que paso? ..Compare estos resultados con los

que obtuvo cuando llevo a cabo esta prueba en la parte inicial. ~Cual de los dos

componentes de la mezcla inicial se encuentra presente en esta fase orqanica? Y el

otro compuesto, ~A donde se fue?

La fase orqanica debe de ser secada utilizando sulfato de magnesio (anhidro), deje en

reposo por aproximadamente 15 min. Despues filtre por gravedad el agente secante.

Debe trabajar durante esta parte en el extractor. Evapore el disolvente utilizando un

betic de Marfa sobre una plancha de calentamiento. Debe tener mucho cuidado en

este paso. No evapore completamente el disolvente. Dejelo enfriar y que se formen

todos los cristales. Determine el peso de este componente.g Corno pod ria determinar la

identidad de este compuesto?

Ahora debera enfocar su atencion hacia la fase acuosa. ~Que contiene? ~Como

pod ria recobrar el compuesto? Primero debe evaporar cualquier traza de eter etilico

que pueda contener. Esto 10 hara con mucho cuidado calentando por un minuto en el

aspirador de vapores sobre un baric Maria. Luego enfriara la muestra hasta

temperatura salon.

Diserie un rnetodo por el cual pueda recuperar el componente que se encuentra en la

fase acuosa. Uti lice la ecuacion quimica para la reaccion acido-base que escribio en la

asiqnacion pre-Iaboratorio para indicar cual es la especie en solucion, ~Como pod ria

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Espectroscopia de IR
Page 87: Manual Quimica Organica

lograr que esta especie salga de solucion, es decir, que se convierta en una especie

insoluble? GQue reaccion tendria que lIevar a cabo?

Permita que el solido recuperado se seque dejandolc destapado y pese durante el.proximo periodo de laboratorio.

Consulte con su instructor el procedimiento disenado por usted y luego ejecutelo.

Desperdicios Peligrosos:

Con los valores de las dos pesadas determine cuantitativamente la cornposicion de la

rnezcla inicial.

Todos los desperdidos que solo contengan compuestos orqanicos iran a un envase

rotulado como Disolventes Orqanicos , Aquellos desperdicios que tienen compuestos

orqanicos y agua iran a un envase rotulado como mezcla acuosa.

Los papeles de filtro se desecharan en un envase designado para esto.

EI sulfato de magnesio se desechara en un envase asignado para esto.

Nunca deje desconocidos en el area de desperdicios.

Preguntas para discusion:

1. Analice los resultados experimentales y compare con la cornposicion teorica que su

instructor Ie indicara.

2. Analice los posibles errores experimentales.

3. Compare y discuta sus resultados con sus cornparieros.

4. Compare y discuta sus resultados basandose en el concepto de el coeficiente de

particion.

Referencia:

I. Montes, C. Lai "Hey; Where did it go? A Guided Inquiry Experiment for the Organic

Chemistry" The Chemical Educator 2007, 12, 175-176.

98

Nicole Gonzalez
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Page 88: Manual Quimica Organica

(,Donde se absorben los analqeslcos en el Tracto 1/Z-f>/IO,Gastrointestinal?

Extraccion, Recrlstalizacion y Punto de Fusion

EI experimento durara tres periodos de laboratorio, La primera semana realizaran un

proceso de extraccion liquido-liquido de Aspirina y de Acetarninofen. La segunda

semana llevaran a cabo la recristalizacion de cada uno de los analqesicos extraidos:

Aspirina y Acetaminofen y en la tercera semana Ie tornaran el punta de fusion a dichos

analqesicos recristalizados.

Primera Semana: ~Donde se absorben los analqesicos en el Tracto Gastrointestinal?

Durante esta experiencia de laboratorio se farniliarizara con el rnetodo de extraccion

utilizando compuestos orqanicos con aplicaciones farrnacoloqicas. Las propiedades de

solubilidad de estos dos compuestos son parecidas, por 10 tanto, utilizara las

diferencias en sus propiedades acido-base para lograr esta separacion, Tambien podra

establecer una relacion entre ciertas reacciones quimicas y el comportamiento

btoloqico del ser humano al consumir los analqesicos bajo estudio.

Asiqnacion Pre-Laboratorio

1. Estudie cuidadosamente el Apendice de Extraccion y el de Analqesicos

2. Repase los siguientes conceptos:

• Igual disuelve igual

• pKa

• pH• densidad

2. Busque la densidad para acetato de etilo y agua.

3. Busque la estructura de Aspirina y de Acetarninofen.

4. Serials los grupos funcionales que estan presentes en estos compuestos y

busque los valores de pKa respectivamente.

5. Establezca la ecuacion quimica correspondiente al reaccionar con una base

diluida (NaHC03 al 5%) cada uno de los siguientes compuestos Aspirina y

Acetarninofen.

6. Busque el pH del estornaqo del intestino.

I

Milagros-Murphy
Page 89: Manual Quimica Organica

Introducci6n:

Los analqesicos tienen un gran uso cotidiano para aliviar ciertos padecimientos que no

necesitan medicamentos de alto costo. EI tener un dolor de cabeza 0 muscular, una

fiebre 0 una inflamaci6n son condiciones que diariamente se tratan por medio de estos

medicamentos y algunas no necesitan el visto bueno de un medico para consumirlas.

Cabe serialar que no todas actuan en el rnisrnoluqar ni son igual de efectivas. Dentro

de este grupo de medicamentos y para prop6sito de este experimento se estaran

discutiendo las siguientes: aspirina, Acetarninofen y fenacetina (el cual se estudiara su

compuesto activo p-fenetidina). Con la excepci6n de fenacetina, estas drogas son de

las de mayor uso entre la poblaci6n.

Aspirina y Acetarnlnofen son analqesicos (alivian el dolor), antipireticos (reducen la

fiebre) y poseen un mecanismo de acci6n muy parecido. No obstante, sus efectos son

distintos. La diferencia entre ambas reside en el potencial como analqesico y en el

hecho que aspirina es anti-inflamatoria, mientras que Acetarninofen no posee dicha

caracterfstica. Tarnbien se diferencian en el tiempo de media vida al consumirse y en

los 6rganos en que se absorben. Los farmacos donde su ingrediente activo es aspirina

(Bayer, Advil) su absorci6n ocurre rapidarnente en el est6mago y su tiempo de media

vida es de 15-20 minutos. En cambio, cuando se consume Acetarninofen (Tylenol,

Panadol) esta se absorbe rapidarnente en el tracto gastrointestinal y su tiempo de

media vida son 2 horas.

EI mecanismo de acci6n, de ambos analqesicos, tiene como fin el inhibir la sfntesis de

prostaglandinas; estas son semejantes alas hormonas del cuerpo que son derivadas

de los lipidos. Las mismas ejercen distintos efectos cuando se activan, entre los que se

puede mencionar: constricci6n y dilataci6n de las arterias, coagulaci6n de la sangre y

relajaci6n muscular. Ambas detienen la sfntesis inhibiendo la enzima ciclooxigenasa

(COX) la cual es importante para la producci6n de las prostaglandinas padres.

Cuando se sufre una calda, la primera reacci6n del cuerpo es comenzar una cascada

inmunol6gica que incluye la activaci6n de la COX. Esta hace que las prostaglandinas

padres se produzcan, luego se derivan una serie de agentes que se encargan de

coagular la sanqre (busca cerrar la herida), producir inflamaci6n (causa hinchaz6n y

rubor en el area de la herida) y dependiendo de la magnitud, causan fiebre. AI consumir

estos medicamentos se inhibe la COX deteniendo todas las reacciones anteriormente

mencionadas, recordando que Acetarninofen no detendrfa el proceso de inflamaci6n.

Fenacetina es un analqesico que varia en su punta de acci6n. Esta se encarga de

sedar el tracto sensorial de la espina dorsal, adernas causa depresi6n del musculo

cardiaco 10 cual puede producir paralisis del mismo. Como consecuencia de esto, se

recetan en bajas dosis del mismo y su mecanismo de acci6n es distinto al de las

drogas antes mencionadas. Esta se utiliza para miqraria, artritis, neuralgia intercostal y

ataxia locomotora. En el desarrollo de este experimento se estara utilizando el

precursor de Fenacetina, el cual se denomina p-Fenetidina.

100

Page 90: Manual Quimica Organica

1!I

~I

101

'r

I Objetivos:

It

Separar una mezcla de compuestos orqanicos, utilizando el metodo de

extracci6n ..

Aplicar los diferentes tipos de filtraci6n.

Analizar los conceptos de pKa, reacciones acido-base, solubilidad y pH para

diseriar la separaci6n.

Materiales:

Erlenmeyer

Beakers

Embudo de separaci6n

Plancha de calentamiento

Matraz para filtraci6n al vacfo

Embudo Buchner

Papel de filtro

Papel Litmus

Bomba de vacfo

Horno

Balanza

Espatulas

Embudo c6nico

Probetas

Agitadores

Hielo

Micro-pipeta 0 micro jeringuilla

f

1

Reactivos:

Aspirina

Acetarninofen

Bicarbonato de sodio

Acido clorhidrico

Hidr6xido de sodio

Sulfato de magnesio (Anhidro)

Acetato de etilo

Procedimiento:

Consulte los MSDS antes de comenzar el experimento.

Page 91: Manual Quimica Organica

I. Pruebas de solubilidad

Proceda hacer pruebas de solubilidad para Acetarninofen y para aspirina utilizando

acetato de etilo y una soluci6n de NaHC03 (5%). Anote todas sus observaciones.

II. Extraccion

Cada estudiante reciblra una muestra rotulada y pesada de dos

compuestos orqanlcos, Disuelva la muestra en 25 mL de acetato de etilo.

Transfiera la muestra a un embudo de separaci6n y proceda ariadir 20 mL de NaHC03(5%), en dos porciones de 10 mL. Agite vigorosamente entre cada adici6n. GEs una

soluci6n hornoqenea 0 heteroqenea? Explique.

Luego, proceda a separar las fases. Establezca una distinci6n entre la fase orqanica y

la acuosa. Ahora, prediga la composici6n de cada una de las fases. Mida el pH usando

el papel Litmus.

La fase orqanica debe de ser secada utilizando sulfato de magnesio (anhidro), deje en

reposo por aproximadamente 15 min. Despues filtre por gravedad el agente secante

(vea la figura 1 y 2). Oebe trabajar durante esta parte en el extractor. Evapore el

disolvente utilizando un betio de Marfa sobre una plancha de calentamiento. No

evapore completamente el disolvente si 10 que posee es un solido disuelto. Dejelo

enfriar y que se formen todos los cristales. Oetermine el peso de este componente

1 2 3

4 5 6 7

Figura 1. Como doblar el papel de filtro

102

Page 92: Manual Quimica Organica

103

Figura 2. Aparato para filtrar por gravedad

Consulte el procedimiento disefiado con su instructor antes de ejecutarlo. Diserie

un rnetodo para recuperar el componente que se encuentra en la fase acuosa.

