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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL
INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGA
LABORATORIO DE QUMICA ORGNICA APLICADAMANUAL DE
PRCTICASElaborado por: Mara del Socorro Camargo Snchez Luis
Francisco Esquivel Ruiz Efrn V. Garca-Bez Benito Rizo Ziga Revisado
por: La Academia de Qumica General y Orgnica Mxico D.F., 2008.
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PRLOGO Los autores hemos tratado de incluir en este manual un
conjunto de prcticas que permita a los alumnos adentrarse en el
maravilloso mundo de la qumica orgnica, ya que esta comprende un
sin nmero de reacciones qumicas las cuales dan sustento a la vida
misma. La seleccin y el diseo de los experimentos se realizaron
basndose en los contenidos del programa de estudios con el objetivo
de que al finalizar el curso el alumno genere su conocimiento en la
materia, con lo aprendido en la parte terica y la parte
experimental del curso. La qumica orgnica se puede ensear y
aprender en el laboratorio. El alumno al momento de la realizacin
de los procedimientos ms comunes para sintetizar, identificar y
purificar un compuesto dentro del laboratorio, aprender los
fundamentos y las tcnicas y a la vez adquirir habilidades manuales
y concientizar la importancia de trabajar con seguridad en el
laboratorio para el bien propio y del medio que lo rodea. Las
prcticas estn divididas en tres bloques, el primero (prcticas 1
|hace nfasis a 3) la seguridad en el laboratorio, a la
caracterizacin fsica y a los mtodos de purificacin de los
compuestos orgnicos. En el segundo bloque de prcticas se estudian
las reacciones caractersticas de los hidrocarburos (saturados,
insaturados y aromticos), los halogenuros de alquilo y alcoholes.
En esta parte, la intencin es mostrar las propiedades qumicas y
fsicas que son consecuencia de la composicin y estructura de cada
grupo funcional. Tambin se incluyen algunas sntesis sencillas de
compuestos con los grupos funcionales estudiados, por mencionar
algunas la sntesis de ciclohexeno y cloruro de ter-butilo. El ltimo
bloque de prcticas (prcticas 10-14) incluye las reacciones
caractersticas de los grupos funcionales involucrados en las
biomolculas: carbonilos, aminas y los cidos carboxlicos junto con
sus derivados. Las prcticas se presentan con instrucciones
explcitas, de tal forma que el alumno ser capaz de proceder por s
slo, aunque el profesor proporcionar mayor informacin y lo
asesorar, para la exitosa realizacin de los experimentos. Este
manual de laboratorio, apoya y complementa el programa terico que
se imparte en la asignatura de Qumica Orgnica Aplicada en la
UPIBI-IPN a los alumnos de las carreras de Ingeniera Ambiental,
Ingeniera Biomdica e Ingeniera en Alimentos.
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NDICE DE PRCTICAS
NOMBRE Prctica No. 1 Prctica No. 2 Prctica No. 3 Prctica No. 4
Prctica No. 5 Prctica No. 6 Prctica No. 7 Prctica No. 8 Prctica No.
9 Prctica No. 10 Prctica No. 11 Prctica No. 12 Prctica No. 13
Prctica No. 14
PAGINA
Introduccin al trabajo experimental del laboratorio de qumica 4
orgnica Separacin y purificacin de compuestos orgnicos 8 Punto de
fusin, cristalizacin Extraccin Cromatografa Destilacin
Hidrocarburos Halogenuros de alquilo Alcoholes Aldehidos y cetonas
cidos carboxlicos y sus derivados Aminas Sntesis de azocompuestos
Biomolculas 14 20 24 29 33 38 42 46 53 58 61 65
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PRCTICA No. 1 INTRODUCCIN AL TRABAJO EXPERIMENTAL DEL
LABORATORIO DE QUMICA ORGNICA 1. OBJETIVOS 1.1 El alumno conocer el
reglamento de Laboratorio de Qumica Orgnica y comprender la
importancia de respetarlo para optimizar el trabajo experimental as
como minimizar las posibilidades de sufrir u ocasionar accidentes.
1.2 El alumno revisar las medidas de seguridad ms importantes que
se utilizan en un laboratorio de qumica orgnica para minimizar la
posibilidad de accidentes. 1.3 El alumno realizar algunos clculos
qumicos de los ms utilizados en el laboratorio de qumica orgnica,
para preparar soluciones porcentuales, molares, normales, y clculos
de rendimientos. 2. INTRODUCCIN Prcticamente todos los laboratorios
de qumica orgnica, donde el trabajo de laboratorio es frecuente han
sido escenarios de accidentes, la mayora de poca importancia, pero
algunos de graves consecuencias. Estos, as llamados accidentes no
suceden, sino que son causados por descuidos o faltas de atencin en
el trabajo. Una observancia rigurosa de las precauciones que se
indican a continuacin prevendr directamente la mayora de dichos
accidentes y ayudar indirectamente a los alumnos a adquirir
aquellos hbitos de seguridad que les sern de inestimable valor no
slo en el laboratorio, sino en cualquier sitio donde se desarrolle
como profesionista o en la vida cotidiana.
2.1 Reglamento del laboratorio. 1. Usar siempre bata de algodn,
manga larga, abotonada, de preferencia blanca. 2. Usar siempre
dentro del laboratorio lentes de seguridad. 3. Usar guantes de ltex
cuando se usen reactivos txicos, corrosivos y cuando se lave el
material. 4. No fumar, no consumir alimentos ni bebidas en el
laboratorio. 5. No jugar, ni correr en el laboratorio. 6. No
utilizar equipos de sonido ni celulares. 7. La salida del
laboratorio debe ser autorizada por el profesor. 8. No se admitirn
visitas durante la sesin de laboratorio. 9. Nunca pipetear con la
boca ningn lquido (sin exceptuar el agua), usar propipeta.
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10. Realizar exclusivamente los experimentos que indique el
profesor. 11. Cuando se trabaje con lquidos flamables evitar tener
mecheros encendidos cerca. 12. No verter a la tarja residuos slidos
o reactivos corrosivos. 13. Identifique recipientes de desechos
cidos, bsicos, orgnicos o inorgnicos. 14. Al final de la prctica
dejar limpio el material y la mesa de trabajo. 2.2 Medidas de
seguridad. 1. Manipular las sustancias voltiles, inflamables y
explosivas en la campana de extraccin o en su defecto en un lugar
ventilado. 2. Evitar encender mecheros o generar calor cerca de
lugares donde se manipulen disolventes orgnicos. 3. Etiquetar los
recipientes de reactivos y disolventes que se tengan en uso;
aquellos que se encuentran sin identificacin y se ignore el
contenido, desecharlo en un lugar adecuado. 4. Rotular siempre el
material con el que se esta trabajando. 5. Investigar la
peligrosidad de cada uno de los reactivos a utilizar en cada
prctica para minimizar los riesgos. 6. En caso de tener algn
accidente en el laboratorio avisar rpidamente a su profesor. 7. Si
trabaja con dispositivos de reflujo o destilacin verifique que las
piezas estn correctamente colocadas, pinzas perfectamente cerradas,
para as evitar perdida de material por ruptura. 8. Cuando este
trabajando con la parrilla de calentamiento nunca trabaje con
temperaturas muy altas. 9. En caso de romper algn material no
recoger los restos con las manos. 2.3 Breve recordatorio de algunos
conceptos utilizados en el curso de qumica orgnica. 2.3.1
Soluciones porcentuales. Aunque se maneja las diferentes
modalidades de expresar la concentracin en forma porcentual (%v/v,
% p/p y % p/v), en el laboratorio de qumica orgnica las soluciones
ms utilizadas son las % p/v, por lo que solo nos referiremos a
estas, la concentracin en estas unidades se refiere al numero de
gramos de soluto contenidos en 100 mL de solucin. Por ejemplo una
solucin al 7 % p/v de hidrxido de sodio contendr 7 g de NaOH en 100
mL de solucin, 3.5 g en 50 mL y as respectivamente. Generalmente
las soluciones porcentuales se usan para fines cualitativos, y por
lo tanto para prepararlas no se requiere tener mucho cuidado, se
preparan normalmente utilizando vasos de precipitados y balanza
granataria.
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2.3.2 Soluciones Molares. Las soluciones molares son aquellas
que tienen una relacin de moles de soluto sobre volumen de solucin.
Una solucin 1 M es aquella que tiene un mol de soluto por litro de
solucin. Estas soluciones se usan principalmente para fines
cuantitativos, por lo tanto para su preparacin se deben usar
matraces volumtricos y balanza analtica. 2.3.3 Rendimiento de
Reaccin. Para determinar el rendimiento de una reaccin especifica,
se utiliza el trmino porcentaje de rendimiento, que describe la
proporcin del rendimiento real con respecto al rendimiento terico.
Se calcula como sigue: % de rendimiento = rendimiento real X 100
rendimiento terico El intervalo del porcentaje de rendimiento puede
variar desde 1% hasta 100 %. Los qumicos siempre buscan aumentar el
porcentaje de rendimiento. Entre los factores que se pueden
modificar para aumentar el rendimiento estn principalmente la
temperatura y la presin. 3. ACTIVIDADES PREVIAS. 3.1 Buscar en la
literatura apropiada y de ser posible complemente las medidas de
seguridad que se dan en la introduccin. 3.2 Buscar y copiar en su
bitcora las frmulas que se utilizan para realizar clculos para
preparar soluciones. 4. SECCIN EXPERIMENTAL. 4.1 Por equipos
analizar y discutir, El reglamento de laboratorio y las medidas de
seguridad. Criticarlas y considerar su pertinencia e importancia.
4.2 Despus de un tiempo razonable determinado de comn acuerdo entre
profesores y alumnos, discutir en forma grupal EL reglamento y Las
medidas de seguridad. 4.3 Realizar los siguientes clculos por
equipo, y despus los profesores seleccionarn a diferentes equipos
para que pasen al pizarrn a resolver los ejercicios y a
explicarlos. 4.3.1 Cmo preparara 500 mL de una solucin de hidrxido
de sodio al 7 % p/v a partir de reactivo de hidrxido de sodio que
tiene una pureza del 95 % en masa? 4.3.2 Cmo preparara 250 mL de
solucin de HCl 3 M, a partir de cido clorhdrico concentrado que
tiene una pureza del 37 % en masa y una densidad de 1.2 g/mL? 4.3.3
Cmo prepararan 100 mL de solucin de cido sulfrico 0.5 N, a partir
de cido sulfrico concentrado que tiene una pureza del 98 % en masa
y una d= 1.84 g/mL?
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4.3.4 Cul es el rendimiento de una reaccin en la que se hicieron
reaccionar 10 mL de solucin al 7 % p/v de hidrxido de sodio con 10
mL de cido sulfrico 1 N, si se obtuvieron 0.5 g de sulfato de
sodio? 5. RESULTADOS. 5.1 Indicar los resultados de los anlisis y
discusiones de las Reglas de laboratorio y de Las medidas de
seguridad realizadas en su equipo y en el grupo. 5.1 Indicar los
clculos realizados para hacer las soluciones indicadas. 6. ANLISIS
DE RESULTADOS 6.1 Discutir e indicar la importancia de respetar el
Reglamento de Laboratorio. 6.2 Discutir e indicar la importancia de
respetar las medidas de seguridad. 6.3 Por qu es importante saber
realizar clculos para preparar soluciones?
7. CONCLUSIONES 7.1 Realice sus conclusiones indicando la
importancia que tiene el hecho de conocer y respetar el reglamento
de laboratorio, as como tambin tener conocimiento de las medidas de
seguridad ms importantes que se tienen que observar en un
laboratorio de qumica orgnica. 8. BIBLIOGRAFA 8.1 8.2 Brewster,
R.Q., Curso Prctico de Qumica Orgnica, 2 edicin, editorial
Alhambra, Espaa, 1979. Domnguez X, Experimentos de Qumica orgnica,
editorial Limusa, Mxico 1987.
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PRCTICA No. 2 SEPARACIN Y PURIFICACIN DE COMPUESTOS ORGNICOS
1.
OBJETIVOS
1.1 El alumno conocer y aplicar las tcnicas de separacin y
purificacin ms importantes que se utilizan en un laboratorio de
qumica orgnica. 1.2 Durante el transcurso de la experimentacin el
alumno identificar cada una de las tcnicas de separacin y
purificacin de compuestos orgnicos. 2. INTRODUCCIN.
