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Manual de prácticas de laboratorio

de Química Orgánica II

Tronco Formativo de las Licenciaturas

en Ingeniería de los Alimentos y en

Ingeniería Bioquímica Industrial,

División de Ciencias Biológicas

y de la Salud

Índice

Práctica 1

Síntesis de p-nitroanilina. Etapa 1 preparación de acetanilida………….. 7

Práctica 2

Síntesis de p-nitroanilina. Etapa 2 preparación de p-nitroacetanilida…… 12

Práctica 3

Síntesis de p-nitroanilina. Etapa 3 preparación de p-nitroanilina……….. 17

Práctica 4

Preparación de Amarillo Martius (2,4-dinitro-α-fenol)…………………. 22

Práctica 5

Obtención de fluoresceína………………………………………………. 28

Práctica 6

Obtención de salicilato de metilo……………………………………….. 33

Práctica 7

Isomería cis - trans……………………………………………………….. 40

2

LA SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

El laboratorio de Química Orgánica es potencialmente el más peligroso de una

licenciatura ya que en el se utilizan sustancias tales como ácidos y álcalis fuertes,

disolventes, sustancias irritantes, tóxicas, inflamables y hasta explosivas. No obstante lo

anterior, es posible llevar a cabo todos los experimentos y prácticas del programa con la

mayor seguridad y sin riesgos cuando se toman las precauciones pertinentes. Los

accidentes son evitables y para ello es necesario seguir los cuidados que se recomiendan

a continuación así como las indicaciones del profesor, sin olvidar que nada reemplaza al

sentido común y que la seguridad es responsabilidad de todo el grupo.

En el laboratorio es necesario mantener una conducta serena y tranquila, evitando

movimientos bruscos y gritos o juegos pues esto suele provocar accidentes.

Es obligatorio el uso de una bata de algodón al estar en el laboratorio. La bata para el

laboratorio de Química Orgánica debe de cubrir la mayor parte posible de zonas

expuestas de modo que es mejor una bata larga y de mangas largas que brinda mayor

protección. Las batas de material sintético deben de ser evitadas por ser inflamables, esto

es válido también para las demás prendas de vestir. En algunas de las prácticas puede ser

necesario además el uso de guantes, y en otras gogles, excepto para aquellas personas

que utilizan anteojos.

Nunca deben de tocarse los reactivos con los dedos ni ponerse en contacto con la piel.

Las mesas de trabajo deben mantenerse tan limpias como sea posible, pues si se

derraman sustancias sobre ellas es posible que alguien resulte con quemaduras por

ácidos o álcalis tanto en la ropa como en la piel, y por la misma razón es muy importante

asegurarse de tener las manos limpias antes de llevarlas a la cara o a los ojos. Así

mismo, nunca deben consumirse alimentos y o bebidas en el interior del laboratorio.

3

Siempre deben destaparse en la campana de extracción de gases los recipientes con

sustancias que emiten gases tóxicos, irritantes, inflamables u olores desagradables. Lo

anterior es válido cuando no se conoce el contenido o las propiedades del mismo. Una

práctica no recomendada es la de tratar de reconocer los reactivos y disolventes por su

olor ya que generalmente existen mejores formas de hacerlo, pero cuando no sea posible

emplear otro método, puede olerse con cuidado y manteniendo el frasco o matraz a una

distancia prudente. De cualquier manera, en caso de duda, es mejor preguntar al

profesor.

A veces, existen algunas operaciones para las que es necesario el empleo del mechero de

Bunsen. Es preferible el uso de la campana cuando se encienda alguna flama y no debe

haber sustancias inflamables cerca, principalmente disolventes. Nunca debe encenderse

una flama cuando se esté trabajando con éter ni debe de abrirse un recipiente que

contenga éter cuando existan flamas encendidas en el mismo laboratorio. Así mismo,

nunca debe de calentarse a la flama un disolvente inflamable en un recipiente o sistema

abierto.

4

RECOMENDACIONES PARA EL USO DEL EQUIPO DE MICROMETODO

El material de vidrio para uso de laboratorio de Química Orgánica conocido como

equipo de micrometodo y que cuenta con juntas esmeriladas, permite el armado de modo

muy simple y casi instantáneo de los distintos aparatos necesarios para la mayoría de la

operaciones rutinarias en el laboratorio, ya que por poseer juntas normalizadas de vidrio,

solo se requiere del ensamble de las diferentes piezas por utilizar. Sin embargo, pese a su

simplicidad, es conveniente hacer algunas observaciones al usuario que lo emplea por

primera o segunda vez.

LUBRICACIÓN

Antes que nada, es conveniente saber que algunas veces es necesario engrasar las juntas

esmeriladas con una muy pequeña cantidad de lubricante o grasa silicón.

La forma de proceder es como sigue. Tomar una pequeña cantidad de lubricante con la

yema del dedo, transferir solo la cantidad necesaria, sin exceso, a la junta esmerilada que

debe de estar limpia y libre de material sólido; extenderlo por la superficie del mismo;

colocar la otra pieza también limpia, y girarla 360 grados en ambas direcciones, dos o

tres veces, para asegurar uan distribución completa y uniforme.