Determine cual compuesto de su muestra inicial reacciono y se encuentra en esta fase.

Mida el pH. Luego, ~Que reaccion IIevarfa a cabo para sacar esta especie de solucion?

Una vez recupere el compuesto que esta en esta fase, calcule por diferencia el peso

de este compuesto.

Cuando recupere sus dos compuestos: Aspirina y Acetarninofen, proceda a colocarle

papel de parafina y guardarlos hasta la proxima semana donde realizaran la

recristalizacion de cada uno de los analqesicos,

Desperdicios Peligrosos:

Todos los desperdicios que solamente contengan compuestos orqanicos Iran a un

envase rotulado como: Disolventes Orqanicos, Los que posean compuestos

orqanicos y agua seran descartados en el envase IIamado: Mezcla acuosa. EI sulfato

de magnesio, los papeles de filtro y el papel Litmus seran desechados en unos envases

asignados para solidos,

Nunca deje desconocidos en el area de desperdicios, ni en los extractores 0 areas de

trabajo.

Preguntas de discusi6n:

1. Explique en cual de las dos fases: orqanica 0 acuosa, la concentracion de

aspirina es mayor. ~Por que?

Page 93: Manual Quimica Organica

r

3. Analice cual es la importantia del pKa y el pH de la muestra al realizar este

experimento.

2. Explique en cual de las dos fases: orqanica 0 acuosa, la concentracion de

acetarninofen es mayor. ~Por que?

5. ~Donde se absorbe mas eficientemente la aspirina, en el estornaqo 0 en los

intestines? Explique.

4. ~Como se pod ria establecer la relacion entre las reacciones qulmicas realizadas

y la absorcion bioloqica de estos compuestos farrnacoloqicos cuando se

consumen? Relacione con el pH del estornaqo y del intestine.

6. ~Donde se absorbe mas eficientemente Acetarninofen, en el estornaqo 0 en los

intestines? Explique.

Referencias:

http://www.migraines.org/treatmentlprotyl.htm

http://www.neroskills.comlindex.html?main=tbi/pain.shtml

http://www.priory.com/med/aspirin.htm#Mech

The MercK Inddex (1996). (Twelfth Edition) Meck & Co, Inc. White House Station, N.J.

Physician's desk reference (2002). (56 edition) Medical Economics Thomson

Healthcare, Montvale. pag. 2010.

Segunda Semana: Recristalizacion

EI proposito de este experimento es la purificacion de cada uno de los compuestos que

recupero de la extraccion realizada la semana pasada. En este experimento cada

integrante por pareja debera recristalizar uno de los analqesicos: Aspirina 0

Acetarninofen. Para poder lograr este objetivo primeramente tendra que determinar

cual es el mejor disolvente para cada uno de los compuestos, por 10 tanto tendran que

realizar pruebas de solubilidad.

Aslqnaclon Pre-Laboratorio:

Estudie cuidadosamente el Apendice de Recristalizacion

~En que consiste la recristalizacion?

~Cuales son los criterios a considerar en la seleccion de un buen disolvente?

~Como se lIeva a cabo una mezcla de disolventes para una recristalizacion?

104

Milagros-Murphy
Page 94: Manual Quimica Organica

105

Repase los conceptos de:

• Igual Disuelve Igual

• Polaridad de la molecula

• Solubilidad

Soluble

Insoluble

Parcialmente soluble

Ordene en forma ascendente la polaridad de los siguientes disolventes:

hexano, agua, acetato de etilo y etanol al 95%.

Prediga cual sera mas soluble en el disolvente mas polar: aspirina 0

acetarninofen.

Introducci6n

Una de las tecnicas de mayor importancia en el campo orqanico es la recristalizacion.

Esto se debe a que en la mayoria de las reacciones quimicas el producto deseado no

se obtiene puro, sino que adernas hay presencia de sales 0 impurezas. EI proceso de

recristalizacion es el rnetodo mas apropiado para eliminar las impurezas solubles que

contaminan un solido, por medio de diversas cristalizaciones sucesivas utilizando un

disolvente puro 0 una mezcla de disolventes.

GComo seleccionar el mejor disolvente para lograr la recristalizacion del producto

deseado? Primeramente hay que realizar una serie de pruebas de solubilidad con

diferentes disolventes y el seleccionado debe de cumplir con los siguientes criterios:

• Ser volatil (bajo punta de ebullicion).

• No debe disolver el solido a purificar a temperatura ambiente, pero debe

disolverlo completamente cuando esta caliente.

• EI solido a recristalizar debe ser practicarnente insoluble cuando el disolvente

este frio.

• No debe ocurrir interaccion quimica entre el disolvente y el solido a recristalizar.

EI solido que se va a purificar se disuelve en la minima cantidad del disolvente

seleccionado. Este disolvente debe de estar en su punta de ebulliclon antes de anadirlo

al solido. Es bien importante que mantenga todo el tiempo el sistema en caliente. En el

caso ideal todo el producto deseado debe de separarse en forma de su red cristalina de

todas las impurezas. De quedar alguna impureza insoluble en la solucion, se procede

hacer una filtracion por gravedad: rapida y en caliente. Por otro lado, de tener una

impureza que posea color se procede a utilizar carbon activado. GPor que? Luego,

remueve el carbon activado por medio de una filtraclon por gravedad. Para culminar el

proceso 10 deja enfriar a temperatura ambiente y luego, de no existir impurezas que se

precipiten a bajas temperaturas, se colocan en un bane de agua-hielo para que se

terminen de formar los cristales. Una vez obtenga sus cristales se procede a filtrar por

succion y se lavan los mismos utilizando una pequeria cantidad del disolvente frio.

Page 95: Manual Quimica Organica

EI proceso de recristalizaci6n consiste en el uso de la propiedad de solubilidad debido a

que varia con la temperatura. La solubilidad se hace mayor al aumentar la temperatura

y disminuye al disminuir la temperatura y es de esto precisamente en 10 que consiste la

recristalizaci6n.

Objetivos

Determinar los mejores disolventes para recristalizar Aspirina y

Acetaminofen.

Aplicar diferentes metodos de recristalizaci6n para Aspirina y Acetaminofen.

Analizar cual es el rnetodo mas efectivo que promueve la formaci6n de los

cristales con mayor pureza.

Erlenmeyer de 500 mL

Erlenmeyer de 125 mL

Equipo de filtraci6n por succi6n

Bario de Maria

Planchas de calentamiento

Tubos de ensayos (12 por pareja)

Grapas rnetalicas

Hielo

Papel de filtro para filtraci6n por gravedad

Papel de filtro para filtraci6n por succi6n

Embudo de vidrio

Materiales

Reactivos

Agua

Etanol al 95%

Acetona

Acetato de etilo

Hexano

Tolueno

Procedimiento

I. Pruebas de solubilidad

En un tubo de ensayo ariada una PIZCA del compuesto (Aspirina 0 Acetarninofen),

Anada aproximadamente 0.5mL del disolvente, gota a gota (-10 gotas). Es importante

que mientras afJada el disolvente a la muestra 10 haga con la pipeta en una posici6n

106

Page 96: Manual Quimica Organica

•tota/mente vertical en todo momento. De esta manera poare contro/ar efectivamente /a

cantidad de diso/vente que este afJadiendo. Repita con los siguientes disolventes:

agua, etanol al 95%, hexane y acetato de etilo. Si la muestra es poco soluble a

temperatura ambiente: coloque el tubo de ensayo en un bane de Maria. Si a

temperaturas altas es soluble, deje enfriar a temperatura ambiente y observe si obtiene

sus cristales. Anote sus observaciones en la siguiente tabla:

Disolvente Solubilidad a Solubilidad a (,Recristalizo a

temperatura temperatura alta temperatura

salon salon?

Agua

Etanol95%

Hexano

Acetato de etilo

De usted no encontrar un buen disolvente para lograr su recristalizaci6n debera hacer

una Mezcla de diso/ventes. I.-C6mo usted prepararia la mezcla de disolventes? I.-Cuales

disolventes utilizaria? I.-Por que? Recuerde anotar sus observaciones.

n. Recristalizacion

En este experimento trabajara individual mente, pero formara parte de un equipo de

ocho estudiantes donde cada uno recristalizara su compuesto recuperado de la

extracci6n, Aspirina 0 Acetaminofen, a condiciones diferentes. Luego, cornpararan sus

resultados para determinar cuales son las mejores condiciones para esta muestra.

Transfiera su aspirina 0 el Acetarninofen a un matraz Erlenmeyer. Caliente el 0 los

disolvente(s) en un bane de Maria hasta su punta de ebulllcion y debe agitar

despues de cada adici6n. Disuelva su compuesto en el disolvente seleccionado y

proceda hacer la recristalizaci6n. Recuerde utilizar la cantidad minima de

disolvente. Si anade exceso, probablemente tendril problemas en el proceso de

recristalizacion,

Tratara su soluci6n caliente mediante uno de los cuatro procedimientos descritos a

continuaci6n y que Ie sera asignado por su instructor:

Procedimiento A

Una vez disuelto el compuesto, saque el matraz del bane de Maria y tape con un

cristal de reloj. Deje enfriar a temperatura ambiente hasta que termine el proceso

de recristalizaci6n.

Procedimiento B

Siga el procedimiento A. Luego, coloque el matraz en un beiio de agua-hie/o.

107

Page 97: Manual Quimica Organica

grapa

Embudo

Biichner

Procedimiento C

Una vez disuelto el compuesto, saque el matraz del baric de Maria, tape con un

crista I de reloj. Coloque el matraz en el beiio a temperatura ambiente hasta que

termine de recristalizar. Se debe mantener la temperatura del barto, asi que es

recomendable que siga el siguiente ensamblaje de equipo.

Procedimiento D

Una vez disuelto el compuesto, saque el matraz del bano de Maria, tape con un

cristal de reloj y cotoque en un beno de agua-hie/o.

Es importante que durante el proceso de recristalizaci6n no se perturbe el

sistema 0 se dafiaran 105 resultados del experimento. Para todos los

procedimientos se debe observar el tiempo que se tardan los cristales en salir de

solucion, su forma, color y apariencia en general. Este es un buen momento para

observar los cristales de otros compafieros que hayan trabajado procedimientos

diferentes de recristalizacion.