El trabajo en el laboratorio de Qumica orgnica no solo se limita
a la sntesis de compuestos orgnicos, tambin se busca optimizar las
condiciones de reaccin en busca de un rendimiento alto, para lo
cual se han diseado y controlado los procesos de separacin para
lograr una recuperacin mxima del producto puro; dentro de estos
mtodos se encuentran: la extraccin, la sublimacin, la filtracin, la
destilacin, la cromatografa y la cristalizacin. Extraccin La
extraccin es una tcnica de separacin de compuestos ya sean slidos,
lquidos o gaseosos en la que se aprovecha las diferencias de
solubilidad de los componentes de una mezcla en un disolvente
adecuado. La forma mas simple de realizar una extraccin consiste en
tratar la mezcla de compuestos con un disolvente de manera que uno
de los componentes se disuelva y los dems no. A continuacin se
procede a la adicin de un segundo disolvente, no miscible con el
primero, de manera que los componentes de la mezcla se distribuyan
entre los dos disolventes segn su coeficiente de reparto, que est
directamente relacionado con la solubilidad de cada compuesto.
Tambin existe lo que se llama extraccin selectiva la cual se emplea
para separar mezclas de compuestos orgnicos, en funcin de la
acidez, de la basicidad o de la neutralidad de stos. Sublimacin La
sublimacin es el paso de una sustancia del estado slido al gaseoso,
sin pasar por el estado lquido. El punto de sublimacin o
temperatura de sublimacin, es aquella en la cual la presin de vapor
sobre el slido es igual a la presin externa. La capacidad de una
sustancia depender por tanto de la presin de vapor a una
temperatura determinada y ser inversamente proporcional a la presin
externa. Cuanto menor sea la diferencia entre la presin externa y
la presin de vapor de una sustancia ms fcilmente sublimar.
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Generalmente, para que una sustancia sublime, debe tener una
elevada presin de vapor, es decir, las atracciones intermoleculares
en estado slido deben ser dbiles. As, los compuestos que subliman
fcilmente tienen una forma esfrica o cilndrica que no favorece unas
fuerzas intermoleculares fuertes. Cristalizacin El proceso de
cristalizacin es el ms utilizado como tcnica de purificacin de
sustancias slidas. Se basa en el hecho de que la mayora de los
slidos son ms solubles en un determinado disolvente en caliente que
en fro. Consiste en la disolucin de un slido impuro en la menor
cantidad posible del disolvente adecuado en caliente. En estas
condiciones se genera una disolucin saturada que al enfriar se
sobresatura producindose la cristalizacin. Es conveniente que el
proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma que los
cristales se formen poco a poco y el lento crecimiento de la red
cristalina excluya las impurezas. Si el enfriamiento de la
disolucin es muy rpido las impurezas pueden quedar atrapadas en la
red cristalina. Es muy importante la eleccin del disolvente
adecuado ya que los compuestos no inicos no se disuelven
apreciablemente en agua salvo si sus molculas se ionizan en
disolucin acuosa o si se asocian con las molculas del agua a travs
de puentes de hidrgeno. Un disolvente ideal es aquel que: -No sea
muy voltil. -No sea inflamable. -Sea barato. -No reaccione con el
soluto. -Disuelva gran cantidad de sustancia a purificar a alta
temperatura y poca a temperatura ambiente. No disuelva ni en fro ni
en caliente las impurezas Destilacin La destilacin constituye una
de las principales tcnicas para separar y purificar lquidos
voltiles. Este mtodo se emplea para separar dos o ms lquidos
miscibles de una mezcla, o para eliminar el disolvente de
sustancias disueltas. La destilacin se lleva a cabo en dos etapas,
la transformacin del lquido en vapor y la condensacin de este
vapor. Existen varios tipos de destilacin tales como la simple, la
fraccionada, al vaco y por arrastre de vapor. Destilacin simple: Se
usa cuando la diferencia entre los puntos de ebullicin de los
componentes es grande, mayor de 80C, o cuando las impurezas son
slidos disueltos en el lquido a purificar. En este tipo de
destilacin el lquido se calienta, a presin atmosfrica, en un
recipiente cerrado que contiene una salida hacia un tubo
refrigerado donde se condensan los vapores. Con esta sencilla
operacin podemos purificar un disolvente, pero no podemos separar
completamente dos o ms lquidos voltiles.
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Destilacin fraccionada: Si la diferencia que hay entre los
puntos de ebullicin es demasiado pequea para que una destilacin
simple resulte eficiente, es necesario recurrir a destilaciones
repetidas. En la prctica se emplea una columna fraccionada, a travs
de la cual la fase de vapor y la fase condensada fluyen en
direcciones opuestas. De tal manera que el vapor a medida que
asciende por la columna es cada vez ms rico en el componente ms
voltil. Cromatografa La tcnica cromatogrfica consiste en separar
mezclas de compuestos mediante la exposicin de dicha mezcla a un
sistema bifsico equilibrado. Estas tcnicas dependen de la
distribucin de los componentes de la mezcla entre dos fases
inmiscibles: una fase mvil que transporta las sustancias que se
separan y que progresa en relacin con a otra denominada fase
estacionaria. La fase mvil puede ser un lquido o un gas y a
estacionaria puede ser un slido o un lquido. Las combinaciones de
estos componentes dan lugar a los distintos tipos de tcnicas
cromatogrficas como cromatografa de gases, de adsorcin, de
lquido-lquido. Filtracin Consiste en hacer pasar la mezcla
heterognea slido-lquido a travs de un embudo provisto de un
material filtrante (papel filtro), con lo que el slido queda
retenido por el papel, por ser los poros de ste de un dimetro menor
al de las partculas del slido. La filtracin se puede llevar a cabo
de manera normal (por gravedad) la cual se realiza utilizando un
embudo cnico de vidrio o de plstico y papel filtro liso o con
pliegues; o bien filtracin al vaco: para ello se necesita un embudo
Bchner, un matraz kitasato y una bomba de vaco que va a reducir la
presin en el kitasato lo que va a inducir una rpida filtracin.
Desecacin Una tcnica muy til para la purificacin de compuestos
orgnicos es la desecacin. Los lquidos orgnicos, que han estado en
contacto con disoluciones acuosas, retienen humedad. Esa humedad
interfiere en los procesos que se van a seguir posteriormente, por
lo que su eliminacin es necesaria. Para su eliminacin total se
aade, sobre el lquido orgnico, un agente desecante slido adecuado.
La mayora de los agentes desecantes qumicos actan combinndose con
el agua para formar hidratos. Son, generalmente, sales anhidras
neutras, como sulfato de sodio o sulfato de magnesio, inerte e
insoluble en los lquidos orgnicos por lo que se pueden usar para
"secar" cualquier disolucin orgnica. Posteriormente se separan por
filtracin o por decantacin.
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3. 3.1 3.2 3.3 3.4
ACTIVIDADES PREVIAS
Define: separacin, purificacin, decantacin, punto de ebullicin,
presin de vapor. En que consiste la destilacin por arrastre de
vapor y la destilacin al vaco. Menciona en que consiste la
cromatografa de capa fina Da ejemplos de fases mviles y fases
estacionarias que pueden ser utilizadas en la cromatografa. 3.5
Reporta el punto de ebullicin de la anilina, del nitrobenceno y del
diclorometano (cloruro de metileno). 3.6 Reporta las caractersticas
fsicas, qumicas y toxicolgicas del cloruro de metileno,
nitrobenceno, anilina, cido clorhdrico del hidrxido de sodio. 3.6
Elabora un diagrama de bloques de la tcnica experimental. 4. SECCIN
EXPERIMENTAL. 4.1 Material y equipo: 4 vasos de precipitado de 100
mL Probeta 50 mL Embudo de separacin Agitador de vidrio Embudo de
tallo largo Papel filtro 2 matraces erlenmeyer Matraz Kitasato
Bomba de vaco Mangueras de ltex. 4.2 Reactivos: cido benzoico
Solucin de cido clorhdrico 2 M Anilina cido clorhdrico concentrado.
Nitrobenceno Diclorobenceno Solucin acuosa de hidrxido de sodio 2 M
4.3 Procedimiento experimental. 4.3.1 Mezcla y separacin -En un
vaso de precipitados adicionar 15 mL de diclorometano agregar 2 g
de cido benzoico, 2 mL de anilina (d= 1.02 g/mL) y 2 mL de
nitrobenceno. Mezclar suavemente y adicionar 15 mL ms de
diclorometano. 2 Soportes universales Pipeta graduada de 2 mL 1
Refrigerante (19/22) Perlas de ebullicin Bomba para agua con 2
mangueras 2 matraces redondos de 100 mL (19/22) Uniones de vidrio
Embudo Bchner Esptula metlica
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-Colocar la solucin en un embudo de separacin (verificar que
este cerrada la llave) y adicionar con cuidado 30 mL de una solucin
de cido clorhdrico 2M, agitar el embudo durante 3 minutos,
asegurndose de liberar presin constantemente. -Dejar reposar el
embudo hasta la aparicin de dos fases, separar la fase acuosa
depositndola en un vaso de precipitados (recipiente A).NO desechar
-A la fase orgnica contenida en el embudo agregar 30 mL de una
solucin de hidrxido de sodio 2 M, agitar durante 3 minutos
liberando presin constantemente. -Dejar reposar el embudo hasta la
aparicin de dos fases, separar la fase acuosa depositndola en un
vaso de precipitados (recipiente B). NO desechar -Colocar la fase
orgnica en un matraz redondo (recipiente C) y arme un dispositivo
de destilacin. 4.3.2 Aislamiento y purificacin de los tres
componentes -Al recipiente C colocarlo en el sistema de destilacin
y destilar hasta que se mantenga la temperatura constante
(aproximadamente en 40 C), el residuo es nitrobenceno recuperado,
medir volumen. Depositarlo en un frasco etiquetado como
nitrobenceno recuperado y la fraccin destilada en otro frasco
etiquetado como diclorometano recuperado. -Al recipiente A
adicionar solucin de hidrxido de sodio 2 M gota a gota y agitando
lentamente hasta neutralizar o hasta la aparicin de un lquido
amarillo inmiscible con el agua. -Depositar la mezcla anterior al
embudo de separacin, adicionar 15 mL de diclorometano, agitar el
embudo durante 3 minutos, asegurndose de liberar presin
constantemente. -Dejar reposar el embudo hasta la aparicin de dos
fases, separar la fase acuosa depositndola en un vaso de
precipitados. -Recuperar la fase orgnica en un matraz erlenmeyer
seco y adicionar una pequea cantidad de sulfato de sodio anhidro,
agitar ligeramente y decantar. -El residuo orgnico depositarlo en
el matraz redondo y destilar. El residuo lquido corresponde a la
anilina recuperada. La fraccin destilada es diclorometano, medir
volumen y posteriormente incluirla en el frasco correspondiente.
-Al (recipiente B) adicionar con precaucin gota a gota y con
agitacin constante cido clorhdrico concentrado hasta la aparicin de
un precipitado blanco. -Dejar enfriar a temperatura ambiente y
filtrar al vaco. Pesar previamente el papel - Dejar secar y pesar.
5. RESULTADOS 5.1 Reportar sus resultados: caractersticas fsicas de
los compuestos recuperados. 5.2 Reportar el peso del cido benzoico
despus de la separacin.
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6. ANLISIS DE RESULTADOS Cabe aclarar que las siguientes
preguntas son una gua para que elabores tus anlisis de resultados,
pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones sern valiosas
para tu aprendizaje. 6.1 6.2 6.3 6.4 Las caractersticas fsicas de
los compuestos son iguales antes y despus del proceso de separacin
y purificacin? Para qu se adiciona al recipiente A la solucin de
hidrxido de sodio y que compuesto se forma? Para qu se adiciona al
recipiente B cido clorhdrico y que compuesto se forma? El peso de
cido benzoico es igual antes y despus del experimento?
7 CONCLUSIONES Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una
gua para que elabores tus conclusiones, pero no te limites a ellas.