MANGUERAS DE ENFRIAMIENTO

Una vez colocado las mangueras de hule en las entradas del refrigerante, se debe de

poner especial atención en que la entrada del agua debe de ser por la parte inferior o la

manguera que esta abajo con el objeto de llenar el refrigerante completamente y la salida

del agua debe de ser por la parte superior o manguera de abajo.

5

AGITACIÓN

La barra magnética llamada comúnmente “mosca” o los cuerpos de ebullición deben de

colocarse en la mezcla de reacción después de haberse colocado los reactivos en el

matraz y antes de iniciar el calentamiento, nunca deben de agregarse los cuerpos de

ebullición a un líquido cuando este caliente, debido a que la mezcla de reacción se puede

proyectar violentamente fuera del matraz por sobrecalentamiento.

LAVADO

Al terminar la reacción o la destilación, el aparato deberá ser desmantelado y todas las

piezas deben de ser lavadas. Si el material de vidrio al lavarse con agua y detergente

quedará sucio entonces deberá usarse un disolvente orgánico o una mezcla de

disolventes que pueden ser acetona, alcohol etílico o alguna mezcla de desecho.

6

Práctica 1

Síntesis de p-nitroanilina en tres etapas:

1a. etapa preparación de acetanilida

Investigación conceptual

El alumno efectuará la primera parte de la síntesis de nitración de la anilina

para producir la p-nitroanilina, la cual es un intermediario en síntesis e

intermediario en la obtención de colorantes.

Objetivo

Efectuar la acetilación de la anilina para obtener la acetanilida, con el fin de

obtener un derivado que no sea susceptible de oxidación en la nitración con

ácidos fuertes (ácido nítrico y ácido sulfúrico).

NH2

(CH3 CO)2 O

CH3 COOH

N

O

H

7

Material Reactivos

1 Cristalizador con arena Ácido acético glacial

1 Equipo micrometodo Agua destilada

1 Parrilla eléctrica Anilina

1 Pinza para refrigerante Anhídrido acético

1 Pinza para matraz bola Hielo frapé

3 Pipetas graduadas de 5 mL

1 Pipeta Pasteur

1 Propipeta

1 Piseta con agua

1 Soporte universal

1 Trampa de vacío

2 Vasos de precipitados de 50 mL

Papel filtro

Perlas de ebullición

Desarrollo Observaciones acerca del calentamiento: Sí utiliza baño maría en vez de

baño de arena, el tiempo de reflujo deberá ser mayor, en lugar de 15 min, el

tiempo será el doble, 30 min.

Etapa 1. Reflujo. En un matraz bola de 10 mL coloque 2 mL de anilina, 2

mL de anhídrido acético [precaución: el anhídrido acético es muy irritante] y

1.5 mL de ácido acético glacial. Agregue de 1 a 2 perlas de ebullición o un

agitador magnético. Adapte un refrigerante al matraz en posición vertical y

caliente durante 15 min (tiempo del reflujo) sobre baño de arena (ver figura).

Etapa 2. Filtración. Enseguida, verter el líquido caliente lentamente sobre

25 mL de agua helada contenida en un vaso de precipitados de 100 mL.

8

Enfriar el contenido del vaso en un cristalizador con hielo, separar por

filtración el sólido y lavar el precipitado con pequeñas porciones de agua

helada, hasta obtener un pH neutro en el agua de filtración. Dejar secar la

acetanilida* sobre papel filtro al aire.

Una vez que el producto esté seco, pesar para calcular el rendimiento y

determinar el punto de fusión (punto de fusión 113-115o C).

Nota:

*Conserve el producto para la siguiente etapa. En la bitácora elabore una

lista de las propiedades fisicoquímicas, uso y precauciones que se deberá

tener con los reactivos que se utilizan en la práctica. Incluya un diagrama de

flujo y cuestionario resuelto.

Equipo

Cuestionario 1. Investigar hacia que posición orientan los siguientes grupos funcionales en

las reacciones de sustitución electrofílica aromática: fenol, amino, metilo,

metoxilo, ciano, nitro, aldehído y carboxilo. ¿Cuales son activantes y cuales

son desactivantes?

9

2. ¿Por que causa no se emplea una alta concentración de ácido acético al

preparar la acetanilida y también, por que motivo no es deseable una baja

concentración del mismo?

3. Informe los rendimientos obtenidos.

4. Consultando la bibliografía, haga una lista de las propiedades

fisicoquímicas, el uso y precauciones que se deben tener con los reactivos

que se utilizaron en la práctica.

5. ¿Que uso medicinal tiene la acetanilida?

Bibliografía Textos:

Brewster, R.Q., Vaanderwerf, C.A. y McEwen, W.E. 1968. Curso Práctico

de Química Orgánica. Editorial Alhambra, Madrid.

Domínguez, Xorge A., Xorge Alejandro Domínguez S. 1982. Química

Orgánica Experimental. Limusa, México.

Fieser, L., 1967. Experimentos de Química Orgánica. Editorial Reverté, S.