Una vez haya finalizado el proceso de recristatlzaclon: filtre por succion a un embudo

Buchner, seco y pesado, ilustrado en el diagrama a continuacion:

Tubo de goma Hacia bomba

~Zi?2~""!m~~ ~ de vacio

Figura 1: Aparato para filtrar por succion

Lave los cristales con un poco de disolvente frio. Si es mezcla de disolventes: lave los

cristales con un poco del disolvente en el que es insoluble el compuesto. Recuerde que

debe de estar frio.

108

Page 98: Manual Quimica Organica

1

Desperdicios Peligrosos:

lodes los desperdicios que sola mente contengan compuestos orqarucos Iran a un

envase rotulado como: Disolventes Orgimicos. Los que posean compuestos

orqanicos y agua seran descartados en el envase Ilamado: Mezcla acuosa. Los

papeles de filtros seran desechados en un envase asignado para s6lidos ..Nunca deje desconocidos en el area de desperdicios, ni en los extractores 0 areas de

trabajo.

Preguntas de Discusion

1. GPor que en el proceso de recristalizaci6n debe utilizarse una cantidad minima de

disolvente?

l:-I 2. GEn que partes del proceso hay perdidas del material a recristalizar? GC6mo se

podrfan evitar?

3. GEl agua es el disolvente ideal para recristalizar cualquier s6lido?

Referencias:

http://www.fcen.uba.ar/ecytlrecrilindex.htm

http://www·9uimicaorganica.net/laboratorios/recristalizacion/recristalizacion.htm

Tercera Semana: Punto de Fusi6n

EI prop6sito de este experimento es determinar la efectividad de los cuatro diferentes

procedimientos de recristalizaci6n realizados la semana anterior. Para lograr este

objetivo se utilizara el punta de fusi6n como tecnica para determinar la pureza de los

productos.

Asiqnacion Pre-Laboratorio:

Estudie cuidadosamente el Apendice de Punto de Fusi6n y explique los

siguientes conceptos:

.j

Punto de fusi6n

Punto eutectico

Temperatura eutectica

Mezcla eutectica

Instrumento para determinar el punta de fusi6n y la diferencia entre los

mismos

Calibraci6n del term6metro

109

Page 99: Manual Quimica Organica

r,-·,.-----------------

GCuales son los diferentes usos de la tecnica de punta de fusion?

GComo las irnpurezas afectan el punta de fusion?

lntroducclon

Las propiedades fisicas son importantes para los quirrucos orqarucos debido a que

pueden ayudar a: determinar la identidad de un desconocido, el estado de pureza de

un producto, en la separacion de dos 0 varios compuestos y determinar cual tecnica se

pod ria utilizar para purificar 0 separar los productos obtenidos de una reaccion. Estas

son propiedades que determinan aspectos de la materia sin cambio en la cornposicion

de ella. Algunos ejemplos son: punto de fusion, punta de ebullicion, indice de refraccion

y densidad; entre otras. Durante este periodo de laboratorio se estara estudiando la

importancia del punta de fusion.

Una de las propiedades fisicas de mayor importancia para un solido es el punta de

fusion. EI cual es la temperatura a la cual una sustancia pasa del estado solido al

estado liquido al aplicarsele calor. EI punta de fusion es importante para el quimico

orqanico debido a que puede ayudar a determinar la identidad de un compuesto

desconocido, al compararlo con el valor de la literatura. No obstante, nunca se debe de

utilizar como criterio unico de identificacion: esto se debe a que existen diferentes

compuestos que pueden presentar el mismo punta de fusion.

Por ejemplo, urea y acido cinarnico para ambos compuestos su punta de fusion es

(120-121 DC). Si usted tiene un desconocido que posee como punta de fusion 120-121

DC: GComo pod ria identificar si es urea 0 acido cinamico? Para lIegar a su conclusion

debera hacer un punta de fusion mixto. EI MEL-TEMP acepta hasta tres tubos

capilares, par 10 tanto prepara un tubo capilar con urea, otro tubo con acido cinarnico y

en el tercer tubo aiiade una mezcla de 1:1 del desconocido con urea. Toma los puntos

de fusion si la mezcla se funde a 120-121DC esto implica que el desconocido es urea,

pero si el punto de fusion disminuye 0 el range se amplia, indica que urea se convirtio

en una impureza. GQue hace ahora? Procede hacer 10 mismo nuevamente, pero

utilizando una mezcla del desconocido con acido cinarnico y mida el punta de fusion.

Tarnbien, el punta de fusion se utiliza como un criterio de pureza. EI punta de fusion de

un solido puro tiene un intervalo de 1-2 grados de diferencia. En cambio cuando hay

presencia de una impureza el range se amplia, difiere de mas de dos grados de

diferencia y el punta de fusion disminuye.

Un solido puro posee una red cristalina compacta y definida debido alas fuerzas

intermoleculares que predominan; ver figura 1. En cambio, cuando la red cristalina del

solido posee una impureza soluble, esta debilita la cohesion existente en el arreglo

estructural, 10 cual produce que la energia necesaria sea menor.

110

Page 100: Manual Quimica Organica

Figura1: Red cristalina de un solido puro y un solido con una impureza soluble

Es por esta razon que cuando un solido posee una impureza soluble: Siempre el punto

de fusi6n del compuesto disminuire, aunque la impureza posea un punta de fusi6n

mayor que el compuesto.

Objetivos

Determinar el punto de fusion de los analqesicos: Aspirina y Acetarninofen

recristalizados.

Discutir la relacion entre el punto de fusion de un compuesto y su pureza.

Comparar la relacion entre la rapidez y temperatura de formacion de los cristales

y la pureza de los productos.

Analizar cual es el mejor medio para lIevar a cabo la recristalizacion a traves del

punta de fusion.

Materiales

Equipo para medir punto de fusion: MEL-TEMP

Tubos capilares

Terrnornetro

Cristal de reloj

Reactivos

Aspirina y Acetarninofen recristalizados por el estudiante durante la

semana anterior

Aspirina pura

Acetarninofen pura

111

Page 101: Manual Quimica Organica

Procedimiento

Para este experimento se utilizara el instrumento MEL-TEMP.

Figura 2: Aparato para medir el punta de Fusion

Determine el punta de fusi6n de las siguientes muestras:

• Aspirina pura provista por el instructor

• Aspirina que usted recristaliz6

• Mezcla que contiene 1:1 aspirina pura y aspirina que usted recristaliz6

• Acetaminofen puro provisto por el instructor

• Acetaminofen que usted recristaliz6

• Mezcla que contiene 1:1 acetarninofen puro y acetarninofen que usted

recristaliz6

112

Page 102: Manual Quimica Organica

Prepare cada muestra en diferentes tubos capilares. Coloque los tubos capilares en el

MEL-TEMP. Asequrese de que el term6metro este calibrado antes de comenzar el

experimento. Aumente la temperatura del MEL-TEMP gradualmente.

EI MEL-TEMP acepta tres tubes capilares. Por tal razon se recomienda que primero

tome simultaneamente los puntos -de fusion alas tres muestras que contienen aspirina.

Luego, determine simuttaneamente los puntos de fusion de las muestras que contienen

Acetaminofen.

Recuerde que debe de pesar la muestra que usted recristalizo la semana pasada y

determine el % de recuperacion de la recristalizacion para Aspirina y Acetarninofen.

Recuerde intercambiar y discutir los resultados con los demas miembros de su equipo.

Anote sus observaciones en una tabla similar a la que se encuentra a continuacion:

Tabla de datos obtenidos

Sustancia Punto de Fusion % Recuperacion(Oe)

1. Aspirina pura ------

2. Acetarninofen puro ------

3. Mezcla 1:1 aspirina pura y aspirina

recristalizada sequn el procedimiento ------

asignado

4. Mezcla 1:1 Acetaminofen puro y

Acetarninofen recristalizado sequn el ------

procedimiento asiqnado

5. Aspirina recristalizada sequn el:

------ ------

Procedimiento A

Procedimiento B

Procedimiento C

Procedimiento 0

6. Acetarninofen recristalizado sequn

el: ------ ------

Procedimiento A

Procedimiento B

Procedimiento C

Procedimiento 0

113

Page 103: Manual Quimica Organica

114

Precauciones

Recuerde que el instrumento esta caliente mientras este funcionando.

Si el term6metro no sale mientras el MEL-TEMP esta caliente, espere que se enfrfe.

EI exito del experimento depende del esmero y'cuidado que usted Ie dedique. Si uno de

los miembros es descuidado en su trabajo las conclusiones que obtendran del

experimento no seran confiables.

Desperdicios Peligrosos:

Todos los desperdicios s61idos deben de disponerse en un envase asignado. Los tubos

capilares no se echan en el zafac6n, tarnbien tendran un envase disponible para

descartarlos.

Nunca deje desconocidos en el area de desperdicios, ni en los extractores 0 areas de

trabajo.

Preguntas de Discuslon:

1. Discuta la pureza de los cristales de Aspirina. GTendran alguna impureza? De

tener alguna explique: Gcual seria la impureza?

2. Discuta la pureza de los cristales de Acetarninofen. GTendran alguna impureza?

De tener alguna explique: Gcual seria la impureza?

3. GCual de las cuatro recristalizaciones result6 en unos cristales mas puros?

Explique.

4. GEn cual de las cuatro recristalizaciones se obtuvo un por ciento de

recuperaci6n mayor?

5. Observe la apariencia de los cristales, GHay diferencias entre las muestras

recristalizadas?

6. GQue relaci6n existe entre la pureza y el tarnario de los cristales?

Referencias:

http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabguimico/02practicas/practica08.htm

http://www.guimicaorganica.netJlaboratorios/recristalizacion/recristalizacion.htm

www.ugr.es/-guiored/lab/operbas/recrist.htm

Page 104: Manual Quimica Organica

www2.volstate.edu/ .../ Labs/Melting Point.html

http://www.wpi.edu/Academics/Depts/Chemistry/Courses/General/meltingpoint.html

http://144.92.39.64/JCESoftlCCAlCCA6/MAIN/1 ChemLabMenu/MeasuringlTemperatur

e/meltpt menu/MENU.HTM

Page 105: Manual Quimica Organica

116

Destllaclon

Asiqnacion Pre Laboratorio:

Estudie cuidadosamente el Apendice de Destilacion dando enfasis especial a los

siguientes conceptos:

Tecnica de destilacion

Punto de ebullicion

Nomograma

Destilacion simple

Destilacion a presion reducida (al vacio)

Destilacion fraccionada

Destilacion al vapor

Ley de Dalton

Ley de Raoult

Diagrama de fases para una solucion ideal binaria

Platos teoricos

Mezclas azeotropicas

Diagrama de fases para un azeotrope

Indice de refraccion

Refractometro Abbe

Cromatograffa

lntroducclon:

Durante esta experiencia de laboratorio usted se farniliarizara con el rnetodo de

destilacion y su utilidad para separar una mezcla de compuestos orqanicos. Tarnbien

se farniliarizara con algunas propiedades ffsicas tales como punta de ebullicion e fndice

de refraccion.