Tus propias aportaciones sern valiosas para tu aprendizaje. 7.1 Cul
es la importancia de las tcnicas de separacin y purificacin para
compuestos orgnicos? 7.2 Qu tipo de destilacin y extraccin se
utilizaron en esta prctica? 7.3 Cuntas y cules tcnicas de separacin
y purificacin se utilizaron en el experimento? BIBLIOGRAFA
Brewster, R.Q., Curso Prctico de Qumica Orgnica, 2 edicin,
editorial Alhambra, Espaa, 1979.
8. 8.1
8.2 Hess G, Qumica general experimental, 4 a edicin, editorial
C.E.C.S.A, Mxico 1982 8.3 Domnguez X, Experimentos de Qumica
orgnica, editorial Limusa, Mxico 1987.
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PRCTICA No. 3 PUNTO DE FUSIN Y CRISTALIZACIN. 1. OBJETIVOS. El
alumno: 1.1. Conocer las ventajas y limitantes de utilizar el punto
de fusin como criterio de identidad y pureza. 1.2 Determinar las
temperaturas de fusin de algunos compuestos orgnicos y mezclas de
estos. 1.3. Utilizando la tcnica de cristalizacin realizar la
purificacin de una sustancia. 2. INTRODUCCIN.
Punto de fusin El punto de fusin de un slido cristalino se puede
definir como la temperatura a la cual la sustancia pasa del estado
slido al estado lquido, en una sustancia pura, el cambio de estado
es generalmente muy rpido y la temperatura es caracterstica. Por
esto el punto de fusin es una constante muy utilizada en la
identificacin de slidos. Una sustancia cristalina pura presenta
generalmente un punto de fusin caracterstico y un rango de las
temperaturas de fusin muy pequeo, aproximadamente de 0.5 a 1.0 C.
La presencia de impurezas producen generalmente una disminucin de
la temperatura de fusin, es decir, el compuesto empieza a fundir a
temperatura inferior a la esperada, esto trae como consecuencia que
el rango de fusin se incremente, mientras mayor es la cantidad de
impurezas mayor es la depresin del punto de fusin y por tanto mayor
tambin el intervalo de fusin. La depresin en el punto de fusin
producida por las impurezas es una consecuencia de los efectos que
estos compuestos producen en la presin de vapor de la mezcla slida,
la presencia de contaminantes solubles produce una disminucin en la
presin de vapor de la mezcla y simultneamente un descenso en la
temperatura de fusin. Tomando como base este fenmeno, la
determinacin de esta constante fsica se usa frecuentemente como
criterio de identidad y de pureza. Cristalizacin La cristalizacin
es un proceso tpico de laboratorio en el que un slido cristalino en
solucin se separa de una mezcla a travs de cambios en su
solubilidad la disminucin en este parmetro conlleva a la produccin
de soluciones saturadas y sobresaturadas que resultan en la
formacin de cristales a partir de la solucin. El proceso de
cristalizacin
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depende del grado de sobresaturacin que se logre en la solucin,
formacin de ncleos y el crecimiento de cristales o partculas
amorfas. La sobresaturacin se puede alcanzar por: evaporacin del
disolvente de la solucin, por el enfriamiento de la solucin por la
adicin de otros solutos, o por el cambio de los disolventes.
Dependiendo de las condiciones de la cristalizacin, es posible
controlar o modificar la naturaleza de los cristales obtenidos. Una
variante a la cristalizacin simple es el proceso fraccionado que
tambin es muy til. La disolucin de slidos similares puede
evaporarse hasta que empieza la cristalizacin. Los cristales sern
ms ricos en un slido que en otro. Cristalizaciones repetidas
(recristalizacin) conducen a la preparacin de cristales ms puros
del componente menos soluble y a una disolucin que contiene
solamente disolvente con el componente ms soluble. Frecuentemente
el uso de una mezcla de dos disolventes en el proceso de
cristalizacin es ms satisfactorio que un solo disolvente, esta
mezcla debe ser homognea totalmente, es decir, los componentes
deben ser miscibles y uno de los disolventes debe disolver
fcilmente al compuesto a separar, mientras que el otro slo debe
disolverlo ligeramente. Es conveniente que el proceso de
enfriamiento se produzca lentamente de forma que los cristales se
formen poco a poco y el lento crecimiento excluya las impurezas que
pudieran estar presentes. El proceso de cristalizacin consta de los
siguientes pasos: * Disolver la sustancia en el disolvente a una
temperatura elevada. * Adicionar mximo 0.5 gramos de carbn activado
para eliminar las impurezas coloridas * Filtrar la solucin caliente
para remover las impurezas insolubles y el carbn activado
adicionado anteriormente * Dejar enfriar la solucin para que se
depositen los cristales de la sustancia. * Filtrar la solucin fra
para separar los cristales de la solucin sobrenadante (conocida
como licor o lquido madre). * Lavar los cristales para remover el
licor madre adherido. * Secar los cristales para remover las trazas
del disolvente. Las impurezas pueden colocarse en las siguientes
categoras: impurezas mecnicas (partculas insolubles en la mayora de
los disolventes comunes, se pueden eliminar filtrando la solucin
caliente), impurezas coloridas (el color puede eliminarse por la
adicin de algn adsorbente como el carbn activado y filtrando la
solucin en caliente) y las impurezas solubles (compuestos que se
remueven por cristalizacin, dado que al ser altamente solubles en
el disolvente se retienen en el licor o lquido madre).
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3. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4.
ACTIVIDADES PREVIAS Dar las definiciones de: punto de fusin,
presin de vapor y temperatura de fusin. Reportar los puntos de
fusin de los siguientes compuestos: cido benzoico, acetanilida,
urea y naftol. Reportar las caractersticas fsicas, qumicas y
toxicolgicas del cido benzoico, acetanilida, urea y naftol. Sealar
cual es la diferencia entre cristalizacin y recristalizacin.
Enlistar las caractersticas que debe de tener un disolvente para
llevar a cabo la cristalizacin. Cules son los mtodos que se emplean
para inducir la cristalizacin? Elaborar un diagrama de bloques del
desarrollo experimental SECCIN EXPERIMENTAL.
4.1. Material y equipo 4 vasos de precipitados de 250 mL 1
embudos de filtracin de vidrio 1 soporte universal 1 pinza de tres
dedos 1 anillo 6 tubos capilares Tubo de Thiele 4.2. Reactivos cido
benzoico Acetanilida Urea Aceite comestible 4.3 Procedimiento
experimental 4.3.1 Determinacin del punto de fusin
1 agitador cubreobjetos 1 probeta de 25 mL 1 determinador de
punto de fusin 1 parrilla de calentamiento 1 termmetro
Carbn activado -naftol Agua destilada
INDICACIONES PARTCULARES: -El punto de fusin se puede determinar
con dos sistemas diferentes, uno es la platina (aparato de Fisher-
Johns) y el otro el bao de aceite. Por disponibilidad de materiales
algunos equipos harn sus determinaciones en platina y los dems con
el bao de aceite. Este ltimo se puede hacer en un vaso de
precipitados o en un tubo de Thiele. -Cada equipo har la
determinacin de cuatro sustancias etiquetadas como A, B, C y D, las
cuales pueden ser: -naftol, acetanilida, cido benzoico y urea, se
deben buscar los
17
puntos de fusin reportados en la bibliografa para estos
compuestos (estos datos sern tiles para identificacin de dichas
sustancias). -Dos de estos compuestos tienen el mismo punto de
fusin, seleccionar uno de estos dos y preparar las siguientes
mezclas: Mezcla 1. Tomar una pequea cantidad de la muestra
seleccionada y mezclarla con una pequea cantidad de -naftol
(mezclar cantidades iguales) Mezcla 2. Tomar una pequea cantidad de
la muestra seleccionada y mezclarla con una pequea cantidad cido
benzoico (mezclar cantidades iguales) -Determinar el punto de fusin
a cada una de estas mezclas, para as poder determinar la identidad
de la sustancia seleccionada. 4.3.1.1. Determinacin del punto de
fusin con la platina (Fisher-Johns) -Limpiar perfectamente la
platina metlica del aparato para determinar puntos de fusin.
-Colocar unos cristales de la sustancia a probar en un cubreobjetos
limpio y seco, colocarlo en el espacio destinado para la muestra en
la platina. -Verificar que el bulbo del termmetro este bien pegado
a la platina. -Ajustar la lupa a la altura de los ojos para
observar los cristales -Iniciar el calentamiento, ajustar la
velocidad de calentamiento entre 3 y 5 oC por minuto con la perilla
de ajuste de voltaje. -Tomar la lectura de las temperaturas en el
termmetro del aparato (cuando inicia la fusin y cuando finalice la
fusin del compuesto) -Para poder hacer una nueva determinacin es
necesario esperar a que la temperatura de la platina baje.
-Determinar la temperatura y rango de fusin de las muestras
problemas A, B, C y D y de las mezclas preparadas por el equipo.
4.3.1.2. Determinacin del punto de fusin con el bao de aceite.
-Introducir una pequea cantidad de muestra en diferentes tubos
capilares, que previamente se han cerrado por uno de sus extremos.
- Cerrar el otro extremo del tubo capilar -Unir con una liga o con
un pedazo de manguera el capilar con muestra a un termmetro de tal
forma que la muestra quede a la altura del bulbo del termmetro.
-Introducir el termmetro con la muestra en el bao de aceite (en el
vaso de precipitados o en el tubo de Thiele) PRECAUCIN: Verificar
que el tubo Thiele o el vaso donde se va a depositar el aceite estn
completamente secos para evitar quemaduras por proyecciones del
aceite.
18
-Calentar en una parrilla de calentamiento o directamente con un
mechero de tal forma que la temperatura vaya subiendo alrededor de
3 a 5 C por minuto. -Determinar la temperatura cuando se inicie y
termine la fusin. -Para hacer una nueva determinacin dejar que se
enfri el bao de aceite alrededor de 20C por debajo de la
temperatura que se espera funda la siguiente muestra.
4.3.2.
Cristalizacin de acetanilida
Tomar una pequea cantidad de acetanilida contaminada con algn
tipo de impurezas, observar su color y aspecto, y determinar su
punto de fusin. -Pesar en balanza analtica 0.5 g de muestra de
acetanilida contaminada en un vaso de precipitados de 100 mL.
Adicionar aproximadamente 10 mL de agua y calentar en la parilla la
mezcla hasta ebullicin con agitacin constante. Retirar de la
parilla y adicionar con mucho cuidado una pequea cantidad de carbn
activado, la necesaria para eliminar el color. Sin dejar de agitar
poner a calentar durante 5 minutos para facilitar la eliminacin de
impurezas coloridas. Filtrar la solucin en caliente y recibir el
filtrado en otro vaso de precipitados de 100 mL. Si en el
transcurso de la filtracin se cristaliza el compuesto sobre el
papel filtro agregar un poco de agua caliente (aproximadamente 5
mL). filtrado se deja enfriar a temperatura ambiente para que
cristalice la acetanilida y se El coloca en un bao de hielo. -
Filtrar para recuperar los cristales en un papel filtro previamente
pesado. Lavar los cristales dos veces con un pequeo volumen de agua
fra (no mas de 5 mL), ya que la acetanilida es soluble an en agua
fra (0.5 g /100 mL). -Dejar secar, pesar y realizar el clculo de
rendimiento.
5.
RESULTADOS.
5.1 Reportar los resultados: caractersticas fsicas de los
compuestos, puntos de fusin tanto los reportados en la literatura
como los experimentales e indicar la identidad de cada muestra
problema. 5.2 Reportar la cantidad de acetanilida recristalizada y
hacer el clculo de rendimiento.
19
6.
ANLISIS DE RESULTADOS
Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una gua para que
elabores tus anlisis de resultados, pero no te limites a ellas. Tus
propias aportaciones sern valiosas para tu aprendizaje. 6.1 Hubo
cambios en el punto de fusin para la acetanilida antes y despus de
la cristalizacin? 6.2 Discutir a que se debe la variacin del punto
de fusin de la acetanilida antes y despus de la cristalizacin. 6.3
Consideras adecuado el rendimiento obtenido en la cristalizacin de
acetanilida? Justifica tu respuesta. 6.3 Cul es el objetivo de
realizar las mezclas en el punto 4.3.1? 7 CONCLUSIONES
Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una gua para que
elabores tus conclusiones, pero no te limites a ellas. Tus propias
aportaciones sern valiosas para tu aprendizaje. 7.1 7.2 7.3 8. 8.1.