A. Barcelona

Fieser, L., 1968. Organic Experiments, 2nd Ed., D. C. Heath and Company,

Lemington

Mohrig, Jerry R., Christina Noring Hammond, Terence C. Morrill and

Douglas C. Neckers. 1998. Experimental Organic Chemistry. W. H.

Freeman and Company. New York.

Moore, J. A. and Dalrimple, D. Experimental Methods in Organic Chemistry

2th Edition W. B. Saunders Company Philadelphia (1976)

Vogel, A. I., (1989) Textbook of Practical Organic Chemistry, Fifth Edition,

Longman Scientific and Technical, London.

10

Consultas sobre el tema:

Conversión de un anhídrido de ácido en amida, consúltese la sección 21-5A

del capítulo 25 en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. Prentice-

Hall Hispanoamericana, S.A. (2 e)

Química de los anhídridos de ácido, consúltese la sección 21.5 del capítulo

21 en: J. McMurry, 2000. Química Orgánica. Internacional Thomson

Editores, S.A. de C.V. México (5 e)

Conversión de aminas a amidas sustituidas, consúltese la sección 27.7 del

capítulo 27 en: R.T. Morrison y R.N. Boyd, 1990. Química Orgánica.

Addison-Wesley Iberoamericana.

Formación de amidas, consúltese la sección 23.7A del capítulo 23 en:

Streitwieser, Jr., A., y C. H. Heathcock, 1989. Química Orgánica.

McGraw-Hill/Editorial Interamericana S.A. de C.V. México

De consulta general:

The Merck Index. An Encyclopedia of Chemicals and Drugs (Windholz, M.,

S. Budavari, L.Y. Stroumtsos, and M.N. Fertig, Editores), 1976. 9th

edition. Merck & Co., Inc. Rahway, N.J., U.S.A.

O. Soria Arteche, H.L. Cárdenas Rodríguez y J.J. Reyes Méndez, 1997. CBS

Manual: Hojas de datos de seguridad de las sustancias químicas

empleadas con mayor frecuencia en los laboratorios de la licenciatura

de QFB. UAM-Xochimilco, México, D.F.

Kirk, R. O. & Otmer, D. F., Kirk-Otmer,1982. Encyclopedia of Chemical

Tecnology, New York, John Wiley & Sons (3 e.)

11

Práctica 2


2a. etapa preparación de p-nitroacetanilida


El alumno efectuará la segunda parte de la síntesis de nitración de la anilina



Objetivo

Efectuar la nitración de la acetanilida para obtener la p-nitroacetanilida,

intermediario en la síntesis de p-nitroanilina

N

O

H

O

N

H

HNO3

H2SO4O2N

12

Material Reactivos

1 Cristalizador mediano Acetanilida

1 Embudo de adición 125 mL Ácido nítrico

1 Mortero con pistilo Ácido sulfúrico

1 Termómetro Agua destilada

1 Vaso de precipitados de 100 mL Hielo frapé

1 Vaso de precipitados de 50 mL

1 Propipeta

1 Soporte universal

2 Pipeta graduada de 10 mL

1 Pipeta Pasteur

1 Piseta con agua

1 Espátula

1 Trampa de vacío

papel pH

Papel filtro

Desarrollo Etapa 1. Adición de ácido sulfúrico. En un vaso de precipitados de 50 mL

colocar 2.25 mL de ácido sulfúrico concentrado, disolver ahí poco a poco 1 g

de acetanilida finamente pulverizada.

Etapa 2. Adición de ácido nítrico. Una vez que todo el sólido se halla

disuelto, poner el vaso a enfriar en un baño de hielo hasta que la temperatura

de la mezcla llegue a 0° C y entonces agregar lentamente (gota a gota) 1.1

mL de ácido nítrico por medio de un embudo de adición o separación (ver

figura) cuidando que la temperatura de la mezcla no pase de 20° C porque si

la temperatura excede los 20° C el producto de reacción se oxida y se pierde,

terminada la adición continuar la agitación por 15 min más.

13

Etapa 3. Filtración. Verter la mezcla de reacción en un vaso de precipitados

de 100 mL conteniendo 30 mL de agua destilada fría y separar el material

sólido por filtración, lavando con agua para eliminar el ácido, hasta pH

neutro del agua del filtrado.

La p-nitroacetanilida** obtenida deberá presentar un punto de fusión de 214-

216o C, pesar para calcular el rendimiento.

Nota La *acetanilida sobrante que no haya sido utilizada deberá colectarse en un

recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLA

En la bitácora elabore una lista de las propiedades fisicoquímicas, uso y

precauciones que se deberá tener con los reactivos que se utilizan en la

práctica. Incluya un diagrama de flujo y cuestionario resuelto. **Conserve el

producto para la siguiente etapa.

Equipo

14

Cuestionario 1. ¿Por que en la nitración de la acetanilida se forma casi exclusivamente el

derivado sustituido en para (p-)?

2. ¿Cuál grupo es un activador más fuerte entre el grupo amino de la anilina

y el grupo acetamido de la acetanilida? ¿Por que?

3. La nitración de la anilina no acetilada da una mezcla de productos,

aproximadamente dos tercios de meta (m-) y un tercio de para (p-). ¿Por

que?

