Garcia Sanchez M a - Manual Practicas Quimica Organica II

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Manual de prcticas de qumica orgnica II Miguel ngel Garca SnchezUNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANACasa abierta al tiempoUNIDAD IZTAPALAPADERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoMiguel ngel Garca Snchez naci en la ciudad de Mxico el 25 de marzo de 1965. Es egresado de la Universidad Autnoma Metropolitana, donde obtuvo el ttulo de qumico en el ao de 1990. Culmin estudios de maestra en Qumica (Inorgnica) en 1993 y actualmente est prximo a presentar su tesis de doctorado en la misma institucin. Ha sido profesor en la UAM-I desde 1990 y profesor de la FES-Zaragoza de la UNAM de 1992 a 1996. En ambas instituciones ha impartido diversos cursos de ramas de la qumica. Es autor de tres artculos de investigacin publicados en revistas internacionales. Actualmente realiza investigacin sobre sntesis, caracterizacin, propiedades y aplicabilidad de macrociclos orgnicos, as como sobre su incorporacin en redes inorgnicas por el mtodo sol gel. Ha presentado ms de treinta trabajos de investigacin en congresos nacionales e internacionales. Es profesor de tiempo completo en el rea de Qumica Inorgnica del Departamento de Qumica de la UAM-Iztapalapa. Durante toda su formacin ha sido alumno del Profesor Distinguido Dr. Antonio Campero Celis.DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIDERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoUNIVERSIDAD AUTNOMA METROPOLITANACasa abierta al tiempoDr. Luis Mier y Tern Casanueva Rector General Dr. Ricardo Solis Rosales Secretario General UNIDAD IZTAPALAPA Dr. Jos Lema Labadie Rector Mtro. Javier Rodrguez Lagunas Secretario Dr. Gerardo Saucedo Castaeda Director de la Divisin de Ciencias Biolgicas y de la Salud Dr. Alberto Rojas Hernndez Jefe del Departamento de Qumica Mtro. Daniel Toledo Beltrn Coordinador de Extensin Universitaria Ma. del Rosario Hoyos Alea Jefa de Produccin EditorialDERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIM. Q. Miguel ngel Garca SnchezDERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrimera impresin: 2002UNIVERSIDAD AUTNOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA Av. Michoacn y La Pursima Iztapalapa, 09340, Mxico, D.F.ISBN: 970-31-0095-3 Impreso y hecho en Mxico / Printed in MxicoDERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempondicePrlogo Dedicatoria Prctica 1: Grupo carbonilo I: sntesis de w-butiraldehdo a partir de n-butanol Prctica 2: Prctica 3: Grupo carbonilo II: sntesis de ciclohexanona Obtencin de un aldehido: sntesis de o-hidroxibenzaldehdo(salicilaldehdo) Prctica 4: Prctica 5: Sntesis de borneol por reduccin del alcanfor Sntesis de un heterociclo: obtencin de 3,5-dimetilpirazol Prctica 6: Prctica 7: Prctica 8: Prctica 9: Prctica 10: Esterificacin: sntesis del acetato de isoamilo Saponificacin: obtencin de un jabn Obtencin de un detergente por micromtodo Sntesis defluoriscena:emisin y absorcin de luz Sntesis de una amida: adicin nucleofilica sobre un derivado del cido carboxlico Prctica 11: Prctica 12: Prctica 13: Sntesis malnica: obtencin del cido hexanoico Reacciones de eliminacin (E); sntesis de ciclohexeno Quimioluminiscencia: sntesis y propiedades del /wm/o/o3-aminoftalhidracida9 1113 1721 2529 33 41 47 5157 61 6771DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de Qumica Orgnica IIAnexo A: Anexo B: Anexo C:Espectros IR Sustancias peligrosas Espectroscopia UV-Visible79 85 89 117Formato de reporteDERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrlogoEl siguiente conjunto de prcticas de laboratorio de Qumica Orgnica II sigue muy de cerca el orden de los temas tratados en la clase terica de Qumica Orgnica II (UEA 214103) de la Divisin de Ciencias Bsicas e Ingeniera de la UAMIztapalapa. Cada prctica fue cuidadosamente elegida, probada y replanteada por el autor. Posteriormente se prob con alumnos de varios trimestres. El orden presentado se ajusta al programa de la materia, pero puede muy bien adaptarse a otros programas, incluso de otras instituciones. Hemos procurado incluir en el manual el mayor nmero posible de herramientas que auxilien al alumno en sus determinaciones. Siguiendo la filosofa iniciada con el manual de Qumica Orgnica I, en el cual se hace una breve introduccin a la espectroscopia en la regin del infrarrojo, en el presente texto se le utiliza formalmente y se inicia al estudiante en el uso de la espectroscopia UV-Visible. Adems, se introducen conceptos como la quimioluminiscencia y la espectroscopia de fluorescencia, dejando la espectroscopia de resonancia magntica nuclear (RMN) para el curso de Qumica Orgnica III. Aunque nuestro planteamiento es meramente introductorio, permite al alumno adquirir los conocimientos bsicos sobre estas tcnicas y el tipo de informacin que con ellas puede obtenerse. Las experiencias aqu vertidas se han adaptado de diversas fuentes, y aproximadamente la mitad de ellas pueden muy bien realizarse por medio del micromtodo. Al igual que en el primer manual de la serie, en el presente libro queremos mostrar la presencia de la qumica en mbitos de la vida diaria, tratando siempre de que las experiencias de laboratorio sean formativas, informativas y sobre todo estimulantes. Se ha procurado presentar cada prctica con una introduccin suficiente como para evitar al alumno una prdida innecesaria de tiempo; consideramos que, por la naturaleza del curso, es mejor invertir ese tiempo en un entrenamiento y en propiciar el surgimiento de la intuicin del qumico. Los anexos A, de espectros IR, y C, de espectroscopia UV-Visible, permiten al alumno analizar los resultados obtenidos en sus prcticas. As mismo, el anexo C est diseado para usarse en una clase audiovisual, introductoria de espectroscopia UV-Visible. Al final presentamos un formato que los alumnos pueden utilizar para presentar sus reportes de las prcticas de manera ms completa y concreta. Agradezco a las qumicas Miriam L. Estrada Rico y Vernica De la Luz T. su invaluable ayuda en la realizacin de las correcciones del presente manual.DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de Qumica Orgnica IIA los alumnos que sufrieron las versiones anteriores de este material les agradezco su paciencia, pero sobre todo sus impresiones, que lo han enriquecido. Si presenta errores y defectos, estoy en la mejor disposicin de realizar las correcciones pertinentes y aceptar todos los comentarios tendientes a mejorarlo.Miguel ngel Garca SnchezSeptiembre de 200110DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoDediciatoriaDedico el presente manuscrito a mis alumnos de las materias de Qumica Orgnica I, II y III, que durante ya diez aos han soportado mi evolucin. En especial a los que asistieron a los cursos 01 -1,01 -P y 01 -O y que con sus crticas, comentarios y emocin me motivaron a concluir el presente documento. Entre ellos, muy especial, a mi ngel de la guarda, la I. Q. Ma. de Lourdes Aviles Cabrera, que mantuvo vivo a estefaquir abase de Chocorroles y Coca-Cola, pero sobre todo mostrndome su frreo amor a la vida. Con mucho cario Miguel ngel Garca Snchez Mayo de 200211DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoDERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 1GRUPO CARBONILO I: SNTESIS DE n-BUTIRALDEHDO A PARTIR DE BUTANOLOBJETIVOa) b) Obtener un aldehido aliftico a partir del alcohol respectivo mediante la oxidacin en mezcla crmica. Determinar si el producto obtenido es un aldehido. K 2 Cr 2 0 7 /H 2 S0 4 CH3CH2CH2CH2-OH > CH3CH2CH2CHOMATERIAL DE VIDRIO1 matraz redondo de 100 mi 1 matraz redondo de 50 mi 1 matraz Erlenmeyer de 50 mi 1 matraz Erlenmeyer de 125 mi 1 matraz Kitazato de 250 mi 1 vaso de precipitado de 400 mi 1 vaso de precipitado de 150 mi 1 refrigerante 1 refrigerante de aire 1 embudo de separacin 1 embudo de vidrio 2 tubos de ensaye 1 junta para destilacin 1 junta de recoleccin 1 junta Claissen 1 junta para termmetro 1 cristalizador 1 embudo Buchner 1 probeta graduada de 25 mi13DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de Qumica Orgnica IIEQUIPO DE LABORATORIO3 soportes universales 4 pinzas con nuez 1 anillo 1 parrilla 1 mantilla 1 restato 1 esptulaSUSTANCIASn-butanol, C4H10O Dicromato de potasio, K2Cr207 (o bien Na2Cr207) cido sulfrico concentrado, H2SO4 2,4-dinitrofenilhidrazina Sulfato de sodio anhidro, Na2SO4EXPERIMENTACINSe adapta un sistema de destilacin fraccionada sobre una columna empacada con fibra de vidrio (poca), como se muestra en la figura 1.1. En la otra boca de la junta Claissen se coloca un embudo de adicin. En el matraz redondo se colocan 6.4 mi de n-butanol y un agitador magntico. En el embudo de adicin se coloca mezcla crmica, que se prepara agregando lentamente 5 mi de cido sulfrico concentrado a una disolucin de 5.5 g de dicromato de potasio (o 5.5 g de dicromato de sodio) en 25 mi de agua. La mezcla crmica se agrega, gota a gota, al matraz de tres bocas en un periodo de 15 minutos, procurando que la temperatura en la parte superior de la columna de fraccionamiento no exceda los 85C. Si no se producen vapores hasta la parte superior de la columna, se calienta a ebullicin para que la temperatura no descienda de los 70C. Cuando se ha aadido todo el agente oxidante, se mantiene el calentamiento por 15 minutos ms y se recolecta, en un matraz sumergido en hielo, la fraccin que destila por debajo de los 90C. El destilado se transfiere a un embudo de separacin y se separa la capa orgnica que contiene el butiraldehdo. El butiraldehdo obtenido se seca agregando 1.5 g de sulfato de sodio anhidro por 10 minutos. Se filtra por gravedad y se miden el volumen y peso obtenidos. Si es posible se obtiene su espectro IR, buscando en especial la seal del hidrgeno aldehdico cerca de 2800 cm-1 (ver espectro IR-1 en el anexo A).14DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoGrupo carbonilo: sntesis de n-butiraldehdo a partir de w-butanolPRUEBASe agregan unas gotas del producto a 2 mi de disolucin de 2,4-dinitrofenilhidrazina en un tubo de ensaye y se agita vigorosamente. Se deja reposar para que precipite el derivado del butiraldehdo y purifique por recristalizacin en etanol-agua. El punto de fusin del compuesto as obtenido es de 122C.Figura 1.1 Sistema de destilacin fraccionada con adicin por medio de una junta Claissen.15DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de Qumica Orgnica IINota:a)b)Aunque la oxidacin del alcohol es exotrmica, es necesario calentar la mezcla de vez en cuando para que la temperatura no baje de 75C. La mezcla crmica es muy corrosiva.CUESTIONARIO1. 