Cul es el razonamiento a seguir para la identificacin de las
muestras en el punto 4.3.1 con respecto al punto de fusin y la
identificacin de las sustancias problema? La cristalizacin es una
buena tcnica de purificacin? Si, no y porqu? Por qu es importante
realizar el clculo de rendimiento? REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.
McKay, D.C., Dale G. H., and Weedman J. A., Ind. Eng.Chem. 52,
197-198 (1960).
8.2. Vogel, A. I., Elementary Practical Organic Chemistry Part
I, Small Scale Preparations, Longmans, (1978). 8.3. Wilcox, C.F.,
Experimental Organic Chemistry. A Small Scale Approach, Mc Millan
Jr, (1988). 8.4. Domnguez X, Experimentos de Qumica orgnica,
editorial Limusa, Mxico 1987. 8.5. Pomilio, A. y Vitale, A. Mtodos
Experimentales de Laboratorios en Qumica Orgnica Serie de Qumica
Monografa No. 33. OEA. 8.6 Guzmn D, et al Introduccin a la tcnica
instrumental, IPN, Mxico 2005.
20
PRCTICA No.4 EXTRACCIN 1.-OBJETIVOS 1.1.- Que el alumno conozca
las diferentes tcnicas de extraccin, y sea capaz de aplicarlas para
separar una mezcla de compuestos orgnicos. 1.2.- El alumno aplicar
la tcnica de extraccin slido-lquido y lquido-lquido. 2.
-INTRODUCCIN La gran mayora de los compuestos orgnicos, ya sean
naturales o sintticos no se encuentran puros, y para determinar sus
propiedades fsicas y qumicas o poderlos usar como medicamentos,
conservadores, edulcorantes, intermediarios de reaccin, etc. es
necesario que lo sean. La extraccin y la cromatografa son tcnicas
muy importantes, ya que permiten separar y purificar sustancias
qumicas. La extraccin es la tcnica ms empleada para separar un
producto orgnico de su mezcla de reaccin o aislarlo de sus fuentes
naturales. Puede definirse como la separacin de un componente de
una mezcla por medio de un disolvente. Si el compuesto a separar se
encuentra en una mezcla lquida, la extraccin se llama
lquido-lquido, si se encuentra en una mezcla slida, la extraccin se
llama slido-lquido. Se puede hablar de la extraccin selectiva la
cual se emplea para separar mezclas de compuestos orgnicos, en
funcin de la acidez, de la basicidad o de la neutralidad de stos.
Un nmero muy elevado de compuestos orgnicos que poseen carcter cido
no son solubles en agua y s en disolventes orgnicos; por el
contrario, el comportamiento de sus sales metlicas es exactamente
el inverso, son solubles en agua e insolubles en disolventes
orgnicos. Bastar pues convertir un cido en su sal sdica, por
ejemplo, para hacerlo soluble en agua y extraerlo as del disolvente
orgnico en el que se encuentra. El fundamento de la separacin por
esta tcnica, es la diferencia de solubilidad del componente a
separar en el disolvente de la mezcla y el disolvente extrayente.
En la prctica es muy utilizada para separar compuestos orgnicos de
races, semillas, hojas, etc. Tambin se pueden obtener aceites y
grasas a partir de muestras vegetales y animales utilizando tcnicas
de extraccin slido- lquido y lquido-lquido. 3.-ACTIVIDADES PREVIAS
3.1.- Por equipo llevar al laboratorio 100 g de espinacas. 3.2.-
Reportar el punto de fusin de: acetanilida y del cido benzoico.
3.3.- Reportar la densidad del tetracloruro de carbono as como las
propiedades qumicas y toxicolgicas. 3.4.- Reportar propiedades
fsicas qumicas y toxicolgicas de: acetanilida, cido benzoico y
cloruro de metileno.
21
3.5.- Si se tienen 0.5 g de una mezcla de cido
benzoico-acetanilida en una proporcin 1:1 Calcular el volumen de
solucin de NaOH 0.1 N necesario para que reaccione completamente el
cido benzico contenido en la mezcla anterior. 3.6.- Elaborar un
diagrama de bloques con la tcnica experimental
4.-
SECCIN EXPERIMENTAL
4.1.- Material y equipo 1 mortero Balanza granataria Balanza
analtica 1 matraz erlenmeyer de 125 mL 1 embudo de tallo largo 1
probeta de 25 mL 4.2.- Reactivos cido benzoico Acetanilida Solucin
de NaOH 0.1 N HCl concentrado. 4.3.- Procedimiento experimental.
4.3.1.-Separacin de una mezcla de cido benzico-acetanilida (1:1)
por extraccin slido-lquido -Agregar 0.5 g de la mezcla en un matraz
erlenmeyer de 125 mL. -Adicionar el volumen calculado de NaOH 0.1 N
al matraz erlenmeyer y agitar vigorosamente. -Filtrar con papel
filtro para separar el slido que no se disolvi. -Regresar el slido
retenido en el papel filtro al matraz y extraer una vez ms con
igual volumen de NaOH. -Filtrar, recibiendo el lquido en el mismo
recipiente donde se tiene el primer filtrado. -Adicionar HCl
concentrado al filtrado hasta llegar a pH=2. -Separar el slido
precipitado por filtracin (en un papel previamente pesado). -Dejar
secar el slido obtenido. -Pesar el slido, determinar su punto de
fusin y calcular el porciento de rendimiento Cloruro de metileno
Solucin de yodo-yoduro al 0.3% Tetracloruro de carbono Tiras de
papel pH Embudo de separacin 2 vasos de precipitados de 150 mL
Papel filtro 1 pipeta graduada de 10 mL
22
4.3.2.- Preparacin de extracto de carotenos. -Pesar en balanza
granataria 100 g espinacas. -Colocarlas en un mortero y adicionar
20 mL de cloruro de metileno. -Macerar (moler). -Filtrar el
macerado. Si es necesario evaporar un poco el disolvente. (NOTA: la
evaporacin del disolvente debe ser en la campana) -Guardar la
solucin filtrada en un frasco con tapa, etiquetar adecuadamente y
guardar para la prctica de cromatografa. 4.3.3.Extraccin
lquido-lquido
-Colocar en un embudo de separacin o decantacin 10 mL de solucin
acuosa de yodo y lentamente adicionar 5 mL de tetracloruro de
carbono (evitar que se forme turbulencia al adicionar el disolvente
orgnico). -Tapar el embudo y agitar por 5 minutos. Tener la
precaucin de sujetar el tapn y liberar presin constantemente.
(Seguir indicaciones del profesor). -Dejar reposar el embudo hasta
la separacin de dos fases. -Retirar la capa inferior y depositarla
en un matraz erlenmeyer tapando la boca del mismo con papel
aluminio. -A la capa superior adicionar nuevamente 5 mL de
tetracloruro de carbono. Y repetir los tres puntos anteriores. -Al
final colocar la capa superior en un recipiente etiquetado como
tetracloruro de carbono recuperado. 5.-RESULTADOS. 5.1.-Reportar
las caractersticas fsicas y la cantidad del compuesto slido
obtenido en el punto 4.3.1 5.2.-Hacer el clculo y reportar el
rendimiento en porcentaje del slido. 5.3.-Reportar el punto de
fusin y el nombre del compuesto slido obtenido en el punto 4.3.1
5.4.- Para el experimento 4.3.3 reportar las caractersticas de cada
una de las fases.
6.-ANLISIS DE RESULTADOS Cabe aclarar que las siguientes
preguntas son una gua para que elabores tus anlisis de resultados,
pero no te limites a ellas. Tus propias aportaciones sern valiosas
para tu aprendizaje.
23
6.1-Para que se adiciona la solucin de hidrxido de sodio y
posteriormente el cido clorhdrico concentrado a la mezcla de cido
benzoico-acetanilida del experimento 4.3.1? Qu compuestos se
forman? 6.2.- Cules son las sustancias presentes en la mezcla de
solucin acuosa de yodo? Por que se utiliz el tetracloruro de
carbono para realizar la extraccin? 6.3.- Ser mejor realizar una
extraccin varias veces con volmenes pequeos, que una extraccin una
sola vez con un volumen grande? Si, no y por qu? 7.-CONCLUSIONES
Cabe aclarar que las siguientes preguntas son una gua para que
elabores tus conclusiones, pero no te limites a ellas. Tus propias
aportaciones sern valiosas para tu aprendizaje. 7.1-Cul tcnica de
extraccin consideras que es ms efectiva y por qu? 7.2.- Cul es la
aplicacin de la tcnica de extraccin en tu carrera? 7.3 Qu tipo de
extraccin se realiz en el punto 4.3.2?
8.-BIBLIOGRAFA 8.1.Brewster, R.Q., Curso Prctico de Qumica
Orgnica, 2 edicin, editorial Alhambra, Espaa, 1979.
8.2.- Hess G, Qumica general experimental, 4 a edicin, editorial
C.E.C.S.A, Mxico 1982 8.3.8.4.Domnguez X, Experimentos de Qumica
orgnica, editorial Limusa, Mxico 1987. Mc Murry J, Qumica orgnica,
Internacional Thomsom editores, Mxico, 2001
24
PRCTICA No.5 CROMATOGRAFIA 1. OBJETIVOS
1.1. Conozcer y comprender los fundamentos de la cromatografa.
1.2. Utilizar las diferentes tcnicas cromatogrficas para
identificar y purificar compuestos orgnicos. 1.3. Conocer el
procedimiento para elegir el eluyente ms adecuado para separar una
mezcla de carotenos por cromatografa en columna. 2. INTRODUCCIN La
cromatografa comprende un grupo de mtodos de purificacin e
identificacin de compuestos que depende de las afinidades
diferenciales de los compuestos entre dos fases inmiscibles. Una de
las fases es fija con una gran rea superficial y la otra es un
fluido que se mueve a travs o sobre la superficie de la fase fija.
La fase fija se denomina fase estacionaria y la fase que fluye se
llama fase mvil. La primera puede ser una sustancia porosa o un
slido finamente dividido o un lquido que se encuentra recubriendo
un soporte inerte. La segunda puede ser un lquido puro, un gas o
una mezcla de disolventes o de soluciones. Existen varias tcnicas
cromatogrficas dependiendo del tipo de fase fija y fase mvil, como
muestra la siguiente tabla: Fase mvil Vapor Vapor Lquida Lquida
Fase estacionaria Slida Lquida Slida Lquida Tcnica cromatogrfica
Cromatografa de gases Cromatografa de gases (CGL) Cromatografa de
adsorcin (CLS) Cromatografa lquido-lquido.
Tanto la cromatografa en columna como la de papel y capa fina de
manera general se clasifican como cromatografa de adsorcin.
Cromatografa en columna; La fase estacionaria se encierra en una
columna de vidrio. Se utilizan muchos materiales de empaque que van
desde tierra de diatomeas, resinas sintticas, sustancias
polisacridas, almina o slica gel. La fase mvil es por lo general un
disolvente o una mezcla de disolventes, que se hacen pasar a travs
de la columna, y es seleccionada de acuerdo a la naturaleza de los
componentes de la mezcla que se va a separar. Los lquidos eluidos
son colectados en fracciones numeradas y cada una de las cuales es
evaporada y analizada.
25
La cromatografa en capa fina utiliza sustancias pulverizadas que
se adhieren a una placa de vidrio, plstico o aluminio, debido a que
son inertes, resistentes y de fcil manipulacin. Las sustancias que
se emplean como fase estacionaria incluyen gel de slice, almina,
sulfato de calcio, polietileno o celulosa en polvo. Sin embargo, en
los laboratorios de Qumica orgnica la ms usada es la slica gel. La
eleccin del adsorbente depender de las caractersticas de las
sustancias a separar, en general los compuestos lipoflicos se
separan sobre xido de aluminio (almina) o gel de slice, y las
sustancias hidroflicas se separan sobre celulosa. En cromatografa
en papel y en capa fina es importante medir la relacin entre la
distancia recorrida por el soluto y la distancia recorrida por el
disolvente, denominada Rf. Si dos compuestos tienen el mismo valor
de Rf y ste se obtuvo en condiciones experimentales similares, se
puede considerar que los dos compuestos son iguales. No todos los
compuestos orgnicos a separar por cromatografa de adsorcin son
coloridos por lo que para analizarlos es necesario utilizar medios
fsicos como la radiacin UV o bien medios qumicos (sustancias
reveladoras) los cuales forman derivados coloreados o
fluorescentes.