4. Informe los rendimientos obtenidos.

5. Consultando la bibliografía, haga una lista de las propiedades


que se utilizaron en la práctica.





Douglas C. Neckers. 1998. Experimental Organic Chemistry, W. H.


Moore, J. A. and Daytimple, D.1976. Experimental Methods in Organic

Chemistry. W. B. Saunders Company, Philadelphia, (2th e)


Longman Scientific and Technical, London


15

Sustituyentes activantes, directores orto-para, consúltese la sección 17-6 del

capítulo 17 en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. Prentice-


OH y NH2: activadores orientadores orto y para, consúltese la sección 16.6

del capítulo 16 en: J. McMurry, 2000. Química Orgánica.

Internacional Thomson Editores, S.A. de C.V. México (5 e)

Mecanismo de nitración, consúltese la sección 14.8 del capítulo 14 en: R.T.

Morrison y R.N. Boyd, 1990. Química Orgánica. Addison-Wesley

Iberoamericana.

Sustitución aromática electrofílica, consúltese la sección 23.7D del capítulo

23 en: Streitwieser, Jr., A., y C. H. Heathcock, 1989. Química

Orgánica. McGraw-Hill/Editorial Interamericana S.A. de C.V.

México











16

Práctica 3


3a. etapa preparación de p-nitroanilina


El alumno efectuará la tercera parte de la síntesis de nitración de la anilina



Objetivo

Efectuar la hidrólisis en medio ácido de la p-nitroacetanilida para obtener la

p-nitroanilina

H

O

N

H

O2NO2N

NHH+

H2O

17

Material Reactivos

1 Equipo Micrometodo Ácido clorhídrico

1 Parrilla eléctrica Agua destilada

2 Pipetas Graduadas de 10 mL Hidróxido de sodio al 40%

1 Pinza para refrigerante Hielo frapé

1 Pinza para matraz bola p-Nitroacetanilida

1 Vaso de precipitado de 50 mL

1 Piseta con agua

1 Probeta graduada de 100 mL

1 Soporte universal

1 Trampa de vacío

1 Mangueras

1 Papel filtro

Papel pH

Desarrollo Etapa 1. Reflujo. En un matraz bola de 10 mL, colocar 1.5 g de p-

nitroacetanilida* añadir una solución de 3.5 mL de ácido clorhídrico

concentrado disuelto en 3.5 mL de agua, agregar la barra magnética y

colocar un refrigerante en posición vertical (ver figura), calentar a reflujo en

baño de arena con agitación constante.

Etapa 2. Calentamiento. Una vez que toda la p-nitroacetanilida se ha

disuelto (10 a 15 min), continuar calentando 15 min más. Sí transcurrido el

tiempo no se ha disuelto la p-nitroacetanilida entonces agregar 1.5 mL de

ácido clorhídrico concentrado por el refrigerante y esperar a que se disuelva

y calentar por 15 min más.

18

Observación: sí la solución queda turbia, se debe filtrar en un embudo

Buchner y el filtrado transparente se utiliza para continuar la práctica

Etapa 3. Cambio de pH. La mezcla de reacción transparente se coloca en un

vaso de precipitados de 50 mL sumergido en hielo y se le agrega una

solución de hidróxido de sodio al 40% enfriada en hielo hasta obtener una

reacción alcalina (verificar con papel pH), se usan aproximadamente de 5 a 6

mL de la solución básica.

Etapa 4. Filtración. Enfriar, filtrar a vacío y lavar con agua destilada fría

hasta pH neutro del filtrado acuoso. Punto de fusión teórico de la p-

nitroanilina** 146o-148o C, pesar para calcular el rendimiento.

Nota **Por ser la tercer y última etapa de la síntesis de la p-nitroanilina, el

producto de ésta práctica, después de registrarse los resultados de peso y

punto de fusión, deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el

laboratorio. NO DESECHARLA. La *p-nitroacetanilida sobrante que no

haya sido utilizada deberá colectarse en un recipiente proporcionado por el

laboratorio. NO DESECHARLA.



práctica. Incluya un diagrama de flujo y cuestionario resuelto.

19

Equipo

Cuestionario 1. ¿Cuál es el motivo de nitrar la anilina en tres etapas?

2. ¿Cuál es el mecanismo de reacción para la hidrólisis de la p-

nitroacetanilida?

3. ¿Por que la p-nitroanilina es soluble en ácido clorhídrico?

4. ¿Cuál es la importancia que tienen las aminas aromáticas en la industria

química?

5. Informe los rendimientos obtenidos

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6. ¿Consultando la bibliografía, haga una lista de las propiedades


que se utilizaron en la práctica?

7. ¿Que uso tiene la p-nitroanilina?





Douglas C. Neckers. 1998. Experimental Organic Chemistry, W. H.


Moore, J. A. and Daytimple, D., 1976, Experimental Methods in Organic

Chemistry, 2th Edition, W. B. Saunders Company, Philadelphia, (2th

e)




Hidrólisis de derivados de ácidos carboxílicos, consúltese la sección 21-7 del



Química de las amidas, consúltese la sección 21.7 del capítulo 21 en: J.