2. 3. Investigue el mecanismo de la oxidacin del jz-butanol a butiraldehdo con mezcla crmica. Qu se forma cuando reaccionan el butiraldehdo y la 2,4-dinitrofenilhidrazina? De qu otra manera puede determinarse si se obtuvo un aldehido?BIBLIOGRAFA1. Eaton, David C , 1989. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA, Me Graw-Hill. Morrison, R.T. y R. N. Boyd. 1992. Qumica orgnica. 5a ed. EUA, AdissonWesley Iberoamrica. Shriner, R.L., R.C. Fuson y Curtin, D.Y. 1991. Identificacin sistemtica de compuestos orgnicos. Ia. ed. Mxico, Limusa. Voguel, A. I. 1961. ^4 Texbook ofPractical Organic Chemistry. 3 a ed. London, Longman,pp. 320-322.2.3.4.16DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 2 GRUPO CARBONILO II: SNTESIS DE CICLOHEXANONAOBJETIVOa) b) Obtener una cetona por oxidacin del alcohol respectivo. Determinar si el producto obtenido es una cetona.K 2 Cr 2 0 7 /H 2 S0 4MATERIAL DE VIDRIO1 juego de qumica conjuntas 19/22 1 vaso de precipitado de 100 mi 1 matraz Erlenmeyer de 50 mi 1 tubo de ensaye 1 cristalizadorEQUIPO DE LABORATORIO1 esptula 1 parrilla 1 agitador magntico 1 mantilla 1 restato 3 pinzas de tres dedos con nuez 2 soportes universales17DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de Qumica Orgnica IISUSTANCIASCiclohexanol 2,4-dinitrofenilhidrazina Dicromato de potasio, K2Cr207 (o bien Na2Cr207) cido sulfrico concentrado, H2SO4 Sulfato de sodio anhidro, Na2SO4EXPERIMENTACINEn un matraz de tres bocas se colocan 2.5 g de ciclohexanol. En una de las bocas del matraz se coloca un embudo de adicin, sobre la otra un tapn y en la tercera una junta "Y"para destilacin y un termmetro. El matraz se somete a un bao de agua fra y a continuacin se agrega la mezcla crmica contenida en el embudo de adicin (Fig. 2.1). La mezcla crmica se prepara agregando lentamente 4.5 mi de cido sulfrico concentrado a una disolucin de 4.9 g de dicromato de potasio (o 4.9 g de dicromato de sodio) en 25 mi de agua. La mezcla crmica se vierte lentamente sobre el ciclohexanol, agitando en forma continua y procurando que la temperatura se mantenga entre 55 y 60C. Una vez concluida la adicin, la mezcla se deja reposar por 30 minutos, agitando de cuando en cuando. Pasado ese periodo se agregan 25 mi de agua al matraz redondo y se monta sobre la tercera boca del mismo un sistema de destilacin. El lquido destilado se recolecta hasta que ya no sea turbio. En realidad, en el matraz de recoleccin debern observarse dos fases. Se adicionan 3 g de sal de mesa y se agita hasta que se disuelva la mayor cantidad de sta.18DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoGrupo carbonilo: sntesis de ciclohexanonaFigura 2.1 Sistema de destilacin con embudo de adicin en matraz de tres bocas.El lquido se transfiere a un embudo de separacin y se obtiene la fase orgnica, que es la menos densa (superior). A la capa acuosa (inferior) se le hacen otras dos extracciones con 5 mi de ter etlico y los extractos se mezclan con la capa orgnica que contiene la ciclohexanona. La mezcla se seca con Na2SO4 anhidro (o MgSO4), el lquido se decanta y el ter se evapora con un bao de agua tibia y en la campana de extraccin. El producto impuro obtenido se pesa, y se procede a purificarlo destilando a 155C. Una vez realizado lo anterior, se miden el volumen y el peso del producto.PRUEBASDetermine el ndice de refraccin en el refractmetro de Abbe y de ser posible obtenga el espectro infrarrojo. (Ver el espectro IR-2 en el anexo A.) Para determinar si su compuesto es una cetona, puede agregar unas gotas de su producto a 2 mi de disolucin de 2,4-dinitrofenilhidrazina en un tubo de ensaye y agitar vigorosamente.19DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de Qumica Orgnica IICUESTIONARIO1. 2. 3. 4. 5. Investigue el mecanismo de reaccin de oxidacin del ciclohexanol. Despus de la oxidacin del ciclohexanol con mezcla crmica, por qu al destilar se obtiene una mezcla de ciclohexanona y agua? Qu funcin tiene el cloruro de sodio que se agrega al matraz que contiene los lquidos destilados? Si la ciclohexanona se volviera a tratar con mezcla crmica, qu pasara? Si una cetona se trata con permanganato de potasio en medio cido (KMnO4/ H2SO4), qu productos se obtienen? Ejemplifique con la ciclohexanona.BIBLIOGRAFA1. Eaton, David C. 1989. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA, Me Graw-Hill. Shriner, R. L., R.C. Fucson y D.Y. Curtin. Identificacin sistemtica de compuestos orgnicos. Ia ed. Mxico, Limusa. Voguel, A.I. 1961. A Texbook of Practica! Organic Chemistry. 3a ed. London, Longman,pp. 320-322.2.3.20DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 3OBTENCIN DE UN ALDEHDO: SNTESIS DE 0HIDROXIBENZALDEHDO (SALICILALDEHDO)OBJETIVOSa) b) Obtener un aldehido aromtico mediante la reaccin de Reimer-Tieman a partir de fenol y cloroformo en medio bsico. Caracterizar el producto.'OHOH +CHCI337%MATERIAL DE VIDRIO1 juego de qumica conjuntas 19/22 2 matraces Erlenmeyer de 50 mi 1 matraz Kitazato de 120 mi 1 embudo Buchner 1 cristalizador 2 vasos de precipitado de 100 mi 1 pipeta graduada de 5 mi 1 propipeta 1 probeta de 10 mi21DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de Qumica Orgnica IIEQUIPO DE LABORATORIO2 soportes universales 4 pinzas de tres dedos con nuez 1 esptula 1 anillo 1 parrilla 1 termmetro 1 agitador magnticoSUSTANCIASFenol, C6H5OH Cloroformo, CHC13 Hidrxido de sodio, NaOH cido sulfrico, H2SO4 Bisulfito de sodio, Na2S2O4 Sulfato de magnesio anhidro, MgSO4 ter etlico, (CH3CH2)2O Etanol, C2H5OH n-butanol, C4H10O Agua destiladaEXPERIMENTACINSe monta un sistema para reflujo con un matraz de tres bocas y un condensador. Se coloca un agitador magntico y un termmetro de tal manera que el bulbo de ste quede a 2 cm del fondo del matraz (Fig. 3.1). En el matraz se agrega una disolucin de 8 g de hidrxido de sodio y 8 mi de agua destilada. Se calienta ligeramente hasta lograr que el hidrxido se disuelva en su mayor parte. Agitando constantemente, se agrega una disolucin de 2.5 g de fenol en 2.5 mi de agua. Se ajusta la temperatura a 60-65C, calentando con un bao de agua tibia, para evitar que el fenxido de sodio formado se separe. Con mucho cuidado se adicionan 4 mi de cloroformo, en tres porciones y a intervalos de 15 minutos, por la parte superior del condensador. Debe mantenerse la temperatura entre 65 y 70C y agitar constantemente. Finalmente, se calienta a la temperatura de ebullicin del agua por una hora. Despus de enfriar, se acidifica el lquido de color anaranjado que se ha formado, agregando un poco de cido sulfrico diluido. Se destila totalmente el osalicilaldehdo, por arrastre de vapor.22DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoObtencin de un aldehido: sntesis de o-hidroxibenzaldehdo (salicilaldehdo)La destilacin se detendr hasta que ya no se observe la salida de gotas de aspecto aceitoso por la parte inferior del condensador. Para purificar el o-salicilaldehdo, se transfiere el lquido destilado y se realizan dos o tres extracciones con 5 mi de ter. Los extractos etreos se recolectan en un matraz Erlenmeyer de 50 mi y se procede a evaporar el ter con agua tibia (en la campana de extraccin) o bien en evaporador rotatorio. Al residuo que queda y que contiene fenol y salicilaldehdo se le agrega aproximadamente el doble del volumen de una disolucin saturada de bisulfito de sodio y se agita vigorosamente (de preferencia en forma mecnica) durante un mnimo de media hora. Se deja reposar media hora y despus de este tiempo se separa la pasta de bisulfito, mediante filtracin a vaco, lavando con un poco de etanol y finalmente con un poco de ter (para eliminar el fenol).Figura 3.1 Sistema de reflujo en matraz de tres bocas, con termmetro y embudo de adicin.23DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de Qumica Orgnica IIEl slido filtrado se coloca en un matraz redondo pequeo y se calienta en agua tibia, agregando al matraz un poco de cido sulfrico diluido. Despus de enfriar, se separa el salicilaldehdo con un poco de ter y se seca con sulfato de magnesio anhidro. El salicilaldehdo crudo se obtiene al evaporar el ter, pero si se desea obtenerlo ms puro puede hacerse destilndolo posteriormente a 195-197C. Para caracterizar el o-salicilaldehdo se puede obtener su espectro IR (consultar el espectro IR-3 en el anexo A) o bien realizar alguna prueba a la gota. En el matraz de tres bocas queda una mezcla que contiene el /?-hidroxibenzaldehdo, el cual puede purificarse separando el lquido que lo contiene de la masa resinosa formada, mediante filtracin en papel. El/?-hidroxibenzaldehdo se extrae con ter, y despus de que ste se elimina, se recristaliza el slido amarillento en agua caliente con unas gotas de cido sulfrico. De esta manera se obtendrn de 0.2 a 0.3 g de un slido de color amarillo que se funde a 116C.CUESTIONARIO1. 2. 3. 4. Escriba el mecanismo de la sntesis de osalicilaldehdo mediante la reaccin de Reimer-Tieman. Con la metodologa arriba expuesta, es posible obtener aldehidos no aromticos? Por qu? La adicin de bisulfito de sodio al lquido destilado permite separar el salicilaldehdo del fenol. Cul es la estructura del precipitado formado? Cmo puede cerciorarse de que el producto obtenido es efectivamente un aldehido?BIBLIOGRAFA1. Plunket E.R., Manual de Toxicologa Industrial, Enciclopedia de la Qumica Industrial, Ed. Urmo, S.A. Espaa 1978. Shriner, R. L., R. C. Fuson y D. Y. Curtin. 1991. Identificacin sistemtica de compuestos orgnicos. Mxico, Limusa. Vogel, A.I. 1962. Text-Book Practical Organic Chemistry. 