3. ACTIVIDADES PREVIAS 3.1.-Menciona las propiedades fsicas,
qumicas y toxicolgicas de: Hexano, cloroformo, cloruro de metileno,
metanol y acetato de etilo. 3.2.-Investiga la polaridad de cada uno
de los disolventes mencionados anteriormente y ordnalos de mayor a
menor polaridad. 3.3 Qu sustancias pueden utilizarse como
reveladoras en la cromatografa de capa fina? 3.4. Cmo se calcula el
valor de Rf? 3.5 Cuales son los carotenos se encuentran en las
espinacas? escribe las frmulas y estructuras. 3.6. Que precauciones
se debe de tener al empacar una columna cromatogrfica? 3.7 Elabora
un diagrama de bloques del procedimiento experimental. 4. SECCION
EXPERIMENTAL 4.1. Material y equipo Soporte universal Algodn Tubos
capilares Propipeta o jeringa 1 pinza de tres dedos
Columna cromatogrfica o bureta 1 vaso de precipitados de 50 mL I
vidrio de reloj Placas cromatogrficas de aluminio
26
4.2. Reactivos Hexano Acetato de etilo Cloruro de metileno
Metanol Almina o slica gel
Cloroformo Extracto de espinacas.
4.3.-Procedimiento experimental 4.3.1. Cromatografa en placa
fina.
-En la placa cromatogrfica marcar ligeramente con lpiz de
grafito una lnea base, a una distancia de 0.3 a 0.5 cm de la base
de la placa. -Preparar un tubo capiIar de manera tal que uno de sus
extremos quede en punta, para esto auxiliarse de un mechero o la
flama de un encendedor: NOTA: Realizarlo fuera del alcance de los
disolventes. -Aplicar una muestra del extracto de espinacas con un
capilar sobre la lnea base de la placa cromatografica, procurando
que la aplicacin no se corra ms de un milmetro de dimetro. -Dejar
secar el disolvente de la muestra aplicada e introducir la placa en
una cmara cromatogrfica (o en sustitucin de sta usar un vaso de
precipitados de 50 mL y taparlo con un vidrio de reloj) que
contenga como eluyente cualquiera de los siguientes disolventes:
cloruro de metileno, cloroformo, hexano, metanol o acetato de etilo
(se sugiere que cada equipo de trabajo utilice un disolvente
diferente). -Dejar subir o correrel disolvente hasta que llegue a
0.5 cm antes del extremo superior de la placa. Sacar la placa de la
cmara, marcar ligeramente con lpiz de grafito la lnea hasta la
marca del disolvente en la placa y dejarla secar. -Marcar el
contorno de las manchas y hacer un dibujo de la placa para
presentar como resultados. -Determinar el Rf de cada mancha. 4.3.2.
Cromatografa en columna: separacin de una mezcla de carotenos. -
Colocar en la parte inferior de la columna cromatogrfica (se usar
una bureta como columna cromatogrfica) una capa delgada de algodn,
de tal manera que permita la salida del disolvente pero no del
relleno de la columna (slica gel). -Pesar 6 gramos de silica gel y
preparar una suspensin con 15 mL del disolvente elegido en el
apartado 4.3.1 (con esta suspensin se facilitar el empaquetamiento
de la columna). -Empacar la columna. (Agitar la suspensin de la
silica y disolvente e irla vaciando a la columna) -Abrir la llave
de la columna y dejar fluir el disolvente (eluyente) hasta que el
menisco quede sobre la superficie de la silica gel. (NO PERMITIR
QUE LA COLUMNA SE SILICA SE QUEDE SIN DISOLVENTE) Cerrar la
llave.
27
-Con una pipeta adicionar la mezcla a separar, 0.3 mL del
extracto, arriba del menisco en la bureta. NOTA: dejar caer el
extracto gota a gota, procurando que no resbale por las paredes
-Abrir la llave de la columna para que se vaya introduciendo el
extracto a la fase estacionaria, adicionar poco a poco pequeas
cantidades de disolvente, para que no se seque la silica. -Ya que
haya penetrado toda la mezcla a la silica, depositar en la columna
aproximadamente 20 mL de disolvente y empezar a eluir recogiendo en
tubos de ensayo las diferentes fracciones. -Por cromatografa en
capa fina observe las diferentes fracciones del extracto de
carotenos. 5. RESULTADOS 5.1. Reportar cual fue el disolvente ms
adecuado para separar los carotenos. 5.2. Reportar los resultados
de las placas cromatogrficas. 5.3 Dar los resultados del valor de
Rf para los diferentes compuestos encontrados en las placas
cromatogrficas. (Incluir clculos) 5.4 Mediante esquemas reportar
los resultados de la cromatografa en columna. 5.5 Reportar los
resultados de las placas cromatogrficas de cada fraccin recolectada
en la cromatografa en columna 6. ANLISIS DE RESULTADOS Cabe aclarar
que las siguientes preguntas son una gua para que elabores tus
anlisis de resultados, pero no te limites a ellas. Tus aportaciones
sern valiosas para tu aprendizaje. 6.1 Por qu fue necesario eluir
las placas cromatogrficas con los diferentes disolventes? 6.2. Cul
fue el disolvente ms adecuado y por qu? 6.3. Qu puedes deducir de
los valores de Rf calculados en las placas cromatogrficas? 6.4. Qu
factores influyeron al eluir la columna cromatogrfica? 6.5 Cmo
puedes identificar las sustancias separadas en la cromatografa de
placa y de columna? 6.6. Por qu es necesario someter a una
cromatografa en placa fina las diferentes fracciones recolectadas
en la cromatografa de columna? 7. CONCLUSIONES Las siguientes
preguntas son una gua para que elabores tus conclusiones, pero no
te limites a ellas. Tus aportaciones sern valiosas para tu
aprendizaje. 7.1. Es la cromatografa una buena tcnica de separacin
y purificacin de compuestos? 7.2. Tiene aplicacin en tu carrera?
justifica tus respuestas. 7.3. Diferencias entre la cromatografa de
placa y la de columna. 7.4. Ventajas y desventajas de la
cromatografa con respecto a las otras tcnicas de separacin y
purificacin conocidas en prcticas anteriores.
28
8. BIBLIOGRAFIA 8.1. Abbott, D. y Andrews, R. S., Introduccin a
la Cromatografa, 3 Ed., Alhambra, Espaa, 1983. 8.2. Brewster, R.Q.,
Curso Prctico de Qumica Orgnica, 2 Ed.., Alhambra, Espaa, 1979. 8.3
Wilcox, C.F., Experimental Organic Chemistry a Small-Scalle
Approach, Mc Millan, U.S.A., 1976. 8.4. Valcarcel, M.. Tcnicas
analticas de separacin. Editorial Revert. Espaa. 1988
29
PRCTICA No. 6 DESTILACIN. 1. OBJETIVOS.
1.1. Conocer las diferentes tcnicas de destilacin que se emplean
en la purificacin de sustancias. 1.2. Separar los componentes de
una mezcla por medio de la tcnica de destilacin simple 1.3 Separar
los componentes de una mezcla por medio de la tcnica de destilacin
fraccionada. 2. INTRODUCCIN.
Los cuatro procedimientos frecuentemente utilizados en la
purificacin de especies qumicas son: Destilacin, Cromatografa,
Cristalizacin y Extraccin. Ocasionalmente se emplean la sublimacin
y otras tcnicas especiales como electroforesis, electroenfoque,
etc. El mtodo aplicado depende de las caractersticas fisicoqumicas
de la especie qumica a purificar y de las impurezas a eliminar como
por ejemplo la solubilidad, puntos de ebullicin y fusin, densidad,
acidez, basicidad, etc. Principio de la destilacin. En un lquido
las molculas estn en constante movimiento y tienen una tendencia a
escapar de la superficie an a temperaturas menores del punto de
ebullicin. Cuando un lquido se encuentra en un espacio cerrado, la
presin ejercida por las molculas gaseosas se incrementa hasta
alcanzar el valor de equilibrio a una temperatura dada. La presin
de equilibrio es conocida como la presin de vapor y es una
constante caracterstica del material a una temperatura especfica.
Aunque la presin de vapor vara ampliamente para los diferentes
materiales, sta siempre se incrementa conforme se aumenta la
temperatura y comnmente se expresa en mm de Hg. Punto de ebullicin
y temperatura de ebullicin.-El punto de ebullicin de un lquido es
definido como la temperatura a la cual su presin de vapor es igual
a la presin externa. Por convencin, los puntos de ebullicin
reportados en la literatura cientfica estn indicados, a una presin
externa de 1 atm. La temperatura de ebullicin es la temperatura
real observada cuando ocurre la ebullicin y es generalmente a pocas
centsimas o dcimas de grado arriba del punto de ebullicin
verdadero, debido a las dificultades experimentales involucradas en
la medicin. Destilacin.- La destilacin es un proceso de separacin
de mezclas constituidas de componentes lquidos o soluciones que se
basa en la diferencia de las presiones de vapor de los componentes
a una temperatura dada y por tanto en la divergencia de sus puntos
de ebullicin. El proceso consiste en calentar la mezcla lquida y
condensar el vapor que se desprende durante dicho calentamiento, de
tal manera que el condensado (destilado) se colecte en un
recipiente por separado, esta porcin destilada ser ms rica en el
componente ms voltil que la solucin de partida.
30
La destilacin presenta algunas variantes, entre las que podemos
citar a la destilacin simple, fraccionada, por arrastre de vapor y
destilacin al vaco. La primera consiste en un solo ciclo de
evaporacin-condensacin, como es lgico este tipo de destilacin solo
es adecuada para conseguir la separacin de dos componentes con
puntos de ebullicin muy distintos. Cuando la ebullicin de los
compuestos de una mezcla se presenta a temperaturas muy cercanas se
puede usar la destilacin fraccionada, en la que se presentan ciclos
mltiples de condensaciones y evaporaciones, esto se puede lograr
usando una columna vertical empacada con vidrio o una columna
Vigraux. 3. Actividades Previas 3.1. Realice un diagrama de bloques
de la parte experimental. 3.2. Cules son las bases del
funcionamiento de una columna fraccionada? 3.3. Investigue los
puntos de ebullicin y la toxicidad de la acetona, del metanol y del
agua. 3.4. Explique que es una mezcla azeotrpica? 3.5. Qu es un
plato terico 4. SECCIN EXPERIMENTAL. 10 tubos de ensaye 1 Cabeza de
destilacin 1 Probeta de 50 mL 1 parrilla Uniones de vidrio 1 Anillo
1 Pipeta de 1 mL Bomba para agua mangueras 1 Columna Vigraux
4.1. Material y equipo. 2 Matraces redondos de 100 mL (19/22) 2
Matraces redondos de 250 mL (19/22) 1 Rejilla de asbesto 1
Refrigerante (19/22) 1 Portatermmetro 2 Pinzas 1 Termmetro Perlas
de ebullicin 2 Soportes universales 4.2. Reactivos Metanol
Acetanilida
con
2
Acetona
4.3. Procedimiento experimental 4.3.1 Destilacin simple En un
matraz redondo de 100 mL colocar 15 mL de la sustancia a destilar y
adicionar 3 perlas de ebullicin. 2. Sostener el matraz con una
pinza de tres dedos y ponerlo sobre la parrilla de calentamiento
que a su vez esta colocada sobre un soporte universal. 3. Unir la
cabeza de destilacin con el matraz y poner el termmetro con su
adaptador en la parte superior de la cabeza de destilacin. A
continuacin ajustar otra pinza de tres dedos lateralmente a la
primera.1.
31
4. Sujetar el refrigerante recto con la segunda pinza y unir con
la cabeza de destilacin. Asegurarse de que todas las uniones queden
bien ensambladas. 5. Colocar una probeta graduada debajo de la
punta de goteo del refrigerante, calentar lentamente el matraz
hasta que el lquido empiece a hervir, ajustar la velocidad de
calentamiento hasta que el vapor de condensacin alcance la punta
del termmetro y pase al condensador. 6. Anotar la temperatura en la
que se destilan las primeras gotas de la sustancia. Continuar la
operacin a una velocidad de destilado de 2 mL/min y anotar la
temperatura de destilacin a intervalos regulares de tiempo. 7.