McMurry, 2000. Química Orgánica. Internacional Thomson Editores,

S.A. de C.V. México (5 e)

Hidrólisis de amidas, consúltese la sección 24.13 del capítulo 24 en: R.T.


Iberoamericana.

Hidrólisis: adición nucleófila-eliminación, consúltese la sección 18.6 del

capítulo 18 en: Streitwieser, Jr., A., y C. H. Heathcock, 1989.

21

Química Orgánica. McGraw-Hill/Editorial Interamericana S.A. de

C.V. México





O. Soria Arteche, H.L. Cárdenas Rodríguez y J.J. Reyes Méndez, 1997.CBS






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Práctica 4

Preparación de amarillo de Martius

2,4-dinitro-α-naftol


El alumno preparará el 2,4-dinitro-α-naftol, a partir del α-naftol por

sustitución de grupos sulfónicos con grupos nitro.

Objetivo

Obtener un colorante que se prepara cuando el α-naftol se trata con ácido

sulfúrico concentrado obteniéndose el ácido 1-hidroxi-2,4-

naftalendisulfónico. OH OH

SO3H

SO3H

H2SO4

Después este ácido por tratamiento con ácido nítrico produce el amarillo de

Martius (2,4-dinitro-α-naftol)

23

OH

NO2

NO2

OH

SO3H

SO3H

HNO3

Esta sustitución es posible en virtud de que la reacción de sulfonación es un

proceso reversible, de modo que el nitro catión en un momento dado puede

sustituir al grupo sulfónico. El grupo hidroxilo, por mesomérico, aumenta la

densidad electrónica del anillo aromático al cual se encuentra unido, de tal

forma que esto incrementa su reactividad frente a un electrófilo, de ahí que

la sustitución sea en el anillo aromático.

Material Reactivos

1 Anillo de fierro α-naftol

1 Cristalizador Ácido nítrico

1 Equipo Micrométodos Ácido sulfúrico

1 Parrilla eléctrica Agua destilada

1 Matraz Erlenmeyer de 50 mL Hielo frapé

1 Pinza para refrigerante

1 Pinza para matraz bola

2 Pipetas graduadas de 5 mL

1 Piseta con agua


2 Propipeta

1 Trampa de vacío

1 Soporte universal

Papel filtro

Papel pH

24

Desarrollo Etapa 1. Adición de ácido sulfúrico. En un matraz Erlenmeyer de 50 mL o

en el matraz esférico de 10 mL del equipo de micrométodos, coloque 1 g de

α-naftol y agregue lentamente 2 mL de ácido sulfúrico concentrado (agitar

hasta disolución); calentar suavemente en baño de agua durante 10 min (sin

reflujo, ver figura a), transcurrido este tiempo, retirarlo del baño de agua y

dejarlo enfriar por algunos min y después terminar de enfriar el matraz a

chorro de agua.

Etapa 2. Embudo de separación. Disuelva el sólido formado en 5 mL de

agua helada y vaciarlo en un embudo de separación, insertado en un anillo

de fierro o una pinza unido a un soporte universal.

Etapa 3. Adición sobre ácido nítrico. Deje gotear lentamente (gota a gota)

esta solución sobre 1.2 mL de ácido nítrico concentrado contenido en un

matraz Erlenmeyer de 50 mL sumergido en un cristalizador con hielo (ver

figura b). Una vez terminada la adición, caliente suavemente durante 5 min

en baño de agua.

Etapa 4. Filtración. Diluir la mezcla de reacción con 20 mL de agua helada,

agitar vigorosamente y filtrar con vacío. Finalmente lavar con agua destilada

hasta pH neutro del filtrado para eliminar el exceso de ácido. Punto de fusión

teórico del amarillo de Martius* 138 oC. Pesar para calcular el rendimiento.

Nota:

* El amarillo de Martius sobrante que no haya sido utilizada deberá

colectarse en un recipiente proporcionado por el laboratorio. NO

DESECHARLO

25




Equipo

Figura a Figura b

Cuestionario 1. Explicar por que la sustitución se efectúa con las posiciones 2 y 4 del α-

naftol.

2. Él α-naftol esta formado por dos anillos. ¿Por qué sólo reacciona uno de

ellos?

3. Proponga un mecanismo de reacción para la sustitución del grupo

sulfónico por el grupo nitro.

26

4. ¿Que uso tiene el Amarillo de Martius?

5. ¿Cuales son los grupos cromóforos y auxocromos del Amarillo de

Martius?

6. ¿Qué es un mordiente?

7. Calcule el rendimiento.


Domínguez, X.A., 1968. Experimentos de Química Orgánica. Limusa Wiley,

México.

Adams, R., J. Johnson, and C. Wilcox., 1963. Laboratory Experiments in

Organic Chemistry. MacMillan Co., N.Y., USA.

Fieser, L., (1967), Experimentos de Química Orgánica, Editorial Reverté, S.