3a ed. Londres, Longman, pp. 761-762.2.3.24DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 4SNTESIS DE BORNEOL POR REDUCCIN DE ALCANFOROBJETIVORealizar la reduccin del alcanfor comercial utilizando el borohidruro de sodio, un reductor suave, y obtener borneol, compuesto presente en la escencia de lavanda.INTRODUCCINEl borohidruro de sodio es un hidruro metlico, que por adicin nucleoflica agrega un ion hidruro del tomo de boro a un carbono deficiente en electrones de una cetona. Se piensa que el mecanismo, el cual se muestra enseguida, ocurre a travs de una estructura de transicin de cuatro centros, con un enlace formado entre el boro y el tomo de oxgeno carbonlico.Na ONaEste proceso se repite con otras tres molculas de cetona, hasta que todos los tomos de hidrgeno del boro sean transferidos. Posteriormente, el complejo de boro puede descomponerse con agua para formar alcohol.25DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIComo agente reductor dbil, el borohidruro de sodio puede reaccionar slo con aldehidos, cetonas y cloruros de acilo. En contraste, el poderoso reductor hidruro de litio y aluminio, AlLiH4, reacciona tambin con cidos carboxlicos, esteres, anhdridos y amidas. Debido a que el hidruro de litio y aluminio reacciona rpido con agua y alcoholes, las reducciones con este reactivo deben hacerse en soluciones anhidras de ter. En contraste, el borohidruro de sodio reacciona muy lento con agua y alcohol y puede usarse con facilidad en estos disolventes sin que ocurra una prdida importante de este reactivo. Sin embargo, se descompone en disoluciones acidas desprendiendo hidrgeno gaseoso. NaBH4 + H3O+ + H2O > 4H2 + Na+ + H3BO3Dos alcoholes, el borneol y el isoborneol, se forman por la reduccin del alcanfor debido a que el ataque del ion borohidruro puede atacar por abajo o por arriba del grupo carbonilo. El ataque por la parte de abajo suele llamarse ataque exo y el ataque por la parte de arriba, ataque endo. En este ejemplo el ataque exo no es muy favorecido, debido a la repulsin estrica producida por los grupos metilo en el puente del biciclo de alcanfor. Por lo anterior, se forman 14% de borneol y 86% de isoborneol.BORNEOLCH.CH 326DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoReduccin: Sntesis del borneol por reduccin del alcanforEl alcanfor puede obtenerse a partir del rbol alcanfor, que manifiesta un penetrante olor. Industrialmente, el alcanfor se usa en la manufactura de plsticos de celulosa, as como en explosivos, pirotecnia, lacas y barniz, fluidos balsmicos, frmacos y cosmticos.MATERIAL DE VIDRIO1 matraz Erlenmeyer de 25 mi 1 vaso de precipitado de 125 mi 1 matraz redondo de 50 mi 1 refrigerante 1 matraz Kitazato 1 filtro Buchner 1 probeta de 25 mi 1 cristalizadorEQUIPO DE LABORATORIO1 parrilla 1 agitador magntico 1 restato 1 mantilla de calentamiento 1 esptula 2 pinzas de tres dedos con nuez 1 soporte universalREACTIVOSAlcanfor comercial Etanol, C2H5OH Borohidruro de sodio, NaBH4 HieloEXPERIMENTACINEn un matraz Erlenmeyer se disuelven 3.0 g (0.020 mol) de alcanfor en 10 mi de etanol. A esta solucin se agregan con mucho cuidado 1.5 g (0.039 mol) de boro-27DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIhidruro de sodio en pequeas porciones. Puede haber efervescencia. Despus de adicionar el borohidruro de sodio, la mezcla se calienta suavemente en un bao Mara. Despus se calienta a ebullicin por 10 minutos, adicionando el etanol que sea necesario para mantener el volumen constante. La mezcla caliente se vierte en aproximadamente 50 gramos de hielo y agua y el matraz se lava con pequeas cantidades de etanol. Despus de que el hielo se ha derretido, el slido formado se colecta filtrando por succin y despus se disuelve en la mnima cantidad de etanol caliente en un matraz Erlenmeyer de 50 mi. Se adiciona agua caliente lentamente hasta que la solucin se vuelva turbia; entonces se agrega etanol caliente para redisolver el slido formado. Se enfra en hielo y se filtra el material por succin. Se determinan el peso y el punto de fusin, y de ser posible se obtiene el espectro IR de su producto seco (consultar los espectros IR-4 a IR-6 en el anexo A). Nota: El borohidruro de sodio puede analizarse primero para saber si an es activo, ya que reacciona lentamente con la humedad ambiental. Para ello, se coloca una pequea cantidad de etanol y se calienta en bao Mara. Puede ocurrir un burbujeo vigoroso si el anhdrido es activo.CUESTIONARIO1. 2. 3. 4. 5. Por qu se usa borohidruro de sodio en lugar de hidruro de litio y aluminio en esta reduccin? Por qu se realiza la reaccin en etanol? Por qu no se obtiene borneol en menor cantidad que isoborneol? Por qu se agrega agua a la solucin alcohlica? Cmo comprobara usted que el compuesto obtenido es un alcohol?BIBLIOGRAFA1. Eaton, David C. 1989. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA, Me Graw-Hill, pp. 242-245. Ikan, R. 1991. Natural Products, a Laboratory Guide. 2a ed. USA, Academic Press, cap. III. Murillo, H. 1970. Tratado elemental de qumica orgnica. 10a ed. Mxico, ECLALSA. Shriner, R.L., R.C. Fuson, y D.Y. Curtin. 1991. Identificacin sistemtica de compuestos orgnicos, Mxico, Limusa.282.3.4.DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 5 SNTESIS DE UN HETEROCICLO: OBTENCIN DE 3,5-DIMETILPIRAZOLOBJETIVORealizar la sntesis del 3,5-dimetilpirazol, una molcula heterocclica de inters farmacolgico, a partir de acetilacetona e hidrazina.INTRODUCCINLos derivados de los pirazoles, triazoles y tetrazoles son compuestos aromticos estables, muchos de los cuales se han usado como frmacos, plaguicidas y colorantes. Algunos ejemplos son la sal de pirazolio (dibenzoquat), un herbicida; el Raxil, un fungicida que se utiliza para la proteccin de las plantas; y la fenilbutazona, un frmaco antinflamatorio que se emplea para tratar infecciones por hongos. Los derivados 1,2,3-triazol se utilizan como agentes de bloqueo ptico. Los tetrazoles son importantes en la investigacin mdica porque es posible considerar a los N-H-tetrazoles como anlogos de cidos carboxlicos, ya que sus valores de pKa son comparables con los sistemas planos y deslocalizados, que tienen requerimientos espaciales similares.dibenzoquat29DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IILos anlogos de aminocidos y de muchos otros cidos carboxlicos naturales se han sintetizado con un anillo de tetrazol en lugar del grupo carboxilo. La ruta ms general para la sntesis de pirazoles es la reaccin de compuestos 1,3-dicarboxlicos o sus equivalentes (como los esteres) con hidrazinas. Un ejemplo sencillo es la sntesis del 3,5-dimetilpirazol a partir de 2, 4-pentanodiona e hidrazina.H3CCHNH 2 NH 2"OH2,5-dimetilpirazolEsta ruta tiene la desventaja de que los compuestos dicarboxlicos asimtricos, o sus derivados, en ocasiones producen mezclas de pirazoles ismeros. Una ruta satisfactoria para la sntesis de varios NH-pirazoles es la reaccin de las hidrazonas X-CS-NH-NH2 (X=SR o NR) con halocetonas, que produce las tridiazinas como intermediarios; stas, ya sea con tratamiento cido o en forma espontnea, expulsan azufre para dar pirazoles por electrociclizacin de diazocompuestos insaturados mediante la reaccin de adicin 1,3-dipolar de diazocompuestos e imidas de nitrito.MATERIAL DE VIDRIO3 vasos de precipitado de 125 mi 1 matraz de tres bocas 24/40 1 tapn de vidrio 24/4030DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoSntesis de un heterociclo: obtencin de 3,5-dimetilpirazol1 tapn con adaptador para termmetro 24/40 1 termmetro 1 embudo de adicin 1 embudo de separacin de 125 mi 1 cristalizadorEQUIPO DE LABORATORIO1 parrilla 1 agitador magnticoREACTIVOSSulfato de hidrazina, NH2NH2 SO4 Hidrxido de sodio, NaOH 2,4-pentanodiona (o acetilacetona), CH3COCH2COCH3 Cloruro de sodio, NaCl Carbonato de potasio anhidro, K2CO3 ter(CH3CH2)2O ter de petrleo Bromuro de potasio, KBr Agua destilada HieloEXPERIMENTACINSe disuelven 1.805 g (0.01388 mol) de sulfato de hidrazina, NH2NH2 SO4, en 11.2 mi de una disolucin 2.9M de hidrxido de sodio, NaOH, contenida en un matraz de tres bocas, equipado con un termmetro, agitacin y un embudo de adicin. Se sumerge en hielo y cuando la temperatura permanezca en 15C (puede aparecer en este momento algo de sulfato de sodio), se adicionan 1.39 g (1.55 mi, 0.0139 mol), de 2,4-pentanodiona (o acetilacetona) goteando y con agitacin y procurando mantener la temperatura en los 15C. El dimetilpirazol se separa durante este periodo de adicin. Se agregan 5.58 mi de agua y se agita para disolver las sales inorgnicas; el contenido del matraz se transfiere a un embudo de separacin y se extrae con 3 mi de ter. El proceso se repite cuatro veces con 1.2 mi de ter en cada ocasin. Los extractos etreos combinados se lavan con una disolucin saturada de cloruro de sodio y se realiza la extraccin necesaria. Se agrega un poco de carbonato de potasio anhidro para eliminar el agua remanente, se decanta31DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIy se evapora el ter. Al final se obtiene aproximadamente 1.0 g de un slido cristalino amarillo que se funde a los 107-108C. Se recristaliza en ter de petrleo y se toma nuevamente el punto de fusin del slido obtenido. Tambin puede obtenerse el espectro IR de esta sustancia, observando en especial la ausencia de bandas a 1700 cnr1 correspondientes a los grupos carbonilo de la dicetona, y la seal N-H a 3300 cm 1 . (Consultar el espectro IR-7 en el anexo A.)CUESTIONARIO1. 2. 3. Explique el mecanismo que sigue la reaccin de sntesis de la 3,5 dimetilpirazina. Cmo se puede verificar que el compuesto obtenido tiene estructura de un anillo? Si no dispusiera de ter para realizar las extracciones del producto, qu otro disolvente usara y cmo lo escogera?BIBLIOGRAFA1. Gilchrist, T.L. 1995. Qumica heterocclica, 2a ed. EUA, Adisson-Wesley Iberoamrica. Morrison, R.T. y R.N. Boyd. 1992. Qumica orgnica. 5a ed. EUA, AdissonWesley Iberoamrica. Paquette, Leo A. 1978. Principies ofModern Heterocyclic Chemistry. USA, Benjamin Cummings.2.3.32DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 6ESTERIFICACIN: SNTESIS DEL ACETATO DE ISOAMILOOBJETIVOObtener acetato de isoamilo (aceite de pltano) mediante la esterificacin del cido actico con el alcohol isoamlico en medio cido.REACCINEn esta prctica se obtiene acetato de isoamilo, por la sustitucin nucleoflica del grupo OH del cido actico por el alcohol isoamlico (isopentanol) en presencia de medio cido.H3O+CH3COOH + (CH3)2CHCH2CH2OH> (CH3)2CHCH2CH2OCOCH3 + H2OEl acetato de isoamilo es un lquido incoloro que hierve a 134C, con una densidad de 0.87 g/ml y que tiene un intenso olor a pltano. Se le emplea en la fabricacin de barnices a base de nitrocelulosa y en la preparacin de esencias artificiales de frutas. Otros ejemplos son: el butirato de metilo, C3H7COOCH3? que es la esencia artificial de pina; el isovalerianato de isoamilo, (CH3)2CHCH2COOCH2CH2CH(CH3)2, que se emplea en la fabricacin de la esencia artificial de manzanas; el enantilato de etilo, CH3(CH2)5COOCH2CH3, que constituye la esencia artificial de coac; y el undecilato de amilo, CH3(CH2)9COOC5Hn, que tiene un agradable olor a rosas y se utiliza en la preparacin de perfumes.33DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIMATERIAL DE VIDRIO1 juego de qumica 19/22 (o en su defecto el material abajo mencionado, con juntas 24/40) 1 matraz redondo de 100 mi y junta 24/40 1 matraz aforado de 50 mi 2 vasos de precipitado de 100 mi 2 pipetas graduadas de 5 mi 1 pipeta graduada de 10 mi 1 embudo