Objetivos:

AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiantes sea capaz de:

Separar una mezcla de compuestos orqanicos utilizando la tecnica de destilacion.

Determinar el fndice de refracclon de un compuesto orqanico utilizando el

refractornetro Abbe

Determinar la pureza de un destilado utilizando el refractornetro Abbe.

Page 106: Manual Quimica Organica

Materiales y Equipo:

1. equipo de destilaci6n

2. papel de aluminio

3. grasa

4. grapas azules

5. perlas de vidrio ("boiling chips")

6. mangas de gomas

7. agitadores rnaqneticos

8. planchas de agitaci6n

9. mantas de calentamiento

10. hielo

11. grapas de metal

12. "kimwipes"

13. refract6metro

14. equipo de micro escala

15. columnas empacadas (no deben contener lana de vidrio)

Reactivos:

1. acetona de lavado

2. agua

3. 1-propanol

Procedimiento:

Consu/te /os MSDS antes de comenzar e/ experimento.

Experimento A

Destilaci6n simple de un Jiquido puro en escala macro

En un matraz de fondo redondo de 25 mL coloque una barra rnaqnetica (0 tres 0

cuatro perlas de vidrio). Fije el matraz al soporte de hierro con una grapa de metal y

.ariada 10 mL del liquido a destilarse (agua 0 2-propanol sequn Ie indique su instructor)

a traves de un embudo de cuello largo. Cuando se hace una destilaci6n el matraz

de destilaci6n debe ser de fondo redondo y este debe ser 10 suficientemente grande

para que el llquido a destilarse ocupe de 1/2 a 1/3 de su volumen. Ahora ensamble el

equipo para una destilaci6n simple tal y como se ilustra en la Figura 1.

117

Page 107: Manual Quimica Organica

adaptador

de '-...tenn6metro ,

ca conectada ulador de L-- --"

v I age

~ cabeza de destilaci6n

\destilaci6nF=====~ • mangas

- manta de ~calentamiento

agitador magnetico/

figura 1. Equipo para una destilacion simple utilizando un calentador "Thermowell".

Para hacer esto primero coloque la fuente de calor debajo del matraz. Si va a utilizar

aqltacion rnaqnetica y manta de calentamiento, coloque la manta sobre el agitador

rnaqnetico y conecte la manta al regulador de voltaje. Entonces ajuste la altura del

matraz para que quede dentro de la manta. Si va a utilizar una plancha de

calentamiento que tarnbien provee aqitacion, ajuste la altura del matraz para que quede

aproximadamente de 1 a 2 mm sobre la superficie de la plancha de calentamiento.

Lubrique las uniones y monte la cabeza de destilacion sobre el matraz. Presione

firmemente para asegurarse de que la union este sellada. Se conoce que la union esta

sellada cuando esta se ve transparente. No use un exceso de lubricante porque puede

contaminar la muestra. Ahora conecte la columna de condensacion a la cabeza de

destilacion y luego conecte el coda al condensador y asegure este utilizando una grapa

de metal que podra colocar sobre la union entre el condensador y el codo. EI recipiente

recibidor sera una probeta de 10 mL para poder medir el volumen del Ifquido destilado.

Coteje que todas las uniones esten selladas para evitar escape de gas durante la

destilacion. Conecte las mangas de goma al condensador de modo que el agua entre

por la parte mas baja del condensador y salga por la parte mas alta. Abra el grifo para

permitir que el agua circule por el condensador. Tenga cuidado. Debe usar una

presion baja de agua porque de 10 contrario puede salirse la manga y mojar la

mesa. Inserte el terrnornetro con mucho cuidado en el adaptador de terrnornetro y

conecte el adaptador a la parte superior de la cabeza de destilacion. Ajuste la altura

del terrnornetro de modo que la parte superior del bulbo quede a la altura de la salida

hacia el condensador. Llame al instructor para que coteje el equipo y cuando este 10

apruebe comience la destilacion encendiendo la fuente de calor y la aqitacion. Caliente

118

Page 108: Manual Quimica Organica

I

119

de modo que comience la ebullici6n del liquido y luego ajuste el calor para que destile

a una velocidad aproximada de una gota por segundo. Anote la temperatura en

que cae la primera gota en el recibidor y luego anote la temperatura por cada mL

destilado. Detenga la destilaci6n cuando quede de uno ados mL de liquido en el

matraz de destilaci6n. Nunca destile hasta sequedad porque los vapores de

algunos liquidos pueden calentarse hasta temperaturas muy altas y en algunas

ocasiones pueden descomponerse causandb la explosion del envase. Haga una

qrafica de la temperatura del term6metro como funci6n del volumen del liquido

destilado.

La temperatura que se mantiene constante durante la mayor parte de la destilaci6n es

el punta de ebullici6n experimental. Determine cual es este punta de ebullici6n y

compare con el punta de ebullici6n reportado en la literatura para este liquido.

Experimento B

Dastilacion simple de una mezcla de agua y 2-propanol en escala macro.

En un matraz de fonda redondo de 100 mL coloque una barra rnaqnetica (0 tres 0

cuatro perlas de vidrio). Fije el matraz al soporte de hierro con una grapa de metal y

ariada 20 mL de agua y 20 mL de 2-propanol a traves de un embudo de cuello largo.

Monte el equipo para una destilaci6n tal y como se ilustra en la Figura 1. Proceda de

acuerdo alas instrucciones dadas en el experimento A. Conserve el destilado para ser

utilizado en el experimento de destilaci6n

fraccionada.

Experimento C

Destilaclon fraccionada de una mezcla de agua y 2-propanol en escala macro

Luego que el matraz de destilaci6n utilizado en el Experimento B se haya enfriado,

vierta dentro de este el destilado obtenido en esa destilaci6n simple y monte el equipo

para una destilaci6n fraccionada sequn se ilustra en la Figura~. Observe este equipo

difiere del equipo de una destilaci6n simple en que se ha colocado una columna de

condensaci6n Liebig (Ia columna ancha), empacada con perlas de vidrio, entre el

matraz de destilaci6n y la cabeza de destilaci6n.

Page 109: Manual Quimica Organica

Proceda con el montaje del equipo de acuerdo alas instrucciones dadas en el

Experimento A.

Comience la destilaci6n calentando de modo que destile de 10 a 20 gotas por minuto

durante el transcurso del experimento. Registre sus datos de temperatura y volumen

de destilado y haga una qrafica tal como 10 hizo en los experimento A y B. Compare

los resultados de los experimentos B y C. l,Con cual de los dos se obtiene una mejor

separaci6n? Explique.

Destllacion en escala micro

La tecnica de micro escala es una de las alternativas encontradas para minimizar los

desperdicios peligrosos generados. EI rnetodo consiste en utilizar equipo parecido al

utilizado en macro, pero en una escala mucho mas pequeria. Esto trae varias ventajas

tales como: economfa en los reactivos, poder lIevar a cabo los experimentos en menos

tiempo, minimizar los desperdicios peligrosos generados y por 10 tanto, hay una

economfa en su disposici6n.

Figura 2.

ada ptadotde , '-...tennomett

/"'" tetm6metto

-- ca beza de destila.ci6n.

/ adaptadot de vacic

(codo)

cable conectadoa teguladot devoltage

Equipo para una destilaci6n fraccionada.

120

Page 110: Manual Quimica Organica

En esta serie de experimentos de destilaci6n usted tendra la oportunidad de utilizar

ambos metodos: macro y micro escala con el prop6sito de que pueda analizar las

ventajas y/o desventajas de cada uno de ellos. A continuaci6n se presentan en los

experimentos DyE la destilaci6n simple y fraccionada en escala micro.

Experimento 0

Destilacion simple de un Iiquido puro en escala micro

A un matraz de fonda redondo de cuello largo (5 mL) anada aproximadamente 4 mL de

2-propanol y 2 6 3 perlas de vidrio. Este matraz se unira a un conector de goma, luego

se unira a la cabeza de destilaci6n (Claisen) y finalmente se pondra el term6metro

utilizando otro conector de goma. (ver Fig. ~)

hielo yagua

arodehierro

vasa de 30 mL

bafio de arena caliente

Figura 3. Equipo para destilaci6n simple en escala micro.

EI bulbo del term6metro debe entrar hasta el comienzo del Claisen. De esta manera el

term6metro leera correctamente la temperatura de los vapores que destilan. Recuerde

que el term6metro nunca debe tocar las paredes del equipo. Para recoger el Ifquido

121

Page 111: Manual Quimica Organica

destilado puede utilizar un erlenmeyer 0 un frasco pequerio. Como en el equipo de

micro escala no hay condensador es necesario enfriar con un bane de hielo el envase

que recibe el Ifquido destilado. Como fuente de calentamiento utilizara un baric de

arena. Recuerde que debe calentar lentamente y esperar unos minutos para que el

sistema lIegue a equilibrio. La rapidez de destilaci6n no debe ser mayor de dos gotas

por minuto.

Anote la temperatura vs. el nurnero de gotas durante el transcurso de la destilaci6n. Si

.Ia rapidez de destilaci6n es adecuada usted podra hacer sus lecturas correctamente.

Recuerde que debe dejar una pequeria cantidad del Ifquido (0.5 mL) sin destilar.

Nunca de be dejar que se seque completamente el matraz. Haga una qrafica de

temperatura del term6metro como funci6n de numero de gotas de destilado.

Experimento E

Destilaci6n fraccionada de una mezcla de agua y 2-propanol en escala micro

Proceda con el montaje del equipo de acuerdo alas instrucciones dadas en el

experimento 0 pero ariada una columna de destilaci6n de 10 cm. empacada con

alambre de cobre 0 acero entre el matraz y la cabeza de destilaci6n (Claisen) tal y

como se presenta en la figura 4. Destile aproximadamente 4 mL de una mezcla de 1:1

de 2-propanol y agua y 263 perlas de vidrio. Siga las instrucciones del experimento D.

Compare sus resultados con los obtenidos en el experimento C.