Parar el proceso cuando deje de gotear lquido del condensador.
Transferir el destilado a una botella anotando el rango de
temperatura de ebullicin y la fecha de destilacin. Las muestras a
trabajar son: mezcla acetanilida-acetona, mezcla acetona-agua 1:1 y
mezcla metanol-agua 1:1. Los profesores del grupo indicaran que
mezcla trabajara cada equipo. 4.3.2. Destilacin fraccionada 1.
Montar un equipo de destilacin fraccionada, que es exactamente
igual que el de destilacin simple solamente que entre el matraz
bola y la cabeza de destilacin se coloca la columna de
fraccionamiento. 2. Adicionar al matraz de destilacin 25 mL de la
mezcla a separar, y unas perlas de ebullicin. 3. Iniciar el
calentamiento de la mezcla de forma similar al proceso de
destilacin simple y anotar la temperatura a la que cae la primera
gota de destilado. Si la columna de fraccionamiento es adecuada (
tiene el numero necesario de platos tericos para las mezclas a
trabajar) la temperatura no debe variar hasta que se destile el
componente de menor punto de ebullicin. 4. Continuar el
calentamiento y recoger todo el destilado que se separe a
temperatura constante. Si la mezcla a separar es de solo dos
componentes, en el destilado se obtiene el de menor punto de
ebullicin y en el matraz de destilacin debe quedar el componente de
la mezcla de mayor punto de ebullicin. 5. Las mezclas a trabajar
son metanol-agua y acetona-agua. Los profesores del grupo indicaran
que mezcla trabajara cada equipo. Instrucciones particulares
-Verificar que la entrada y salida de agua en cada equipo de
destilacin sea la correcta. -La parrilla de calentamiento no debe
estar exageradamente caliente, por lo que se debe poner el control
de calentamiento entre los nmeros 3 y 4. 5. RESULTADOS.
5.1. Reportar el volumen e intervalo de ebullicin (si aplica)
del destilado obtenido en el proceso de destilacin simple,
indicando al compuesto que pertenece y compararlo con el reportado
en la literatura 5.2. Reportar el volumen y temperatura de
destilacin destilacin fraccionada e indique que compuesto obtuvo.
del compuesto obtenido en la
32
5.3
Reporte tambin los resultados de las otras mezclas que
trabajaron sus compaeros.
6.
ANALISIS DE RESULTADOS
6.1. Explique porqu la mezcla de acetanilida-acetona destila a
temperatura constante y en cambio las mezclas de acetona-agua y
metanol-agua destilan a temperatura variable en la destilacin
simple. 6.2. Explique porqu en la destilacin fraccionada las
mezclas de acetona-agua y metanolagua destilan a temperatura
constante. 6.3. Explique el funcionamiento de la columna de
fraccionamiento y en base a esto justifique porque la destilacin
fraccionada es ms eficiente en la purificacin de los compuestos
liquidos. 6.4.Porqu las temperaturas de destilacin de la acetona y
del metanol no son iguales a las reportadas en la literatura?. 7.
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 8. CONCLUSIONES Qu es la destilacin? En qu
casos se utiliza la destilacin simple y en cules la fraccionada?
Todas las mezclas de lquidos se pueden separar por destilacin? Se
cumplieron los objetivos de la prctica? Qu modificaciones sugiere
realizar para mejorar los resultados? BIBLIOGRAFA.
8.1. Glidewell, C. Monoterpenes, Journal of Chemical Education,
68, 3 (1991). 8.2. Mayo, D. W. and Pike, R. M. Microscale Organic
Laboratory, John Willey and Sons (1986). 8.3. Maron, S. H.,
Fundamentos de Fisicoqumica, Limusa, Mxico, 1992. 8.4. Wilcox, C.
F., Experimental Organic Chemistry, a Small Scale Approach, Mc
Millan, USA (1988). 8.5. Pomilio, A. y Vitale, A. Mtodos
Experimentales de Laboratorio en Qumica Orgnica. Serie de Qumica.
Monografa No. 33 OEA.
33
PRCTICA No. 7 HIDROCARBUROS 1. OBJETIVOS:
1.1. Conocer las reacciones qumicas que permiten poner de
manifiesto la presencia de insaturaciones en los hidrocarburos.
1.2. Sintetizar ciclohexeno a partir de ciclohexanol. 1.3.
Distinguir mediante reacciones qumicas los hidrocarburos saturados
de los insaturados. 2. INTRODUCCIN.
Los hidrocarburos pueden clasificarse bsicamente en tres tipos:
a) los saturados que incluyen alcanos y los cicloalcanos, b) los
insaturados dentro de los que se encuentran los alquenos (olefinas)
y los alquinos (acetilenos), y c) los aromticos. Los alcanos y
cicloalcanos son prcticamente inertes desde el punto de vista
qumico, a causa de esta baja reactividad, se les denomina parafinas
(compuestos de poca afinidad). No existen pruebas qumicas simples
para identificar a los hidrocarburos saturados, estos deben en
general ser detectados indirectamente al dar negativas las pruebas
qumicas de insaturacin y aromaticidad. Para el caso de los
alquenos, cicloalquenos y alquinos, la presencia de insaturaciones
se puede confirmar por medio de reacciones de cishidroxilacin, con
una solucin acuosa de permanganato de potasio (prueba de Baeyer) y
por la adicin trans de bromo a los dos tomos de carbono del enlace
doble. Casi todos los alquenos y alquinos reaccionan con estos
reactivos. El nmero de dobles enlaces se puede determinar
cuantitativamente si se mide la cantidad de bromo consumido. Prueba
de Baeyer3 I I C=C I I + 2 MnO4- + 4 H2O I I 3 _C _C _ I I OH OH +
2 MnO2 + 2 OH -
Adicin de Br 2Br C C + Br2 / CCl4+
Br C C Br
C C
ROJO
INCOLORO
La excepcin a la reaccin del bromo son aquellas molculas que
contienen grupos fuertemente atractores de electrones cerca del
enlace mltiple; otra complicacin de esta prueba es la tendencia de
los enlaces C-H adyacentes al doble enlace a reaccionar con el
bromo a travs de una reaccin de sustitucin (va radicales libres)
que produce la formacin de cido bromhdrico. Estas reacciones de
sustitucin se pueden detectar por la formacin de niebla cida,
cuando se sopla en la parte superior del tubo de reaccin, Una
prueba positiva para instauracin es aquella en la cual el color del
bromo desaparece, sin que se desprenda cido bromhdrico.
34
La prueba de permanganato de Baeyer es ms selectiva que la
reaccin con Bromo; sin embargo, tambin presenta sus limitantes,
puesto que casi todas las molculas que se pueden oxidar, como los
alcoholes, aldehdos y fenoles, dan positiva esta reaccin.
Afortunadamente, los dos procesos son complementarios, se
recomienda realizar primero la prueba de Baeyer y si es positiva,
continuar con la prueba del bromo. Los alquenos son fcilmente
oxidados por ciertos reactivos, incluyendo permanganato de potasio
acuoso. El producto orgnico depende de las condiciones de reaccin,
la cishidroxilacin se favorece bajo condiciones suaves y el
rompimiento a un cido dicarboxlico se favorece bajo condiciones ms
vigorosas.3 C C + 2 MnO4- + 4 H2O 3 C C OH OH+ 4 MnO4C O OO C O+ 4
MnO2 + 2 OH
+ 2 MnO2 + 2 OH
3
C
C
3
Los alquenos se pueden preparar a partir de alcoholes y haluros
de alquilo, por reacciones de eliminacin. Los alcoholes sufren
eliminacin de agua por el calentamiento con cido sulfrico o
fosfrico, o al pasar el alcohol en fase vapor sobre alumina o slica
como catalizador a altas temperaturas. La facilidad de
deshidratacin de los alcoholes sigue el siguiente orden: terciario
> secundario >> primario. El alcohol ter-butlico es
convertido rpidamente a isobutileno (2-metilpropeno) con cido
sulfrico al 40-50% a 85 C. Por otro lado, los compuestos aromticos
constituyen una familia de especies qumicas muy extensa y variada;
todos sus integrantes guardan una estrecha relacin con el benceno,
miembro ms sencillo del grupo de los hidrocarburos aromticos. La
presencia de la estructura electrnica aromtica, estabilizada por la
deslocalizacin de los electrones pi, les confiere un comportamiento
qumico singular si se les compara con otras especies anlogas. Los
compuestos aromticos no sufren las reacciones tpicas de alquenos.
Sin embargo, distan de ser inertes y en condiciones adecuadas,
experimentan fcilmente reacciones de sustitucin electroflica
aromtica (reacciones en las que un electrfilo sustituye a uno de
los hidrgenos del anillo aromtico). 3. 3.1 3.2 ACTIVIDADES PREVIAS
Desarrolle el diagrama de bloques de la parte experimental.
Investigue la toxicidad del cido sulfrico, del benceno, del
cloroformo y del bromo.
3.3 Investigue el punto de ebullicin del ciclohexeno y el punto
de fusin del cido benzoico. 3.4 Investigue y desarrolle el
mecanismo de la reaccin de la transformacin del ciclohexanol en
ciclohexeno. 3.4 Cul es el producto esperado en la reaccin de
oxidacin del tolueno con permanganato?
35
4.
SECCIN EXPERIMENTAL. 1 Refrigerante 1 Unin 1 Termmetro. 1
Probeta 1 Cristalizador Parrilla de calentamiento Bao mara Soporte
universal Probeta de 50 mL 1 Portatermmetro Papel filtro
4.1. Material y equipo 10 Tubos de ensayo 3 Pipetas de 5 mL 1
Gradilla 1 Vaso de precipitados de 400 mL 1 Embudo de filtracin 1
Embudo de separacin de 125 mL 1 Matraz redondo de 100 mL
Determinador de punto de fusin 2 Matraces redondos de 50 mL Conexin
Bomba para agua con 2 magueras 4.2 Reactivos -Acetona -Sustancias
de prueba: Ciclohexano, ciclohexeno, aceite comestible, benceno y
tolueno. -H2SO 4 concentrado -Bisulfito de sodio al 10% -Solucin de
KMnO4 al 1% -Solucin acuosa de KMnO4 al 10% 4.3 Procedimiento
experimental 4.3.1. Reacciones Qumicas de Insaturacin. 4.3.1.1.
Prueba de Permanganato o de Baeyer.
-Solucin de Br2 en CCl4 al 3% -Cloroformo -NaOH al 10% -Solucin
de Na2CO3 -Na 2SO 4 anhidro
1. Colocar en un tubo de ensayo 3 gotas del lquido (30 mg del
slido) a probar ms 1 mL de acetona. 2 Adicionar una gota de solucin
acuosa de permanganato de potasio al 1%, agitar vigorosamente y
observar el tubo. 3. Se tendr una prueba positiva cuando en el
lapso de 1 minuto se pierda el color prpura y se forme un
precipitado caf insoluble. 4.3.1.2. Prueba de Bromo en Solucin
Orgnica.
1. En diferentes tubos de ensayo colocar 3 gotas del lquido (o
30 mg del slido) a probar. 2. Adicionar 0.5 mL de tetracloruro de
carbono y de 2 a 3 gotas de una solucin de bromo al 3% en
tetracloruro de carbono y agitar. La desaparicin del color
proporciona una prueba positiva.
36
3. Exponer el tubo a la luz y observar si existe la aparicin de
niebla en la parte superior del lquido. NOTA: Todos los
experimentos anteriores hacerlos con ciclohexano, ciclohexeno,
aceite comestible, benceno y tolueno. Se darn dos muestra problemas
etiquetadas como A y B para determinar si son alquenos o no.
4.3.1.3. Oxidacin de alquilbencenos con Permanganato de
Potasio.