de separacin de 125 mi 1 condensador 24/40 1 cristalizador mediano 1 junta Claissen o junta para sistema de destilacin 1 junta de goteo 24/40 1 adaptador para termmetro 1 termmetroEQUIPO DE LABORATORIO1 mantilla de calentamiento 1 restato con conexiones 1 parrilla 1 agitador magnticoMATERIAL Y EQUIPO PARA MICROMETODO1 juego de micromtodo 3 pipetas pasteur 1 cristalizador de 10 cm de dimetro 1 termmetro 1 soporte universal 2 pinzas con nuez 1 parrilla de calentamiento 1 perilla para pipeta Pasteur34DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoEsterifcacin: sntesis del acetato de isoamiloSUSTANCIASArena cido actico glacial, CH3COOH Alcohol isoamlico, (CH3)2CHCH2CH2OH cido sulfrico, H2SO4 Bicarbonato de sodio, NaHCO3 Cloruro de sodio, NaCl Cloruro de calcio anhidro, CaCl2 Sulfato de sodio anhidro, Na2SO4 Algodn HieloEXPERIMENTACINSe colocan en un matraz redondo 6 mi de cido actico glacial, 4.5 mi de alcohol isoamlico y 1 mi de cido sulfrico concentrado. La mezcla se mantiene a reflujo por una hora. La mezcla de reaccin se enfra a temperatura ambiente, se transfiere a un embudo de separacin y se adicionan 14 mi de agua helada. Se lava el matraz de reaccin con 3 mi de agua fra y se transfiere al embudo de separacin. Se agita varias veces, se dejan separar las capas de disolventes y se desecha la capa acuosa. A la capa orgnica que permanece en el embudo de separacin se agregan lentamente 8 mi de una disolucin al 5% de bicarbonato de sodio. Sin tapar el embudo, se agita la mezcla hasta que la produccin de gases sea mnima, y se deseche nuevamente la capa acuosa. El proceso se repite hasta que el pH de la capa acuosa se torne bsico. Cuando esto ocurra, se extrae la capa orgnica con 7 mi de agua y para facilitar la separacin de ambas fases se agregan 1.5 mi de disolucin saturada de cloruro de sodio. Una vez hecha la separacin, se agregan 0.5 g de sulfato de sodio anhidro a la capa orgnica. La mezcla se deja reposar 15 minutos o hasta que sea transparente. Se monta un aparato de destilacin y se destila la mezcla orgnica para obtener el ster a una temperatura de 134-135C. En esta ultima etapa se recomienda que el matraz de recoleccin del destilado est sobre hielo. Una vez separado el ster, se mide el volumen y se determina el rendimiento. Si es posible, debe intentarse obtener el espectro IR del producto y medir su ndice de refraccin. (Consultar el espectro IR-8 en el anexo A.)35DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoMamiU re prcticas -J.e qumica rrgnica IIMICROMETODOSi se decide realizar la presente experiencia por micromtodo, puede consultarse la lista de material bsico en la figura 6.1. En un vial de 5 mi provisto de agitador magntico se vierten 0.8 mi de alcohol isoamlico (7.4 mmol), 1.5 mi (26.2 mmol) de cido actico, 4 gotas de cido sulfrico y 100 mg de gel de silicio. Se adapta un condensador para reflujo y una trampa de humedad (de CaC12) en la parte superior del condensador. La mezcla se mantiene a reflujo (I6O0-I8O0C) por una hora, agitando constantemente. Despus del reflujo, la mezcla se enfra a temperatura ambiente, se extrae el agitador magntico y se aaden 0.5 mi de ter etlico. Se hacen tres extracciones del producto utilizando 2 mi de disolucin al 5% de bicarbonato de sodio en cada una de ellas. Debe tenerse la precaucin de liberar la presin en cada extraccin. Debido a que el volumen por extraer es muy pequeo, se utiliza una pipeta Pasteur con algodn en la punta para extraer la fase acuosa (inferior) y los granos de gel de silicio. El producto se seca aadiendo sulfato de sodio anhidro al vial de 5 mi, hasta que el sulfato ya no se hidrate. La disolucin seca se transfiere con una pipeta Pasteur a un vial de 3 mi. Se agregan piedras de ebullicin al vial y se elimina el ter evaporndolo en un bao de arena (que se encuentre a menos de 50oC) y en la campana.36DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoEsterifcacin: sntesis del acetato de isoamilo(a)(b)(c)(d)(e)N r(f)(9) (h)()0)(k)(I)(m)(n)()(o)Figura 6.1. Equipo bsico de micromtodo: a) matraz Erlenmeyer, b) viales, c) matraz redondo, d) junta Claissen, e) adaptador para destilacin a vaco, f) condensador de aire para reflujo, g) agitador magntico, h) jeringa, i) cristalizador de CraigJ) tubo colector de muestras de cromatografa de gases, k) condensador de aire, 1) destilador de Hickman simple, m) destilador de Hickman con adaptacin lateral, n) condensadores, ) tubo de seguridad para burbujeo de gases, o) tubo conectorpara desecador.37DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IISe adapta sobre el vial un destilador Hickman y sobre ste un condensador de aire. Se coloca el vial sobre un bao de arena y se destila la esencia de pltano, lo cual debe ocurrir a los 160-180C (debe procurarse determinar bien el punto de ebullicin). Para mejorar el calentamiento, cubra el bao de arena con papel aluminio. Cuando el aceite se haya destilado totalmente, se transfiere con una pipeta Pasteur a un vial previamente pesado y se determina la cantidad de producto obtenido. Si es posible, debe intentarse obtener el espectro IR de su producto y compararlo con el de la literatura. (Consultar el espectro IR-8 en el anexo A.) Nota: Los granos de gel de silicio se emplean para absorber el agua que se genera en la reaccin.CUESTIONARIO1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Explique el mecanismo de reaccin de la esterificacin realizada. Por qu es necesario agregar cido a la mezcla de reaccin? En caso de no disponer de cido sulfrico, qu otro cido puede utilizar? Cul es el objetivo de realizar extracciones con agua? Por qu se hace la extraccin con bicarbonato de sodio? Al hacerlo que gas se desprende? Por qu la capa acuosa debe llevarse a pH bsico? Porqu se agrega cloruro de sodio? Una base puede catalizar la esterificacin? En una esterificacin un alcohol terciario reacciona ms lentamente que uno secundario, y ste con mayor lentitud que uno primario. Por qu? En qu difiere el espectro IR de un ster comparado con el de su cido carboxlico de origen?38DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoEsterifcacin: sntesis del acetato de isoamiloBIBLIOGRAFA1. Eaton, David C. 1989. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA, Me Graw-Hill, pp. 406-412. Landgrabe, J.A. 1993. Theory and Practice in Organic Laboratory. 4a ed. USA, Brooks/Cale, Calif. Murillo, H. 1970. Tratado elemental de qumica orgnica. 10a ed. Mxico, ECLALSA. Pine, S. H. 1989. Qumica orgnica. 2a ed. en espaol. Mxico, Me GrawHill, cap. 8. Stevens R. K. y J.A. Hodgenson. 1976. "Modern Classics in Analitical Chemistry", Am. Chem. Soc. (2) 205.2.3.4.5.39DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoDERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 7SAPONIFICACIN: OBTENCIN DE UN JABNOBJETIVOObtener un jabn mediante la reaccin de una base fuerte, como el hidrxido de sodio, con una grasa animal o un aceite vegetal.INTRODUCCINEl jabn es un ster metlico que se obtiene al hacer reaccionar un cido carboxlico con una base fuerte como la sosa, NaOH, o la potasa, KOH, aunque puede prepararse con otros metales. La caracterstica principal del jabn es la presencia de dos zonas de distinta polaridad: la hidroflica, que es fuertemente atrada por las molculas de agua y que se localiza en torno al grupo carboxilo, y la zona hidrofbica, que es poco polar y que se mantiene lejos de las molculas de agua, ubicada en el extremo ms alejado de la cadena hidrocarbonada. O OIIR-COH bien + NaOH R-COOH + NaOHH2O> R-CONa +||+ H2OH2O > R-COO' Na+ + H2Odonde R = cadena hidrocarbonada larga. Esta tendencia a orientar su estructura con respecto al agua es lo que permite al jabn funcionar como una cuerda cuyo extremo poco polar o hidrofbico se orienta hacia las molculas poco polares que conforman la mayora de las manchas; el otro extremo, el hidroflico, es atrado por un gran nmero de molculas de agua. De esta forma, una mancha es rodeada por gran nmero de iones ster o jabn en41DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIuna primera capa, que a su vez es rodeada por un enorme nmero de molculas de agua que al ser atradas por molculas de agua ms externas, terminan disgregando la mancha. Los triglicridos o grasas son tristeres de la glicerina (1,2,3-propanotriol) y cidos grasos de peso molecular elevado. En la tabla 7.1 se presentan ejemplos de grasas, aceites y sus componentes principales, triglicridos o cidos grasos.TABLA 7.1 EJEMPLOS DE GRASAS Y ACEITES Y SUS COMPONENTES PRINCIPALES.Grasa o aceite Grasa humana Grasa de buey Composicin Tripalmitina, dioleoestearina Dipalmito-olena, dipalmito-estearina, oleopalmito-estearina y palmito-diestearina Grasa de puerco Aceite de tortuga Aceite de ballena cidos: oleico, esterico, palmtico, lurico, mirstico y linoleico cidos: oleico, esterico, palmtico y clupanodnico cidos: oleico, palmtico, palmito-oleico, araquidnico y clupanodnico Aceite de oliva Aceite de lino Aceite de ricino Aceite de algodn Aceite de palma Manteca de coco Olena, linolena y palmitina Linolena, linolenina y olena Ricinolena, estearina y dioxiestearina Palmitina, olena, linolena, araquidina y estearina Laurina, olena, miristina y palmitina Laurina, miristina y palmitinaCuando los triglicridos reaccionan con hidrxido de sodio, se produce glicerina y tres molculas de cidos carboxlicos (los cidos grasos). A su vez, estos cidos carboxlicos reaccionan con el hidrxido de sodio produciendo tres esteres de sodio o jabones.42DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoSaponificacin: obtencin de un jabnOIIO CH 2 -O-C-R CH2-OH R-COONa + + R'-COONa + R"-COONa +III+ NaOH CH 2 -O-C-R"H2O|CH2-OH CH2-OHR'-C-O-CHIIO Triglicrido Glicerina JabnMATERIAL DE VIDRIO1 vaso de precipitado de 100 mi 1 vaso de precipitado de 250 mi 1 vaso de precipitado de 400 mi 1 matraz Kitazato de 250 mi 1 embudo Buchner 2 pipetas graduadas de 10 mi 1 probeta graduada de 100 mi 1 agitador de vidrio 1 cristalizadorEQUIPO DE LABORATORIO1 esptula 1 balanza 1 parrilla 1 bomba de vaco 1 soporte universal 1 anillo 1 tela de asbesto43DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IISUSTANCIASHidrxido de sodio, NaOH Etanol absoluto, C2H5OH Cloruro de sodio, NaCl Grasa animal o aceite vegetalEXPERIMENTACINSe disuelven 9 g de hidrxido de sodio en una mezcla de 9 mi de etanol absoluto y 9 mi de agua contenida en un vaso de precipitado de 100 mi. Por otra parte, se preparan 40 mi de una mezcla etanol-agua al 50% v/v (20 mi de agua y 20 mi de etanol). En otro vaso de precipitado de 250 mi se colocan 5 g de