122

Page 112: Manual Quimica Organica

Figura 4. Fotografia de equipo de destilaci6n fraccionada en escala micro

Desperdicios Peligrosos:

Todos los desperdicios que s610 contengan compuestos Orqanicos iran a un envase

rotulado como Disolventes Orqanicos,

Nunca deje desconocidos en e/ area de desperdicios.

123

Page 113: Manual Quimica Organica

124

l,C6mo separamos liquidos?

Asignaci6n Pre Laboratorio: ,

• Estudie cuidadosamente el Apendice de Destilacion dando enfasis especial a los

siguientes conceptos:

Tecnica de destilacion

Punto de ebullicion

Nomograma

Destilacion simple

Destilacion a presion reducida (al vacio)

Destilacion fraccionada

Destilacion al vapor

Ley de Dalton

Ley de Raoult

Diagrama de fases para una solucion ideal binaria

Platos teoricos

Mezclas azeotropicas

Diagrama de fases para un azeotrope

Indice de refraccion

Refractornetro Abbe

Cromatograffa

Busque en la literatura el punta de ebulticion para cada uno de los alcoholes que

aparece en la seccion de reactivos

Introducci6n:

Durante esta experiencia de laboratorio usted se farniliarizara con el rnetodo de

destilacion y su utilidad para separar una rnezcla de compuestos orqanicos. Tarnbien

se farniliarizara con algunas propiedades ffsicas tales como punta de ebullicion e fndice

de refraccion.

Objetivos:

AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiantes sea capaz de:.

Separar una mezcla de compuestos orqanicos utilizando la tecnica de destilacion.

Determinar el fndice de refraccion de un compuesto orqanico utilizando el

refractornetro Abbe.

Determinar la pureza de un destilado utilizando algunos instrumentos de laboratorio

tales como el refractornetro Abbe y el crornatoqrafo de gas.

Page 114: Manual Quimica Organica

Primera Semana

Materiales y Equipo por secci6n:

1. equipo de destilaci6n

2. papel de aluminio

3. grasa

4. grapas azules

5. perlas de vidrio ("boiling chips")

6. mangas de gomas

7. agitadores rnaqneticos

8. planchas de agitaci6n

9. mantas de calentamiento

10. hielo

11. grapas de metal

12. "kimwipes"

13. refract6metro

14. cromat6grafo de gas

Reactivos:

1. acetona de lavado

2. CH30H (Metanol)

3. CH3CH20H (Etanol)

4. CH3CH2CH20H (Propanol)

5. CH3CH(OH)CH3 (2-propanol)

6. CH3CH2CH2CH20H (t-Butanoljs

7. CH3CH2CH(OH)CH3 (2-Butanol)

8. (CH3)3COH (2-metil-2-propanol)

9. CH3CH2CH2CH2CH20H (1-Pentanol)

10. (CH3)2CHCH2CH20H (3-Metil-1-butanol)

11. CH3CH2CH(OH)CH2CH3 (3-Pentanol)

12. CH3CH2C(CH3)20H (2-metil-2-butanol)

Procedimiento:

Consulte los MSDS antes de comenzar el experimento.

Cada estudiante recibira una muestra rotulada (con su composici6n) de dos

compuestos orqanicos, Es importante que busque el punta de ebullici6n de cada uno

de los componentes.

Proceda a lIevar a cabo una destilaci6n simple utilizando el equipo presentado a

continuaci6n:

125

Page 115: Manual Quimica Organica

126

adaptador

detenn6metro •••••••••

_ cabeza de destilaci6n

/ca conectad ~0 agitador magneticoa ador de L..- •...••

v ge

\destilaci6n~==~ ., mangas

- manta de ~calentamiento

En un matraz de fonda redondo de 25 mL coloque una barra rnaqnetica (0 tres 0 cuatro

perlas de vidrio). Fije el matraz al soporte de hierro con una grapa de metal y ariada 13

mL de la mezcla a destilarse (sequn Ie asigne su instructor) a traves de un embudo de

cuello largo. Cuando se hace una destilacion el matraz de destilacion debe ser de

fonda redondo y este debe ser 10 suficientemente grande para que el liquido a

destilarse ocupe aproximadamente la mitad de su volumen. Ahora ensamble el equipo

para una destilacion. Para hacer esto primero coloque la fuente de calor debajo del

matraz. Si va a utilizar aqitacion rnaqnetica y manta de calentamiento, coloque la

manta sobre el agitador rnaqnetico y conecte la manta al regulador del voltaje.

Entonces ajuste la altura del matraz sobre la superficie de la manta de calentamiento.

Lubrique las uniones y ensamble la cabeza de destllacion sobre el matraz. Presione

firmemente para asegurarse de que la union este sellada. Se conoce que la union esta

sellada cuando esta se ve transparente. No use un exceso de lubricante porque puede

contaminar la muestra. Ahora conecte la columna de condensacion a la cabeza de

destilacion y luego conecte el coda al condensador, asequrese este utilizando una

grapa de metal que podra colocar sobre la union entre el condensador y el codo. EI

recipiente recibidor sera una probeta de 10 mL para poder medir el volumen del liquido

destilado. Coteje que todas las uniones esten selladas para evitar escape de gas

durante la destilacion. Conecte las mangas de goma al condensador de modo que el

agua entre por la parte mas baja del condensador y salga por la parte mas alta. Abra el

grifo para permitir que elagua circule por el condensador. Tenga cuidado debe usar

una presion baja de agua porque de 10 contrario puede salirse la manga y mojar la

mesa. Inserte el terrnornetro con mucho cuidado en el adaptador de termornetro y

conecte el adaptador a la parte superior de la cabeza de destilacion. Ajuste la altura

del terrnornetro de modo que la parte superior del bulbo quede a la altura de la salida

hasta el condensador. Llame al instructor para que coteje el equipo y cuando este 10

apruebe comience la destilacion encendiendo la fuente de calor y la aqitacion. Caliente

Page 116: Manual Quimica Organica

de modo que comience la ebullicion del liquido y luego ajuste el calor para que destile a

una velocidad aproximada de una gota por segundo. Anote la temperatura en que

cae la primera gota en el recibidor

Destile dos fracciones de aproximadamente 5 mL cada una. Prediga la cornposicion de

cada una de \as tracciones. Discuta en que criterio se esta basando. Analice cada

fraccion inyectando en e\ crornatoqrafo de gas. Analice tambien e\ residuo (\0 que no

"ego a destilar)

Desperdicios Peligrosos:

Todos los desperdicios que solo contengan compuestos Orqanicos iran a un envase

rotulado como Disolventes Orqanicos No-Halogenado.

Nunca deje desconocidos en el area de desperdicios.

Preguntas para discusi6n-Primera semana:

1. Analice los resultados experimentales y compare con su cornposicion inicial.

2. Enumere y anal ice los posibles errores experimentales, si alguno.

3. Compare y discuta sus resultados con sus compafieros que tertian la misma mezcla.

4. Compare y discuta sus resultados basandose en el concepto de punta de ebullicion,

como puede mejorar sus resultados?

Segunda Semana

Materiales y Equipo por secci6n:

1. equipo de destilacion

2. columnas empacadas (no deben contener lana de vidrio)

3. grasa

4. grapas azules

5. perlas de vidrio ("boiling chips")

6. mangas de gomas

7. agitadores maqneticos

8. planchas de aqitacion

9. mantas de calentamiento

10. hielo

11. grapas de metal

12. "kimwipes"

13. refractornetro

14. crornatoqrafo de gas

Page 117: Manual Quimica Organica

'r

/ ada ptador de vaeic--:z:;:...,/I.:::!"f..... (codo)

Reactivos por secci6n:

los mismos que utilize durante la primera semana.

Procedimiento:

Consulte 105 MSDS antes de comenzar el experimento.

Cad a estudiante recibio la primera semana una muestra rotulada de dos compuestos

orqanicos.

Proceda a lIevar a cabo una destilacion fraccionada utilizando el equipo presentado a

continuacion:

/" termcmetto

__ cabeza de destilacion

cable conectadoa teguladot devoluge

Observe que este equipo difiere el equipo de una destilacion simple en que se ha

colocado una columna de condensacion Liebig (Ia columna ancha), empacada con

perlas de vidrio, entre el matraz de destilacion y la cabeza de destilacion. Comience la

destilacion calentando de modo que destile de 10 a 20 gotas por minuto durante el

transcurso del experimento. Destile dos fracciones de aproximadamente 5 mL cada

una. AI igual que en la semana anterior, prediga la cornposicion de cada una de las

fracciones. Discuta en que criterio se esta basando. Analice cada fraccion inyectando

en el crornatoqrafo de gas. Analice tarnbien el residuo (10 que no lleqo a destilar)

128

Page 118: Manual Quimica Organica

Tome el fndice de refraccion de cada uno de los componentes puros y compare con la

fraccion destilada a que corresponda, si es que usted corroboro que esta pura.

Desperdicios Peligrosos:

Todos los desperdicios que solo contenqan compuestos Orqanicos iran a un envase

rotulado como Disolventes Orqanicos, .

Nunca deje desconocidos en el area de desperdicios.

Preguntas para discusi6n:

1. Analice los resultados experimentales y compare con los obtenidos al lIevar a cabo

una destilacion simple.

2. Analice los posibles errores experimentales.

3. Compare y discuta sus resultados con sus cornparieros que tenfan la misma mezcla.

4. Compare y discuta sus resultados basandose en el concepto platos teoricos.

5 Discuta y compare ventajas y desventajas de ambas tecnicas de destilacion.

2 Suponga que usted llevo a cabo una destilacion de una mezcla de etanol y de

agua. GPodra separar esta mezcla utilizando el rnetodo de destilacion?

Explique.

129

Page 119: Manual Quimica Organica

Cromatografia

Aslqnaclon Pre-Laboratorio:,

Estudie cuidadosamente el Apendice de Cromatograffa

Repase los siguientes conceptos:

Fase estacionaria

Fase Movil

Soporte

Busque las estructuras de Eosin Y y Martius Yellow

Analice ambas estructuras y discuta cU<31de los dos compuestos es el mas polar.

Justifique su respuesta.

Ordene de forma ascendente en polaridad cada uno de los siguientes disolventes:

hexano, acetato de etilo, etanol, 2-propanol yagua.

Discuta la diferencia en polaridad entre:

2 hexane y una mezcla de 1: 1 hexano : acetato de etilo

etanol y agua

Estudie con cuidado las tecnicas de cromatograffa de capa fina, columna y gas.

lntroducclon:

La palabra cromatograffa significa qrafica de colores y fue disefiada por Michael Tswett

en el 1903. Tswett llevo a cabo una extraccion de una mezcla de pigmentos de hojas

verdes y luego paso este extracto a traves de un tubo de vidrio empacado con

carbonato de calcio (tiza) eluyendo con un disolvente orqanico: de esta forma loqro

separar los pigmentos presentes en las hojas.