A. Barcelona

Fieser, L., (1968) Organic Experiments, 2nd Ed., D. C. Heath and Company,

Lemington


Sulfonación del benceno y desulfonación, consúltese la sección 17-4 del



Otras sustituciones aromáticas, consúltese la sección 16.2 del capítulo 16 en:

J. McMurry, 2000. Química Orgánica. Internacional Thomson


Reglas de Woodward-Fieser (cromóforo, auxocromo), consulten el Apéndice

3 de los Apéndices en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica.

Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. (2 e)

27

Terminology of UV spectroscopy, consúltese la sección 12.8 del capítulo 12

en: A.S. Wingrove y R.L. Caret, 1981. Organic Chemistry. Harper &

Row, Publishers Nueva York

Orientación de la sustitución electrofílica en derivados del naftaleno,

consúltese la sección 34.13 del capítulo 34 en: R.T. Morrison y R.N.

Boyd, 1990. Química Orgánica. Addison-Wesley Iberoamericana.

Colorantes y Teñido, consúltese la sección 34.3C del capítulo 23 en:













28

Práctica 5

Obtención de fluoresceína


El alumno preparará fluoresceína, que es un colorante de los llamados

ftaleínicos y el cual puede emplearse como indicador ácido-base, así como

intermediario para la preparación de otros compuestos como el mercuro

cromo, el cual es un desinfectante enérgico.

Objetivo

Obtener la flouresceína calentando el resorcinol con anhídrido ftálico en

presencia de un ácido de Lewis.

O O

COOH

OHHO

O

O

O

ZnCl2

HO

2

29

Material Reactivos

1 Cápsula de porcelana Agua destilada

1 Crisol de porcelana Anhídrido ftálico

1 Baño de arena Cloruro de zinc anhidro

1 Parrilla eléctrica Hidróxido de sodio al 5%

1 Pinzas para crisol Resorcinol

1 Pipeta graduada de 10 mL

1 Piseta con agua

1 Propipeta

1 Soporte universal

1 Termómetro

1 Tubo de ensaye

1 Espátula

Papel pH

Desarrollo Etapa 1. Fundir la mezcla. En un crisol de porcelana, coloque 1 g de

anhídrido ftálico y 1.5 g de resorcinol. Depositar el crisol en un baño de

arena (ver figura) y calentar el baño a 180o C, cuando la mezcla este fundida

agregarle 0.5 g de cloruro de zinc anhidro.

Observación: El cloruro de zinc anhidro se debe de pesar cuando se vaya a

agregar al crisol porque se humedece y se licua, ya que la sal es altamente

higroscópica y absorbe agua del medio ambiente.

Etapa 2. Fundir más la mezcla. Aumentar entonces la temperatura a 210o C,

con ello, la mezcla se hace viscosa y de un color verdoso metálico.

30

Etapa 3. Enfriar la mezcla. Después de unos 20 min retirar el crisol del

baño, al irse enfriando debe inclinarse convenientemente el crisol para

repartir la masa por toda la superficie interna del recipiente; inmediatamente

antes de enfriar y mediante una espátula despegar y pasarlo a una cápsula de

porcelana. Si esto último no fuera posible dejarlo en el crisol. Una vez fría,

pulverizara con la varilla de vidrio dentro de la cápsula o dentro del crisol

(tener cuidado para no romper el recipiente).

Etapa 4. Disolución de la fluoresceína. En un tubo de ensaye colocar una

muy pequeña cantidad de la fluoresceína* obtenida (una pizca del polvo

como puede ser la punta de una espátula, si se coloca en exceso no se

observa el efecto), y llenar ¾ del tubo con agua destilada, agitar hasta

disolución.

Etapa 5. Prueba de la fluoresceína. Cambie el pH de la solución con unas

gotas de hidróxido de sodio al 5% hasta que este básico y observe el

resultado (de preferencia en contra de la luz y sobre un fondo blanco). Pesar

la fluoresceína obtenida para calcular el rendimiento.

Nota:

*La fluoresceína sobrante que no haya sido utilizada deberá colectarse en un

recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLA.




31

Equipo

Cuestionario 1. Investigue el uso industrial de la fluoresceína.

2. Investigue el mecanismo de reacción de esta práctica.

3. ¿Que se entiende por fluorescencia y por luminiscencia?

4. Calcule el rendimiento.

5. ¿Qué otros tipos de luminiscencia existen? Cite dos ejemplos.




Fieser, L., (1967), Experimentos de Química Orgánica, Editorial Reverté, S.

A. Barcelona

Fieser, L., (1968) Organic Experiments, 2nd Ed., D. C. Heath and Company,

Lemington

32




Flourescence and chemiluminescence, consúltese la sección 21.7. del

capítulo 21 en: R.J. Fessenden & J.S. Fessenden. 1982. Organic

Chemistry. PWS Publishers Wadsworth International Student Edition

(2 e)

Reacciones de fenoles y éteres, consúltese la sección B de la parte 26.7 del

capítulo 26 en: A. Strietwieser, Jr. y C.H. Heathcock. Química

Orgánica. 1989. McGraw-Hill, México.

Ftaleínas, en: Cram, D.J., y G.S. Hammond. 1963. Química Orgánica.

McGraw-Hill, Madrid, España.

Flourescencia, consúltese la sección 22.7 del capítulo 22 en: R. Chang, 1992.