grasa o aceite y se agrega la disolucin que contiene sosa. La mezcla se calienta, agitando constantemente, en un bao de vapor por 30 minutos. Durante este tiempo se agrega la disolucin de agua-etanol, siempre que sea necesario para evitar la formacin excesiva de espuma. La mezcla anterior se vierte, con agitacin vigorosa, en una disolucin fra de 25 g de cloruro de sodio en 75 mi de agua (disolucin que debe calentarse si la sal no se disuelve). Para enfriar, primero se hace a temperatura ambiente y despus con un bao de hielo. El jabn o ster metlico se precipita al enfriar; se filtra a vaco y lavando con agua helada. Se seca al aire, dejando reposar durante 24 horas el slido obtenido. La cantidad lograda se pesa y, si es posible, se obtiene el espectro IR y se comprueba que el producto se comporta como un jabn.MICROMETODO MATERIAL DE VIDRIO1 vaso de precipitado de 50 mi 1 vaso de precipitado de 100 mi 1 matraz Erlenmeyer de 25 mi 1 matraz Kitazato de 250 mi 2 pipetas de 1 mi 1 propipeta 1 cristalizador mediano44DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoSaponificacin: obtencin de un jabn1 vidrio de reloj 1 embudo Buchner 1 agitador de vidrioEQUIPO DE LABORATORIO1 parrilla 1 esptulaSUSTANCIAS QUMICASHidrxido de sodio, NaOH Etanol absoluto, C2H5OH Cloruro de sodio, NaCl Grasa animal o aceite vegetal HieloEXPERIMENTACINSe disuelven 0.5 g de hidrxido de sodio en una mezcla de 2 mi de agua y 2 mi de etanol (95%) en un vaso de 25 mi o bien en un matraz Erlenmeyer de 25 mi. Con una pipeta Pasteur se adiciona 1 g de aceite vegetal, agitando continuamente mediante un agitador magntico. La mezcla se calienta a 100C por 30 minutos, agitando continuamente y adicionando en ese periodo una mezcla equivalente de 2 mi de agua y 2 mi de etanol para mantener el volumen constante. Alternativamente, es posible mantener la mezcla a reflujo en un bao de agua hirviendo y colocando la mezcla en un vial de 5 mi o bien en un matraz redondo de 10 mi. Para separar el jabn se disuelven 5 g de cloruro de sodio en 15 mi de agua, vertiendo la mezcla en un vaso de precipitado de 50 mi y calentando si es necesario para disolver la sal. Esta disolucin se enfra y se le adiciona rpidamente la mezcla que contiene su jabn. A continuacin se enfra en un bao de hielo. Se filtra por succin el precipitado que se forme y se lava con 2 porciones de 1 mi de agua fra. El jabn se deja secar hasta la siguiente seccin de laboratorio para poder pesarlo y calcular el rendimiento.45DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IICUESTIONARIO1. 2. 3. 4. 5. Qu es un cido graso? Qu es un jabn? Explique por qu los jabones "limpian". Para qu se adiciona cloruro de sodio a la mezcla saponificante? Por qu la disolucin j abonosa es bsica?BIBLIOGRAFA1. Eaton, David C. 1989. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA, Me Graw-Hill, pp. 406-412. Ikan, R. 1991. Natural Products, a Laboratory Guide. 2a ed. USA, Academic Press, pp. 23-36. Landgrabe, J.A. 1993. Theory and Practice in Organic Laboratory. 4a ed. USA. Books/Cale. Morrison, R. T. y R.N. Boyd. 1992. Qumica orgnica. 5a ed. EUA, Adisson Wesley Iberoamrica. Murillo, H. 1970. Tratado elemental de qumica orgnica. 10a ed., Mxico, ECLALSA. Pine, S.H. 1989. Qumica orgnica. 2a ed. Mxico, Me Graw-Hill.2.3.4.5.6.46DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 8OBTENCIN DE UN DETERGENTE POR MICROMTODOOBJETIVOObtener un detergente mediante la reaccin entre un alcohol de cadena larga y cido clorosulfnico.REACCINCH3-(CH2)10-CH2-OH + CI-SO3H alcohol dodeclico cido clorosulfnico > CH3-(CH2)10-CH2-OSO3H sulfato cido dodeciloMATERIAL DE VIDRIO1 matraz Erlenmeyer de 25 mi 1 matraz Kitazato de 250 mi 1 cristalizador mediano 1 agitador de vidrio 2 pipetas graduadas de 1 mi 1 embudo BuchnerEQUIPO DE LABORATORIO1 esptula 1 parrilla 1 bomba de vaco 1 propipeta 1 papel pH47DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IISUSTANCIAScido actico glacial, CH3COOH cido clorosulfnico, C1-SO3H Alcohol dodeclico o lurico, CH3-(CH2)10-CH2-OH Cloruro de sodio, NaCl Carbonato de sodio, Na2CO3 HieloEXPERIMENTACINAntes de iniciar la experimentacin, se lava todo el material de vidrio y se seca en una estufa. Se colocan 2.5 mi de cido actico glacial en un matraz Erlenmeyer de 25 mi y se enfran moderadamente en un bao de hielo. Trabajando en la campana de extraccin, se adiciona con lentitud y en pequeas porciones 1 mi (0.0155 mol) de cido clorosulfnico al cido actico fro, procurando agitar continuamente. En esta parte de la experimentacin debe ponerse especial cuidado de que el agua no entre en contacto con el cido clorosulfnico. A continuacin se adicionan, agitando continuamente, 2.9 g (0.0155 mol) de alcohol larico en pequeas porciones al matraz fro. Se contina agitando hasta que todo el alcohol larico se disuelva, y a continuacin se deja reposar 20 minutos, agitando ocasionalmente, para que la reaccin se complete. Durante este intervalo se prepara una disolucin de 3.5 g de cloruro de sodio en 12 mi de agua en un vaso de precipitado de 50 mi al que tambin se adiciona hielo picado, de tal manera que el volumen total de disolucin no rebase los 25 mi. No es recomendable usar sal de mesa debido a los otros componentes que trae consigo. La mezcla de reaccin se agrega al vaso que contiene la mezcla sal-hielo, y se adicionan lentamente porciones de 0.5 mi de una disolucin saturada de carbonato de sodio hasta que la mezcla sea bsica. El detergente precipitado se colecta filtrando por succin y lavando con pequeas cantidades de agua fra. El producto se deja secar y se pesa para determinar el rendimiento de la sntesis. Nota: El cido clorosulfnico es muy corrosivo y peligroso, y puede causar quemaduras severas, por lo que debe utilizarse con mucho cuidado. Reacciona violentamente con el agua, as que es necesario usar material de vidrio perfectamente seco, guantes y gafas protectoras. En caso de contacto con la piel, hay que lavarse de inmediato con mucha agua y acudir al instructor.48DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoObtencin de un detergente por micromtodoPRUEBAS PARA JABONES Y DETERGENTESA) Con jabn:Se disuelven 0.175 g del jabn obtenido en 12.5 mi de agua destilada y se colocan 2.5 mi de dicha disolucin en un tubo de ensaye. Se agita el tubo para formar espuma y se deja reposar por 30 segundos. Se observa el nivel de espuma formado y se anotan las observaciones. A continuacin se adicionan 3 mi de una disolucin al 5% de cloruro de calcio, se agita vigorosamente y se deja reposar. Se observa el efecto de adicionar el cloruro. Despus se agregan 0.15 g de fosfato nsdico o bien carbonato de sodio, se agita vigorosamente, se deja reposar y se observa lo que ocurra. Las pruebas anteriores se repiten con una segunda porcin de 2.5 mi de disolucin de jabn, pero usando una disolucin al 5% de cloruro de magnesio.B) Con detergente:Se disuelven 0.175 g del detergente preparado en 12.5 mi de agua y se vierten 2.5 mi de esta disolucin en un tubo de ensaye. El tubo se agita enrgicamente para formar espuma y se deja reposar por 30 segundos. Se anotan las observaciones y se mide el nivel de espuma formada. Se adicionan 3 gotas de una disolucin al 5% de cloruro de calcio, se agita y se deja reposar. Se observa el efecto de la adicin del cloruro en la espuma, y si es necesario se adiciona fosfato trisdico o bien carbonato de sodio. Las pruebas anteriores se repiten pero con disolucin al 5% de cloruro de magnesio.C) Efecto del aceite:Se colocan 5 gotas del aceite vegetal en tres tubos de ensaye. Al primero se le adicionan 2.5 mi de agua destilada, al segundo 2.5 mi de disolucin de jabn y al tercero 2.5 mi de disolucin de detergente. Se agitan vigorosamente todos los tubos, se dejan reposar unos minutos y se anota lo observado.49DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IID) Efecto del cido diluido:A las cantidades restantes de la disolucin jabonosa y de detergente se les adicionan algunas gotas de cido sulfrico diluido hasta que las mezclas sean acidas. Se anotan las observaciones.CUESTIONARIO1. 2. 3. 4. 5. 6. En qu difiere un detergente de un j abn? Investigue qu es un detergente cannico, uno aninico y uno neutro. Ejemplifique cada caso. Qu ocurre si se adiciona aceite vegetal a las mezclas jabonosa y de detergente? Algunos libros de qumica describen a los detergentes como duros o blandos; a qu se refieren tales calificativos? Qu pasa cuando se adiciona disolucin de CaCl2 o bien de MgCl2 a la disolucin de jabn? Qu observa cuando se agrega aceite a una disolucin jabonosa o de detergente?BIBLIOGRAFA1. Eaton, David C. 1989. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. Me Graw-Hill, pp. 533 a 542. Morrison, R.T. y R.N. Boyd. 1992. Qumica orgnica. 5a ed. EUA, Adisson Wesley Iberoamrica. Pine, S.H. 1989. Qumica orgnica. 2a ed. Mxico, Me Graw-Hill.2.3.50DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 9 SNTESIS DE FLUORESCENA: EMISIN Y ABSORCIN DE LUZOBJETIVOa) b) Obtener el pigmento fluorescente fluorescena a partir del resorcinol y el anhdrido itlico, un derivado del cido carboxlico. Comprender la diferencia entre emisin y absorcin de luz en la regin del ultravioleta-visible.INTRODUCCINLa fluorescena es un pigmento fluorescente que tiene mltiples aplicaciones en serigrafa, en microbiologa, etc., ya que se le utiliza como medio de contraste. Se obtiene mediante una reaccin de sustitucin electroflica aromtica (SEAr) del resorcinol sobre el anhdrido ftlico.Adems, la fluorescena es un compuesto que puede utilizarse como indicador cido-base pues el color de sus disoluciones depende del pH. Tal diferencia es ms evidente si se analizan los espectros de absorcin respectivos en la regin del ultravioleta-visible, UV- Vis (consultar el anexo C), mostrados en la figura 9.1. Dichos espectros se obtienen cuando la molcula en cuestin es irradiada con radiacin electromagntica del intervalo que va de 300 a 800 nanmetros (nm).51DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IILos espectros obtenidos son una grfica de las longitudes de onda que la molcula en cuestin absorbe, pero el color que observamos es en realidad la combinacin de aquellas longitudes de onda que la molcula nos devuelve. La radiacin absorbida por la molcula le provoca una transicin electrnica, que es un cambio en forma y tamao de su nube de electrones. Posteriormente la molcula regresa a su estado inicial, o basal, disipando la energa recibida, vibrando, rotando, deformndose o emitiendo luz, fenmeno este ltimo que permite obtener los espectros de emisin de