Actualmente es el nombre que se Ie da a un grupo de tecnicas utilizadas en la

determinacion de la identidad de sustancias, en la separacion de componentes de

mezclas y en la purificacion de compuestos. Esta tecnica es muy efectiva y por 10tanto

se utiliza tanto a nivel de investiqacion como a nivel industrial.

Este metodo puede variar de tecnica en tecnica, pero siempre se basa en el mismo

principio: Todos los sistemas de cromatograffa contienen una fase estacionaria, una

fase rnovil, un soporte y una accion por la cual se mueven los compuestos a separar.

La fase estacionaria puede ser un solido 0 un liquido que queda fijo en la misma

posicion. La fase rnovil puede ser un liquido 0 un gas que corre a traves de una

superficie y de la fase estacionaria.

Page 120: Manual Quimica Organica

·--- '1

Tabla I: Cornparacion de los diferentes tipos de cromatografia

Tipo de Fase Fase M6vil Soporte Acci6n

cromatografia estaclonarla

Columna Solida Uquida Tuba de vidrio gravedad

Capa Fina Solida Uquida Lamina de capilaridad

crista, plastica

o aluminiol

Papel Uquida (Agua) Uquida Celulosa capilaridad

Gas Uquidos no gas Tuba de vidrio Presion

volatiles a a metal

solidos

Las sustancias que estan en un sistema de cromatografia interaccionan tanto can la

fase estacionaria como can la fase rnovil. La naturaleza de estas interacciones

depende de las propiedades de las sustancias asf como tarnbien de la cornposicion de

la fase rnovil y de la fase estacionaria. La rapidez can que viaja una sustancia a traves

del sistema de cromatografia depende directamente de la interaccion relativa entre las

sustancias y las fases tanto rnovil como estacionaria. En el caso de una mezcla, si

cada componente interacciona diferente can la fase movil y can la fase estacionaria,

cada uno de ellos se rnovera diferente.

En este experimento consideraremos dos tipos de cromatografia: cromatografia de

capa fina y cromatograffa de columna. Cad a una de ellas posee una fase 'estacionaria

y una fase mO\fi\. E\ concepto primmaia\ es que \os componentes ae una mez.da se

debatiran entre la afinidad que tienen par la fase estacionaria y la afinidad que tiene par

la fase rnovil. Par 10 tanto cada uno de ellos interaccionara de manera diferente y

viajaran a traves de estas fases can diferente rapidez, de esta manera los

componentes de la mezcla se separaran. Ademas, se dara una introduccion de la

teoria de cromatograffa de gas y se llevara a cabo una dernostracion del usa del

instrumento.

Objetivos:

AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiantes sea capaz de:

Seleccionar las condiciones apropiadas para separar una mezcla utilizando la

tecnica de cromatograffa.

Separar una mezcla de compuestos orqanicos utilizando la tecnica de

cromatografia.

Determinar la pureza de los compuestos utilizando de cromatografia de capa fina.

131

Page 121: Manual Quimica Organica

Materiales y equipo:

tubos capilares alargados

equipo de micro escala (columna yembudo)

6 vasos

6 cristales de reloj

grapa de metal

larnpara de Ultravioleta

Reactivos:

eosina

martius yellow

alumina

silica gel

arena

placas de alumina y silica

etanol

2-propanol

hexano

acetato de etilo

agua

Procedimiento:

CUIDADO, ALGUNOS DE LOS REACT/VOS PUEDEN SER IRRITANTES 0

TOXIC OS, ASEGURESE DE CONSUL TAR EL MSDS ANTES DE CONTINUAR CON

EL EXPERIMENTO.

Primera semana: Cromatografia de capa fina

Cad a pareja recibira seis placas de alumina 0 de silica gel para realizar las

cromatografias de capa fina. Realizaran las cromatografias utilizando diferentes

disolventes, sequn la tabla de datos que aparece mas adelante, los cuales difieren en

polaridad.

Prepare las carnaras (vasos) donde llevara a cabo las cromatografias de capa fina. En

cada vasa de 400 mL coloque verticalmente un pedazo de papel de cromatografia

cortado en forma rectangular (debe tocar el fondo del vaso ). Este papel asequrara que

la carnara este saturada de vapores del disolvente en todo momento, 10 que permite

una rapida separaci6n de los componentes con buena resoluci6n. Ariada entonces un

disolvente diferente (de acuerdo a los que esten disponibles) en cada carnara de

cromatografia. La cantidad debe ser de aproximadamente 5 mL. Cubra el vasa con el

cristal de reloj.

132

Page 122: Manual Quimica Organica

Proceda entonces a preparar las placas. Obtenga varias placas de alumina 0 silica (de

acuerdo a 10 asignado por el instructor) y trace con un lapiz una linea recta a 1 cm del

borde. En cada placa de capa fina coloque tres manchas: Eosin Y, Martius Yellow y la

mezcla 2:1. Coloque la rnuestra en el centro de la linea. Utilice un aplacidor (tubo

capilar alargado) de los que se proveen para este prop6sito. Sumerja el aplicador en la

muestra y toque levemente la superficie de la placa para transferir una cantidad bien

pequeria de la muestra. La mancha que se produce debe ser como la cabeza de un

alfiler. Permita que el disolvente se seque.

Ahora producira el cromatograma. Coloque la placa con la mancha de la muestra hacia

abajo (Vea la Figura 1).

(' .•.•.

~ . --=:0

Figura 1

La mancha de la muestra no debe estar por debajo del nivel del disolvente. GC6mo se

afectarian los resultados si esto ocurre? Coloque el cristal de reloj y espere a que el

disolvente suba hasta que quede aproximadamente a 1 cm del borde superior de la

placa. Saque la placa y antes de que se evapore el disolvente, trace una linea recta

para marcar hasta donde lIeg6 el disolvente. Trace con un lapiz el contorno de cada

mancha. Calcule el valor de Rf de cada una. Coloque la placa bajo una fuente de luz

ultravioleta y observe. Trace con un lapiz el contorno de cada mancha observada con la

luz ultravioleta. Determine cual es el disolvente adecuado para realizar la cromatografia

de columna. Compare los valores obtenidos para cada fase m6vil y para cada fase

estacionaria utilizada. Discuta sus resultados. GC6mo comparan los resultados entre

las dos fases estacionarias? Explique.

Page 123: Manual Quimica Organica

Segunda semana: Cromatografia de columna

Cada pareja realizara una cromatograffa de columna con el adsorbente que utilize en la

de capa fina. Utilizaran como' fase movil el disolvente que escogieron como el mas

eficiente a base de los resultados obtenidos en la cromatograffa de capa fina. Utilice el

equipo de micro escala Williamson.

Prepare una columna de cromatograffa. Obtenga una columna de cromatografia del

equipo de micro escala. La misma consiste de un embudo, tubo de vidrio, base con

filtro poroso y valvula, como se ilustra a confinuacion.

Figura 2

Page 124: Manual Quimica Organica

Ensamble la columna como se ilustra a continuacion:

adsorbente

-embudo

nivel del -solvente

arena-

- columnade vidrto

matraz= HconicoU

Figura 3

Proceda a empacar la columna como sigue:

Cierre la valvula sujetandola con una mano y rotandola con la otra mano hasta colocar

la lIave en posicion horizontal. Llene la columna con el disolvente hasta que alcance el

fondo del embudo.

Pese 6g de alumina 0 4g de silica gel en un vaso pequefio y ariada 10 mL del

disolvente a utilizar como fase rnovil. Agite la mezcla lentamente para eliminar las

burbujas. En el caso de silica gel es necesario ariadlr 1mm. De arena antes de

empacar con la silica. Comience a empacar la columna con el adsorbente. Vierta la

mezcla agitando suavemente en el embudo. Raspe la mezcla que queda en el vaso y

Page 125: Manual Quimica Organica

permita que el adsorbente descienda por la columna. Abra la lIave y permita que el

disolvente baje lentamente.a un matraz Erlenmeyer. Utilice el disolvente que baje para

enjuagar el vasa y el embudo. Para lograr un buen empaque, es necesario darle

golpes suaves a la columna con el policia de goma. Esto evita que queden espacios

de aire dentro del empaque los cuales afectan en la separacion de los componentes de

una mezcla. Es muy importante mantener el nivel del disolvente mas arriba del

empaque en todo momento. Luego de empacar, afiada aproximadamente 1 mm. De

arena sobre el adsorbente. Deje bajar el disolvente hasta el nivel de la arena y con

mucho cuidado coloque tres gotas de la mezcla utilizando una pipeta Pasteur. Permita

. que la misma descienda y penetre hasta la parte superior de la arena. Afiada entonces

una pequefia cantidad del disolvente y permita que descienda. No debe perturbar la

arena. Repita hasta que observe una banda delgada de la muestra en la parte

superior del adsorbente. Comience entonces la elusion afiadiendo varios mililitros de

disolvente. Permita que empiece un gotereo moderado del disolvente y recoja el

mismo en un tubo de ensayo. Recuerde mantener el nivel del disolvente en la parte

superior de la columna en todo momento, afiadiendo disolvente durante el proceso.

Observe como ocurre la separacion en la columna. GCuantas franjas 0 colores

observa? GComo eluyen los componentes de la mezcla? GEs la cromatografia de capa

fina representativa de 10 que ocurre en la columna? Explique.

Comience a recolectar la primera fraccion en un tubo de ensayo hasta que yea que las

gotas estan saliendo incoloras. Colecte cada fraccion de acuerdo al color observado

en diferentes tubos de ensayo. De haber una fraccion que no eluya, comience a formar

un gradiente en polaridad con un disolvente mas polar que el utilizado inicialmente.

Las fracciones colectadas se analizaran mediante cromatografia de capa fina para

determinar su pureza 0 cornposicion. Recuerde utilizar la larnpara de luz ultravioleta.

Discuta los resultados obtenidos.

Desperdicios:

Todos los compuestos orqarucos se desechan en el Envase II: Disolventes

Orgimicos No-Halogenados. Las placas de capa fina asi como la alumina y silica se

desechan en el Envase III: Desperdicios s6lidos. Los tubos capilares asl como la

cristaleria rota se colocaran en un envase designado para ello. NUNCA DEJE

ENVASES CON DESCONOCIDOS EN EL AREA DE DESPERDICIOS.