1. Colocar en un matraz baln redondo de 100 mL, 1 g de tolueno o
dodecilbenceno ms 40 mL de una solucin acuosa de KMnO4 al 10% y 1
mL de NaOH acuosa al 10%. 2. Agitar y montar un dispositivo para
reflujo, calentar y reflujar la muestra hasta que el color prpura
del KMnO4 desaparezca (aprox. 1 h). 3. Enfriar la mezcla de reaccin
y acidificar con H2SO 4 concentrado (tener cuidado con la
efervescencia que se origina de la neutralizacin), 4. Calentar la
mezcla por otra media hora y dejar enfriar, eliminar el exceso de
MnO2 con la adicin de una solucin acuosa de bisulfito de sodio al
10%. 5 Enfriar la solucin en un bao de hielo, filtrar el
precipitado, recristalizar el producto de agua. 6. Dejar secar el
producto, pesar y determinar su punto de fusin. 4.3.1.4. Sntesis de
Ciclohexeno.
1. Colocar en un matraz redondo de 50 mL, 5 mL de agua y
adicionar por las paredes 4 mL de cido sulfrico concentrado,
enfriar el cido diluido del matraz a 20-25C, 2. Agregar lentamente
3.2 mL de ciclohexanol, unas perlas de vidrio y montar un sistema
de destilacin simple. El matraz de recoleccin debe sumergirse en un
bao de hielo. 3. Calentar el matraz de destilacin con una parrilla
de calentamiento para iniciar el proceso de destilacin, detener el
calentamiento cuando la temperatura de destilacin llegue a 90 C. 4.
Colocar el destilado en un embudo de separacin y adicionar 1 mL de
una solucin de carbonato de sodio al 10% para neutralizar las
trazas de cido sulfrico, agitar cuidadosamente, dejar separar las
capas, eliminar la capa inferior. 5. Lavar la capa superior (el
ciclohexeno) con 1 mL de agua destilada. Transferir la parte
orgnica a un matraz Erlenmeyer de 25 mL y adicionar 0.5 g de
sulfato de sodio anhidro para eliminar el agua, agitar
ocasionalmente. 6. Decantar el lquido en una probeta de 10 mL para
medir el volumen y calcular el rendimiento de la reaccin.
Instrucciones Particulares. -Varios de los reactivos utilizados en
esta prctica son txicos, el bromo puede adems causar quemaduras.
-Manejar las soluciones con especial cuidado y de ser posible en
lugares con ventilacin.
37
-Las pruebas qumicas se realizarn con pequeas cantidades que
pueden ser manejadas fcilmente en frascos de reactivos por lo que
la posibilidad de inhalacin es mnima. -El ciclohexeno es un lquido
voltil e inflamable, tomar las precauciones para evitar incendios y
prdida por evaporacin. -Manejar los reactivos en una rea ventilada
y con precaucin, puesto que a los hidrocarburos aromticos se
consideran txicos y carcingenos. 5. RESULTADOS.
5.1. Reportar los resultados obtenidos para las pruebas qumicas
en una tabla. Indique en base a sus resultados si A y B son
alquenos. 5.2. Escribir las ecuaciones de las reacciones qumicas
que tienen lugar en cada experimento. 5.3. Reportar el rendimiento
de la sntesis del ciclohexeno. Escriba todos los clculos. 5.4.
Reportar el punto de fusin y el rendimiento de la obtencin del cido
benzico. Escriba todos los clculos. 6. ANALISIS DE RESULTADOS
6.1. Explique si los resultados obtenidos en las pruebas de
Baeyer y de bromo son de acuerdo a lo esperado para los reactivos
que se conoce su identidad, de no ser as, trate de encontrar una
razn adecuada para explicar los resultados errneos. 6.2. Explicar
porqu los compuestos aromticos no dan positivas las pruebas de
Baeyer y de bromo si tambin tienen dobles enlaces carbono-carbono
como los alquenos. 6.3 El intervalo de fusin del cido benzoico fue
igual al reportado en la literatura? Si no es igual, a que se lo
pueden atribuir. 5.4. Cmo fue el rendimiento de su producto
sintetizado? Si fue bajo (inferior al 65 %) indique las razones
probables por las que obtuvieron ese rendimiento. 7.
CONCLUSIONES
7.1 Qu son los hidrocarburos? Cmo se clasifican los
hidrocarburos? Cules son los usos principales de los hidrocarburos?
7.2 Se cumplieron los objetivos de la prctica? 7.3 Qu sugieren para
obtener resultados ms confiables y precisos? 7. BIBLIOGRAFA.
8.1. Fessenden, R.J. y Fessenden. J. S., Qumica Orgnica, Ed.
Interamericana (1983). 8.2. Wilcox, C.F., Experimental Organic
Chemistry. A Small Scale Aproach, M. Millan Jr. (1983). 8.3. Vogel,
A.I., Elementary Prctical Organic Chemistry part I. Small Scale
Preparations, Longmono (1978). 8.4. Pine, S. H. Hendrickson, J. B.
Craw, D. J. y Hammond, G. S., Qumica Orgnica, Ed. Mc. Graw Hill
(1985).
38
PRCTICA No. 8 HALOGENUROS DE ALQUILO 1. OBJETIVOS
1.1. Identificar mediante reacciones qumicas los halogenuros de
alquilo. 1.2 Realizar la sntesis del cloruro de terbutilo a partir
del alcohol terbutilico 2. INTRODUCCIN.
Los compuestos orgnicos halogenados pueden ser considerados como
derivados de los hidrocarburos (por la sustitucin de uno o ms
hidrgenos por un halgeno). De acuerdo a sus caractersticas qumicas,
se pueden clasificar en las siguientes categoras.Primarios
Secundarios Terciarios Alquilo Allicos Halogenuros Benclicos R X R2
R3 CH2 CH X C X CH CH2 CH2 X X
Vinilo Arilo
CH2
CH X
X
Los halogenuros de alquilo son en general molculas relativamente
reactivas y sufren reacciones de sustitucin y eliminacin. Los
halogenuros de arilo y de vinilo generalmente son inertes a las
reacciones de sustitucin y eliminacin debido a la influencia que
ejercen las insaturaciones sobre el enlace carbono halgeno de estos
compuestos. El enlace C es X un enlace muy polarizado que conduce a
la asociacin de las molculas por atraccin de dipolos permanentes.
La reaccin principal de los R-X es la sustitucin nucleoflica, las
reacciones de los halogenuros de alquilo primarios usualmente sigue
un mecanismo SN2 (substitucin nucleoflica de segundo orden) y sus
reactividades relativas presentan el siguiente orden: metlico >
primario > bencilico > secundario > terciario. En muchas
reacciones tpicas que se efectan por este mecanismo, la velocidad
de reaccin para el CH3 -X puede ser de 10 a 20 veces ms rpida que
para su anlogo de etilo (CH3 CH2 -X). Este tipo de reaccin se
evidenciar en esta prctica con el reactivo de KI en acetona. Las
reacciones de los derivados terciarios siguen un mecanismo del tipo
SN 1 (sustitucin nucleoflica unimolecular): el paso determinante de
la reaccin es el rompimiento heteroltico del enlace carbono-halgeno
para formar el intermediario (carbocatin). Los halogenuros de
alquilo secundarios pueden reaccionar por mecanismos del tipo SN1 y
SN2 o un hbrido de ambos, esto depender de las condiciones de
reaccin. El proceso SN2 se ve favorecido por nuclefilos fuertes,
alta concentracin del reactivo y disolventes poco polares. El
mecanismo SN1 es favorecido por nuclefilos dbiles y baja
concentracin, y especialmente en disolventes altamente polares.
39
3. 3.1
ACTIVIDADES PREVIAS Desarrolle un diagrama de bloques para el
procedimiento experimental
3.2 Investiga la toxicidad de los siguientes compuestos; cido
ntrico, clorobenceno, cido clorhdrico y cloroformo. 3.3 Describe
con estructuras como ocurre el mecanismo SN1 y SN2. 3.4 Investiga
el punto de ebullicin y los usos del cloruro de terbutilo. 4. 4.1
SECCIN EXPERIMENTAL. Material y equipo 12 Tubos de ensayo 1
Gradilla 2 Vasos de precipitados de 100 mL 1 Embudo de separacin de
125 mL 1 Parrilla de calentamiento Reactivos Solucin de nitrato de
plata en etanol al 2% Solucin KI en acetona al 15% Solucin cido
ntrico diluido (1:20) *Sustancias a probar (Halogenuros):
clorobenceno, cloruro de sec-butilo, diclorometano, cloruro de
bencilo, cloruro de tbutilo. 3 Pipetas graduadas de 5 mL 1 Pipeta
graduada de 10 mL 1 Bao Mara 1 Anillo 1 probeta de 25 mL
4.2
Solucin de bicarbonato de sodio al 5% Sulfato de sodio
anhidro
- Reactivo de Lucas: Enfriar 21 mL de HCl concentrado y
adicionar 27.2 g de ZnCl2 anhidro, agitar hasta disolucin y
colocarla a temperatura ambiente. 4.3. Procedimiento Experimental.
4.3.1. 4.3.1.1. Propiedades Qumicas de los halogenuros y sntesis
del cloruro de t-butilo Reaccin con nitrato de plata.
1. Colocar en diferentes tubos de ensayo 0.5 mL de los
siguientes halogenuros: clorobenceno, cloruro de bencilo,
diclorometano, cloruro de t-butilo y cloruro de sec-butilo. 2.
Adicionar 2 mL de una solucin etanlica de AgNO3 al 2%, agitar y
dejar en reposo. 3. Se tiene una prueba positiva si se presenta un
precipitado del haluro de plata (blanco) dentro de los primeros
cinco minutos. Si no se presenta reaccin en este tiempo, calentar
ligeramente los tubos hasta que la solucin empiece a ebullir,
durante cinco minutos. Anotar sus observaciones. 4. Si se forma un
precipitado, ya sea a temperatura ambiente o por calentamiento,
verifique que se trata del haluro de plata y no de una sal de plata
proveniente de un cido orgnico. Adicionar 2 gotas de cido ntrico
diluido. Las sales de plata se disuelven, el haluro de plata
no.
40
4.3.1.2.
Reaccin con yoduro de potasio.
1. Colocar en diferentes tubos de ensayo 0.5 mL de los haluros
probados en el procedimiento anterior. 2. Adicionar 1 mL de una
solucin de KI al 15% en acetona, agitar y dejar reposar. 3. Se
obtiene una prueba positiva cuando se presenta un precipitado
blanco, dentro de los primeros cinco minutos. Si no ocurre la
reaccin, calentar los tubos en bao de agua a 50C. Despus de cinco
minutos enfriar a temperatura ambiente. Anotar las observaciones.
4.3.1.3. Sntesis de cloruro de tert-butilo
1. En un embudo de separacin de 125 mL, colocar 10 mL (0.18 mol)
de HCl concentrado fro (5 C) y 5 mL (0.053 mol) de alcohol
t-butlico 2. Agitar con precaucin durante 15-20 minutos regulando
la presin interna del embudo. 3. Dejar separar la mezcla en dos
fases, descartar la fase inorgnica (capa inferior), lavar la parte
orgnica que contiene el producto con 4-6 mL de agua destilada y
luego con 10 mL de una solucin de bicarbonato de sodio al 5 %
(PRECAUCION: Tener cuidado con la efervescencia que se produce),
lavar una vez ms con 10 mL agua destilada. 4. Pasar el producto a
un matraz Erlenmeyer de 125 mL seco, adicionar sulfato de sodio
anhidro para eliminar el agua. Transferir por decantacin el
compuesto a una probeta de 25 mL. Medir el volumen. 5. RESULTADOS.
5.1. Indicar que tipo de halogenuro es cada una de las sustancias
probadas en la reaccin con nitrato de plata y con yoduro de
potasio. 5.2 Indicar el resultado que obtenido para cada compuesto
de prueba. En este caso tambin se debe reportar el tiempo que tard
en formarse el precipitado 5.3 Indicar el volumen de cloruro de
terbutilo obtenido y calcular el rendimiento de la reaccin. 6.
ANALISIS DE RESULTADOS. 6.1. Indicar si sus resultados estn de
acuerdo con lo que indica la teora, en caso de que no sea as tratar
de encontrar un a razn lgica y valida por la que no se observo lo
esperado. 6.2. Escribir todas las ecuaciones de las reacciones que
se efectuaron durante la experimentacin 6.3. Explicar a qu se deben
las diferencias entre las velocidades de reaccin de los distintos
halogenuros probados. 6.4. Si su rendimiento fue bajo, explicar a
que factores o por que razones fue as.
41
7.