la molcula.i Dis. bsica - - D i s . neutra 1.5 * acidaA// /490155 "o c03 E1o0.5 0 300 350 421i 1437490 \1 \ii400450500550600Longitud de onda (nm)Figura 9.1 Espectros UV-Visible de florescena en solucin bsica, neutra y acida.MATERIAL DE VIDRIO1 matraz redondo de 20 mi 1 refrigerante 2 vasos de precipitado de 50 mi 1 vaso de precipitado de 250 mi 1 pipeta graduada de 1 mi 1 vidrio de reloj 1 agitador de vidrio52DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoSntesis de fluorescena: emisin y absorcin de luzEQUIPO DE LABORATORIO1 soporte universal 2 pinzas de tres dedos con nuez 1 esptula 1 propipeta 1 parrilla elctrica 1 restato 1 mantilla de calentamiento 1 agitador magntico 1 termmetro 1 manguerasSUSTANCIASResorcinol o m-dihidroxibenceno, C6H6O2 Anhdrido itlico, C8H4O3 Hidrxido de sodio, NaOH cido sulfrico, H2SO4 cido clorhdrico, HC1 Agua destiladaEXPERIMENTACINSe muelen 2.2 g de resorcinol y 1.5 g de anhdrido itlico, y se colocan en un matraz redondo de 50 mi. Se aaden (con precaucin) 0.5 mi de cido sulfrico. Se coloca un refrigerante y la mezcla, se mantiene a reflujo a 180C, por un periodo de 20 a 30 minutos y hasta que se forme una masa slida de color caf oscuro. Se vierte (con precaucin) el contenido del matraz en un vaso de precipitado de 125 mi que contiene 20 mi de agua y 1 mi de cido clorhdrico. Luego se calienta el matraz redondo, con un poco de agua, hasta que se separe el resto de la fluorescena, y se junta con lo antes obtenido. La mezcla se calienta unos 10 minutos, procurando desintegrar los trozos grandes de fluorescena cruda. La mezcla se filtra y el slido se lava con un poco de agua helada y se deja secando al aire. Con unos 3 mi de los lavados, en un pequeo vaso de precipitado se observa el color de la luz reflejada y el efecto de la luz de una lmpara ultravioleta, procurando no mirar directamente la luz UV y usando la onda corta de 370 nm. En otro vaso se53DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIaaden 5 mi de una disolucin 1 M de hidrxido de sodio, se agrega un poco de fluorescena recin preparada, y se observan la luz reflejada y el color de la disolucin bajo luz UV. En un matraz pequeo se colocan 0.5 mg de fluorescena y se agregan 10 mi de disolucin 1 M de HCl; en otro se agregan 10 mi de agua destilada y en un tercero 10 mi de solucin 1 M de NaOH. A continuacin se obtienen los espectros UVVisible (ver Fig. 9.1) de las tres disoluciones y se comparan. El slido obtenido se pasa y, si es posible, se obtienen los espectros IR (comparar con los espectros IR-9 e IR-10 en el anexo A).MICROMETODO MATERIAL DE VIDRIO1 tubo de ensaye de 125 x 10 m m 2 tubos de ensaye pequeos2 vasos de precipitado de 25 mi 1 matraz Kitazato pequeo 1 pipeta de 0.1 mi 2 pipetas Pasteur 1 embudo Buchner 1 agitador de vidrio 2 cristalizadores medianos 1 mortero con pistiloEQUIPO DE LABORATORIO1 parrilla de calentamiento 1 soporte universal 2 pinzas con nuez 1 termmetro 1 aro de hierroEXPERIMENTACINEn un tubo de ensaye de 125 x 10 mm se colocan 0.15 g de anhdrido lico y 0.22 g de resorcinol que se han molido finalmente en un mortero. Se aaden 0.05 mi de cido sulfrico (o bien 1 gota) y la mezcla se calienta a 180C hasta que se observe la formacin de una masa slida de color caf oscuro, lo cual ocurre 20 a 3054DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoSntesis de fluorescena: emisin y absorcin de luzminutos ms tarde. El contenido del tubo se vierte con mucho cuidado en una mezcla de 2 mi de agua destilada y 0.1 mi de cido clorhdrico contenidos en un vaso de precipitado de 25 mi. Para extraer el resto de fluorescena que permanece pegada al tubo de ensaye, se calienta el tubo con un poco de agua y se agrega a la primera porcin. La mezcla se calienta por otros 10 minutos y, con la ayuda de una varilla de vidrio, se procura desintegrar la fluorescena slida. Se filtra a vaco sobre un papel previamente pesado y se lava con un poco de agua helada. El precipitado se seca y pesa para calcular el rendimiento de la reaccin. Se realiza el mismo tipo de anlisis de fluorescencia, UV-Vis, y el IR que se realiza con el mtodo normal (compare con los espectros IR-9 e IR-10 en el anexo A y con los espectros UV-Vis de la Fig. 9.1).CUESTIONARIO1. 2. Investigue la estructura de al menos otros dos pigmentos fluorescentes. Por qu es diferente el color de la disolucin de fluorescena en medio cido, bsico y neutro? Qu cambios estructurales se producen en la molcula a consecuencia del medio cido o bsico? Investigue qu es un espectro de absorcin y uno de emisin. En qu difiere el color de las disoluciones observadas a simple vista de aquellas observadas bajo luz ultravioleta? Cmo se nombra tal propiedad de las sustancias? Observando los espectros UV-Vis obtenidos, en qu difieren? Tal diferencia es observable a simple vista?3. 4.5.BIBLIOGRAFA1. Eaton, David C. 1989. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA, Me Graw-Hill, pp. 406-412. Landgrabe, J. A. 1992. Theory andPractice in Organic Laboratory. 4a ed. USA, Brooks/Cale. pp. 489-492. Kirk, L. A. Enciclopedia de tecnologa qumica. Tomo XI, John Wley & Sons, 3a ed. USA, 1978. Lakowicz, J. R. 1986. Principies of Florescence Spectroscopy. New York, Plenum Press, pp. 14-18.2.3.4.55DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica II5.Rendell, D. y D. Mowthorpe. 1987. Fluorescence and Phosphorescence, Analytical Chemistry by Open Learning. New York, John Wiley & Sons, pp. 21-42. Silverstein, R. M., G.C. Bassler y T.C. Morrill. 1991. Spectrometric Identification ofOrganic Compounds. 5a ed. New York, John Wiley & Sons. Rubinson, K. A. y J. R, Rubinson. 2001. Anlisis Instrumental. Madrid, Prentice Hall. Perkampus, Heinz-Helmut. 1992. UV-VIS Atlas ofOrganic Compounds. 2a deGermany,VCH.6.7.8.56DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 10SNTESIS DE UNA AMIDA: ADICIN NUCLEOFLICA SOBRE UN DERIVADO DEL CIDO CARBOXLICOOBJETIVOObtener una amida cclica, AT-(p-clorofenil)-maleimida, mediante la adicin nucleoflica dep-cloroanilina sobre anhdrido maleico.INTRODUCCINLa obtencin de la Af-(p-clorofenil)-maleimida en la presente prctica es un proceso que se desarrolla en dos etapas: en la primera de ellas ocurre un ataque nucleoflico del nitrgeno de la/?-cloroanilina, catalizado por el medio cido, sobre el carbono carboxlico del anhdrido itlico.b+57DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIEn la segunda etapa el cido N-(p-clorofenil)-malemico se calienta y el nitrgeno ataca al otro carbono carboxlico para formar la iV-f/?-clorofenil)maleimida.EQUIPO DE VIDRIO1 matraz redondo de 50 mi 2 matraces Kitazato de 100 mi 1 vaso de precipitado de 50 mi 1 vaso de precipitado de 100 mi 1 embudo Buchner 2 pipetas graduadas de 10 mi 1 cristalizador 1 probeta de 25 mi 1 agitador de vidrioEQUIPO DE LABORATORIO1 soporte universal 2 pinzas con nuez 1 parrilla 1 esptula 1 termmetro 1 balanza 1 agitador magntico 1 propipeta 1 bomba de vaco 1 papel filtro58DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoSntesis de una amida: adicin nucleoflica sobre un derivado del cido carboxlicoSUSTANCIAS/>-cloroanilina, C1-C6H5-NH2 cido actico glacial, CH3COOH Anhdrido maleico, C4H2O3 Anhdrido actico, (CH3CO)2O Etanol, C2H5OH Acetato de sodio, CH3COONa Carbn activado HieloEXPERIMENTACINEn un vaso de precipitado de 50 mi se vierten 3.8 mi dep-cloroanilina y 6 mi de cido actico. La mezcla se calienta ligeramente hasta lograr la disolucin total. A continuacin se adicionan, de manera lenta y con agitacin vigorosa, 2.94 g de anhdrido maleico. El precipitado formado se filtra con bomba de vaco y se lava con 3 mi de cido actico. El slido filtrado se cristaliza en etanol caliente, se determina su punto de fusin y se obtiene el espectro IR correspondiente. El slido formado es cido N-(p-clorofenil)-malemico, que se funde a 205C. En un matraz redondo de 50 mi se colocan 3.3 g del cido iV-(p-clorofenil)malemico, 6 mi de anhdrido actico y 0.15 g de acetato de sodio. La mezcla se calienta en bao Mara a 85-95C, durante una hora, agitando lenta y continuamente. Se enfria al chorro de agua y se coloca la mezcla en un cristalizador con hielo y agua, agitando de manera enrgica hasta que termine de formarse un precipitado. La malemida formada se filtra con una bomba de vaco, se redisuelve en etanol caliente y se agrega un poco de carbn activado para eliminar impurezas. La disolucin caliente se filtra y se deja cristalizar. Se filtran los cristales formados, se mide su punto de fusin (110-111C) y, si es posible, se obtienen los espectros IR y UV-Vis. Comprese este ltimo con los espectros b y c de la figura C-13 del anexo C.CUESTIONARIO1. 2. 3. Explique el mecanismo de la presente sntesis. Por qu se utiliza cido actico para la sntesis del cido N-(p-clorofenil)malemico? Indique cul es el nuclefilo y cul el electrfilo en la presente sntesis.59DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIBIBLIOGRAFA1. Eaton, David C. 1989. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA, Me Graw-Hill. Morrison, R.T. y R.N. Boyd. 1992. Qumica orgnica. 5a ed. EUA, Adisson Wesley Iberoamrica. Pine, S. H. 1989. Qumica orgnica. 2a ed. Mxico, Me Graw-Hill. Shriner, R. L., R.C. Fuson y D.Y. Curtin. 1991. Identificacin sistemtica de compuestos orgnicos. Mxico, Limusa.2.3. 