136

Page 126: Manual Quimica Organica

Datos y observaciones:

Tabla de valores de Rf'spara la cromatografia de capa fina: silica gel

Disolvente iVlartius Yellow MalrtiUls Yellow: EosinY lEosinY

2:1

hexane

acetato de etilo

.

etanol

2-propanol

etanol:2-propanol

2:1

etanol:agua

95%:5%

Page 127: Manual Quimica Organica

Tabla de valores de Rf's para la cromatografia de capa fina: alumina

lDisolvell1~e Martius Yellow Martius Yellow: EosinY lEosi91Y

2:1

hexano

acetato de etilo

-

etanol

2-propanol

etanol:2-propanol

2:1

etanol:agua

95%:5%

Page 128: Manual Quimica Organica

Preguntas para Discusi6n:

1. A base a los resultados obtenidos, compare los disolventes utilizados para

separar los cornponentes de la rnezcla. ~Cual(es) es(son) el(los) mejor(es)

disolvente(s) para separar los componentes de esta rnezcla en cada una de las

fases estacionarias?

2. Compare las dos fases estacionarias, alumina y silica, en terminos de 10 que

observe durante el experimento. ~Cual es la mejor fase estacionaria para este

experimento en particular?

3. ~Utilizo mas de un disolvente para completar la elusion de la columna?

~Cuales se utilizaron y por que los escoqio?

4. ~Se utilizaron los mismos disolventes en ambas columnas (alumina vs.

silica)? Explique.

5. ~Cuan importante es la seleccion de la fase rnovil y de la estacionaria en la

cromatografia? Explique.

6. Oiscuta la importancia que tiene realizar una cromatografia de capa fina

antes de realizar una cromatografia de columna.

139

Page 129: Manual Quimica Organica

141

PARTE II: EXPERIMENTOS TIPO

INVESTIGATIVO

Page 130: Manual Quimica Organica

(,Cual es el mecanismo?

Asignaci6n Pre-Laboratorio:

Estudie el Capitulo de Reacciones y Mecanisrnos (Sustituci6n y Eliminaci6n) de

su libro de texto

Estudie y defina cada uno de los siguientes terrninos:

Condiciones de una reacci6n

Catalisis

Temperatura

Disolvente

Sustituci6n Nucleofilica Bimolecular

Sustituci6n Nucleofflica Unimolecular

Carbocati6n

Transposici6n de carbocationes

Introducci6n:

Cad a grupo funcional orqanico presenta caracteristicas variadas en terrninos de

propiedades fisicas y quimicas. Por tanto, al ser sometido a diferentes

condiciones de reacci6n, se da la probabilidad de favorecer un producto sobre

otro. Mas importante, es el hecho de que diferentes estructuras dentro de un

mismo grupo funcional pueden dar diferentes productos porque van via un

mecanisme diferente.

EI estudio para poder postular un posible mecanismo para una determinada

reacci6n, puede Ilevarse a cabo de diferentes formas:

a) Analizando el 0 los productos de la reacci6n.

b) Analizando la estereoquimica del producto con respecto a la

estereoquimica de los reactantes.

c) Estudiando la rapidez de reacci6n en terrninos de desaparici6n de

reactantes 0 aparici6n de productos.

d) Estudiando las condiciones de reacci6n, tales como: Catalisis,

medio de reacci6n, temperatura, disolvente, entre otras.

Entre las funcionalidades orqanicas existen algunas que poseen mayor

reactividad que otras; sin embargo al pensar en los grupos con mayor

reactividad, siempre consideramos los alcoholes. Discuta las reacciones que

pueden lIevar a cabo los alcoholes.

143

Page 131: Manual Quimica Organica

Materiales, Reactivos y Equipo:

Objetivos:

AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiantes sea

capaz de:

Predecir posibles productos que pueden dar algunos alcoholes al ser

reaccionados bajo condiciones acidas.

Proponer un mecanisme razonable incluyendo el efecto de catalisis.

Concluir sobre el mecanisme que domina con los alcoholes al ser

reaccionados bajo condiciones acidas.

CH3CH20H

(CH3)3COH

CH3CH2CH2CH20H

(CH3)3CCH20H

HCI / ZnCI2

HCI (12 M Y 6 M)

tubos de ensayo

Equipo de micro escala

Crornatoqrafo de gas

En un tubo de ensayo limpio y seco ariada 0.5 mL del alcohol a estudiarse y 3

mL del acido (HCI 6 M 0 12 M) 0 del reactivo de Lucas. Agite y observe

cuidadosamente. Observe si se forma alguna emulsion y el tiempo que tarda en

formarse. Continue observando par diez minutos. Anote todas sus

observaciones

Procedimiento General:

Instrucciones:

Trabajaran en parejas, cada una llevara a cabo las pruebas con los alcoholes

asignados y con el reactivo de Lucas (ZnCb / HCI), con HCI 6M Y con HCI 12M.

Es fundamental que conozca las propiedades fisicas de los reactivos y

productos. En el caso de que el producto tenga un punta de ebullicion bajo

puede utilizar cromatograffa de gas para su analisis, Repase la teorla de

cromatografia de gas.

CUIDADO, ALGUNOS DE LOS REACTIVOS A UTILIZARSE PUEDEN SER

TOXICOS, IRRITANTES 0 CORROSIVOS. ASEGURESE DE CONSULTAR

EL MSDS ANTES DE CONTINUAR CON EL PROCEDIMIENTO.

144

Page 132: Manual Quimica Organica

Desperdicios Peligrosos:

Habra un envase para las fases acuosas, tarnbien para los disolventes habra

dos envases disponibles para descartar los disolventes (disolventes no-

halogenados), NUNCA DEJE ENVASES CON DESCONOCIDOS EN EL AREA

DE DESPERDICIOS, NI MEZCLE DESPERDICIOS ACUOSOS CON

DESPERDICIOS ORGANICOS

Preguntas para Discusi6n:

1. Escriba la ecuaci6n qufmica correspondiente a cada uno de los alcoholes con

las pruebas de HCI/ZnCI2 y de HCI, prediciendo el producto principal.

2. Indique un mecanisme razonable para justificar el producto predicho.

3. Analice los resultados experimentales de acuerdo a la tabla de datos que

aparece a continuaci6n:

Alcohol HCI (12M) ObservacionesZnCI2! HCI HCI (6M)

4. Evalue y compare sus resultados con 10 formulado en las preguntas 1 y 2.

5. GQue tipos de instrumentaci6n 0 tecnicas de laboratorio podria utilizar para

determinar si hay mas de un producto?

145

Page 133: Manual Quimica Organica

(,Cual es el efecto del cation en un mecanismo SN2?

Aslqnaclon pre-laboratorio

Busque el radio i6nico de cada uno de los siguientes iones

B(

Cs+

Na+

K+

u+

Defina y de ejemplos de cada concepto:

Teoria de acidos y bases duras y blandas (HSAB, por sus siglas en

inqles)

Acido duro

Acido blando

Base dura

Base blanda

Reacci6n SN2 y mecanisme

Reacci6n SN 1 y mecanisme

Polarizabilidad

Repase las siguientes tecnicas:

Extracci6n

Cromatografia de capa fina

Cromatografia de gas

Repase el capitulo de reacciones SN2 de su libro de texto

Lea el apendice de reacciones SN2.

Lea el capitulo de acid os y bases del libro de Daley y Daley, este se puede

encontrar libre de cargos en la direcci6n http://www.ochem4free.com. Debe tener

Adobe Acrobat Reader instalado en su computadora.

Busque los puntos de ebullici6n de los siguientes productos:

Acetato de bencilo

Acetato de 3-metil-1-butanoilo (0 acetato de isoamilo)

Acetato de n-octanoilo

Desarrolle una tabla con todas las posibles peligrosidades de los reactivos a

utilizarse, incluyendo que hacer en caso de un accidente. (consulte los MSDS

para esto)

146

Page 134: Manual Quimica Organica

Introducci6n

l,Por que cuando tienes un catarro la comida parece no tener sabor? EI ser

humano sola mente puede detectar cuatro sabores: dulce, salado, agrio y

amargo. Sin embargo, uno puede recordar un sin nurnero de sabores diferentes,

vainilla, chocolate, limones, cebollas, carnes, etc. l,Par que?.La gran mayorfa del sabor de una comida se debe a los compuestos que detecta

la nariz. Esto es asl porque muchos de estos compuestos son volatiles. EI

compuesto volatil sale de la comida y lIega a los receptores de la nariz, la cual

puede diferenciar cambios sumamente pequerios, tan diminutos como la

estereoqufmica de una molecule. Es por esto que uno distingue tantos

"sa bores" diferentes, por los olares asociados a la comida.

Receptoresdel olfato

N

ARIZ

LE

NGUA

Figura 1.

La figura 1 presenta un esquema simple de como lIegan a percibirse los

compuestos volatiles de la comida. AI masticar, los compuestos no volatiles se

quedan en la fase liquida de la boca (Ia saliva), de donde pasan a la lengua, y de

aqul pasan alas qlandulas gustativas. Sin embargo, los compuestos volatiles

pasan a la fase gaseosa, donde son guiados par la carriente de aire de la

respiracion hasta la nariz, hacia los receptores del olfato para ser detectados.

Varios modelos intentan explicar el proceso por el cual los compuestos se

perciben (referencias 3 y 4). Uno de los grupos funcionales mas utilizados en

las comidas para este proposito es el grupo ester (figura 2).

147

Page 135: Manual Quimica Organica

148

Figura 2

Muchos esteres se encuentran en una variedad de alimentos, tanto de forma

natural como en sabores artificiales afiadidos. Ejemplos de esteres que se

encuentran en la naturaleza, pero que se pueden generar en el laboratorio estan

en la Tabla 1. Aunque es posible que un solo ester sea el responsable de un

olor particular, la realidad es que varios compuestos en conjunto son los que

producen ese olor.

Page 136: Manual Quimica Organica

Tabla 1. Ejemplos de esteres y los olores que representan

Nombre del ester Estructura Olor

Acetato de isoamilo ~o~ gumeo

0

acetato de n-propilo~oA

pera

acetato de octilo 0china,)lo~

0

acetato de bencilo ()oA melocot6n

1#

0

butanoato de bencilo ()o~ flores

~I

butanoato de etilo

~)U.~pma

butanoato de metilo ..'. ron

0 NH2

antranilato de metilo0 ~ uva

I I#

(a) Eskew, R.J.; J. Chern. Educ. 1951, 18,326 - 327.