Química. McGraw-Hill Interamericana de México, S.A. de C.V.

Luminiscencia e iluminación, consúltese el glifo 5.7 de la sección 5.3.2 del

capítulo 5.3 en: A. Garritz y J.A. Chamizo, 1994. Química. Addison-

Wesley Iberoamericana, S.A. Impreso en EUA.











33

Práctica 6

Obtención de salicilato de metilo


El ácido salicílico posee la propiedad de reducir el dolor (analgésico) y la

fiebre (antipirético), aunque provoca irritación en la mucosa gástrica. El

salicilato de metilo es un derivado que conserva sus propiedades medicinales

disminuyendo el efecto secundario indeseable.

El salicilato de metilo es una esencia que se encuentra en diversas plantas.

Posee el aroma y el sabor de la gaulteria, utilizándose como edulcorante y

como perfume. También se utiliza formando parte de linimentos debido a la

facilidad con que penetra a través de la piel y, una vez en el organismo, se

hidroliza a ácido salicílico que alivia el dolor.

Objetivo

Obtener el salicilato de metilo a partir de la esterificación del ácido

salicílico. El ácido salicílico contiene un grupo carboxilo y un grupo fenol,

ambos grupos funcionales pueden formar ésteres. El carboxilo del ácido

34

salicílico y el hidroxilo del alcohol reaccionan en medio ácido para dar un

éster.

COOH

OH CH3 OH

H+

COOCH3

OH

Material Reactivos

1 Anillo de fierro chico Ácido salicílico

1 Equipo Micrometodo Ácido sulfúrico

1 Pinzas para matraz Agua destilada

2 Pipeta graduada de 10 mL Bicarbonato de sodio 5%

1 Parrilla eléctrica Cloruro de calcio anhidro

1 Piseta con agua Metanol


1 Propipeta

1 Matraz aforado de 100 mL (solo 1 equipo)

1 Soporte universal

Desarrollo

Observación inicial: Debido a que se obtiene poco producto de reacción si

utiliza el matraz bola de 10 mL (alrededor de 1 mL) y con el objeto de

obtener más del salicilato de metilo, para observar una clara separación y ser

más manejable, considere sí el equipo de micrométodos cuenta con un

matraz de 25 mL, si lo hay entonces utilícelo y duplique las cantidades de los

reactivos a utilizar. En un matraz bola de 25 mL coloque 2 g de ácido

salicílico y 6 mL de metanol. Adicione lentamente (gota a gota) 2 mL de

ácido sulfúrico concentrado. Con el mismo tiempo de reflujo de 45 min.

35

Etapa 1. Adición del ácido sulfúrico y reflujo. En un matraz bola de 10 mL

coloque 1 g de ácido salicílico y 3 mL de metanol. Coloque un adaptador de

dos vías al matraz, en la boca recta coloque un refrigerante (ver figura a).

Adicione lentamente (gota a gota) 1 mL de ácido sulfúrico concentrado a

través de la boca libre del adaptador a la mezcla de reacción con agitación

suave, terminada la adición cierre la boca con un tapón y caliente la mezcla

en baño de arena y mantenga el reflujo con agitación durante 45 min.

Etapa 2. Obtención de capa orgánica y de la capa acuosa. Después de este

tiempo enfrié el matraz al chorro de agua de la llave. Añadir al matraz de

reacción 5 mL de agua destilada, pasar la mezcla a un embudo de separación

y sujetarlo a un soporte universal con pinzas o un anillo de fierro, dejar

reposar el embudo destapado con la mezcla el tiempo necesario para que se

separen las dos capas (orgánica y acuosa). La capa inferior es la orgánica y

la superior es la acuosa.

Etapa 3. Separación de la capa orgánica de la acuosa. Abrir la llave de

paso del embudo de separación para bajar la fase orgánica (capa inferior)

sobre un vaso de precipitados (figura b), cerrar la llave de paso y después en

otro vaso de precipitados dejar caer la fase acuosa (capa superior) contenida

en el embudo (desecharla).

Etapa 4. Neutralización y lavado de la capa orgánica. Regresar la fase

orgánica al embudo de separación para lavarla con 5 mL de bicarbonato de

sodio al 5% (hasta pH neutro o ligeramente alcalino), separar las capas y

descartar la capa acuosa superior. Repetir la operación para lavar el éster esta

vez con 3 mL de agua destilada.

Etapa 5. Secado. Separe las capas y transfiera el éster a un vaso de

precipitados seco, agregar 0.1 g de cloruro de calcio anhidro para secarlo (o

36

el suficiente hasta que quede el líquido transparente). Pasarlo por

decantación a un vaso de precipitados y medir con una pipeta el volumen de

salicilato de metilo* obtenido para calcular el rendimiento.

Nota:

*El salicilato de metilo sobrante que no haya sido utilizada deberá colectarse

en un recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLO




Equipo

Figura a Figura b

37

Cuestionario 1. Investigue el mecanismo de reacción de la práctica.

2. Calcule el rendimiento obtenido en la reacción.

3. ¿Cuál es el uso industrial del salicilato de metilo? Mencione tres ejemplos.