4.60DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 11SNTESIS MALONICA: OBTENCIN DEL CIDO HEXANOICOOBJETIVOa) b) c) Realizar la sntesis de cido hexanoico a partir de malonato de dietilo. Comprender las etapas de la sntesis malnica. Comprobar que la sntesis malnica, junto con la acetoactica, son dos importantes mtodos de obtencin de compuestos con sustituyentes a al carboxilo.INTRODUCCINLa sntesis malnica es un mtodo para la obtencin de compuestos con 1 o 2 sustituyentes en posicin aa al carboxilo. En la primera etapa, una base arranca uno de los hidrgenos a y el ion malonato obtenido acta como un nucleflo efectivo que desplaza al buen grupo saliente unido al grupo alquilo o arilo que se agrega en la segunda etapa. Finalmente, en la tercera etapa se agrega un cido y se calienta para hidrolizar el malonato y para catalizar la descarboxilacin del cido malnico generado. La sntesis malnica, junto con la sntesis acetoactica, son dos importantes rutas de obtencin de compuestos diversos cuya caracterstica principal es la presencia de uno o dos nuevos sustituyentes en la posicin a al carbonilo o carboxilo.o o1 ) NaO C 2 H S /Etanol l| ^-"^J/"*vt^""^CO 2+ H2061DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIMATERIAL DE VIDRIO1 matraz redondo de 100 mi 1 matraz redondo de 50 mi 1 condensador 2 vasos de precipitado de 100 mi 1 junta Claissen 1 termopozo 1 adaptador para termmetro 1 junta de goteo 2 pipetas graduadas de 10 mi 1 cristalizadorEQUIPO DE LABORATORIO3 soportes universales 4 pinzas de tres dedos con sus nueces 1 mantilla 1 restato 1 balanza 1 manguera 1 parrilla 1 esptula 1 termmetro 1 agitador magntico 1 papel filtroSUSTANCIASEtanol, C2H OH Sodio metlico, Na(S) Cloruro de calcio, CaCl2 Malonato de dietilo, CH2(COOC2H5)2 Bromuro de n-butilo, BrCH2CH2CH2CH3 Sulfato de magnesio anhidro, MgSO4 cido clorhdrico concentrado, HC1 cido sulfrico concentrado, H2SO4 Hidrxido de potasio, KOH ter etlico, (CH3CH2)2O Hielo62DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoSntesis malnica: obtencin del cido hexanoicoEXPERIMENTACINEn un matraz redondo de 50 mi se coloca un agitador magntico y se adapta una junta Claissen, como en la figura 11.1. En la junta Claissen se colocan un condensador y un embudo de adicin. Se conecta una trampa de humedad (de cloruro de calcio) para mantener las condiciones anhidras. Se colocan 20 mi de etanol absoluto y 0.7 g de sodio metlico limpio (en pequeos trozos) en el matraz redondo.Figura 11.1 Dos opciones para montar un sistema de reflujo en condiciones anhdridas y adicin a) por medio de una junta Claissen y b) en un matraz de tres bocas.63DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IINota: El sodio metlico reacciona violentamente con el agua y puede provocar una explosin e incluso un incendio con los disolventes inflamables. Suele conservarse en aceite mineral o Nujol, pero ello no evita que se le forme una costra de hidrxido de sodio debido a la humedad atmosfrica. Antes de utilizarlo debe secarse perfectamente con papel absorbente, eliminar la costra de hidrxido de sodio y cortarlo en trozos pequeos, procedimiento que debe realizarse en un lugar perfectamente seco, ventilado, alejado de los disolventes inflamables y utilizando siempre guantes. De preferencia, se recomienda que el profesor realice tal actividad. Si la reaccin se torna muy exotrmica, deber utilizarse un bao de agua fra para mantener una temperatura baja. Pero si la reaccin no ocurre, es recomendable calentar un poco para iniciarla. Cuando la temperatura de la mezcla de reaccin se encuentre por debajo de los 50C, se agregan lentamente y con agitacin 4.7 mi (0.031 mol) de malonato de di etilo recin destilado (p = 1.05 g/ml) en un periodo de 5 minutos. La reaccin se completa mediante el reflujo por 15 minutos. Se colocan 3.6 mi de bromuro de n-butilo en un embudo de adicin y se agrega, lentamente a la mezcla de reaccin durante un periodo de 5-10 minutos, agitando continuamente durante todo el proceso. Si la reaccin se torna violenta durante las adiciones, ser necesario enfriar. Despus de finalizada la adicin del bromuro de n-butilo, se mantiene el reflujo por 90 minutos. Durante este tiempo puede aparecer una sal inorgnica que precipitar, provocando un burbujeo violento, por lo cual deber sujetarse bien todo el sistema. Utilizando una junta "Y", el sistema de reflujo se modifica a uno de destilacin, como el de la figura 11.2, y se elimine el etanol utilizando un cristalizador con agua caliente. El residuo que permanece en el matraz redondo se enfra y se agregan 20 mi de agua que contienen 2 gotas de cido clorhdrico concentrado. El agua se agita y elimina con un embudo de separacin. El matraz se lava con 5 mi de agua, los cuales se vierten al embudo de separacin, se agita y se separa nuevamente la capa acuosa de la orgnica. El proceso se repite con otras dos porciones de agua fra. La fase orgnica que contiene el ster se seca con sulfato de magnesio anhidro. El ster seco se decanta y purifica destilando cualquier material que hierva a menos de los 100C. El ster remanente se destila a presin reducida, colectando el lquido en el rango de 130-135C (a 20 mm). El producto formado se pesa, se mide su volumen, se determina el punto de ebullicin que es de 235-240C (a 1 atm) y se obtiene su espectro IR.64DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoSntesis malnica: obtencin del cido hexanoicoFigura 11.2 Montaje de un sistema de destilacin a partir de un sistema de reflujo, utilizando una junta Claissenyuna junta en "Y".Se monta nuevamente un sistema de reflujo con un matraz redondo de 100 mi en el que se colocan 8 g de hidrxido de potasio y 8 mi de agua. El hidrxido de potasio se disuelve con agitacin y se adicionan gota a gota 8 mi del ster obtenido. La mezcla se mantiene a reflujo hasta que no se observe capa aceitosa en la superficie del lquido, para saponificar totalmente el ster, lo cual debe ocurrir en 1 o 2 horas. El sistema se modifica a uno de destilacin, se adicionan 8 mi de agua y se destilan 8 mi o el volumen de mezcla etanol-agua que se genere.65DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IISe adicionan a la mezcla ya fra 12 mi de cido sulfrico concentrado disueltos en 8 mi de agua. La anterior adicin se lleva a cabo de manera que la reaccin no sea muy violenta. La mezcla debe ser fuertemente acidificada y el reflujo debe mantenerse por un periodo de 1 a 3 horas. Se enfra la mezcla, se separa la capa acuosa inferior y se extrae con cuatro porciones de 25 mi de ter etlico. Los extractos etreos se combinan con la capa orgnica y se secan con sulfato de magnesio anhidro. El disolvente se decanta y elimina por evaporacin, hasta que slo queden 25 mi de ter. La disolucin se transfiere a un matraz redondo de 50 mi y se destila el ter, recibindolo en un recipiente sumergido en hielo. Cuando todo el ter se ha eliminado, el cido hexanoico se destila a 190~210C. Pese y mida el volumen de lquido obtenido, determine su punto de ebullicin (que se espera a 205C [a 1 atm] y 99C [a 10 mm]). Si es posible, obtngase el espectro IR del producto, analcese y comprese con el espectro IR-13 del anexo A. Bsquese en especial la banda ancha, caracterstica de los cidos carboxlicos (3600-2700cm1), que se traslapa con las seales C-H a 2800-3000 or 1 .CUESTIONARIO1. 2. 3. 4. 5. 6. Qu compuesto se obtendra si en lugar de maln ato ce dietilo se utilizara acetilacetonato de etilo? Describa el mecanismo completo de tal proceso. Para qu se utiliza el sodio metlico? Si no se dispone de bromuro de -butilo, se puede utilizar w-butanol? Qu gas se genera cuando se adiciona el cido sulfrico y se calienta? Para qu sirve la sntesis malnica? Puede utilizarse una dicetona como la 2,4-pentanodiona en una ruta anloga a la sntesis malnica o acetoactica? Justifique su respuesta.BIBLIOGRAFA1. Eaton, David C. 1989. Lahoratorv / i ^ / n f t / \ m \ //; Or^anic USA, Me Graw-Hill. Chemistiy.2. 3.McMurry, J. 1993. Qumica o pnica v ' ' J ^ * i-->. !\i. Iberoamrica. Pine, S. H. 1989. Qumica orgnica. 2 a ed. Mxico, Me Graw-Hill.66DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 12REACCIONES DE ELIMINACIN (E) SNTESIS DE CICLOHEXENOOBJETIVOa) b)Obtener ciclohexeno a partir de un ciclohexanol en medio cido. Comprobar la formacin del doble enlace mediante disolucin de permanganato de potasio, KMnO4.REACCINOMATERIAL DE VIDRIOHSO4 OH1 vaso de precipitado de 100 mi 2 tubos de ensaye 2 pipetas graduadas de 5 mi 1 probeta de 10 mi 1 agitador de vidrio67DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIEQUIPO DE LABORATORIO3 soportes universales 3 pinzas de tres dedos con sus nueces 1 parrilla 1 anillo 1 mantilla de calentamiento 1 restato 1 balanza 1 termmetro 1 manguera 1 esptulaREACTIVOSCiclohexanol, C6H9-OH cido sulfrico concentrado, H2SO4 Permanganato de potasio, KMnO4 Tetracloruro de carbono,CCl4 Sulfato de magnesio anhidro, MgSO4, o de sodio anhidro, Na2SO4 Bromo lquido, Br2EXPERIMENTACINSe monta un aparato de destilacin, adaptado con un embudo de adicin en un matraz de tres bocas (Fig. 12.1). En el matraz se colocan 5 g de ciclohexanol y algunas perlas de ebullicin o un agitador magntico. En el embudo de adicin se vierten 10 mi de una mezcla de cido sulfrico y agua (al 50 % vol/vol.). Se calienta lentamente mientras se adiciona, gota a gota, la mezcla acida, para que la reaccin sea moderada. Se contina calentando y se colecta la fraccin que destila entre 65-85C. El destilado se seca con 0.5 g de sulfato de sodio anhidro, se deja reposar 10 minutos y se decanta el lquido.68DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoReacciones de eliminacin (E): sntesis de ciclohexenoFigura 12.1 Sistema de destilacin, con embudo de adicin en matraz de tres bocas.El volumen del lquido obtenido se pesa, y si es posible se obtiene el espectro IR y se compara con el espectro IR-14 en el anexo A.PRUEBAEn un tubo de ensaye se colocan 0.5 mi de producto y se adicionan, gota a gota, 0.5 mi de disolucin de bromo en tetracloruro de carbono al 5%. En otro tubo de ensaye, a 0.2 mi de producto se adicionan 2 mi de agua y 1 mi, gota a gota, de una disolucin acuosa de permanganato de potasio al 2%.CUESTIONARIO1. 2. Qu tipo de reaccin de eliminacin ocurre en la presente actividad? Escriba el mecanismo de reaccin. De qu otra forma demostrara usted que el compuesto obtenido presenta una doble ligadura?69DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de quimica orgnica II3. 4.Qu seales, en el espectro IR, permiten comprobar la existencia de una doble ligadura en un compuesto? Proponga al menos otras dos rutas de sntesis y las molculas precursoras de ciclohexeno.BIBLIOGRAFA1. Eaton, David C. 1989. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA, Me Graw-Hill. Morrison, R.T. y R.N. Boyd. 1992. Qumica orgnica. 5a ed. EUA, Adisson Wesley Iberoamrica. Pine, S. H. 1989. Qumica orgnica. 2a ed. Mxico, Me Graw-Hill. Shriner, R. L., R.C. Fuson y D.Y. Curtin. 1991. Identificacin sistemtica de compuestos orgnicos. Mxico, Limusa.2.3. 