149

Page 137: Manual Quimica Organica

base acido

® e+ M Nuc

base

acido base

Existen diversas rutas sinteticas para poder generar un ester. Una ruta poco

explorada para preparar esteres es su formaci6n a partir de un haluro de alquilo

y un nucle6filo apropiado, en este caso un carboxilato. Esta reacci6n se llama

Sustituci6n Nucleofflica Bimolecular, y se abrevia SN2. Para que una reacci6n

SN2 sea efectiva, se deben tornar en consideraci6n varios factores. (Ver el

apendice.)

Si uno cataloga el electr6filo como un acido y el nucle6filo como una base, la

reacci6n SN2 puede ser visualizada como una reacci6n acido-base (figura 3). En

este caso particular, el sustrato (acido) reacciona con el nucle6filo (base), 0 que

grupo saliente (base) "reacciona" con el contrai6n (acido) del nucle6filo.

Usando esto como referencia, debe haber una forma de predecir la efectividad

de esta reacci6n acido-base particular. Una forma de estudiar esta reacci6n es

aplicando la teoria de Acidos y Bases Duros y Blandos (HSAB por sus siglas en

inqles, Hard and Soft Acid Base Theory). Esta teorfa separa los acidos y las

bases como duros 0 blandos, dependiendo de su polarizabilidad.

Un ecido duro se define como aquel que tiene un atorno aceptador de electrones

con una carga altamente positiva (una densidad de carga alta), que no tenga

electrones sin parear en su capa de valencia, tenga una electronegatividad alta y

sea poco polarizable. Un ecido blando es exactamente 10opuesto: densidad de

carga baja, baja electronegatividad, alta polarizabilidad. Una base dura es

R-LG

acidoR-Nuc

acido base

Figura 3: La reacci6n SN2 como una reacci6n acido-base

aquella cuyo atorno donador de electrones es pequerio, con una carga negativa

alta, sumamente electronegativo y poco 0 nada polarizable; mientras que una

base blanda es polarizable y con poca electronegatividad. La tabla 4 provee

ejemplos de cada tipo. Compare los mejores nucle6filos que usted conoce con

las bases en esta tabla. GSon bases duras 0 blandas?

Tabla #4: Ejemplos de acidos y bases duras y blandas.

Acidos Tipo debase BasesH+ L·+ +CH N + K+ M ,£+ H20, -OH, F, cr. RCOO-,, I, 3, a, , 9 ,

DurosA13+. C032-

BR3, +CR3, Fe£+ Moderados R, C6H5NH2

cu'. Ag+, Br2, BH3 B/andos B(, T, H-, RS-, -CN

La teorla HSAB seriala que un ecido duro prefiere reaccionar con una base dura,

mientras que un ecido blando reeccionere mejor con una base blanda. Si un

acido duro encuentra en el medio de reacci6n con varias posibilidades de bases,

va a reaccionar con la base mas dura que encuentre.

150

Page 138: Manual Quimica Organica

Fig 4: Modelaje Molecular (Merck Molecular Mechanics Force Field (MMFF)

de los acetatos

Lithium Acetate

du..()=1.849 A

Sodium Acetate

d,...()= 2.177 A

Potassium Acetate

dl(.O=2.503 A

Cesium Acetate

des0= 3.264 A

La figura 4 muestra una aproxirnacion de como estan asociados los diferentes

acetatos a su contraion. Sequn la teoria HSAB, el anion carboxilato es una base

dura, por 10 tanto prefiere estar asociado con acidos duros. Mientras mas duro

sea el acido, mas fuerte es esta asociacion. Establezca el orden descendiente

(de mayor a menor) de dureza de los contraiones en la figura, y prediga cuan

fuerte 0 cuan debil es su interaccion con el acetato.

Objetivos:

AI finalizar esta experiencia de laboratorio se espera que el estudiante pueda:

Preparar una serie de esteres mediante una reaccion SN2

Aplicar los conceptos de la teorla de acidos y bases duros y blandos (HSAB)

a los mecanismos SN1/SN2

Aplicar los conocimientos adquiridos previamente en experiencias de

laboratorio sobre tecnicas de separacion, como 10 son extraccion y

cromatograffa.

Analizar e interpretar los datos obtenidos de la cromatograffa de gas y

espectrometrfa de masas

151

Page 139: Manual Quimica Organica

Plancha de calentamiento

Agitador rnaqnetico '

Grapas

Matraz redondo de una boca (50 mL)

Condensador de reflujo

Pipetas

Bulbos

Embudo de extracci6n

Papel de filtro

Placas TLC de alumina

Tubos capilares de cromatograffa

Papel de cromatograffa

Materiales

Acetato de cesio

Acetato de sodio

Acetato de litio

Acetato de potasio

1-bromo-3-metil butano

1-bromo octano

Bromuro de bencilo

Acido acetico glacial

Dietil eter

Acetato de etilo

Hexano

Cloruro de sodio

Bicarbonato de sodio

Sulfato de magnesio anhidro

Reactivos

Procedimiento

Este experimento se llevara a cabo individualmente, pero los datos se

cornpartiran par mesa. EI instructor Ie asiqnara el sustrato y el contrai6n con el

cual trabajara de acuerdo a la figura 5. Consulte 105 MSDS antes de

comenzar el experimento.

152

Page 140: Manual Quimica Organica

acetato de octanoilo(chinas)

Br~

<:r

acetato de isoarnilo(guineos)

acetato de bencilo(melocotones)

Figura 5. Reaccion SN2.

Recuerde anotar todas sus observaciones. Pese 18 mmoles del acetato

asignado y transfieralo a un bal6n de reacci6n de 50 mL. Los acetatos son

altamente hlqroscoplcos (absorben agua con facilidad) asl que trabaje de

forma raplda. No deje los acetatos destapados y devuelvalo a su lugar tan

pronto termine. Ariada la barra rnaqnetica, 8 mL de acido acetico glacial

(precauclon: acldo concentrado, no aspirar, utilizar en el extractor) y 12

mmoles del bromuro de alquilo asignado. (Los bromuros de alquilo son

irritantes, algunos son lacrirnoqenos, trabajar con ellos en el extractor).

Ensamble el equipo como esta ilustrado en la FIgura 6. Refluje

MODERADAMENTE por un periodo de 90 minutos. Observe cuan rapido

disolvi6 su acetato, l,a que se debe esto? Anote cualquier cambio en su

reacci6n.

153

Page 141: Manual Quimica Organica

condensador de

re flujo

gra pa suje tando

el condensador

manga de

salida de agua

grapa sujetando

e l ba lon

manga de

entrada de agua

ba lo n de

reacci on con

agi tador rna gnet ico

•••••••__ --- Plancha de

calentamiento

Figura 6. Equipo de reflujo

Cuando haya transcurrido el tiempo, deje enfriar hasta Ilegar a temperatura

salon. l,Se forma precipitado? l,Que producto es ese precipitado? Compare la

cantidad de precipitado con la de las reacciones de sus cornparieros. Enjuague

el balon con 20 mL de una solucion saturada de NaHC03. Luego transfiera el

contenido del baton a un embudo de extraccion. Para detectar si tiene producto,

ventile suavemente el producto hacia su nariz. l,A que huele? Realice las

extracciones 2 X 10 mL de dietil eter, l,Que es 10 que esta reaccionando?

Proceda a extraer la fase orqanica con 10 mL de NaHC03. Si su reaccion forma

muchas emulsiones, ariada 10 mL de una solucion saturada de NaCI. l,Cual es

el proposito de ariadir esta solucion saturada? Separe las fases, y seque la fase

orqanica con MgS04. Proceda a decantar su fase orqanica a un envase

previamente pesado y evapore el disolvente utilizando un bane Maria (recuerde

que su producto es volatil). Realice una cromatografia de capa fina utilizando

como fase rnovil hexane: acetato de etilo 9:1 en una placa de alumina (recuerde

colocar una mancha con su material de partida). l,Es visible su producto? Si no

puede ver las manchas, coloque la placa en una carnara de yodo. Indique

cuantos compuestos via en la mancha del producto. Sequn su placa l,se

complete su reaccion? l,Por que? Calcule su porciento de rendimiento crudo y

cornparelo con el de sus companeros. Se Ie entreqara un cromatograma para

poder estimar la pureza de su reaccion. Prediga el orden de elusion de los

componentes de su reaccion. Cuando adquiera todos los datos, complete la

siguiente tabla:

154

Page 142: Manual Quimica Organica

Datos obtenidos por mesa:

Reacci6n

.Sustrato

Contrai6n Cesio Potasio Sodio Litio

Formaci6n

de

precipitado

Porciento de

rendimiento

Preguntas de discusi6n

1. Identifique en el medio de reaccion el nucleofllo, el contraion, el sustrato y

el grupo saliente. Clasifiquelos como acido duro 0 blando, 0 como base

dura 0 blanda. Consulte de la literatura si tiene problemas para

clasificarlos.

2. l,Existe alguna relacion entre el radio ionico y la dureza de un ion?

Exp\\que.

3. De acuerdo a los resultados obtenidos, discuta:

a) l,Coinciden sus observaciones en la cromatografia de capa fina con sus

observaciones en la cromatografia de gas? De haber alguna

discrepancia, l,a que se debe esta?

bkCual contra ion resulta en la reaccion mils eficiente?c) l,Cuill contraion resulta en la reaccion menos eficiente?

4. l,Que relacion existe entre la cantidad de precipitado que se forma con la

efectividad de la reaccion? '

5. Utilice la teorfa HSAB para discutir eual es el efecto del contraion en un

mecanisme SN2.

6. Discuta cual mecanisme se prefiere para cada uno de los bromuros de

alquilo utilizados. Justifique su respuesta.

155

Page 143: Manual Quimica Organica

Referencias:

1. Wade, L.G. Organic Chemistry, sixth edition, 2005, Pearson Education,

Inc., Upper Saddle River NJ pp. 226 - 239.

2. Daley, RF.; Daley, S.J., Organic Chemistry, 2003, pp. 209 - 242, 579 -

644. http://www.ochem4free.com

3. Silberberg, M. S.; Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change,

Second edition, 2000 McGraw-Hili Higher Education, pp. 388 - 389.

4. Taylor, A. J., Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,

2002, 1,45 - 57.

5. Pearson, R G.; J. Chern. Educ. 1968, 45, 581.

6. Dijkstra, G., Kruizinga, W. H., Kellogg, R M.; J. Org. Chern. 1987, 52,

4230 - 4234.

7. Ostrowicki, A., Koepp, E., V6gtle, F.; Top. Curro Chern. 1991 161,38 - 67.

8. I. Montes, E. Valentin, W. Adam, "Countenon Effects in the Nucleophilic

Substitution Reaction of the Acetate Ion with Alkyl Bromides in the

Synthesis of Esters" J. Chern. Ed., 2009,86,1315-1318.

156