4. ¿Consultando la bibliografía, haga una lista de las propiedades


que se utilizaron en la práctica?

5. ¿Porque no reaccionan el carboxilo y el hidroxilo del ácido salicílico entre

sí?


Eaton, David. 1989. Laboratory investigations in organic Chemistry.

McGraw-Hill Book Company. NY






Condensación de los ácidos con los alcoholes: esterificación de Fischer,

consúltese la sección 20.11 del capítulo 20 en: L.G. Wade, Jr. 1993.

Química Orgánica. Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. (2 -e)

Reacciones de sustitución nucleofílica en el acilo de los ácidos carboxílicos

consúltese la sección 21.3 del capítulo 21 en: J. McMurry, 2000.

38

Química Orgánica. Internacional Thomson Editores, S.A. de C.V.

México (5 e)

Synthesis of esters: esterification, consúltese la sección 18.7A del capítulo

18.7 en: Salomons T.W. Graham, 1988. Organic Chemistry. John

Wiley & Sons, Nueva York (4 e).

Conversión a ésteres, consúltese la sección 23.16 del capítulo 23 en: R.T.


Iberoamericana.

Reacciones de fenoles y éteres, consúltese la sección 26.7A Esterificación

del capítulo 26 en: Streitwieser, Jr., A., y C. H. Heathcock, 1989.

Química Orgánica. McGraw-Hill/Editorial Interamericana S.A. de

C.V. México











39

Práctica 7

Isomería cis - trans


El alumno deberá conocer y comprender la isomería cis-trans como un

ejemplo de isomería configuracional.

Objetivo

Isomerización del ácido maleico (cis) al ácido fumárico (trans).

H

+C

O

C

O

H

HC C

HO

OHC

O

C

O

HH

C COHHO

ácido maleico

ácido cis-2-butenodioico

ácido fumárico

ácido trans-2-butenodioico

40

Material Reactivos

1 Equipo de micrometodo Ácido clorhídrico concentrado

1 Cristalizador con arena Ácido clorhídrico 1N

1 Cristalizador chico Ácido maleico

1 Pinzas para refrigerante Agua destilado

1 Pinzas para matraz Hielo frapé

1 Soporte universal

1 Parrilla eléctrica


1 Piseta con agua

Mangueras

Papel filtro

Papel pH

Desarrollo

Etapa 1. Reflujo. En un matraz redondo de 10 mL disolver 1 g de ácido

maleico en 1 mL de agua, después agregar 2 mL de ácido clorhídrico

concentrado. Coloque un refrigerante en posición de reflujo y poner a

ebullición en baño de arena durante 20 min. (Ver figura).

Etapa 2. Filtración. Terminado el reflujo, verter el contenido a un vaso de

precipitados, enfriar en un cristalizador con hielo hasta que se forme un

sólido, filtrar los cristales precipitados con vacío, lavando con agua fría hasta

pH neutro del filtrado.

Etapa 3. Recristalización. Se puede recristalizar con ácido clorhídrico 1 N

calentado a ebullición en un vaso de precipitados y dejando enfriar, volver a

filtrar el precipitado formado lavando con agua fría. Secar muy bien y pesar

41

para calcular el rendimiento. Determine el punto de fusión del ácido

fumárico y un punto de fusión mixto con ácido fumárico y ácido maleico en

el aparato de Fisher Johns o para determinar el punto de fusión.

Etapa 4. Comparación de la solubilidad. Compare la solubilidad de la

materia prima con el producto obtenido disolviendo una pequeña cantidad de

cada uno de ellos en 1 mL de agua.

Nota:

*El ácido fumárico sobrante que no haya sido utilizado deberá colectarse en

un recipiente proporcionado por el laboratorio. NO DESECHARLO




Equipo

42

Cuestionario

1. Proponga un mecanismo para la reacción.

2. Explicar brevemente en que consiste la isomería cis-trans.

3. ¿Cuál es la diferencia entre el sistema cis trans con el E-Z?

4. ¿Puede haber una reacción de adición del ácido clorhídrico al doble enlace

C-C? Explique

5. ¿Por qué la determinación del punto de fusión del ácido fumárico puede

dar un resultado poco confiable?

6. ¿Cuál de los dos ácidos (maleíco o fumárico) es más soluble en agua?






Lecturas recomendables:

Nomenclatura de los isómeros geométricos, consúltese la sección 7-5 del

capítulo 7 en: L.G. Wade, Jr. 1993. Química Orgánica. Prentice-Hall

Hispanoamericana, S.A. (2 e)

Isomería cis-trans de los alquenos, consúltese la sección 6.5 del capítulo 6

en: J. McMurry, 2000. Química Orgánica. Internacional Thomson


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The butenes; geometric isomerism, consúltese la sección 7.3 del capítulo 7

en: A.S. Wingrove y R.L. Caret, 1981. Organic Chemistry. Harper &

Row, Publishers Nueva York

Isomería geométrica, consúltese la sección 7.6 del capítulo 7 en: R.T.


Iberoamericana.

Nomenclatura de los alquenos, consúltese la sección 12.2 del capítulo 12 en:













44

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