4.70DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoPrctica 13QUIMIOLUMINISCENCIA: SNTESIS Y PROPIEDADES DEL LUMINOL O 3-AMINOFTALHIDRACIDAOBJETIVOa) b) c) Obtener luminol (3-aminoftalhidracida) a partir del cido 3-nitroftlico con hidrazina y posterior reduccin del grupo nitro. Comprender que la luminiscencia puede ser resultado de una reaccin qumica. Realizar experimentos de quimioluminiscencia con el luminol y pigmentos fluorescentes.INTRODUCCINLa luminiscencia es la rama de la fisicoqumica que estudia el proceso y las causas de la emisin de fotones. Los distintos tipos de emisin luminiscente pueden clasificarse segn la fuente o causa de la excitacin de la molcula emisora. Por ejemplo, cuando una sustancia se calienta intensamente puede ocurrir que parte de la energa que absorbe sea liberada como luz, en cuyo caso el proceso se nombra termoluminiscencia. Cuando los cristales de azcar se rompen, suelen observarse pequeos destellos luminosos; el fenmeno en cuestin se nombra triboluminiscencia. Si la emisin se observa despus de irradiar la sustancia en cuestin con luz de otra longitud de onda (ultravioleta, generalmente), el proceso se nombra fotoluminiscencia. Del mismo modo, cuando la emisin luminosa acompaa a una reaccin qumica se le llama quimioluminiscencia. La bioluminiscencia es un fenmeno observable en muchos organismos vivos, por ejemplo en las lucirnagas y algas marinas.71DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica II^fluorescencia es el proceso mediante el cual una molcula que ha sido excitada (a su estado singulete) regresa a su estado normal emitiendo fotones en un tiempo del orden de 10~8 segundos. Si antes la molcula sufre un proceso de desactivacin vibracional y despus regresa a su estado basal desde un estado triplete en un tiempo del orden de los 10"4 segundos, el proceso se nombra fosforescencia. Una manera comn de distinguir entre fluorescencia y fosforescencia es observar que la emisin fluorescente desaparece cuando desaparece la fuente de excitacin, y la fosforescencia persiste y se desvanece ms lentamente cuando se retira dicha fuente. El compuesto luminiscente que se encuentra en las manchas dorsales o en el abdomen de las lucirnagas es un compuesto complejo llamado luciferin, que es difcil de sintetizar en el laboratorio. Sin embargo el compuesto llamado luminol (3-aminoftalhidrazida) emite el mismo tipo de luz y es muy fcil de obtener en el laboratorio, por la reaccin entre la hidrazina y el cido 3-nitroftlico, seguida de una reduccin.Acido 3-nitroftlico3- nitroftath id racin aLuminol 3-aminoftalhireacidaMATERIAL DE VIDRIO1 matraz Erlenmeyer de 125 mi 1 matraz Erlenmeyer de 500 mi 1 pipeta graduada de 5 mi 1 pipeta graduada de 1 mi 4 matraces aforados de 50 mi 1 bureta de 50 mi 2 tubos de ensaye grandes 5 tubos de ensaye medianos 1 matraz Kitazato 1 embudo Buchner72DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoQuimioluminiscencia: sntesis y propiedades del luminol 3-aminoftalhidracidaEQUIPO DE LABORATORIO1 soporte universal 2 pinzas con nuez 1 mechero de Bunsen 1 parrilla 1 manta de calentamiento 1 restato 1 termmetro 1 perla de ebullicin 1 trozo de manguera 1 papel filtro 2 tapas de huleSUSTANCIAScido 3-nitroftlico, C8H5NO6 Hidrazina,H2NNH2 Glicerina Hidrxidos de sodio y de potasio, NaOH y KOH Hidrosulfito de sodio dihidratado (ditionato de sodio), Na2S2O4 cido actico, CH3COOH Dimetilsulfxido, CH3SOCH3, Ferricianuro de potasio, K3Fe(CN)6 Agua oxigenada, H2O2 cido clorhdrico, HC1 Alguno de los siguientes pigmentos: rodamina B, eosina G, fluorescena, fenolftalena o quinizarina Agua destiladaEXPERIMENTACINEn un tubo de ensaye grande se colocan 1.3 g (0.0062 mol) de cido 3-nitroftlico y 2 mi (0.006 mol) de una disolucin al 10% de hidrazina. Se calienta con un mechero hasta que el slido se disuelva. Entonces se agregan, con cuidado, 4 mi de trietilenglicol (glicerina) y algunas perlas de ebullicin. Se colocan un termmetro y un tubo con una manguera para hacer burbujear los vapores generados en un matraz Kitazato. La disolucin se calienta hasta que hierva vigorosamente y se elimine el agua producida. Se contina calentando y se eleva la temperatura hasta73DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IIlos 210-220C, mantenindola por 7 minutos. El tubo se enfra al aire hasta los 100C y se adicionan 20 mi de agua caliente; despus se enfra hasta temperatura ambiente. Los cristales de 3-nitroftalhidrazida se colectan por filtracin a vaco y no se secan, ya que se utilizarn en el siguiente paso. El producto antes obtenido se transfiere a un tubo de ensaye limpio y se adicionan 6.5 mi (0.018 mol) de una disolucin al 10% de hidrxido de sodio; la mezcla se agita hasta que el slido se disuelva. Se adicionan 4.0 g (0.019 mol) de hidrosulfito de sodio dihidratado (ditionato de sodio) y se elimina el slido de las paredes del tubo con un poco de agua. La mezcla se calienta hasta ebullicin por 5 minutos. Se adicionan con mucho cuidado 2.6 mi (0.045 mol) de cido actico glacial y se enfran con hielo. El precipitado amarillo (luminol) se colecta por succin a vaco. Si es posible, obtngase el espectro IR y el punto de fusin del luminol (315C) y comprese con los espectros IR-11 e IR-12 del anexo A.EXPERIMENTOS DE QUIMIOLUMINISCENCIA A) Con hidrxido de potasioEn un matraz Erlenmeyer de 125 mi se colocan 10 g de hidrxido de potasio, 25 mi de dimetilsulfxido y 0.15 g de luminol. En un cuarto oscuro, se tapa el matraz y se agita vigorosamente para observar el color azul que emite la mezcla. Cuando la luz emitida decrece se quita el tapn, se deja ventilar y se vuelve a tapar, observando lo que sucede. El proceso se repite varas veces, hasta que la emisin disminuye.B) Con ferricianuro de potasio, agua oxigenada e hidrxido de sodioDisulvanse 0.15 g de luminol en 5 mi de una disolucin con 10% de hidrxido de sodio y 45 mi de agua. Se prepara una segunda disolucin con 15 mi de ferricianuro de potasio al 3%, 15 mi de agua oxigenada al 3% y 70 mi de agua. Despus se diluyen 15 mi de la primera dilucin con 85 mi de la segunda (de preferencia en un cuarto oscuro). Se agita el contenido y, para aumentar la intensidad de la luminiscencia, se adiciona ms disolucin de hidrxido de sodio y se observan el color y la intensidad de la luz emitida.74DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoQuimioluminiscencia: sntesis y propiedades del luminol 3-aminoftalhidracidaC) Otra tcnicaSe mezclan 50 mg de luminol con 5 mi de disolucin 3 M de hidrxido de sodio en un matraz Erlenmeyer de 500 mi y se diluye con agua hasta aproximadamente 400 mi. Se adicionan 10 mi de una disolucin al 3% de perxido de hidrgeno (agua oxigenada). En un lugar oscuro se procede a adicionar 250 mg de ferricianuro de potasio y se agita, anotando lo observado. Se coloca algo de la disolucin luminiscente en un pequeo vaso de precipitado y se adiciona un poco de cido clorhdrico 3 M. Se anota lo observado. Se colocan algunas lentejas de hidrxido de sodio en un vaso de precipitado y se adiciona de la disolucin luminiscente, observando lo que pasa.D) Colores y pigmentos fluorescentesSe preparan disoluciones al 5% de algunos de los siguientes pigmentos fluorescentes: fluorescena, fenolftalena, rodamina B, eosna o quinizarina. Obsrvese el fenmeno de fluorescencia cuando las disoluciones se irradian con luz ultravioleta de onda larga (350 nm) por medio de una lmpara de UV. Para observar el fenmeno de transferencia de energa del luminol a un pigmento fluorescente, se vierten en un tubo de ensaye 0.5 mi de disolucin del pigmento (2.5 mg en 50 mi); a continuacin se agregan 0.5 mi de disolucin bsica de luminol. Se observa qu sucede cuando a la anterior mezcla se agregan 4 mi de disolucin de ferricianuro y agua oxigenada. La prueba puede realizarse con las mezclas luminiscentes preparadas como en los procedimientos A y B.PRECAUCIONESEs recomendable que la disolucin de agua oxigenada sea preparada por el profesor. Al trabajar con la hidrazina deben utilizarse guantes pues es muy txica, y no debe inhalarse o tocarse. El dimetilsulfxido, DMSO, debe manejarse con mucho cuidado pues se absorbe por la piel y provoca reacciones adversas a la salud. Nunca debe observarse directamente una fuente de radiacin ultravioleta. Los pigmentosfluorescentesrodamina B, eosina G y quinizarina son muy irritantes para la piel y los ojos, por lo que deben manejarse con mucho cuidado.75DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica IICUESTIONARIO1. 2. 3. Existen otros compuestos luminiscentes como el luminol; investigue el nombre y la estructura de por lo menos dos ms. En el experimento de emisin luminiscente realizado en dimetilsulfxido, qu efecto tiene abrir el matraz despus de agitarlo vigorosamente? De qu color es la emisin luminiscente del luminol? Es de mayor o menor longitud de onda que la radiacin ultravioleta? Es de mayor o menor energa que la radiacin ultravioleta? Al usar los pigmentos fluorescentes y la reaccin con luminol, qu fenmeno se observa?4.BIBLIOGRAFA1. Eaton, David C. 1989. Laboratory Investigations in Organic Chemistry. USA, McGraw-Hill, pp. 406-412. Landgrabe, J.A. 1993. Theory and Practice in Organic Laboratory. 4a ed. USA, Brooks/Cale. Fisher, M., Fishe L.F. Organic Synthesis, Vol 1, John Wiley & Son, New York, 1974, p. 441. Guilboult, George G. 1972. Practical Fluorescence Theory Methods and Techniques. New York, Marcel Dekker, cap. 1. Stevens, R. K., J.A. Hodgenson. 1976. "Modern Classics in Analitical Chemistry1', vol. 2, Am. Chem. Soc, 205, 2. McElroy, W. D. y H. H. Seliger. 1962. Scientifw American, 207 77-89. White, E. H., D.F. Roswell y O.C. Zafiriou. 1969. J. of Organic Chem. 248, 2462-2468. Rendell, D. y D. Owthorpe, D. 1987. Fluorescence and Phosphorescence. New York, John Wiley and Sons. Kirk, L.A. 1978. Enciclopedia de tecnologa qumica. Vol. 9, Wiley & Sons, p. 483.2.3.4.5.6. 7.8.9.76DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoANEXOSDERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoDERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoAnexo AESPECTROS IRButiraldehdo100400030002000 NUMERO DE ONDA (cm-1)1000800600Espectro IR-1 Espectro en la regin del infrarrojo del butiraldehdo.Ciclohexanona400030002000, NUMERO DE ONDA (cm-1)1000800600450Espectro IR-2 Espectro en la regin del infrarrojo de la ciclohexanona.Salicilaldehdo400030002000A1000600450NUMERO DE ONDA (cm-1)Espectro IR-3 Espectro en la regin del infrarrojo del salicilaldehdo.79DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoManual de prcticas de qumica orgnica II100Alcanfor400030002000 NUMERO DE ONDA (cm-1)1000800600450Espectro IR-4 Espectro en la regin del infrarrojo del alcanfor.100Borneol30002000, NUMERO DE ONDA (cm-1)1000800600450Espectro IR-5 Espectro en la regin del infrarrojo del borneolIsoborneol30002000 NUMERO DE ONDA (cm-1)1000800600450Espectro IR-6 Espectro en la regin del infrarrojo del isoborneol80DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia Bibliomedia@mail.comCasa abierta al tiempoAnexo A: espectros IR400030002000, 1000 NUMERO DE ONDA (cnt'1)800600450Espectro IR-7 Espectro en la regin del infrarrojo del 3.5-dimetilpirazolAcetato de isoamilo100400030002000, 1000 NUMERO DE ONDA (cm-1)800600450Espectro IR-8 Espectro en la regin del infrarrojo del acetato de isoamilo.Flurescena400030002000 NUMERO DE ONDA (cm