CONCLUSIONES
7.1 Qu es un halogenuro de alquilo? Cmo se clasifican los
halogenuros? 7.2 Cules son las propiedades fsicas generales de los
halogenuros de alquilo? 7.3 Se cumplieron los objetivos de la
prctica? 7.4 En el caso de no haberse cumplido satisfactoriamente
los objetivos de la prctica, que modificaciones sugerira para
mejorar la practica.
8.
BIBLIOGRAFA.
8.1. Fessenden R. J., y Fessenden J.S., Qumica Orgnica. Grupo
Editorial Interamericano(1983). 8.2. Solomons. T. W. G., Qumica
Orgnica, Ed. Limusa, (1983). 8.3. Wingrone, A. S. y Caret, R. L.,
Qumica Orgnica, Harla, (1984).6.4. Hart, H. and Schuetz, R. D.,
Organic Chemistry, Hounghton Mifflin Company (1986). 8.4. Shriner,
R. L., Fuson, R.C., and Curtin, D., Systematic Identification of
Organic Compounds, John Wiley and Sons, (1964). 8.5. Wilcox, C. F.,
Experimental Oraganic Chemistry, A Small Scale Aproach., Mc. Millan
Jr. (1988).
42
PRCTICA No. 9 ALCOHOLES 1. OBJETIVOS:
1.1 Diferenciar mediante la prueba de Lucas si un alcohol es
primario, secundario o terciario. 1.2 Determinar mediante la prueba
del cloruro frrico si una sustancia desconocida es un fenol. 1.3
Realizar la sntesis de un alcohol por la reduccin de una cetona. 2.
INTRODUCCIN.
Los alcoholes son derivados de los hidrocarburos saturados o
insaturados a los que se les ha reemplazado un tomo de hidrgeno por
un grupo hidroxilo (-OH). Si el grupo -OH est unido a un anillo
aromtico se denominan fenoles. El efecto que el grupo hidroxilo
ejerce sobre la molcula es el de proporcionar una polaridad
considerable, les permite asociarse por medio de enlaces por puente
de hidrgeno, presentan adems caractersticas hidroflicas (afinidad
por el agua) y les confiere propiedades cidas (ej. fenoles). Sus
puntos de ebullicin y de fusin son ms altos que los de los alcanos
y alquenos correspondientes debido a las fuerzas de atraccin que se
presentan entre los hidroxilos. La qumica de los alcoholes tambin
dependen del tipo de grupo R al que est unido el OH, con base en
esto se les puede clasificar en las siguientes especies: alqulicas,
arlicas, vinlicas y benclicas. Los alcoholes alqulicos pueden ser:
primarios (RCH2 OH), secundarios (R2-CH-OH), terciarios (R3C-OH) y
allicos (CH2 =CH2 -CH2-OH). Si el OH est unido directamente a un
doble enlace se denomina vinlico. Las principales reacciones
qumicas de los alcoholes involucran la ruptura heteroltica de la
unin C-OH por lo que pueden sufrir reacciones de sustitucin o
eliminacin de manera anloga a los halogenuros de alquilo. Algunas
de las reacciones caractersticas de los alcoholes permiten
distinguir alcoholes primarios y secundarios de los alcoholes
terciarios. La prueba de Lucas proporciona cierta informacin de la
estructura del alcohol, puesto que se basa en la conversin del
alcohol al cloruro de alquilo correspondiente (insoluble en agua).
La facilidad de dicha reaccin depende de la estabilidad del
carbocatin que se forma y permite diferenciar los alcoholes
primarios y secundarios de los terciarios. Por otro lado, los
fenoles poseen dos grupos funcionales importantes: el anillo
bencnico y el grupo hidroxilo, por lo que las propiedades qumicas
de estos compuestos incluyen las caractersticas de ambos. El protn
del grupo hidroxilo aromtico es ms cido que el protn de los
alcoholes alifticos, as mismo el anillo bencnico es ms susceptible
al ataque por reactivos electroflicos. Dos de las reacciones
qumicas que permiten identificar en forma rpida un fenol es su
reaccin con lcalis y su reaccin con cloruro frrico. Muchos fenoles
y algunos compuestos relacionados (enoles) forman complejos de
coordinacin con el in frrico de colores rojos, azules, prpuras o
verdes. Los alcoholes se encuentran entre los intermediarios
sintticos ms verstiles tanto en el laboratorio como en la
naturaleza. Ciertos alcoholes se usan para preparar polmeros,
perfumes y medicamentos, tambin se usan agentes saborizantes en
confitera y algunos
43
otros se emplean como disolventes en la elaboracin de lacas,
pinturas y removedores. La produccin de fenoles para su uso como
antispticos, en la sntesis de plsticos, resinas y colorantes se
desarrollo de forma paralela con la industria del alquitrn de
hulla. Una gran variedad de alcoholes se pueden obtener por
hidratacin de alquenos, por hidrlisis de steres, por hidrlisis de
halogenuros, por reacciones de hidroboracin y por reducciones de
aldehdos y cetonas. La reduccin del grupo carbonilo de aldehdos y
cetonas puede lograrse de varias formas, pero una de las ms
sencillas a nivel laboratorio se consigue con el borohidruro de
sodio (NaBH4), este reactivo es de una alta capacidad reductora
puesto que un mol puede reducir cuatro moles de una cetona o
aldehdo. La reaccin de reduccin con este reactivo es bastante
selectiva puesto que no reduce nitrilos, compuestos nitro, cidos
carboxlicos, steres ni lactosas. 3. 3.1 ACTIVIDADES PREVIAS
Desarrolle el diagrama de bloques de la parte experimental.
3.2 Investigue la toxicidad y precauciones que se deben tener al
usar los siguientes reactivos: fenol, terbutanol, alcanfor y
borohidruro de sodio. 3.3 3.4 Consulte el punto de fusin del
alcanfor y el isoborneol. Investiga las reacciones principales de
los alcoholes.
3.5 Busca la frmula semi desarrollada o de lneas de los
compuestos que no conozcas, de los indicados en la seccin 4.2
Reactivos. 3. SECCIN EXPERIMENTAL. 4.1 Material y equipo Parrilla
de calentamiento Gradilla 10 Tubos de ensaye Reactivos n-butanol
Secbutanol Terbutanol HCl conc. ZnCl2 anhidro Cloruro ferrico
Isopropanol
2 vasos de precipitados de 100 mL Matraz redondo de 50 mL Pipeta
de 5 mL
4.2
Fenol Resorcinol cido salicilico Aspirina Etanol 96 % alcanfor
Borohidruro de sodio
4.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. 4.3.1Prueba de Lucas. 1.
Colocar en un tubo de ensaye 1.5 mL del reactivo de Lucas 2.
Adicionar 5 gotas del alcohol a analizar (n-butanol, ter-butanol y
sec-butanol), agitar vigorosamente y dejar reposar.
44
3. Anotar el tiempo requerido para la formacin del cloruro de
alquilo, que aparece como una capa insoluble o una emulsin. Los
alcoholes terciarios presentan una separacin de fases inmediata,
los secundarios requieren cerca de 5 minutos para reaccionar y los
primarios aproximadamente una hora. 4.3.2.2. Reaccin del Complejo
Frrico. 1. Colocar aproximadamente 20 mg (3 a 5 cristales) de la
sustancia a analizar (fenol, resorcinol, cido saliclico y aspirina)
en un tubo de ensayo y disolverla en 2 mL de etanol. 2. Adicionar
unas 2 gotas de solucin acuosa de cloruro frrico al 3%, agitar
vigorosamente. 3. Comparar el color de la solucin con un tubo
testigo al que solo se le debe agregar etanol y el cloruro frrico.
Anotar sus observaciones. 4.3.2.3. Sntesis de isoborneol por
reduccin del alcanfor. 1. Colocar en un matraz redondo de 50 mL 0.5
g de alcanfor y disolverlo en 2 mL de isopropanol. 2. Aadir con
precaucin y en pequeas porciones 0.3 g de borohidruro de sodio, si
la temperatura se eleva, enfriar en un bao de hielo 3. Calentar el
matraz en un bao mara durante 10 minutos. 4. Verter la mezcla sobre
15 g de hielo picado y dejar reposar 20 minutos. 5. Filtrar y lavar
el precipitado con agua fria. 6. Secar y determinar los gramos
obtenidos y el punto de fusin Instrucciones Particulares. - Los
compuestos fenlicos en estado puro o soluciones concentradas son
txicos y causan quemaduras, EVITE EL CONTACTO CON LA PIEL. - Evitar
la inhalacin de los vapores de los halogenuros de alquilo que se
producen en la prueba de Lucas. Recuerde que son txicos. - La
solucin de FeCl 3 3% debe prepararse el da de la prctica.
5.
RESULTADOS.
5.1 Indicar el resultado obtenido para cada compuesto en la
prueba de lucas (para las pruebas positivas se debe indicar el
tiempo que tard en formarse el halogenuro de alquilo). 5.2 Para la
prueba del complejo frrico indicar cuales compuestos dieron prueba
positiva. 5.3 Para la sntesis de isoborneol indicar el punto de
fusin experimental y determinar si se obtuvo el compuesto esperado.
Reportar los gramos de producto y calcular el rendimiento de la
reaccin. 6. ANALISIS DE RESULTADOS
6.1. Clasifique los alcoholes usados en la prueba de Lucas
Indique si sus resultados obtenidos estn de acuerdo a lo esperado.
En caso de obtener resultados errneos explicar a que se puede
atribuir.
45
6.2. En base a las estructuras de los compuestos; resorcinol,
cido saliclico y aspirina, indicar si sus resultados obtenidos en
la prueba del complejo ferrico son adecuados. En caso de que la
aspirina diera prueba positiva, (una muestra de aspirina caducada
suele dar prueba positiva) como explicara este resultado. 6.3. En
base a sus resultados de punto de fusin indique si obtuvieron el
isoborneol. En base al intervalo de fusin. Que pueden comentar con
respecto a la pureza del producto?. 6.4 Si su rendimiento fue bajo,
indique las probables razones.
7. 7.1 7.2 7.3 7.4
CONCLUSIONES Qu son los alcoholes? Cmo se clasifican? Cules son
los mtodos principales para producir alcoholes? Cules son los usos
principales de los alcoholes? Qu pruebas se realizaron para
caracterizar a los alcoholes y a los fenoles? Se cumplieron los
objetivos de la prctica? Qu modificaciones se pueden realizar a la
prctica para obtener mejores resultados? BIBLIOGRAFA.
8.
8.1. Wilcox C. F., Experimental Organic Chemistry. A small Scale
Approach., Ed. Mc. Millan (1988). 8.2. March, J., Avanced Organic
Chemistry, Wiley (1988). 8.3. Domnguez, X. A., y Domnguez X. A.,
Qumica Orgnica Experimental, Ed. Limusa (1990). 8.4. Wingrone, A.
S., Caret, R. L., Qumica Orgnica, Harla (1989). 8.5. Fessenden, R.
J., Fessenden, J. S., Qumica Orgnica, Ed. Iberoamericana
(1983).
46
PRCTICA No. 10 ALDEHIDOS Y CETONAS I. OBJETIVOS. 1.1.
Identificar mediante reacciones qumicas el grupo carbonilo. 1.2.
Demostrar la influencia de los sustituyentes del carbono carbonlico
sobre el comportamiento qumico en los aldehdos y las cetonas. 1.3.
Sintetizar mediante una reaccin de condensacin aldlica cruzada la
dibenzalacetona. 2. INTRODUCCIN. Probablemente uno de los grupos
funcionales ms importantes en qumica orgnica es el grupo carbonilo
(I). Forma parte estructural de un gran nmero de compuestos, como
los cidos carboxlicos, steres, tiosteres, amidas, anhdridos,
haluros de cido, que conjuntamente con los aldehdos y cetonas
participan como intermediarios fundamentales en la biosntesis de
molculas de importancia biolgica en los organismos vivos.
R C RGrupo carbonilo (I) Particularmente la conducta qumica y
espectroscpica de los aldehdos y cetonas dependen principalmente
del grupo carbonilo, adems de algunas variaciones que se
manifiestan por las diferencias de la naturaleza qumica del grupo R
que est unido al grupo funcional principal. El centro de
reactividad de estos compuestos es el enlace pi del grupo
carbonilo, que se encuentra fuertemente polarizado y puede atraer
tanto electrfilos como nuclefilos. As